一种具备横向承载能力的垂向运动平台

摘要

本发明公开一种具备横向承载能力的垂向运动平台，包含作动器、承力框架、钢丝绳、导入滑轮、导出滑轮、电机、电机支座、丝杠、滑块、滑板、弹簧、承力螺栓，以及导入孔、导向螺栓、滑轮座、支座孔、承力螺栓定位孔、滑板、导出孔、丝杠支座、滑板导向孔、被动间隙、主动间隙、滑轮座导向孔、定位导向孔、导向螺栓定位孔。本发明实现了钢丝绳伸出位置的自动空间定位。利用承力螺栓的紧固，实现滑轮座与承力框架的固定连接，所受大量级载荷通过滑轮及滑轮座传递至承力框架，丝杠所受的横向力可以通过弹簧刚度调节。本发明实现了加载力输出位置的空间调节，同时实现了加载力完全作用于承力框架，避免丝杠承受较大横向载荷。

说明书

技术领域

本发明涉及一种具备横向承载能力的垂向运动平台，特别涉及一种通过间隙调整变换承载结构的大行程运动平台，属于力学环境试验技术领域。

背景技术

电动运动平台具有高精度、高速度、高加速度的显著优势，在数控机床、电子封装等各个工业领域均有广泛应用。运动平台一般由伺服电机、滚珠丝杠、滑块、伺服驱动器、运动控制器、上位机软件及负载等构成。除大行程的运动要求之外，在吊装、静力试验等领域还对运动平台的垂向承载提出了更高的要求。然而，因滚珠丝杠的横向承载能力较差，运动平台一般不能承受较大的横向载荷。

本发明提出一种具备横向承载能力的垂向运动平台，该平台利用伺服电机驱动滚珠丝杠，带动滑块、滑板及滑轮，可在大范围内运动并定位。在任意位置定位后，使用螺栓预紧固定，并利用碟簧变形量，将外部载荷传递至承力框架，从而避免了丝杠承受横向载荷。

发明内容

本发明的目的在于针对滚珠丝杠承受横向载荷能力弱的问题，提出一种具备横向承载能力的垂向运动平台，使用碟簧受压产生的变形，将横向承载转移至承力支架的方法。

一种具备横向承载能力的垂向运动平台，包括实施静载荷的作动器；具备大承载能力的承力框架；用于实施目标拉力的钢丝绳；调整钢丝绳方向的导入滑轮及导出滑轮；用于实现空间运动的电机、电机支座、丝杠、滑块、滑板；用于实现位移补偿能力的弹簧；实现空间定位及锁紧的承力螺栓；以及导入孔；导向螺栓；滑轮座；支座孔；承力螺栓定位孔；导出孔；丝杠支座；滑板导向孔；被动间隙；主动间隙；滑轮座导向孔；定位导向孔、导向螺栓定位孔。

承力框架为主承力结构，设置有导入孔、导出孔、定位导向孔；承力框架与导入滑轮的支座、电机支座、丝杠支座均固定连接，连接方式为螺栓连接。所述承力框架为柱形框架结构，材料为钢，其中，导入孔位于承力框架的侧面底部位置；导出孔为长圆形结构，位于侧面位置；定位导向孔与导出孔位于同一侧面。

作动器位于承力框架外部，作动器伸出端与钢丝绳相连，钢丝绳通过导入孔进入承力框架内部，并在导入滑轮处换向，再经过导出滑轮换向，通过滑轮座上的滑轮座导向孔、滑板导向孔、导出孔伸出承力框架外，对外部产品施加载荷。

