一种垂直面平面运动结构技术领域
本发明涉及船舶与海洋工程以及机械工程领域，具体涉及一种垂直面平面运动机
构。
背景技术
垂直面平面运动机构是研究水面舰船、海洋平台以及水下运动体水动力系数，并
进一步研究其运动性能的重要设施。现有垂直面平面运动机构往往采用液压缸、电动缸、滚
珠丝杠、十字滑框等传动方法，存在运动惯性大、运行频率受限、振动大、易变形、运动精度
较低等缺点。例如：公开号为201020500845.4，名称为垂直平面运动机构的振荡装置的中国
发明专利公开了一种垂直面平面运动机构，其采用伺服电机驱动偏心滑块正弦发生装置，
通过调节偏心滑块的偏心距改变振幅，存在摇荡振幅小、结构复杂、运动精确较低等问题。
专利申请号为201310566470.X的中国发明专利中公开了一种垂直面平面运动机构，通过伺
服电机结合电动缸的方式驱动机构的运动，取代传统的机械式正弦发生装置，实现船模的
升沉、纵摇/横摇运动，但是该机构存在机构磨损严重、定位精度差、输出运动频率低的问
题。
发明内容
本发明提供一种垂直面平面运动结构，以解决现有技术中存在的运动频率受限、
易变形、运动精度低的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种垂直面平面运动机构，包括：安装支架，为
方筒形且竖直布置；输出板，位于所述安装支架底部，与外部的试验模型相连；驱动组件，竖
直安装在所述安装支架的两个相对面的外壁，并与所述输出板铰接，用于驱动所述输出板
进行垂荡、纵摇或耦合运动；以及稳定组件，竖直安装在方筒形安装支架的另外两个相对面
的内壁，并与所述输出板铰接，用于约束输出板，使其不产生水平偏移。
作为优选，所述驱动组件为对称设置的两组。
作为优选，所述驱动组件包括：位于所述安装支架顶部的伺服电机、设置在所述安
装支架外壁并与所述伺服电机连接的直线模组以及与所述直线模组连接的垂向推杆，所述
垂向推杆通过推杆铰链与所述输出板铰接。进一步的，所述直线模组采用同步带型直线模
组，输出的运动行程大、运动频率高、运动噪声小；同步带型直线模组固定在方筒形安装支
架上，保证所输出直线运动的直线度，防止横向偏斜。
作为优选，所述推杆铰链包括：压板、滑块、铰链支座和转动轴，其中，所述铰链支
座固定在所述输出板上，所述压板平行固定在所述铰链支座上，所述滑块设在所述压板上
并通过转轴与所述垂向推杆铰接。
作为优选，所述压板上开设有长圆孔，所述长圆孔的长轴与输出板的长度方向平
行。本发明通过在压板上开设长圆孔，推杆铰链的转动轴穿过滑块，该滑块能在压板的长圆
孔之中滑动，使得该驱动组件输出纵摇/横摇运动时，推杆铰链不会卡死，并减小应力集中，
降低损耗。
作为优选，所述稳定组件包括：分别安装在所述安装支架的两相对面内壁上的一
对直线导轨、与所述直线导轨紧配且可以沿所述直线导轨滑动的稳定杆，所述稳定杆与所
述输出板铰接。
作为优选，所述稳定杆通过稳定杆铰链与所述输出板的中心铰接。
作为优选，所述稳定杆铰链包括：铰链板、中间轴和铰链座，其中，所述铰链座固定
在所述输出板的中心，所述铰链板设置在所述稳定板内侧并通过中间轴与所述铰链座连
接。具体地，本发明利用沿直线导轨运动的稳定杆约束输出板使其不产生水平偏移，一方面
保证试验模型中心始终在指定的试验位置，另一方面起到提高输出板运动精度、降低长圆
孔磨损的作用。
作为优选，所述铰链板之间设置有调整垫圈，该调整垫圈套设在所述中间轴上。
作为优选，所述中间轴与所述推杆铰链的转动轴的安装中心在同一高度，且与两
侧的转动轴的距离相等。
与现有技术相比，本发明采用稳定组件与驱动组件配合，可以在驱动所述输出板
进行垂荡、纵摇或耦合运动的同时约束输出板，使其不产生水平偏移，起到提高输出板运动
精度、降低磨损的作用，能有效延长推杆铰链的使用寿命。本发明应用于船舶与海洋工程领
域，可以进行操纵性、粘性阻尼等方面的试验研究。与现有的垂直面平面运动机构相比，稳
定组件的采用使得本发明具有运动频率更广、运动精度更高、使用寿命更长等优点。
附图说明
图1为本发明的垂直面平面运动机构的结构示意图；
图2为图1的A-A面剖视图；
图3为图1的B-B面剖视图；
图4为本发明的推杆铰链和稳定杆铰链的连接示意图；
图5为本发明的推杆铰链和稳定杆铰链的连接剖面示意图。
图中所示：1-安装支架；
2-驱动组件、201-伺服电机、202-直线模组、203-垂向推杆；
3-稳定组件、301-直线导轨、302-稳定杆；
4-输出板；
5-推杆铰链、501-压板、502-滑块、503-铰链支座、504-转动轴；
