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一種穩定的動態直線運動發生裝置.pdf

摘要
申請專利號:

CN201610012154.1

申請日:

2016.01.08

公開號:

CN105540507A

公開日:

2016.05.04

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):B66F 19/00申請日:20160108|||公開
IPC分類號: B66F19/00 主分類號: B66F19/00
申請人: 北京航空航天大學
發明人: 孟曉風; 張耀平; 聶晶; 王國華
地址: 100191 北京市海淀區學院路37號
優先權:
專利代理機構: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232 代理人: 王順榮;唐愛華
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201610012154.1

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2017.12.26|||2016.06.01|||2016.05.04

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明提供一種穩定的動態直線運動發生裝置,它是由驅動模塊、運動模塊和支撐模塊三個部分組成;驅動模塊包括三相步進電機、電機減速器、纜繩卷筒、纜繩、纜繩高度導向滑輪、纜繩銜接滑輪、纜繩寬度導向滑輪、拉力傳感器、滾珠滑塊、滾珠滑塊導軌、電磁鎖和光電限位裝置;運動模塊包括氣浮滑塊、氣浮導軌、附加設備固定座、電磁鎖吸板、彈力繩和彈力繩導向滑輪;支撐模塊包括電機平臺和導軌平臺;本裝置產生的動態直線運動狀態可在一定范圍內調整設置,運動過程穩定無振動,能量回收安全可靠,結構簡單,能夠拆卸,移動運輸方便。

權利要求書

1.一種穩定的動態直線運動發生裝置,其特征在于:它是由驅動模塊、運動模塊和
支撐模塊三個部分組成;它們相互之間的關系是:支撐模塊是驅動模塊與運動模塊的
支撐平臺,并限定驅動模塊和運動模塊的運動空間范圍;驅動模塊負責帶動運動模塊
進行勢能存儲;
所述驅動模塊包括三相步進電機、電機減速器、纜繩卷筒、纜繩、纜繩高度導向
滑輪、纜繩銜接滑輪、纜繩寬度導向滑輪、拉力傳感器、滾珠滑塊、滾珠滑塊導軌、
電磁鎖和光電限位裝置;它們相互之間的關系是:三相步進電機、電機減速器、纜繩
卷筒和纜繩高度導向滑輪依次安裝于電機平臺上,三相步進電機直接與電機減速器相
聯接,電機減速器與纜繩卷筒相聯接,纜繩一端繞在纜繩卷筒上的纜繩收納凹槽內,
另一端經過纜繩高度導向滑輪、纜繩銜接滑輪和纜繩寬度導向滑輪與拉力傳感器相連
接;拉力傳感器固定在滾珠滑塊靠近三相步進電機一側;滾珠滑塊沿滾珠滑塊導軌移
動;三相步進電機轉動時帶動纜繩卷筒旋轉,卷繞纜繩,通過纜繩銜接滑輪帶動滾珠
滑塊沿滾珠滑塊導軌運動;光電限位裝置安裝在運動模塊中的氣浮導軌底部靠近三相
步進電機一端,滾珠滑塊導軌的上方;電磁鎖固定在滾珠滑塊的遠離三相步進電機一
側;
該纜繩卷筒為圓柱體,一個底面設有聯接三相步進電機的凹槽,為圓柱形凹槽;
側面有兩個纜繩收納凹槽,為圓環形凹槽;以及兩個纜繩固定凹槽,為圓柱形凹槽;
該纜繩采用鋼絲繩;
該纜繩高度導向滑輪為定滑輪,保證此處纜繩高度與滾珠滑塊纜繩連接處高度一
致;
該纜繩銜接滑輪為定滑輪,一端通過纜繩高度導向滑輪連接纜繩卷筒,另外一端
通過纜繩寬度導向滑輪連接拉力傳感器,以保證兩個拉力傳感器受力均勻,避免對滾
珠滑塊產生側向拉力;
該纜繩寬度導向滑輪為定滑輪,避免對滾珠滑塊產生側向拉力;
該拉力傳感器采用MCL‐S1,用以監測滾珠滑塊兩側所受拉力是否均衡;
該光電限位裝置采用紅外發光二極管和紅外光電二極管,限定滾珠滑塊最大運動
位置;
所述運動模塊包括氣浮滑塊、氣浮導軌、附加設備固定座、電磁鎖吸板、彈力繩
和彈力繩導向滑輪;它們相互之間的關系是:附加設備固定座固定在氣浮滑塊上;氣
浮滑塊沿氣浮導軌移動;電磁鎖吸板固定在氣浮滑塊靠近三相步進電機一側,安裝位
置與驅動模塊中的滾珠滑塊上的電磁鎖對應;彈力繩導向滑輪固定在支撐模塊中的導
軌平臺上,彈力繩圍繞四個彈力繩導向滑輪布置,兩端分別固定在氣浮滑塊兩側;
該氣浮滑塊采用NewwayABLM,為多孔材質材料,在運動過程中,氣浮滑塊與氣
浮導軌之間沒有接觸,無摩擦力,并且不易產生側向振動;
該氣浮導軌采用NewwayABLM組件;
該附加設備固定座為立方體,其中一面有貫通式凹槽,其上設有多個附加設備安
裝位置,以便使用多種其他方法進行直線運動參數測量;
該電磁鎖吸板采用120LBS組件;
該彈力繩采用航空用彈射繩,通過改變規格來獲得不同范圍的動態直線運動過
程,既能存儲勢能,又進行能量回收;
該彈力繩導向滑輪采用定滑輪,用來限制彈力繩位置,同時能使彈力繩各個部位
產生均勻的伸縮量,避免對氣浮滑塊產生側向拉力;
所述支撐模塊包括電機平臺和導軌平臺;它們相互之間的關系是:導軌平臺和電
機平臺以互相垂直的方式放置;導軌平臺用于放置氣浮導軌和彈力繩導向滑輪,電機
平臺用于放置三相步進電機、電機減速器、纜繩卷筒及纜繩高度導向滑輪;導軌平臺
和電機平臺為能拆卸設計;
該電機平臺采用槽鋼和矩形鋼焊接組成,整體為長方體;
該導軌平臺采用矩形鋼焊接組成,整體為長方體。
2.根據權利要求1所述的一種穩定的動態直線運動發生裝置,其特征在于:所述鋼絲
繩,其直徑為3-4mm。