滑块与滑板固定连接，连接方式为螺栓连接。

导出滑轮固定安装在滑轮座上，连接方式为螺栓连接。

滑轮座上还设置有导向螺栓定位孔、承力螺栓定位孔。

导向螺栓穿过滑轮座上的导向螺栓定位孔与滑板固定连接，且滑轮座与滑板之间为弹簧，导向螺栓穿过弹簧中心，起到导向作用。

导向螺栓定位孔的直径大于导向螺栓的直径，因此，在受力时，滑轮座可沿导向螺栓的轴向自由运动。

电机带动丝杠旋转，并驱动滑块运动，进而滑板、滑轮座、滑轮一起运动。

滑轮座与滑板之间形成的间隙为主动间隙。

滑轮座与承力框架形成的间隙为被动间隙。

当到达指定位置后，承力螺栓通过承力框架上的定位导向孔与承力螺栓定位孔连接；在拧紧过程中，弹簧受力压缩，主动间隙和被动间隙均减小；当被动间隙减小至零时，滑轮座与承力框架紧密相连；此时，滑板所受的力，也即为丝杠所受的横向力为弹簧的弹力。

实现空间定位后，作动器带动钢丝绳产生拉力F，滑轮上的力通过滑轮座传递至承力框架，可见丝杠并不承受F的作用，也即实现了承载结构的转移。

本发明一种具备横向承载能力的垂向运动平台，其优点及功效在于：利用电机带动丝杠旋转，并驱动滑块、滑板、滑轮座产生垂向运动，实现了钢丝绳伸出位置的空间定位。电机运动由伺服控制器控制，实现了运动的高精度自动控制。本发明利用承力螺栓与承力螺栓定位孔的旋紧，实现滑轮座与承力框架的固定连接。在作动器带动钢丝绳工作时，所产生的大量级载荷F通过滑轮及滑轮座传递至承力框架，从而避免丝杠承受较大横向力。丝杠所受的横向力仅为弹簧形变产生的弹力，并可以通过弹簧刚度调节。本发明一方面实现了加载力F输出位置的空间运动以及任意位置的定位，也实现了加载力F完全作用于承力框架之上，从而保护了丝杠。

附图说明

图1垂向运动平台主视图。

图2垂向运动平台俯视图。

图3垂向运动平台左视图。

图4滑轮座主视图。

图5滑轮座俯视图。

图6滑轮座左视图。

1作动器；2导入孔；3导入滑轮；4承力框架；5钢丝绳；6导出滑轮；7导向螺栓；8滑轮座；9电机支座；10电机；11支座孔；12弹簧；13承力螺栓定位孔；14滑板；15滑块；16承力螺栓；17导出孔；18丝杠；19丝杠支座；20滑板导向孔；21被动间隙；22主动间隙；23滑轮座导向孔；24定位导向孔；25导向螺栓定位孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

本发明针对运动台无法承受较大横向力的弊端，提出一种具备横向承载能力的垂向运动平台，该运动平台通过电机带动丝杠及滑块，可实现加载力输出位置的空间自动定位。另外，平台设置了主动间隙和被动间隙，在任意位置定位时，定位螺栓产生预紧力，将引起弹簧的变形，进而减小被动间隙，直至滑轮座与承力框架紧密接触，即实现了承力框架承载外部力，避免了丝杠承受横向力。在预紧力解除后，即可实现位置的自动控制。

具体来说，本发明一种具备横向承载能力的垂向运动平台，包括：

作动器1；导入孔2；导入滑轮3；承力框架4；钢丝绳5；导出滑轮6；导向螺栓7；滑轮座8；电机支座9；电机10；支座孔11；弹簧12；承力螺栓定位孔13；滑板14；滑块15；承力螺栓16；导出孔17；丝杠18；丝杠支座19；滑板导向孔20；被动间隙21；主动间隙22；滑轮座导向孔23；定位导向孔24；导向螺栓定位孔25。

其中，作动器1为施力部件，作动器1的伸出端与钢丝绳5固定连接。

钢丝绳5一端与作动器1固定连接，并通过承力框架4上的导入孔2进入承力框架4内部。钢丝绳5通过导入滑轮3产生方向的改变，进而通过导出滑轮6进一步转向。转向后的钢丝绳5通过滑轮座8上的滑轮座导向孔23，穿过滑板14上的滑板导向孔20，再由承力框架4上的导出孔17穿出，并与外部的产品相连。

