CN101101248B - 微型扭杆刚度测试的可调式装夹机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微型扭杆刚度测试的可调式装夹机构，包括测试台底座、立柱，横臂，其特点是：横臂套置在立柱外面，其下端面与立柱上的升降螺母相接触，且在外侧面上设有锁紧螺钉；横臂前端设有移动连接套，并用锁紧螺钉锁定位置，移动连接套下面悬吊扭矩传感器，扭矩传感器的传感器测量轴通过联轴器与被测扭杆相连，被测扭杆下端通过自定心夹头锁住固定；自定心夹头通过连接法兰、连接板与电控转台固连，电控转台安装在光学台架的可调底座上，可调底座置于测试台底座上，可调底座侧面设有调节螺钉。可解决现有静态测试装置存在着效率低，稳定性差，装夹困难的技术问题，该机构结构简单、操作方便，可以实现扭杆刚度的高效、高精度测试。

Description

微型扭杆刚度测试的可调式装夹机构

技术领域

本发明涉及一种扭杆刚度测试夹具，尤其是一种用于微型扭杆刚度测试的可调式夹具机构。

背景技术

航天微型扭杆是挠性陀螺仪中的核心元件，对其刚度的测量有单独测量和装配后测量两大类。按测试原理，分静态测量法和动态测量法两大类。

1.静态测量法

静态测量法测出通过确定施加在扭杆(或挠性接头)上的力矩M和转角θ(或力和位移)的大小，直接利用下式计算出刚度值。

$K=\frac{M}{\mathrm{\θ}}$

式中：M为测得的施加于扭杆上的扭矩值，单位一般为，mN·m或g·cm；θ为对应于M的扭杆产生的扭转角，单位一般为，rad。

静态测量法沿用吊挂砝码法(见图1)，即把挠性接头固定在基座20上，基座20通过锥体安装在光学分度头22上，用准直光管对准镜片21反射光线，记录光学分度头的角度值；通过吊挂砝码23实现接头相对扭杆轴线的扭矩载荷，使接头产生绕其扭杆轴线的角变形；转动光学分度头，用准直光管再次对准镜片反射光线，纪录光学分度头的角度值；两次角度值之差，就是接头在力矩载荷下的转角值。

传统的静态测量方法劳动强度大，效率低，且测量的精度也与操作者有关。为克服这些不足之处，采用一种由力传感器、位移传感器和单片机***构成的刚度自动测试装置，其基本原理如图2所示，挠性接头33固定在测量夹具34中，上部连一测量环32，力传感器30有传动机构带动上升，与测量环32接触，记录此时力传感器30和位移传感器31的读数F₀、S₀，继续上升力传感器30，得到F₁、S₁，则接头角刚度K可以表示为：

$K=\frac{F_1-F_0}{S_1-S_0}\×L^2$

其中：L为测量环半径。

另一种是基于微型计算机的刚度测量装置，该装置的挠性接头44固定在在测量夹具45中，通过微位移机构和标准弹簧片42经测头43对接头施加微力从而使其产生角位移并通过位移传感器40间接得到此角位移，所施加的力则由标准弹簧片42的变形计算间接得到。另外利用微动台架41和薄片弹簧实现微量弯矩加载，通过微位移的测量间接得到转矩和转角的自动测量方法，该方法在原理实际上与第一种方法一致，只是结构形式发生了变化。但是由于标准弹簧或者薄片弹簧都是弱刚度弹性件，***地稳定性和精度就受到了局限。图3表明了这两种方法的测试原理。

2.动态测量法

挠性接头角刚度动态测量法的原理可以由图4表示，其基本原理是挠性接头52固定在在测量夹具53中通过对接头施加弯矩激励50，使其产生一定的振动响应，继而通过测振传感器51测出接头振动的响应特性，通常为位移函数的时间历程，然后通过一定的方法计算出振动***的固有频率，再根据式(3)，进一步求出挠性接头的角刚度K。

${\mathrm{\ω}}_n=\sqrt{\frac{K}{J}}$

其中：ω_n为振动***(挠性接头)的固有频率；J为振动***的等效转动惯量。

与静态测量法相比，动态测量法具有操作方便、测试效率高、重复性好等特点，但是由于振动***中等效转动惯量为计算值，而且谐振频率的精确测量尚不能很好解决，因此，测量精度还不能令人满意。

发明内容

本发明是要提供一种微型扭杆刚度测试的可调式装夹机构，用于基于静态测试法的计算机测试装置，解决现有静态测试装置存在着效率低，稳定性差，装夹困难的技术问题，该机构结构简单、操作方便，可以实现扭杆刚度的高效、高精度测试。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种微型扭杆刚度测试的可调式装夹机构，包括测试台底座、立柱，横臂，其特点是：横臂套置在立柱外面，其下端面与立柱上的升降螺母相接触，且在外侧面上设有锁紧螺钉；横臂前端设有移动连接套，并用锁紧螺钉锁定位置，移动连接套下面悬吊扭矩传感器，扭矩传感器的传感器测量轴通过联轴器与被测扭杆相连，被测扭杆下端通过自定心夹头锁住固定；自定心夹头通过连接法兰、连接板与电控转台固连，电控转台安装在光学台架的可调底座上，可调底座置于测试台底座上，可调底座侧面设有调节螺钉。

