[其他]一种单层台面三维复合摇摆装置

说明书

一种单层台面三维复合摇摆装置，属于模拟装置，用立柱式大球轴承机构支撑台面。由于采用具有三个自由度的四个小球轴承及旋套等机构来推动台面，消除了各运动机构之间的相互干涉，实现了单层台面横摇、纵摇、首摇（偏航）三维复合摇摆，较真实模拟出船舶、车辆的摇摆状况，可按人的意志制造出所需要的环境。在工业、交通运输、医学、军事等方面有广泛的用途，结构简单、体积小、造价低。

本发明属于模拟装置。特别适用于模拟船舶和车辆的摇摆状况。

一般的摇摆装置多数按照陀螺仪原理，用多层框架结构实现横摇、纵摇、首摇（偏航）三维复合摇摆。层次多、结构复杂。少数用单层台面结构只能实现横摇、纵摇两维摇摆。如检索到的苏联专利644633号。其摇摆部分是用万向节支撑台面。有两个垂直于台面的液压缸成90度角相邻安置。通过两个平面铰，推动台面横摇或纵摇。该装置由于缺少首摇动作，横摇和纵摇又不能复合在一起同时进行，模拟的逼真性较差，不能进行复合摇摆的关键在于若横摇、纵摇同时进行，液压缸相互之间会发生干涉。

本发明针对上述缺点进行改进。研制出用单层台面进行横摇、纵摇首摇三维复合摇摆的装置。从而解决了这一问题。

本发明的要点是底板〔1〕上竖直地安装有立柱〔2〕。它顶端的大球轴承〔3〕支撑台面〔4〕。立柱〔2〕外面套有圆筒形旋套〔10〕。旋套〔10〕上端与十字形支座〔13〕联接。该支座有互成90度均匀、等距分布的四个平面铰。它们与液压缸〔5〕的尾端铰接。四个液压缸〔5〕可在互成90度的平面内绕铰接点摆动。这样安装在液压缸〔5〕活塞杆前端的小球轴承〔6〕具有了一个自由度。台面下表面的四个滑道〔8〕均匀等距分布在大球轴承〔3〕周围，也互成90度角。滑块〔7〕在滑道〔8〕中滑动，小球轴承〔6〕装在滑块〔7〕中，在滑块〔7〕两端有复位弹簧〔9〕，这样小球轴承〔6〕可相对台面滑移，具有了两个自由度。四个小球轴承〔6〕还能随液压缸〔5〕的活塞杆作伸缩运动，这样具有了三个自由度。

单维摇摆动作是这样实现的，四个液压缸〔5〕，每两个相对的为一组，单独横摇时，一个供油另一个排油，反复循环，通过小球轴承〔6〕、滑块〔7〕、滑道〔8〕推动台面〔4〕绕大球轴承〔3〕进行摇摆、单独纵摇同理。

进行横摇、纵摇两维复合摇摆时，四个小球轴承〔6〕的运动轨迹是一种近似的球面轨迹，球面轨迹的圆心就是大球轴承〔3〕的球心。由于每个小球轴承〔6〕都具有三个自由度，能实现这一轨迹，它们之间不会发生干涉，与它们联接的四个液压缸〔5〕之间也不会发生干涉，因而两维复合摇摆能够实现。

第三维摇摆是这样实现的，旋套〔10〕的下端与旋转机构〔12〕联在一起，旋转机构相对底板1的转动可用推力滑动轴承，推力滚动轴承或其它类轴承来实现。两个液压缸〔11〕垂直于立柱，前端与旋转机构〔12〕铰接，尾端与底板〔1〕铰接，两个液压缸〔11〕往复伸缩就会推动连成一体的旋转机构〔12〕、旋套〔10〕、十字形支座〔13〕绕立柱〔2〕摆动，并带动四个液压缸〔5〕、通过小球轴承〔6〕、滑块〔7〕、滑道〔8〕使台面〔4〕绕大球轴承〔3〕首摇。

首摇运动可看成外力推动一个坐标系，坐标系外的运动与坐标系内的运动无关，所以三维摇摆运动同时进行时，液压缸〔11〕与液压缸〔5〕之间也不会发生干涉，从而解决了用单层台面〔4〕进行横摇、纵摇、首摇三维复合摇摆这一问题。

本发明配上微型计算机闭环控制电液伺服系统。可实现角度、周期、波形任意变化，无规律可循的复杂的三维空间摇摆运动，精确地模拟出船舶、车辆的摇摆状态。按人的意志制造出所需的环境，可对舰船上、海洋钴井平台上、车辆上使用的各类机电产品进行摇摆或倾斜试验，考核它们在这种环境下的工作适应性和结构完好性;可用于大型游艺机;可用于检测坦克、自行火炮炮身的稳定精度;可用于各种水面舰艇、潜艇操纵训练仪;可用于训练水兵、军医在摇摆状态下操纵火炮、为病人动手术;还可用于舰载直升飞机起落训练。

本发明采用一组两个液压缸推动台面摇摆与单独用一个液压缸相比，具有双向供油腔容积相等可使控制系统简单，模拟动作精度高，受力状况好，承载能力大等一系列优点，整个装置则具有结构简单，体积小、造价低的优点，与一般摇摆设备相比，相同规模时，造价可低一半。