[发明专利]一种稳定的动态直线运动发生装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种运动发生装置，尤其是一种稳定的动态直线运动发生装置。属于运动参数溯源技术领域。

背景技术

直线运动是常见的运动状态之一，在国防军事、工业生产和日常生活中，都有对直线运动状态参数进行测量的需求。例如：在导弹发射过程中，内弹道出筒(导弹发射筒/箱)速度及加速度是判定发射系统性能是否正常，发射过程成功与否的重要参数。在轧钢生产线中对入炉钢坯进行速度监测，可以降低废品率，从而降低生产成本优化生产过程，预测和消除故障隐患。许多特殊的工程应用问题，例如气缸活塞的冲击运动，机床台面的过渡过程等，都是工业生产中重要的环节，在设计和应用中都需要测量其直线运动参数。在日常生活中，车辆速度的限制和监控是安全行驶的保证，尤其高速铁路中火车的运行速度较快，对其进行实时监测，能够确保车辆快速安全行驶。

为了更准确地对直线运动状态参数进行测量，就必需要研究对应的先进测量技术，直线运动发生装置无疑是必需的，用以提供可控的、可重复使用的、稳定的动态直线运动过程。目前，常见的直线运动发生装置类型较少，常见的装置有振动台、空气炮、跌落装置、碰撞装置等。振动台只能产生小位移、低幅度状态振动，运动行程短，速度幅度小，无法模拟多数直线运动状态；空气炮利用空气动力原理，工作介质为空气，由差压装置和可实现自动控制的快速排气阀、瞬间将空气压力能转变成空气射流动力能，可以产生强大的冲击力，其设备体积庞大，运动目标发射后被破坏，无法在其上安装其他传感器，成本较高，使用中存在一定危险性；跌落装置仅可提供自由落体过程，形式单一；碰撞装置利用物体的机械碰撞产生冲击运动，可控性较差，在有限空间内能量回收形式复杂。综上所述，目前的直线运动发生装置存在参数单一、可控性差、成本较高或是安全系数低等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种稳定的动态直线运动发生装置，以解决现有技术中的缺陷，满足直线运动动态参数的研究的需求。该装置产生的直线运动过程具有动态性和连续性，运动过程稳定，便于控制，使用方便，安全系数高。

本发明一种稳定的动态直线运动发生装置，由驱动模块、运动模块和支撑模块三个部分组成。它们相互之间的关系是：支撑模块是驱动模块与运动模块的支撑平台，并限定驱动模块和运动模块的运动空间范围；驱动模块负责带动运动模块进行势能存储。

所述驱动模块包括三相步进电机、电机减速器、缆绳卷筒、缆绳、缆绳高度导向滑轮、缆绳衔接滑轮、缆绳宽度导向滑轮、拉力传感器、滚珠滑块、滚珠滑块导轨、电磁锁和光电限位装置；它们相互之间的关系是：三相步进电机、电机减速器、缆绳卷筒和缆绳高度导向滑轮依次安装于电机平台上，三相步进电机直接与电机减速器相联接，电机减速器与缆绳卷筒相联接，缆绳一端绕在缆绳卷筒上的缆绳收纳凹槽内，另一端经过缆绳高度导向滑轮、缆绳衔接滑轮和缆绳宽度导向滑轮与拉力传感器相连接；拉力传感器固定在滚珠滑块靠近三相步进电机一侧；滚珠滑块沿滚珠滑块导轨移动；三相步进电机转动时带动缆绳卷筒旋转，卷绕缆绳，通过缆绳衔接滑轮带动滚珠滑块沿滚珠滑块导轨运动；光电限位装置安装在运动模块中的气浮导轨底部靠近三相步进电机一端，滚珠滑块导轨的上方；电磁锁固定在滚珠滑块的远离三相步进电机一侧；

该三相步进电机采用森创130BYG350FH；

该电机减速器采用森创PS142‐010；

该缆绳卷筒为圆柱体，一个底面设有联接三相步进电机的凹槽，为圆柱形凹槽；侧面有两个缆绳收纳凹槽，为圆环形凹槽；以及两个缆绳固定凹槽，为圆柱形凹槽；

该缆绳采用钢丝绳，其直径为3-4mm；

该缆绳高度导向滑轮为定滑轮，保证此处缆绳高度与滚珠滑块缆绳连接处高度一致；

该缆绳衔接滑轮为定滑轮，一端通过缆绳高度导向滑轮连接缆绳卷筒，另外一端通过缆绳宽度导向滑轮连接拉力传感器，以保证两个拉力传感器受力均匀，避免对滚珠滑块产生侧向拉力；

该缆绳宽度导向滑轮为定滑轮，避免对滚珠滑块产生侧向拉力；

该拉力传感器采用MCL‐S1，用以监测滚珠滑块两侧所受拉力是否均衡；

该滚珠滑块及导轨采用R1853；

该电磁锁采用120LBS；

该光电限位装置采用红外发光二极管和红外光电二极管，限定滚珠滑块最大运动位置；