一种基于齿轮齿条运动的大飞机脚蹬模拟装置的制作方法

本发明属于飞机驾驶仿真装置技术领域，涉及一种基于齿轮齿条运动的大飞机脚蹬模拟装置。

技术背景

大飞机驾驶仿真装置系统是用来模拟飞行器飞行，提供真实操作环境、真实操纵机构、提供操作负荷及运动的装置，可为科学研究、人员培训等提供大飞机仿真环境，起到节省经费、提高训练效率等目的。

脚蹬是大飞机驾驶舱操纵机构中的主要部件，操纵者可操纵左右脚蹬来操纵方向舵实现飞机横向左右偏转。当操纵者松开脚蹬后，脚蹬将会回到中立位置；当主驾驶位置或副驾驶位置脚蹬运动时，另一侧驾驶位同向脚蹬将会同步运动；当主副驾驶位的左脚蹬运动时，同侧驾驶位的右脚蹬将会同步反向运动。

现市面上的飞机驾驶仿真装置结构复杂，通过转轴套筒等实现脚蹬运动，通过模拟计算机与电液伺服控制的方法或全数字仿真方法进行操纵负荷加载，虽然精度很高，但成本高，对于一些不需要高精度的场合并不适用，因此需要一种成本低、结构简单、能做到力加载的大飞机驾驶仿真装置。

技术实现要素：

针对飞机驾驶仿真装置的现状和需求，设计发明了一种采用基于弹簧模组加载和齿轮齿条运动的大飞机脚蹬模拟装置，该模拟装置可做到主副驾驶位脚蹬运动同步运动，同一驾驶位左右脚蹬反向同幅度运动；无负载时，左右脚蹬自动回到中立位置；左右脚蹬操纵有力感。与传统脚蹬模拟操纵装置相比，结构简单、功能齐全。

本发明的目的在于提供一种基于齿轮齿条运动的大飞机脚蹬模拟装置，适用于对操纵负荷加载精度要求不高的大飞机驾驶仿真装置。

本发明采取的技术方案如下：

本发明包括脚蹬组件、脚蹬加载装置和脚蹬同步传动装置；在主驾驶位和副驾驶位各设置一个脚蹬加载装置，在每个脚蹬加载装置的两侧上分别安装左脚的脚蹬组件和右脚的脚蹬组件，两个脚蹬加载装置下部之间脚蹬同步传动装置，脚蹬同步传动装置同步主驾驶位和副驾驶位的脚蹬运动，实现大飞机脚蹬的模拟仿真。

所述脚蹬组件包括脚蹬踏板、扭簧、脚蹬踏板转轴、脚蹬踏板限位装置、脚蹬支持件和脚蹬支持件安装板；脚蹬支持件的下端安装在脚蹬支持件安装板上，脚蹬支持件的上端通过脚蹬踏板转轴与脚蹬踏板铰接，脚蹬支持件和脚蹬踏板之间连接处的脚蹬踏板转轴上套设有扭簧，扭簧的一端与脚蹬踏板相连，脚蹬踏板下方的脚蹬支持件旁固定有脚蹬踏板限位装置，扭簧的另一端与设置在脚蹬踏板下方的脚蹬踏板限位装置相连。

脚蹬加载装置包括左脚蹬加载机构、右脚蹬加载机构、脚蹬前压限位挡块、脚蹬后压限位挡块、传动齿轮、直线轴承块、拉绳式位移传感器和脚蹬底部安装板，左脚蹬加载装置和右脚蹬加载装置安装在脚蹬底部安装板的两侧且两侧对称布置，左脚蹬加载装置和右脚蹬加载装置结构相同，均包括传动齿条、脚蹬前压限位挡块、前侧拉压力传感器、前侧安装座、脚蹬前压加载弹簧、直线轴承块、脚蹬后压加载弹簧、光杆、后侧安装座、后侧拉压力传感器、脚蹬后压加载力调整板、脚蹬后压限位挡块和脚蹬前压加载力调整板；

