本發(fā)明涉及一種測試中使用的負載模擬機構(gòu)，尤其涉及了一種低摩擦多變量可調(diào)負載飛輪裝置。

背景技術(shù)：

在工業(yè)驅(qū)動系統(tǒng)測試過程中，在不同轉(zhuǎn)動慣量、不同阻尼系數(shù)、不同驅(qū)動力下驅(qū)動系統(tǒng)的表現(xiàn)具有重要的指示意義，工程師根據(jù)在不同條件下的測試結(jié)果對工業(yè)驅(qū)動系統(tǒng)進行改進以得到系統(tǒng)的最好表現(xiàn)。測試過程中由于需要的調(diào)節(jié)變量多，所以測試次數(shù)多。若使用飛輪作為慣性負載，每調(diào)整一次轉(zhuǎn)動慣量的大小均需要更換一次慣性飛輪，而飛輪更換需要使用吊裝設備進行重新安裝，每調(diào)整一次轉(zhuǎn)動慣量需要的準備時間較長。現(xiàn)有液壓馬達式阻尼模擬系統(tǒng)機械機構(gòu)復雜，體積較大，阻尼系數(shù)調(diào)節(jié)存在一定的非線性，不準確。同時，測試裝置整體性不高，需要額外考慮安全防護措施。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了在保證安全性的前提下提高工業(yè)驅(qū)動系統(tǒng)測試過程的測試效率，兼顧輕量化和集成化的設計要求。本發(fā)明的目的在于設計了一種低摩擦多變量可調(diào)負載飛輪裝置。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明包括主軸、下箱體、上箱體、阻尼力模擬扇葉、第一端蓋、第二端蓋、定位套筒、第一飛輪端蓋和第二飛輪端蓋；上箱體和下箱體上下相連接形成完整箱體，完整箱體內(nèi)灌有油液，完整箱體的水平兩端開設軸承孔，并且兩端分別通過第一端蓋和第二端蓋將上箱體和下箱體進行連接固定，主軸水平穿設地安裝在完整箱體中且兩端伸出軸承孔；主軸為階梯軸結(jié)構(gòu)，主軸大端到小端依次套裝有阻尼力模擬扇葉、定位套筒、第一飛輪端蓋、六個飛輪和第二飛輪端蓋；阻尼力模擬扇葉通過平鍵與主軸相連，第一飛輪端蓋和第二飛輪端蓋均通過平鍵與主軸相連，六個飛輪作為可調(diào)負載轉(zhuǎn)動慣量的主要部分，六個飛輪同軸套裝在主軸后兩端通過第一飛輪端蓋和第二飛輪端蓋軸向固定，第一飛輪端蓋和第二飛輪端蓋上均設有第一、第二飛輪同軸組件，每個飛輪下方設有剎車機構(gòu)。本發(fā)明的六個機械飛輪浸沒于油液當中相比傳統(tǒng)飛輪置于空氣中實現(xiàn)了低摩擦，并且通過箱體內(nèi)的油液、阻尼力模擬扇葉、第一、第二飛輪同軸組件和剎車機構(gòu)實現(xiàn)多變量可調(diào)負載。

變量包括一個轉(zhuǎn)動慣量和一個阻尼系數(shù)，具體是通過第一、第二飛輪同軸組件和剎車機構(gòu)實現(xiàn)轉(zhuǎn)動慣量的調(diào)節(jié)，通過油液和阻尼力模擬扇葉實現(xiàn)阻尼系數(shù)的調(diào)節(jié)。

所述的主軸兩端分別和完整箱體兩端的軸承孔之間設有第一調(diào)心滾子軸承和第二調(diào)心滾子軸承，第一調(diào)心滾子軸承外通過第一端蓋進行軸向固定，第二調(diào)心滾子軸承外通過第二端蓋進行軸向固定。