可调底座侧面设有四个调节螺钉，且均布分布；可调底座在水平面内微调的距离小于2mm。

本发明充分利用了电控转台、精密光学台架、自定心夹头的优点，实现了可调整快速装夹，配合计算机测试***，可高效率、高精度地对航天微型扭杆进行刚度测试，这种设计的思想和方案尚属首次，与现有的一些测量方案和装置相比，具有的有益效果是：

(1)操作方便，易于装夹。传感器在垂直方向可调，扭杆在水平面内可微调，自定心弹性夹头装夹方便。

(2)测量精度高。立式装夹方案消除了重力带来的附加弯矩影响，水平微调机构、自定心弹性夹头及联轴器则可以有效减小同轴度误差带来的不利影响，大大降低了装夹误差；同时，精密电控转台具有0.0025°分辨率，扭矩传感器的测量精度为0.05mN·m。

(3)测量过程自动化。除了手工装夹工件外，状态检测、加载卸载、数据采集、数据处理、数据输出、数据存储、报表生成等都由计算机控制自动完成。

(4)整个***结构简单，便于维护，并在保证测量精度的前提下，具有较低的软硬件成本。

附图说明

图1是挠性接头角刚度常用的静态测试法立体示意图；

图2是力位移法刚度测量原理图；

图3是位移法刚度测试原理图；

图4是挠性接头刚度动态测试原理；

图5本发明结构示意图；

图6是微型弹性扭杆外形立体图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。

如图5所示，本发明的微型扭杆刚度测试的可调式装夹机构，包括测试台底座1、立柱2、升降螺母3、锁紧螺钉4、横臂5、锁紧螺钉6、可调底座14、调节螺钉15构成精密光学台架(外购件)，此处对该台架进行了改进，以便其能和其他测试部件进行连接。

横臂5套置在立柱2外面，其下端面与立柱2上的升降螺母3相接触，且在外侧面上设有锁紧螺钉4，松开锁紧螺钉4、通过升降螺母3可使横臂5上下运动，直接手动可使横臂5绕立柱2中心线转动。

横臂5前端设有移动连接套，扭矩传感器7通过移动连接套被悬吊在横臂5上可相对横臂上下移动，并用锁紧螺钉6锁定位置。

被测扭杆9通过联轴器8和传感器测量轴相连，下端则用自定心夹头10(外购件改装而成)锁住。

自定心夹头10通过连接法兰11、连接板12和电控转台13固连，从而在电控转台13驱动下转动。电控转台13安装在光学台架的可调底座14上，通过4个均布的调节螺钉15可使可调底座14在水平面内微调(2mm以内)和锁定。

应用本发明测试过程如下：

测试装置在使用前通过各调整部件找正位置，锁定横臂5和可调底座14；松开锁紧螺钉6，使传感器悬吊装置上移；将被测扭杆9安装在联轴器的下端，锁紧；传感器悬吊装置下移，带动被测扭杆9下移，进入自定心夹头10，旋紧锁紧螺钉6，并旋紧自定心夹头；这样，被测扭杆安装完毕，进入计算机自动测试阶段。

测控程序发出指令，驱动电控转台13旋转，由于此时电控转台13和被测扭杆9固连，从而被测扭杆转过相同的角度；扭矩传感器(TQ-664)8将测得的扭矩信号通过二次仪表传递给计算机；测控程序根据转台角度和采集到的扭矩值进行数据处理，即可得到扭杆的刚度值。

测量完成后，松开自定心夹头10、锁紧螺钉6、使传感器悬吊装置上移，即可将被测扭杆取下，更换下一个被测扭杆。

适用对象：本测试装置属于专门测试仪器，适用的扭杆如图6所示，呈哑铃形，其总长一般在9mm左右，两大端直径2.5mm左右，中间工作段直径d约为0.5mm，工作段长度L约为2mm，由于保密原因，此处不能给出详细尺寸，扭杆的设计刚度为：303±5mN·m/rad。

对于其他尺寸的扭杆，只需更换自定心夹头和联轴器即可，整个装置不需要大的改动。因此，本技术的创新点在于装夹机构的设计方案和工作方式，而不在于某一个零件的具体尺寸和公差。

测试装置在使用前通过各调整部件找正位置然后锁定，测量时只需松开锁紧螺钉6就可以实现工件的装卸，而不需要重新找正位置，从而提高了测量效率。

Claims (3)

1.一种微型扭杆刚度测试的可调式装夹机构，包括测试台底座(1)、立柱(2)，横臂(5)，其特征在于，所述横臂(5)套置在立柱(2)外面，其下端面与立柱(2)上的升降螺母(3)相接触，且在外侧面上设有第一锁紧螺钉(4)；横臂(5)前端设有移动连接套，并用第二锁紧螺钉(6)锁定移动连接套的位置，移动连接套下面悬吊扭矩传感器(7)，扭矩传感器(7)的传感器测量轴通过联轴器(8)与被测扭杆(9)相连，被测扭杆(9)下端通过自定心夹头(10)锁住固定；自定心夹头(10)通过连接法兰(11)、连接板(12)与电控转台(13)固连，电控转台(13)安装在可调底座(14)上，可调底座(14)置于测试台底座(1)上，可调底座(14)侧面设有调节螺钉(15)。

2.根据权利要求1所述的微型扭杆刚度测试的可调式装夹机构，其特征在于，所述可调底座(14)侧面设有四个调节螺钉(15)，且均布分布。

3.根据权利要求1或2所述的微型扭杆刚度测试的可调式装夹机构，其特征在于，所述可调底座(14)在水平面内微调的距离小于2mm。

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