左脚蹬加载装置中，光杆的一端穿过脚蹬前压加载力调整板固定在前侧安装座上，光杆的另一端穿过脚蹬后压加载力调整板固定在后侧安装座上，脚蹬前压加载力调整板、脚蹬后压加载力调整板分别设置安装前侧拉压力传感器、后侧拉压力传感器，光杆的中部活动套装有直线轴承块，脚蹬支持件安装板固定连接在直线轴承块，在脚蹬支持件安装板两端的光杆上分别活动套装有脚蹬前压加载弹簧和脚蹬后压加载弹簧，脚蹬前压加载弹簧和脚蹬后压加载弹簧一端均与直线轴承块相连，脚蹬前压加载弹簧和脚蹬后压加载弹簧另一端与对应的加载力调整板相连，脚蹬支持件安装板的端面上安装有传动齿条；左脚蹬加载装置和右脚蹬加载装置之间依次设置有安装在脚蹬底部安装板上的脚蹬前压限位挡块、传动齿轮和脚蹬后压限位挡块，脚蹬前压限位挡块安装在左脚蹬加载机构和右脚蹬加载机构的前侧安装座之间，脚蹬后压限位挡块安装在左脚蹬加载机构和右脚蹬加载机构的后侧安装座之间，传动齿轮分别与左脚蹬加载机构和右脚蹬加载机构的两个传动齿条啮合形成齿轮齿条副；

所述脚蹬前压加载力调整板和脚蹬后压加载力调整板通过调节加载力调整板的位置实现加载弹簧压缩量的改变，从而实现加载力调节。

所述脚蹬前压限位挡块和脚蹬后压限位挡块对脚蹬组件位移的限制，模拟真实驾驶舱内脚蹬运动范围。

拉绳式位移传感器自身安装在脚蹬底部安装板的一侧，拉绳式位移传感器的输出绳端连接到直线轴承块。

主驾驶位的所述拉绳式位移传感器安装于脚蹬加载装置的左侧，副驾驶位的所述拉绳式位移传感器安装于脚蹬加载装置的右侧。

脚蹬同步传动装置包括副驾驶传动阶梯轴、副驾驶传动带轮、同步带、张紧带轮、张紧带轮安装轴、张紧带轮安装板、主驾驶传动带轮、主驾驶传动阶梯轴；副驾驶传动阶梯轴上端穿过副驾驶的脚蹬加载装置中的脚蹬底部安装板后和传动齿轮同轴连接，副驾驶传动阶梯轴下端同轴连接副驾驶传动带轮；主驾驶传动阶梯轴上端穿过主驾驶的脚蹬加载装置中的脚蹬底部安装板后和传动齿轮同轴连接，主驾驶传动阶梯轴下端同轴连接主驾驶传动带轮；同步带中间设置有张紧带轮安装板，张紧带轮安装板套装在张紧带轮安装轴的上端，张紧带轮安装轴下端与张紧带轮同轴连接，张紧带轮、副驾驶传动带轮和主驾驶传动带轮之间通过同步带连接。

所述大飞机脚蹬模拟装置的整体结构左右对称。

本发明的有益效果是：

1)通过弹簧加载，实现脚蹬前后推压时能提供力负载，通过力调节装置实现脚蹬力感可调，能够真实模拟飞机脚蹬负载。

2)通过同步带连接主副驾驶位置的脚蹬运动机构，使主副驾驶位脚蹬运动能联动，一侧脚蹬推压可带动另一侧同步同幅度推压。

3)本脚蹬模拟装置装有位移传感器及拉压力传感器，可以根据传感器数据求解脚蹬位移及受力。

4)本脚蹬模拟装置装有限位挡块，实现对脚蹬运动范围模拟。

5)本脚蹬模拟装置由弹簧模块加载，且有预加载力，可实现脚蹬脱力后脚蹬自动返回中立位置。

6)本脚蹬模拟装置结构简单，功能齐全，适用于对负载力模拟精度要求不高的场合。

附图说明

图1是本发明大飞机脚蹬模拟装置的整体结构示意图，

图2是脚蹬组件的结构示意图，

图3是脚蹬加载装置的结构示意图，

图4是主副驾驶位的脚蹬同步传动装置的结构示意图，

图中：1-脚蹬组件，101-脚蹬踏板，102-扭簧，103-脚蹬踏板转轴，104-脚蹬踏板限位装置，105-脚蹬支持件，106-脚蹬支持件安装板，2-脚蹬加载装置，201-传动齿条，202-传动齿轮，203-齿轮压盖，204-脚蹬前压限位挡块，205-前侧拉压力传感器，206-前侧安装座，207-拉绳式位移传感器，208-脚蹬前压加载弹簧，209-直线轴承块，210-脚蹬后压加载弹簧，211-光杆，212-后侧安装座，213-脚蹬底部安装板，214-后侧拉压力传感器，215-脚蹬后压加载力调整板，216-脚蹬后压限位挡块，217-脚蹬前压加载力调整板，3-脚蹬同步传动装置，301-副驾驶轴承，302-副驾驶传动阶梯轴，303-副驾驶传动带轮，304-同步带，305-张紧带轮，306-张紧带轮安装轴，307-张紧带轮轴承，308-张紧带轮安装板，309-主驾驶传动带轮，310-主驾驶传动阶梯轴，311-主驾驶轴承。