所述的第一飛輪同軸組件包括第一連接銷緊定端蓋和多個第一飛輪連接銷，飛輪上沿圓周間隔均布設有多個通孔，第一飛輪端蓋設有外凸緣，第一飛輪端蓋的外凸緣上沿圓周間隔均布穿設地安裝有多個用于伸入到飛輪通孔中的第一飛輪連接銷，第一飛輪端蓋外通過螺紋套裝有環(huán)形的第一連接銷緊定端蓋，第一連接銷緊定端蓋上沿圓周間隔均布穿設地安裝有多個用于連接第一飛輪連接銷的連接銷緊定螺釘；飛輪的通孔、連接銷緊定螺釘和第一飛輪連接銷數(shù)量相同且均平行于主軸，每個連接銷緊定螺釘?shù)穆葆敹寺菁y連接到各自對應的第一飛輪連接銷一端開設的螺紋孔中，第一飛輪連接銷另一端穿設伸入到飛輪的通孔中。

所述的第二飛輪同軸組件包括第二連接銷緊定端蓋和多個第二飛輪連接銷，飛輪上沿圓周間隔均布設有多個通孔，第二飛輪端蓋設有外凸緣，第一飛輪端蓋的外凸緣上沿圓周間隔均布穿設地安裝有多個用于伸入到飛輪通孔中的第二飛輪連接銷，第二飛輪端蓋外通過螺紋套裝有環(huán)形的第二連接銷緊定端蓋，第二連接銷緊定端蓋上沿圓周間隔均布穿設地安裝有多個用于連接第二飛輪連接銷的連接銷緊定螺釘；飛輪的通孔、連接銷緊定螺釘和第二飛輪連接銷數(shù)量相同且均平行于主軸，每個連接銷緊定螺釘?shù)穆葆敹寺菁y連接到各自對應的第二飛輪連接銷一端開設的螺紋孔中，第二飛輪連接銷另一端穿設伸入到飛輪的通孔中。

六個飛輪的大小可均不相同，可以是飛輪輪徑遞增或者是遞減式的結(jié)構(gòu)設計，具體根據(jù)多變量可調(diào)負載的轉(zhuǎn)動慣量設計要求而定。

所述的剎車機構(gòu)包括滑塊導軌、滑塊導軌連接螺栓、支撐架、滑塊和滑塊位置調(diào)節(jié)螺釘，支撐架固定置于下箱體底部并位于飛輪下方，滑塊導軌通過滑塊導軌連接螺栓固定安裝在支撐架頂面，兩個滑塊底部嵌裝在滑塊導軌內(nèi)并沿滑塊導軌移動；滑塊為楔形，兩個滑塊相正對的側(cè)面為楔形面，兩個滑塊相背對的側(cè)面為豎直端面，滑塊導軌的兩端均設置有凸塊，兩個凸塊均開設螺紋孔，螺紋孔內(nèi)安裝滑塊位置調(diào)節(jié)螺釘，滑塊位置調(diào)節(jié)螺釘?shù)膬?nèi)端頂接到滑塊外側(cè)的豎直端面上；通過調(diào)節(jié)滑塊位置調(diào)節(jié)螺釘旋進螺紋孔的深度使得兩個滑塊楔形面對飛輪周面進行擠壓形成剎車控制。

通過對剎車機構(gòu)調(diào)節(jié)，可以實現(xiàn)單個飛輪或者多個飛輪的停轉(zhuǎn)，通過六個不同轉(zhuǎn)動慣量的飛輪的排列組合，最多可有多種轉(zhuǎn)動慣量大小。

所述的第一飛輪連接銷和第二飛輪連接銷各自的另一端均穿設伸入到若干個飛輪的通孔中，使得若干個飛輪同步運動，具體是各自使得六個飛輪中兩端的若干個連續(xù)套裝的飛輪同步運動，若干個飛輪的數(shù)量根據(jù)可調(diào)負載轉(zhuǎn)動慣量而設定。

所述的下箱體底部的兩端設有進油口和出油口，進油口經(jīng)外部的油液循環(huán)與溫度控制系統(tǒng)與出油口連接，通過油液循環(huán)與溫度控制系統(tǒng)進行油液循環(huán)與溫度控制。

