航天用挠性接头薄壁零件的角刚度测试装置与方法
技术领域
本发明属于微纳加工结构件性能测试领域，具体涉及一种航天用挠性接头薄壁零件的角刚度测试装置与方法。
背景技术
航空、航天等领域的快速发展对高性能微纳加工技术的要求也越来越高，随之而来的高性能微纳加工结构件的性能测试也提出了更高的要求。本专利涉及的航天用整体式双平衡环挠性接头是一种典型的微纳加工关键零件，其性能评价主要通过加工后的双平衡细筋的角刚度测试来评价。近几年对惯性导航关键件微细加工技术的研究越来越成熟，比如航天惯性导航陀螺仪挠性接头，该零件的四组细筋结构，其相邻孔距离小于0.5微米，并需要达到其极高的尺寸精度与表面完整性要求，而实际加工的合格率却很低，此零件加工困难，因此加工出来的话需要更精准的仪器来测量它的角刚度，但是对于测试航空航天惯性导航关键件的角刚度还没有很成熟的测量方法，现有的技术还没有专门测试该类材料的角刚度测量方法和相关装置。
发明内容
为解决上述问题，提供一种航天用挠性接头薄壁零件的角刚度测试装置与方法，本发明采用了如下技术方案：
本发明提供了一种航天用挠性接头薄壁零件的角刚度测试装置，其特征在于，包括：底座；装夹装置，用于安装挠性接头；杠杆装置，具有测试机构以及相对应的平衡校准机构；以及摄像显示装置，用于拍摄并显示杠杆装置的位置，其中，测试机构至少具有测量标尺，测量标尺的中心位于挠性接头的顶部，平衡校准机构具有校准支架、固定标尺、测力计以及螺旋千分尺，校准支架安装在底座上，固定标尺的中心与校准支架连接，测力计固定在校准支架上，位于固定标尺靠近测量标尺的一侧的上方，用于测量测量标尺受到的力，测力计的下端设有两个位于同一水平线上的第一凸柱和第二凸柱，第一凸柱位于测量标尺的上方，第二凸柱与第一凸柱相背设置，螺旋千分尺固定在校准支架上，位于固定标尺远离测量标尺的一侧的上方，用于调整固定标尺的角度。
本发明提供的航天用挠性接头薄壁零件的角刚度测试装置，还可以具有这样的特征，其中，测试机构还具有装油容器以及两个叶片，装油容器设置在底座上，与校准支架相对应，测量标尺位于装油容器和装夹装置的上方，与挠性接头接触，装油容器内装有油溶液，该装油容器的横截面为U形结构，两个叶片分别在测量标尺的两端，并沉浸在装油容器中，用于减小误差。
本发明提供的航天用挠性接头薄壁零件的角刚度测试装置，还可以具有这样的特征，其中，装夹装置位于装油容器的中间内凹处，挠性接头安装在装夹装置上，并与测量标尺接触。
本发明提供的航天用挠性接头薄壁零件的角刚度测试装置，还可以具有这样的特征，其中，摄像显示装置具有摄像机支架、摄像头以及显示器，摄像机支架设置在底座上，与校准支架相对应，摄像头中心设有一条水平的摄像头标记线，用于校准测量标尺的角度，摄像机支架上具有滑移楔块，用于调整摄像头上下移动。
本发明提供的航天用挠性接头薄壁零件的角刚度测试装置，还可以具有这样的特征，其中，底座具有四个陀螺型角支撑，该底座采用大理石或陶瓷材料制成。
本发明提供了一种航天用挠性接头薄壁零件的角刚度测试方法，使用如上述的航天用挠性接头薄壁零件的角刚度测试装置测试挠性接头的角刚度，其特征在于，包括如下步骤：本发明提供的航天用挠性接头薄壁零件的角刚度测试装置，还可以具有这样的特征，其中，步骤S1，调节摄像头位置，使摄像头标记线位于显示器中央；步骤S2，安装挠性接头，并将测量标尺安装在挠性接头上；步骤S3，将砝码放置在测量标尺远离平衡校准机构的一侧且靠近挠性接头，调整固定标尺上方的螺旋千分尺的旋钮，使测量标尺平行于摄像头标记线，并将测力计的数据清空；步骤S4，将砝码移动至测量标尺远离固定标尺的一侧，记录测量标尺受力的力臂LA，重新调整螺旋千分尺的旋钮，使测量标尺重合于摄像头标记线，测得测量标尺的受力点产生的线位移YA以及得到测力计的数值FA；步骤S5，通过几何计算获得挠性接头的角刚度K0的数值。