具体实施方式

本发明的具体实施方式如下：

如图1所示，本发明包括脚蹬组件1、脚蹬加载装置2和脚蹬同步传动装置3；在主驾驶位和副驾驶位各设置一个脚蹬加载装置2，在每个脚蹬加载装置2的两侧上分别安装左脚的脚蹬组件1和右脚的脚蹬组件1，两个脚蹬加载装置2下部之间脚蹬同步传动装置3，脚蹬同步传动装置3同步主驾驶位和副驾驶位的脚蹬运动，实现大飞机脚蹬的模拟仿真。大飞机脚蹬模拟装置的整体结构左右对称。

如图2所示，脚蹬组件1用于支持脚蹬，包括脚蹬踏板101、扭簧102、脚蹬踏板转轴103、脚蹬踏板限位装置104、脚蹬支持件105和脚蹬支持件安装板106；脚蹬支持件105的下端安装在脚蹬支持件安装板106上，脚蹬支持件105的上端通过脚蹬踏板转轴103与脚蹬踏板101铰接，脚蹬支持件105和脚蹬踏板101之间连接处的脚蹬踏板转轴103上套设有扭簧102，扭簧102的一端与脚蹬踏板101相连，脚蹬踏板101下方的脚蹬支持件105旁固定有用于脚蹬踏板101转动限位的脚蹬踏板限位装置104，扭簧102的另一端与设置在脚蹬踏板101下方的脚蹬踏板限位装置104相连。在脚蹬踏板101前推过程中，脚蹬踏板101可下压，并由脚蹬踏板限位装置104限制脚蹬下压角度，没有脚蹬脚蹬踏板101时，脚蹬踏板101处于竖直状态，实现模拟真实大飞机脚蹬运动。

如图3所示，脚蹬加载装置2用于保证同一驾驶位左右脚蹬同步运动，包括左脚蹬加载机构、右脚蹬加载机构、脚蹬前压限位挡块204、脚蹬后压限位挡块216、传动齿轮202、齿轮压盖203、直线轴承块209、拉绳式位移传感器207和脚蹬底部安装板213，左脚蹬加载装置和右脚蹬加载装置安装在脚蹬底部安装板213的两侧且两侧对称布置，左脚蹬加载装置和右脚蹬加载装置结构相同，均包括传动齿条201、脚蹬前压限位挡块204、前侧拉压力传感器205、前侧安装座206、脚蹬前压加载弹簧208、直线轴承块209、脚蹬后压加载弹簧210、光杆211、后侧安装座212、后侧拉压力传感器214、脚蹬后压加载力调整板215、脚蹬后压限位挡块216和脚蹬前压加载力调整板217；

左脚蹬加载装置中，光杆211的一端穿过脚蹬前压加载力调整板217固定在前侧安装座206上，光杆211的另一端穿过脚蹬后压加载力调整板215固定在后侧安装座212上，脚蹬前压加载力调整板217、脚蹬后压加载力调整板215分别设置安装前侧拉压力传感器205、后侧拉压力传感器214，用于读取脚蹬加载力大小。光杆211的中部活动套装有直线轴承块209，脚蹬支持件安装板106固定连接在直线轴承块209，在脚蹬支持件安装板106两端的光杆211上分别活动套装有脚蹬前压加载弹簧208和脚蹬后压加载弹簧210，脚蹬前压加载弹簧208和脚蹬后压加载弹簧210一端均与直线轴承块209相连，脚蹬前压加载弹簧208和脚蹬后压加载弹簧210用于给主副驾驶位置的脚蹬运动时提供负载，提供力感。脚蹬前压加载弹簧208和脚蹬后压加载弹簧210另一端与对应的加载力调整板217/215相连，脚蹬支持件安装板106的端面上安装有传动齿条201；左脚蹬加载装置和右脚蹬加载装置之间从前到后依次设置有安装在脚蹬底部安装板213上的脚蹬前压限位挡块204、传动齿轮202和脚蹬后压限位挡块216，脚蹬前压限位挡块204安装在左脚蹬加载机构和右脚蹬加载机构的前侧安装座206之间，脚蹬后压限位挡块216安装在左脚蹬加载机构和右脚蹬加载机构的后侧安装座212之间，传动齿轮202上还安装有齿轮压盖203，传动齿轮202分别与左脚蹬加载机构和右脚蹬加载机构的两个传动齿条201啮合形成齿轮齿条副；