所述承力框架4为柱形框架结构，材料为钢，其上设置有导入孔2、导出孔17、定位导向孔24；其中，导入孔2位于承力框架4的侧面底部位置；导出孔17为长圆形结构，位于侧面位置；定位导向孔24与导出孔17位于同一侧面。

当作动器1的伸出杆收缩时，钢丝绳5收紧，对外部产品产生拉力F的作用。

电机10位于承力框架4内部，并在电机支座9上固定。电机10的伸出端穿过支座孔11与丝杠18固定连接，该连接方式可以为键连接、销连接、螺栓法兰连接等。丝杠18的另一端与丝杠支座19连接，丝杠支座19固定在承力框架4上。

丝杠18上设置有滑块15，当电机10带动丝杠18旋转时，滑块15实现垂向直线运动。

滑块15与滑板14固定连接，实现同步运动；

导出滑轮6固定安装在滑轮座8上，滑轮座8的材料为钢，其上还设置有导向螺栓定位孔25、承力螺栓定位孔13；

导向螺栓7通过滑轮座8上的导向螺栓定位孔25，并穿过弹簧12中心，与滑板14固定相连；

滑板14的材料为钢，其上中心部位设置有滑板导向孔20；

导向螺栓定位孔25的直径大于导向螺栓7的直径，因此，在受力时，滑轮座8可沿导向螺栓7的轴向自由运动；

滑轮座8与滑板14形成了主动间隙22，当弹簧12受力压缩时，主动间隙22将减小；

滑轮座8与承力框架4形成了被动间隙21，滑轮座8的运动同样改变被动间隙21的大小；

可见，电机10带动丝杠18，进而驱动滑块15、滑板14、滑轮座8、导出滑轮6做直线运动，可实现空间任意位置的运动。当达到指定位置后，承力螺栓16穿过承力框架4上的定位导向孔24，与承力螺栓定位孔13连接。在旋紧过程中，轴承座8使弹簧12压缩，主动间隙22、被动间隙21同时减小，直至轴承座8与承力框架4紧密接触。继续增加承力螺栓16的预紧力，将不会对弹簧12产生作用。当施加静力载荷F时，钢丝绳5将力传导至轴承座8，进而传导至承力框架4，而滑板14、滑块15、丝杠18均不受静力载荷F的作用，也即避免了丝杠18受较大的横向力。可见，丝杠18所受的横向力完全取决于弹簧12压缩产生的弹力，因此可通过弹簧刚度调节。

具体工作时：

(1)向电机10的控制系统输入位置指令，电机10产生旋转运动，带动丝杠18、滑块15、滑板14、滑轮座6运动至指定位置，即定义了钢丝绳5的伸出位置。

(2)到达指定位置后，承力螺栓16通过定位导向孔24旋入承力螺栓定位孔13，滑轮座8在承力螺栓16的预紧力作用下运动，并引起弹簧12压缩，以及主动间隙22、被动间隙21的减小。承力螺栓16进一步旋紧，直至被动间隙21为零，滑轮座8与承力框架4紧密贴合。完成此过程后，丝杠18仅受弹簧12产生的弹力作用。

(3)作动器1伸出端伸出，并与钢丝绳5相连。钢丝绳5的另一伸出端穿过承力框架4上的导出孔17与外部的产品相连。

(4)作动器1的伸出端收缩，带动钢丝绳5，对外部产部施加拉力F。此过程中，因为滑轮座8与承力框架4固定连接，钢丝绳5上的力直接通过导出滑轮6、滑轮座8传递至承力框架4，而不会对丝杠18产生影响。

(5)试验结束后，作动器1伸出端伸出，实现卸载，F变为零。

(6)反向旋转承力螺栓16，直至完全旋出。滑轮座8在弹簧12的作用力下，恢复至初始位置。

(7)电机10启动，并带动导出滑轮6运动至初始位置，准备下一次试验。