說明書

一種穩定的動態直線運動發生裝置

技術領域

本發明涉及一種運動發生裝置,尤其是一種穩定的動態直線運動發生裝置。屬于運動參
數溯源技術領域。

背景技術

直線運動是常見的運動狀態之一,在國防軍事、工業生產和日常生活中,都有對直線運
動狀態參數進行測量的需求。例如:在導彈發射過程中,內彈道出筒(導彈發射筒/箱)速度
及加速度是判定發射系統性能是否正常,發射過程成功與否的重要參數。在軋鋼生產線中對
入爐鋼坯進行速度監測,可以降低廢品率,從而降低生產成本優化生產過程,預測和消除故
障隱患。許多特殊的工程應用問題,例如氣缸活塞的沖擊運動,機床臺面的過渡過程等,都
是工業生產中重要的環節,在設計和應用中都需要測量其直線運動參數。在日常生活中,車
輛速度的限制和監控是安全行駛的保證,尤其高速鐵路中火車的運行速度較快,對其進行實
時監測,能夠確保車輛快速安全行駛。

為了更準確地對直線運動狀態參數進行測量,就必需要研究對應的先進測量技術,直線
運動發生裝置無疑是必需的,用以提供可控的、可重復使用的、穩定的動態直線運動過程。
目前,常見的直線運動發生裝置類型較少,常見的裝置有振動臺、空氣炮、跌落裝置、碰撞
裝置等。振動臺只能產生小位移、低幅度狀態振動,運動行程短,速度幅度小,無法模擬多
數直線運動狀態;空氣炮利用空氣動力原理,工作介質為空氣,由差壓裝置和可實現自動控
制的快速排氣閥、瞬間將空氣壓力能轉變成空氣射流動力能,可以產生強大的沖擊力,其設
備體積龐大,運動目標發射后被破壞,無法在其上安裝其他傳感器,成本較高,使用中存在
一定危險性;跌落裝置僅可提供自由落體過程,形式單一;碰撞裝置利用物體的機械碰撞產
生沖擊運動,可控性較差,在有限空間內能量回收形式復雜。綜上所述,目前的直線運動發
生裝置存在參數單一、可控性差、成本較高或是安全系數低等缺點。