所有所述飛輪均浸沒于油液當中，箱體當中的油液溫度和容量通過油液循環(huán)與溫度控制系統(tǒng)進行控制。

通過油液循環(huán)與溫度控制系統(tǒng)對箱體內(nèi)的油液的粘度進行控制，同時協(xié)同調(diào)節(jié)阻尼力模擬扇葉的扇葉面積大小，可以實現(xiàn)對阻尼系數(shù)的無級調(diào)節(jié)，從而通過扇葉面積和油液粘度共同作用實現(xiàn)阻尼系數(shù)調(diào)節(jié)。

本發(fā)明裝置為半封閉系統(tǒng)，所述的第一端蓋和第二端蓋分別與主軸之間均通過擋塵環(huán)和雙層格萊圈密封連接，保證密封的可靠，第一端蓋、第二端蓋分別與上箱體、下箱體之間均使用雙層斯特封密封連接。

所述的上箱體頂面設置有通氣孔，通氣孔處安裝空氣過濾器，空氣過濾器通過螺紋孔連接在通氣孔。

本發(fā)明的飛輪裝置通過連接銷更換和滑塊的移動，在不需要更換飛輪的情況下就可以完成轉(zhuǎn)動慣量的調(diào)節(jié)。通過調(diào)節(jié)油液的粘度和阻尼力模擬扇葉葉片的大小，可以無級調(diào)節(jié)阻尼系數(shù)的大小，并且采用浸沒式飛輪設計，和半封閉油箱設計，方便運輸和批量加工制造。

本發(fā)明具有的有益效果是：

本發(fā)明的負載飛輪裝置通過連接銷更換和滑塊的移動，在不需要更換飛輪的情況下就可以完成轉(zhuǎn)動慣量的調(diào)節(jié)，較傳統(tǒng)的更換飛輪的方式新的負載飛輪的調(diào)整一次轉(zhuǎn)動慣量所需要的整備時間有極大的縮短，成倍提高了測試效率。同時，通過調(diào)節(jié)油液的粘度和阻尼力模擬扇葉葉片的大小，可以無級調(diào)節(jié)阻尼系數(shù)的大小，實現(xiàn)多變量可調(diào)。采用浸沒式飛輪設計，潤滑、散熱條件優(yōu)良，實現(xiàn)低摩擦多變量調(diào)節(jié)。半封閉式油箱設計，集成度高，同時旋轉(zhuǎn)飛輪位于箱體內(nèi)，保證測試當中的安全，也方便運輸。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的機械原理示意圖；

圖2是本發(fā)明的負載飛輪需要停轉(zhuǎn)時滑塊機構(gòu)的原理簡圖；

圖3是本發(fā)明的負載飛輪正常旋轉(zhuǎn)時滑塊機構(gòu)的原理簡圖。

圖4是圖1的局部放大圖。

圖5是圖1的局部放大圖。

圖中：1、主軸，2、第一調(diào)心滾子軸承，3、第二調(diào)心滾子軸承，4、下箱體，5、上箱體，6、阻尼力模擬扇葉，7、第一端蓋，8、第二端蓋，9、定位套筒，10、第一飛輪端蓋，11、第一飛輪軸承，12、第一飛輪，13、第二飛輪軸承，14、第二飛輪，15、第三飛輪軸承，16、第三飛輪，17、第四飛輪軸承，18、第四飛輪，19、第五飛輪軸承，20、第五飛輪，21、第六飛輪軸承，22、第六飛輪，23、第二飛輪端蓋，24、油液循環(huán)與溫度控制系統(tǒng)，25、擋塵環(huán)，26、格萊圈，27、斯特封，28、滑塊導軌，29、滑塊導軌連接螺栓，30、支撐架，31、滑塊，32、滑塊位置調(diào)節(jié)螺釘，33、端蓋固定螺釘，34、第一飛輪連接銷，35、第二飛輪連接銷，36、第一連接銷緊定端蓋，37、連接銷緊定螺釘，38、第二連接銷緊定端蓋，39、空氣過濾器。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明

