[实用新型]一种双自由度伺服电机驱动的船舶推进力模拟装置

说明书

本实用新型涉及一种双自由度伺服电机驱动的船舶推进力模拟装置，属于负载模拟实验装置技术领域。所述模拟装置主要由双自由度伺服电机、传动机构、传动机构壳体、活塞和输出轴组成，双自由度伺服电机与传动机构连接，传动机构以及活塞分别与传动机构壳体滑动配合，传动机构、传动机构壳体以及活塞围成液压油腔，输出轴与活塞连接；双自由度伺服电机的直线、旋转运动依次模拟恒定力、脉动力部分，由于传动机构的旋转运动被传动机构壳体限制，则双自由度伺服电机的直线或旋转运动传递给传动机构并转化成其往复直线运动，再通过液压油腔驱动活塞和输出轴进而输出激振力，该模拟装置一体化程度高，结构简单，对不同实验工况的适应性强。

技术领域

本实用新型涉及一种双自由度伺服电机驱动的船舶推进力模拟装置，属于负载模拟实验装置技术领域。

背景技术

船舶推进器，是指船舶的动力转换装置。利用推进器产生的推进力，船舶可克服在水中航行的阻力并实现加减航速。最常见的推进器是螺旋桨，螺旋桨在水中的高速旋转会使其受到水的反作用力，该反作用力被施加到轴上进而传递到船体推动船舶行进。由于水流的作用，通常该推进力是波动的，其中包含两个分量：恒定的推进力以及流固耦合作用后产生的激振力，且激振力的频率与螺旋桨的转速近似正相关。

由此可见，船舶上与螺旋桨相连的推进轴以及其后的轴系设备受到波动的推进力的反作用。因此，在对船舶轴或轴系进行相关实验时，需要对其模拟施加这种推进力，以验证轴及轴系的相关性能或得到相应的实验数据。常用的手段为通过两套动力装置(如电动缸)分别模拟推进力中的恒定力部分和脉动力部分，此种方案需额外设计工装结构，安装难度大；随着电磁阀技术的发展，也可采用一台液压缸配备高速电磁阀组通过不断改变液压缸内的压力实现模拟船舶推进力的功能，但此方案对阀的开关频率要求较高，且为了对输出力进行精确控制，此类设备还需要配备压力传感器，一方面增加了设备的成本，同时可靠性也较低。

实用新型内容

针对现有动力装置模拟船舶推进力存在的缺陷，本实用新型提供一种双自由度伺服电机驱动的船舶推进力模拟装置，采用双自由度伺服电机作为动力源，可输出直线推力或旋转扭矩，从而能够模拟船舶推进力中的恒定力部分和脉动力部分，该模拟装置一体化程度高，结构简单，而且对不同实验工况的适应性强。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。

一种双自由度伺服电机驱动的船舶推进力模拟装置，所述模拟装置包括电机壳体、双自由度伺服电机、传动机构、传动机构壳体、传动机构端盖、活塞、输出轴、弹簧以及输出轴端盖；

所述双自由度伺服电机是指能够在旋转和直线运动两个自由度进行输出的伺服电机；传动机构壳体的内型面设计成非旋转对称结构(如设计为矩形、椭圆形等)，用于限制传动机构的旋转运动；

双自由度伺服电机安装在电机壳体内部，电机壳体内部为凸字形空腔；传动机构壳体一端安装在电机壳体大直径空腔一端上，另一端安装在传动机构端盖上；活塞与传动机构壳体内表面滑动配合，传动机构位于传动机构壳体内部且与双自由度伺服电机连接，传动机构、传动机构壳体以及活塞围成封闭的液压油腔；输出轴端盖安装在传动机构端盖上，输出轴穿过传动机构端盖和输出轴端盖，并通过滑动轴承支撑在传动机构端盖上，输出轴一端与活塞连接，另一端位于传动机构壳体外部；弹簧一端与传动机构端盖内表面相抵触，另一端与位于活塞上的输出轴端面相抵触。

进一步地，所述传动机构包括主动轮、传动球体和从动轮；其中，从动轮与传动机构壳体内表面滑动配合，从动轮、传动机构壳体以及活塞围成液压油腔，主动轮一端通过传动球体与从动轮配合，主动轮另一端与双自由度伺服电机连接。

进一步地，主动轮以及从动轮与传动球体接触的端面上分别加工有空间凹槽，可使传动球体在其中自由滚动，且主动轮上的空间凹槽与从动轮上的空间凹槽在端面的法向方向上互补。而且主动轮以及从动轮端面上的空间凹槽可根据需要进行设计，从而使电机转子一周的旋转可转化为数次从动轮的往复直线运动。