發明內容

本發明的目的在于提供一種穩定的動態直線運動發生裝置,以解決現有技術中的缺陷,
滿足直線運動動態參數的研究的需求。該裝置產生的直線運動過程具有動態性和連續性,運
動過程穩定,便于控制,使用方便,安全系數高。

本發明一種穩定的動態直線運動發生裝置,由驅動模塊、運動模塊和支撐模塊三個部分
組成。它們相互之間的關系是:支撐模塊是驅動模塊與運動模塊的支撐平臺,并限定驅動模
塊和運動模塊的運動空間范圍;驅動模塊負責帶動運動模塊進行勢能存儲。

所述驅動模塊包括三相步進電機、電機減速器、纜繩卷筒、纜繩、纜繩高度導向滑輪、
纜繩銜接滑輪、纜繩寬度導向滑輪、拉力傳感器、滾珠滑塊、滾珠滑塊導軌、電磁鎖和光電
限位裝置;它們相互之間的關系是:三相步進電機、電機減速器、纜繩卷筒和纜繩高度導向
滑輪依次安裝于電機平臺上,三相步進電機直接與電機減速器相聯接,電機減速器與纜繩卷
筒相聯接,纜繩一端繞在纜繩卷筒上的纜繩收納凹槽內,另一端經過纜繩高度導向滑輪、纜
繩銜接滑輪和纜繩寬度導向滑輪與拉力傳感器相連接;拉力傳感器固定在滾珠滑塊靠近三相
步進電機一側;滾珠滑塊沿滾珠滑塊導軌移動;三相步進電機轉動時帶動纜繩卷筒旋轉,卷
繞纜繩,通過纜繩銜接滑輪帶動滾珠滑塊沿滾珠滑塊導軌運動;光電限位裝置安裝在運動模
塊中的氣浮導軌底部靠近三相步進電機一端,滾珠滑塊導軌的上方;電磁鎖固定在滾珠滑塊
的遠離三相步進電機一側;

該三相步進電機采用森創130BYG350FH;

該電機減速器采用森創PS142‐010;

該纜繩卷筒為圓柱體,一個底面設有聯接三相步進電機的凹槽,為圓柱形凹槽;側面有
兩個纜繩收納凹槽,為圓環形凹槽;以及兩個纜繩固定凹槽,為圓柱形凹槽;

該纜繩采用鋼絲繩,其直徑為3-4mm;

該纜繩高度導向滑輪為定滑輪,保證此處纜繩高度與滾珠滑塊纜繩連接處高度一致;

該纜繩銜接滑輪為定滑輪,一端通過纜繩高度導向滑輪連接纜繩卷筒,另外一端通過纜
繩寬度導向滑輪連接拉力傳感器,以保證兩個拉力傳感器受力均勻,避免對滾珠滑塊產生側
向拉力;

該纜繩寬度導向滑輪為定滑輪,避免對滾珠滑塊產生側向拉力;

該拉力傳感器采用MCL‐S1,用以監測滾珠滑塊兩側所受拉力是否均衡;

該滾珠滑塊及導軌采用R1853;

該電磁鎖采用120LBS;

該光電限位裝置采用紅外發光二極管和紅外光電二極管,限定滾珠滑塊最大運動位置;

所述運動模塊包括氣浮滑塊、氣浮導軌、附加設備固定座、電磁鎖吸板、彈力繩和彈力
繩導向滑輪;它們相互之間的關系是:附加設備固定座固定在氣浮滑塊上;氣浮滑塊可沿氣
浮導軌移動;電磁鎖吸板固定在氣浮滑塊靠近三相步進電機一側,安裝位置與驅動模塊中的
滾珠滑塊上的電磁鎖對應。彈力繩導向滑輪固定在支撐模塊中的導軌平臺上,彈力繩圍繞四
個彈力繩導向滑輪布置,兩端分別固定在氣浮滑塊兩側。

該氣浮滑塊采用NewwayABLM,為多孔材質材料,在運動過程中,氣浮滑塊與氣浮導軌
之間沒有接觸,無摩擦力,并且不易產生側向振動;

該氣浮導軌采用NewwayABLM組件;

該附加設備固定座為立方體,其中一面有貫通式凹槽,其上設有多個附加設備安裝位置,
以便使用多種其他方法進行直線運動參數測量;

該電磁鎖吸板采用120LBS組件;

該彈力繩采用航空用彈射繩,可以通過改變規格來獲得不同范圍的動態直線運動過程,
既能存儲勢能,又進行能量回收;