如圖1所示，本發(fā)明具體實施包括主軸1、下箱體4、上箱體5、阻尼力模擬扇葉6、第一端蓋7、第二端蓋8、定位套筒9、第一飛輪端蓋10和第二飛輪端蓋23；上箱體5和下箱體4上下相連接形成完整箱體，完整箱體內(nèi)灌有油液，完整箱體的水平兩端開設軸承孔，并且兩端分別通過第一端蓋7和第二端蓋8將上箱體5和下箱體4進行連接固定，第一端蓋7和第二端蓋8均通過端蓋固定螺釘33與上箱體5和下箱體4相連，主軸1水平穿設地安裝在完整箱體中且兩端伸出軸承孔。

如圖1所示，主軸1為階梯軸結(jié)構(gòu)，主軸1大端到小端依次套裝有阻尼力模擬扇葉6、定位套筒9、第一飛輪端蓋10、六個飛輪和第二飛輪端蓋23，具體形成了第一調(diào)心滾子軸承2依靠阻尼力模擬扇葉6和第一端蓋7進行軸向固定、第二調(diào)心滾子軸承3依靠第二端蓋8和主軸1上的階梯進行軸向固定的結(jié)構(gòu)。阻尼力模擬扇葉6通過平鍵與主軸1相連，第一飛輪端蓋10和第二飛輪端蓋23均通過平鍵與主軸1相連，六個飛輪作為可調(diào)負載轉(zhuǎn)動慣量的主要部分，六個飛輪同軸套裝在主軸1后兩端通過第一飛輪端蓋10和第二飛輪端蓋23軸向固定，第一飛輪端蓋10和第二飛輪端蓋23上均設有第一、第二飛輪同軸組件，每個飛輪下方設有剎車機構(gòu)。

主軸1兩端分別和完整箱體兩端的軸承孔之間設有第一調(diào)心滾子軸承2和第二調(diào)心滾子軸承3，第一調(diào)心滾子軸承2外通過第一端蓋7進行軸向固定，第二調(diào)心滾子軸承3外通過第二端蓋8進行軸向固定。

下箱體4底部的兩端設有進油口和出油口，進油口經(jīng)外部的油液循環(huán)與溫度控制系統(tǒng)24與出油口連接，通過油液循環(huán)與溫度控制系統(tǒng)24進行油液循環(huán)與溫度控制。

如圖4和圖5所示，第一端蓋7和第二端蓋8分別與主軸1之間均通過擋塵環(huán)25和雙層格萊圈26密封連接，第一端蓋7、第二端蓋8分別與上箱體4、下箱體5之間均使用雙層斯特封27密封連接。

上箱體5頂面設置有通氣孔，通氣孔處安裝空氣過濾器39，空氣過濾器39通過螺紋孔連接在通氣孔。

如圖4所示，第一飛輪同軸組件包括第一連接銷緊定端蓋36和八個第一飛輪連接銷34，飛輪上沿圓周間隔均布設有八個通孔，第一飛輪端蓋10設有外凸緣，第一飛輪端蓋10的外凸緣上沿圓周間隔均布穿設地安裝有八個用于伸入到飛輪通孔中的第一飛輪連接銷34，第一飛輪端蓋10外通過螺紋套裝有環(huán)形的第一連接銷緊定端蓋36，第一連接銷緊定端蓋36上沿圓周間隔均布穿設地安裝有八個用于連接第一飛輪連接銷34的連接銷緊定螺釘37；飛輪的通孔、連接銷緊定螺釘37和第一飛輪連接銷34均平行于主軸1，每個連接銷緊定螺釘37的螺釘端螺紋連接到各自對應的第一飛輪連接銷34一端開設的螺紋孔中，從而將第一飛輪連接銷34固定安裝，第一飛輪連接銷34另一端穿設伸入到飛輪的通孔中。