6-稳定杆铰链、601-铰链板、602-中间轴、603-铰链座、604-调整垫圈。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明
的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精
准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图1至图5所示，本发明的垂直面平面运动机构包括：安装支架1、驱动组件2、稳
定组件3和输出板4。
具体地，所述安装支架1为方筒形且竖直放置；所述驱动组件2设置有两组，且竖直
安装在所述安装支架1的两个相对面的外壁上，底部与所述输出板4铰接；所述两组驱动组
件2配合驱动所述输出板4，进行垂荡、纵摇或耦合运动；所述稳定组件3竖直安装在安装支
架1的另外两个相对面的内壁上，底部与所述输出板4铰接，用于约束输出板4，使其不产生
水平偏移；所述输出板4起到运动输出功能，把运动传递给与之相连的试验模型。
请重点参照图1，所述驱动组件2包括：位于所述安装支架1顶部的伺服电机201、设
置在所述安装支架1外壁并与所述伺服电机201连接的直线模组202以及与所述直线模组
202连接的垂向推杆203，所述垂向推杆203通过推杆铰链5与所述输出板4铰接。进一步的，
所述伺服电机201驱动直线模组202，直线模组202带动垂向推杆203进行垂向运动，垂向推
杆203的下端通过推杆铰链5与输出板4的两端铰接，两个垂向推杆203驱动输出板4进行垂
荡、纵摇或二者的耦合运动。
进一步的，所述直线模组202采用同步带型直线模组，输出的运动行程大、运动频
率高、运动噪声小；同步带型直线模组固定在安装支架1上，保证所输出直线运动的直线度，
防止横向偏斜。
作为优选，请重点参照图3，所述推杆铰链5包括：压板501、滑块502、铰链支座503
和转动轴504，其中，所述铰链支座503固定在所述输出板4上，所述压板501通过螺钉固定在
所述铰链支座503上，所述压板501上开设有长圆孔，所述长圆孔的长轴与输出板4的长度方
向平行，且该长圆孔大小适应于两个垂向推杆203发生非同步运动时的间距变化。所述滑块
502设在所述长圆孔中并通过转动轴504与所述垂向推杆203铰接。具体地，通过在压板501
上开设长圆孔，推杆铰链5的转动轴504穿过滑块502，该滑块502能在压板501的长圆孔之中
滑动，使得该驱动组件2输出纵摇/横摇运动时，推杆铰链5不会卡死，并减小应力集中，降低
损耗。
如图2所示，所述稳定组件3包括：竖直安装在所述安装支架1的另外两个相对面的
内壁上的一对直线导轨301、位于两个垂向推杆203之间的中心位置且与所述垂向推杆203
固接的稳定杆302。进一步的，所述稳定杆302与所述直线导轨301紧配且可以沿所述直线导
轨301滑动，即所述稳定杆302受到直线导轨301约束只能沿着直线导轨301进行竖直方向的
运动，所述稳定杆302的下端通过稳定杆铰链6与所述输出板4的中心铰接，进而可以约束输
出板4使其不产生水平偏移，一方面保证试验模型中心始终在指定的试验位置，另一方面起
到提高输出板4运动精度、降低长圆孔磨损的作用。
请重点参照图4和图5，所述稳定杆铰链6包括：铰链板601、中间轴602和铰链座
603，其中，所述铰链座603通过螺钉固定在所述输出板4的中心，所述铰链板601设置在所述
稳定杆302内侧并通过中间轴602与所述铰链座603连接，所述铰链板601之间设置有调整垫
圈604，该调整垫圈604套设在所述中间轴602上，可以防止安装过程中铰链板601发生大的
变形。
作为优选，所述中间轴602与所述推杆铰链5的转动轴504的安装中心在同一高度，
且与两侧的转动轴504的距离相等，如此可以避免垂直面平面运动机构的运动中产生变形
和卡顿。
综上，本发明采用稳定组件3与驱动组件2配合，可以在驱动所述输出板4进行垂
荡、纵摇或耦合运动的同时，约束输出板4，使其不产生水平偏移，起到提高输出板4运动精
度、降低磨损的作用，能有效延长推杆铰链5的使用寿命。本发明应用于船舶与海洋工程领
域，可以进行操纵性、粘性阻尼等方面的试验研究。与现有的垂直面平面运动机构相比，稳
定组件的采用使得本发明具有运动频率更广、运动精度更高、使用寿命更长等优点。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神
和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之
内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。