該彈力繩導向滑輪采用定滑輪,用來限制彈力繩位置,同時能使彈力繩各個部位產生均
勻的伸縮量,避免對氣浮滑塊產生側向拉力;

所述支撐模塊包括電機平臺和導軌平臺;它們相互之間的關系是:導軌平臺和電機平臺
以互相垂直的方式放置。導軌平臺用于放置氣浮導軌和彈力繩導向滑輪,電機平臺用于放置
三相步進電機、電機減速器、纜繩卷筒及纜繩高度導向滑輪等設備。導軌平臺和電機平臺為
可拆卸設計。

該電機平臺采用槽鋼和矩形鋼焊接組成,整體為長方體;

該導軌平臺采用矩形鋼焊接組成,整體為長方體。

本發明有益效果如下:

本裝置可產生動態的、連續的、穩定的直線運動,可用于各種動態直線運動參數測量實
驗。

本裝置在使用相同設備組件情況下,可以多次重復實現相同的動態直線運動過程。

本裝置通過調整不同規格的彈力繩,可產生不同運動參數的動態直線運動。

本裝置使用的氣浮滑塊在運動中與氣浮導軌沒有接觸,運動過程中無摩擦力,產生的直
線運動無冗余方向分量。

本裝置設置有激光反射鏡、加速度傳感器和發光設備等多種附加設備安裝位置,可用于
激光技術、視覺技術等多種動態直線運動參數測量方法手段。

本裝置的直線運動過程安全系數高。

本裝置運行消耗能源少,運行成本低。

本裝置相對體積較小,占地少,墊腳可調節高度,保證運動平面處于水平狀態,適用于
室內外各種場地使用。

本裝置可拆卸,組裝方便快捷,便于移動運輸。

附圖說明

圖1本發明中裝置的結構示意圖1(俯視圖)。

圖2本發明中裝置的結構示意圖2(正視圖)。

圖3本發明中纜繩卷筒結構示意圖。

圖4本發明中附加設備固定座結構示意圖。

圖中具體標號如下:

1–三相步進電機;2–電機減速器;3–纜繩卷筒;4–纜繩高度導向滑輪;5–
纜繩卷筒支架;6–纜繩;7–纜繩銜接滑輪;8–纜繩寬度導向滑輪;9–拉力傳感
器;10–滾珠滑塊;11–彈力繩導向滑輪;12–氣浮滑塊;13–氣浮導軌;14–彈
力繩;15–滾珠滑塊導軌;16–附加設備固定座;17-光電限位裝置;18-電磁鎖;19–
電磁鎖吸板;20–纜繩固定凹槽;21–聯接電機凹槽;22–纜繩收納凹槽;23–發
光設備安裝螺孔;24–加速度傳感器安裝螺孔;25–激光反射鏡安裝孔;26–電機平
臺;27–導軌平臺;

具體實施方式

下面結合圖1、圖2、圖3和圖4,對本發明做進一步的說明。

如圖1和圖2所示,本發明一種穩定的動態直線運動發生裝置,它包括驅動模塊、運動
模塊和支撐模塊三個部分。它們相互之間的關系是:支撐模塊是驅動模塊與運動模塊的支撐
平臺,并限定驅動模塊和運動模塊的運動空間范圍;驅動模塊負責帶動運動模塊進行勢能存
儲。

所述驅動模塊包括三相步進電機1、電機減速器2、纜繩卷筒3、纜繩6、纜繩高度導向
滑輪4、纜繩銜接滑輪7、纜繩寬度導向滑輪8、拉力傳感器9、滾珠滑塊10、滾珠滑塊導軌
15、電磁鎖18和光電限位裝置17;它們相互之間的關系是:三相步進電機1直接與電機減
速器2相聯接,電機減速器2與纜繩卷筒3相聯接,纜繩6一端固定在纜繩固定凹槽20中,
另一端經過纜繩高度導向滑輪4、纜繩銜接滑輪7和纜繩寬度導向滑輪8與拉力傳感器9相
聯接;滾珠滑塊10可沿滾珠滑塊導軌15移動;拉力傳感器9固定在滾珠滑塊10靠近三相步
進電機1一側;三相步進電機1轉動時帶動纜繩卷筒3旋轉,卷繞纜繩6,并將纜繩6收納
在纜繩收納凹槽22內,并通過纜繩銜接滑輪7帶動滾珠滑塊10沿滾珠滑塊導軌15運動。光
電限位裝置17安裝在氣浮導軌13底部靠近三相步進電機1一端,滾珠滑塊導軌15上方;電
磁鎖18固定在滾珠滑塊10的遠離三相步進電機1一側。