如圖5所示，第二飛輪同軸組件包括第二連接銷緊定端蓋38和八個第二飛輪連接銷35，飛輪上沿圓周間隔均布設有八個通孔，第二飛輪端蓋23設有外凸緣，第一飛輪端蓋10的外凸緣上沿圓周間隔均布穿設地安裝有八個用于伸入到飛輪通孔中的第二飛輪連接銷35，第二飛輪端蓋23外通過螺紋套裝有環(huán)形的第二連接銷緊定端蓋38，第二連接銷緊定端蓋38上沿圓周間隔均布穿設地安裝有八個用于連接第二飛輪連接銷35的連接銷緊定螺釘37；飛輪的通孔、連接銷緊定螺釘37和第二飛輪連接銷35均平行于主軸1，每個連接銷緊定螺釘37的螺釘端螺紋連接到各自對應的第二飛輪連接銷35一端開設的螺紋孔中，從而將第二飛輪連接銷35固定安裝，第二飛輪連接銷35另一端穿設伸入到飛輪的通孔中。

具體實施中，六個飛輪依次為第一飛輪12、第二飛輪14、第三飛輪16、第四飛輪18、第五飛輪20和第六飛輪22，第一飛輪12、第二飛輪14、第三飛輪16均采用大輪徑且輪徑相同，第四飛輪18、第五飛輪20和第六飛輪22均采用小輪徑且輪徑相同，第一飛輪12、第二飛輪14、第三飛輪16、第四飛輪18、第五飛輪20、第六飛輪22分別通過第一飛輪軸承11、第二飛輪軸承13、第三飛輪軸承15、第四飛輪軸承17、第五飛輪軸承19和第六飛輪軸承21套裝在主軸1上。

第一飛輪連接銷34從圖中左端依次貫穿第一飛輪12、第二飛輪14、第三飛輪16的通孔，使得第一飛輪12、第二飛輪14、第三飛輪16同步轉(zhuǎn)動或者同步停轉(zhuǎn)；第二飛輪連接銷35從圖中右端依次貫穿第六飛輪22和第五飛輪20的通孔，使得第六飛輪22和第五飛輪20同步轉(zhuǎn)動或者同步停轉(zhuǎn)；第四飛輪18不與其他任何飛輪同步運動。

如圖2和圖3所示，剎車機構(gòu)包括滑塊導軌28、滑塊導軌連接螺栓29、支撐架30、滑塊31和滑塊位置調(diào)節(jié)螺釘32，支撐架30固定置于下箱體4底部并位于飛輪下方，滑塊導軌28通過滑塊導軌連接螺栓29固定安裝在支撐架30頂面，兩個滑塊31底部嵌裝在滑塊導軌28內(nèi)并沿滑塊導軌28移動；滑塊31為楔形，兩個滑塊31相正對的側(cè)面為楔形面，兩個滑塊31相背對的側(cè)面為豎直端面，滑塊導軌28的兩端均設置有凸塊，兩個凸塊均開設螺紋孔，螺紋孔內(nèi)安裝滑塊位置調(diào)節(jié)螺釘32，滑塊位置調(diào)節(jié)螺釘32的內(nèi)端頂接到滑塊31外側(cè)的豎直端面上；滑塊導軌28寬度與飛輪寬度相同，通過調(diào)節(jié)滑塊位置調(diào)節(jié)螺釘32旋進螺紋孔的深度使得兩個滑塊31楔形面對飛輪周面進行擠壓形成剎車控制。松開剎車機構(gòu)的過程為，滑塊位置調(diào)節(jié)螺釘32旋出滑塊導軌28上的凸塊，手動撥動滑塊31上的凸塊使滑塊垂直端面與滑塊導軌28的凸塊頂接即可。

第一飛輪連接銷34和第二飛輪連接銷35各自的另一端均穿設伸入到若干個飛輪的通孔中，使得若干個飛輪同步運動，具體是各自使得六個飛輪中兩端的若干個連續(xù)套裝的飛輪同步運動。