脚蹬前压限位挡块204和脚蹬后压限位挡块216对脚蹬组件1位移的限制，模拟真实驾驶舱内脚蹬运动范围。

在实际脚蹬运动过程中，脚蹬底部安装板213的前后运动会带动左脚蹬加载机构和右脚蹬加载机构的两个传动齿条201前后运动，两个传动齿条201的运动范围会受到脚蹬前压限位挡块204和脚蹬后压限位挡块216的限制，从而模拟真实驾驶舱内脚蹬运动范围。

通过调整加载力调整板215/217在加载轴的位置，调整加载弹簧208/210的初始压缩量，从而实现对加载力的调节。

同一驾驶位的左脚蹬或右脚蹬在做运动时，脚蹬加载装置2中的齿轮齿条副会带动另一个脚蹬做同幅度反向运动，模拟真实大飞机脚蹬运动时左右脚蹬反向运动。

拉绳式位移传感器207自身安装在脚蹬底部安装板213的一侧，拉绳式位移传感器207的输出绳端连接到直线轴承块209，方便读取脚蹬运动的位移。

主驾驶位的拉绳式位移传感器207安装于脚蹬加载装置2的左侧，副驾驶位的拉绳式位移传感器207安装于脚蹬加载装置2的右侧。

如图4所示，脚蹬同步传动装置3用于保证主副脚蹬运动联动及同步性，包括副驾驶传动阶梯轴302、副驾驶传动带轮303、同步带304、张紧带轮305、张紧带轮安装轴306、张紧带轮安装板308、主驾驶传动带轮309、主驾驶传动阶梯轴310；副驾驶传动阶梯轴302上端穿过副驾驶的脚蹬加载装置2中的脚蹬底部安装板213后和传动齿轮202同轴连接，副驾驶传动阶梯轴302通过副驾驶轴承301套装穿设于副驾驶的脚蹬加载装置2中的脚蹬底部安装板213，副驾驶传动阶梯轴302下端同轴连接副驾驶传动带轮303；主驾驶传动阶梯轴310上端穿过主驾驶的脚蹬加载装置2中的脚蹬底部安装板213后和传动齿轮202同轴连接，主驾驶传动阶梯轴310通过主驾驶轴承311套装穿设于主驾驶的脚蹬加载装置2中的脚蹬底部安装板213，主驾驶传动阶梯轴310下端同轴连接主驾驶传动带轮309；同步带304中间设置有张紧带轮安装板308，张紧带轮安装板308通过张紧带轮轴承307套装在张紧带轮安装轴306的上端，张紧带轮安装轴306下端与张紧带轮305同轴连接，张紧带轮305、副驾驶传动带轮303和主驾驶传动带轮309之间通过同步带304连接，张紧带轮305的直径比传动带轮303/309的直径大，并与张紧带轮安装板308固连，在同步带传动过程中可以增大同步带的包角，，同时保证脚蹬多次运动后同步带不会由于拉长变松而打滑。

主驾驶位或副驾驶位做脚蹬运动时，会带动齿轮齿条副，齿轮转动传动阶梯轴从而带动主驾驶位或副驾驶位的传动带轮运动，传动带轮使得同步带304转动，同步带304另一驾驶位的传动带轮运动，进而通过传动阶梯轴带动齿轮齿条副，最终另一驾驶位的脚蹬进行同步运动，通过脚蹬同步传动装置3实现了主副驾驶位脚蹬运动的等幅度同步运动。

综上，同一驾驶位的左右脚蹬通过齿轮齿条副实现了反向同幅度运动；主副驾驶位的同侧脚蹬装置通过同步带实现了脚蹬的同幅度同向运动。通过脚蹬运动对弹簧的压缩实现了运动加载，具有力感，同时通过调节加载力调整板的位置可实现对加载力的调节。本模拟装置配备了对应的拉压力传感器及拉绳式位移传感器，可实现对脚蹬力和位移的实时读取。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此及限制本发明的专利保护范围，凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效结构变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

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