該三相步進電機1采用森創130BYG350FH;

該電機減速器2采用森創PS142‐010;

該纜繩卷筒3為圓柱體,如圖3所示,一個底面設有聯接電機凹槽21,為圓柱形凹槽,
用以與電機減速器2相聯接;側面有兩個纜繩收納凹槽22,為圓環形凹槽,在纜繩卷筒3轉
動時用以收納纜繩6;以及兩個纜繩固定凹槽20,為圓柱形凹槽,用以固定纜繩6;

該纜繩6采用鋼絲繩,直徑為3-4mm;

該纜繩高度導向滑輪4采用直徑30mm,槽寬5mm的定滑輪,保證纜繩卷筒3處纜繩6高
度與滾珠滑塊10的纜繩6連接處高度一致;

該纜繩銜接滑輪采7用采用直徑56mm,槽寬10mm的定滑輪,一端通過纜繩高度導向滑
輪4連接纜繩卷筒3,另外一端通過纜繩寬度導向滑輪8連接拉力傳感器9,以保證兩個拉力
傳感器9受力均勻,避免對滾珠滑塊10產生側向拉力。;

該纜繩寬度導向滑輪8采用直徑48mm,槽寬8mm的定滑輪,避免對滾珠滑塊10產生側
向拉力;

該拉力傳感器9采用MCL‐S1,用以監測滾珠滑塊10兩側所受拉力是否均衡;

該滾珠滑塊10及滾珠滑塊導軌15采用R1853;

該電磁鎖9采用120LBS;

該光電限位裝置17采用紅外發光二極管和紅外光電二極管,限定滾珠滑塊10最大運動
位置;

所述運動模塊包括氣浮滑塊12、氣浮導軌13、附加設備固定座16、電磁鎖吸板19、彈
力繩14和彈力繩導向滑輪11;它們相互之間的關系是:氣浮滑塊12可沿氣浮導軌13移動;
電磁鎖吸板19固定在氣浮滑塊12靠近三相步進電機1一側,安裝位置與滾珠滑塊10上的電
磁鎖18對應。彈力繩14圍繞四個彈力繩導向滑輪11布置,兩端分別固定在氣浮滑塊12兩
側。

該氣浮滑塊12采用NewwayABLM,為多孔材質材料,需按照ISO空氣質量等級3級標準
控制氣體中顆粒物、水分和油的含量;在運動過程中,氣浮滑塊12與氣浮導軌13之間沒有
接觸,無摩擦力,并且不易產生側向振動;

該氣浮導軌13采用NewwayABLM組件,長度為2000mm;

該附加設備固定座16整體為50mm*50mm*50mm立方體,其中一面有30mm*30mm貫通式凹
槽;附加設備固定座16上設有激光反射鏡安裝孔25,以便使用激光設備進行直線運動參數
測量;其上設有發光設備安裝螺孔23,以便使用視覺技術進行直線運動參數測量;其上設有
加速度傳感器安裝螺孔24,可用于直線運動加速度測量;

該電磁鎖吸板19采用120LBS組件;

該彈力繩14采用航空用彈射繩,可以通過改變規格來獲得不同范圍的動態直線運動過
程,既能存儲勢能,又進行能量回收;

該彈力繩導向滑輪11采用直徑95mm,槽寬18mm的定滑輪,用來限制彈力繩14位置,
同時能使彈力繩14各個部位產生均勻的伸縮量,避免對氣浮滑塊12產生側向拉力;

所述支撐模塊包括電機平臺26和導軌平臺27;它們相互之間的關系是:導軌平臺27和
電機平臺26以互相垂直的方式放置。導軌平臺27用于放置氣浮導軌13和彈力繩導向滑輪
11,電機平臺26用于放置三相步進電機1、電機減速器2、纜繩卷筒3及纜繩高度導向滑輪
4等設備。

該電機平臺26采用槽鋼和矩形鋼焊接組成,整體為長方體,尺寸為300x750x700mm;

該導軌平臺27采用矩形鋼焊接組成,整體為長方體,尺寸為2250x1040x700。

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