本發(fā)明能夠通過簡單的操作完成對多個測試條件的更換，縮短測試過程的時間，大大提高工作效率，本發(fā)明的主要設計原理闡述如下：

如圖1所示，以第六飛輪22為例闡述工作過程，其他飛輪工作過程類似，區(qū)別只在于為了保證連接銷的剛度，連接銷不宜選擇太長，所以連接銷需視情況連接至最近的飛輪端蓋。當需要第六飛輪22轉(zhuǎn)動的時候，滑塊31移動至不影響飛輪轉(zhuǎn)動的區(qū)域，同時選擇合適長度連接銷使該飛輪第二飛輪端蓋23連接，第二飛輪端蓋23通過平鍵與主軸1連接，從而使主軸帶動第六飛輪22進行旋轉(zhuǎn)。從而達到增加負載慣性扭矩的作用。當不需要第六飛輪22轉(zhuǎn)動的時候，通過調(diào)節(jié)滑塊位置調(diào)節(jié)螺釘32使滑塊31頂住第六飛輪22，連接銷選較短的長度使第六飛輪22不與第二飛輪端蓋23連接，由于第六飛輪軸承21的存在，主軸的旋轉(zhuǎn)不會帶動第六飛輪轉(zhuǎn)動，從而減小了負載的轉(zhuǎn)動慣量。

下面通過圖2和3進一步說明剎車工作過程：

如圖2所示，當需要例如機械飛輪12停轉(zhuǎn)時，通過調(diào)節(jié)兩側(cè)的滑塊位置調(diào)節(jié)螺釘32，使滑塊31頂住機械飛輪，連接銷34選擇較短的長度使機械飛輪12與主軸1不連接，由于機械飛輪軸承11的存在，可以使機械飛輪12停轉(zhuǎn)，減小負載轉(zhuǎn)動慣量

如圖3所示，當需要例如機械飛輪12不停轉(zhuǎn)時，通過兩側(cè)的滑塊位置調(diào)節(jié)螺釘32，使兩側(cè)滑塊31分別其旋出滑塊導軌28，移動至不干擾機械飛輪運行的位置，連接銷34選擇較長的長度使機械飛輪與主軸1連接，主軸旋轉(zhuǎn)帶動機械飛輪旋轉(zhuǎn)。

本發(fā)明的多變量負載測試過程如下：

當需要調(diào)整負載轉(zhuǎn)動慣量進行測試時，先拆卸下飛輪組兩側(cè)連接銷緊定端蓋上的16個連接銷緊定螺釘，然后懸出連接銷緊定端蓋，根據(jù)所需轉(zhuǎn)動慣量的大小選擇適當長度的連接銷，調(diào)節(jié)飛輪組中各個飛輪的旋轉(zhuǎn)角，使連接銷插入飛輪組。安裝連接銷緊定端蓋，加緊之后安裝連接銷緊定螺釘。然后將不需要使用的飛輪下方的徑向兩側(cè)的滑塊位置調(diào)節(jié)螺釘旋入滑塊導軌內(nèi)，頂緊滑塊使飛輪固定不動，將需要使用的飛輪的徑向兩側(cè)的滑塊位置調(diào)節(jié)螺釘旋從滑塊導軌內(nèi)旋出，然后通過滑塊側(cè)面的臺階將滑塊拖出使其與滑塊位置調(diào)節(jié)螺釘頂緊，至此完成負載轉(zhuǎn)動慣量的調(diào)節(jié)。

當需要調(diào)整阻尼系數(shù)進行測試時，根據(jù)所需要的阻尼系數(shù)的大小以及阻尼力模擬扇葉的葉片的面積及個數(shù)，計算得到所需要的油液粘度的大小，經(jīng)過查詢所使用的油液的黏溫特性曲線，得到所需要的溫度，輸入給油液循環(huán)與溫度控制系統(tǒng)，依靠此系統(tǒng)使油液溫度保持在所需要的溫度，從而達到控制油液粘度的作用。