本发明提供的航天用挠性接头薄壁零件的角刚度测试方法，还可以具有这样的特征，其中，角刚度K0的数值计算方法如下：
当θ<0.01时，取θ≈sinθ，则有：
其中FA为测量标尺所受的力，M为加在挠性接头上的力矩，θ为测量标尺产生的角变形，LA为测量标尺受力的力臂，YA为受力点产生的线位移。
本发明提供的航天用挠性接头薄壁零件的角刚度测试方法，还可以具有这样的特征，其中，砝码通过钢丝固定在测量标尺上。
发明作用与效果
根据本发明的航天用挠性接头薄壁零件的角刚度测试装置及方法，采用高速摄像机精准拍摄位移偏移、通过测力计的恒定值来确定参考标准位置，再根据零件平衡系统测得的位移偏移量以及相应角刚度计算公式来计算零件的角刚度。本发明的角刚度测试装置具有一套手动的垂直调节系统以及双杠杆平衡系统，可实现零件的偏移量的精准测量，可见本发明的角刚度测试装置及方法具有操作简单、测试精准、可靠性高以及测量时间短等优点，而且利用摄像机的拍摄，能够精准判断偏移尺寸并在显示器上显示出来，可视性较强。
附图说明
图1是本发明实施例中角刚度测试的原理图；
图2是本发明实施例中角刚度测试装置的斜视图一；
图3是本发明实施例中角刚度测试装置的斜视图二；
图4是本发明实施例中角刚度测试装置的主视图；
图5是本发明实施例中角刚度测试装置的俯视图；
图6是本发明实施例中角刚度测试装置的左视图；
图7是本发明实施例中角刚度测试装置的后视图；
图8是本发明实施例中平衡校准机构的局部放大图。
具体实施方式
以下结合附图以及实施例来说明本发明的具体实施方式。
<实施例>
本实施例提供一种航天用挠性接头薄壁零件的角刚度测试装置100，用于通过测量得到的挠性接头的位置偏移量计算挠性接头薄壁零件的角刚度。
图1是本发明实施例中角刚度测试的原理图；图2是本发明实施例中角刚度测试装置的斜视图一；图3是本发明实施例中角刚度测试装置的斜视图二；图4是本发明实施例中角刚度测试装置的主视图；图5是本发明实施例中角刚度测试装置的俯视图；图6是本发明实施例中角刚度测试装置的左视图；图7是本发明实施例中角刚度测试装置的后视图。
如图1所示，根据杠杆原理测试挠性接头薄壁零件的角刚度，通过如图2至图7所示的角刚度测试装置100，测量挠性接头的位置偏移量，进而计算挠性接头薄壁零件的角刚度。
如图2至图7所示，角刚度测试装置100包括：底座1、装夹装置2、杠杆装置3、摄像显示装置4。
底座1，其材料应当具有足够的刚性及硬度，从而能够尽量降低环境对底座的变形及力学性能的影响，如温度和湿度。本实施例中底座1选用大理石及陶瓷材料作为底座基体的材料，且具有四个陀螺型角11支撑。
装夹装置2、杠杆装置3以及摄像显示装置4均设置在底座1上。
装夹装置2，用于安装挠性接头，挠性接头卡扣在装夹装置2上。
杠杆装置3，具有测试机构31以及相对应的平衡校准机构32。
测试机构31具有测量标尺311，装油容器312以及两个叶片313。
测量标尺311的中心位于挠性接头的顶部。
装油容器312设置在底座1上，与平衡校准机构32相对应。
测量标尺311位于装油容器312和装夹装置3的上方，与挠性接头接触。
装油容器312内装有油溶液，该装油容器312的横截面为U形结构。
装夹装置2位于装油容器312的中间内凹处。
两个叶片313分别在测量标尺311的两端，并沉浸在装油容312器中，从而阻尼较大，可以防止在测量的过程中测量标尺311出现摆动而造成测量误差。
图8是本发明实施例中平衡校准机构的局部放大图。
如图8所示，平衡校准机构32具有校准支架321、固定标尺322、测力计323以及螺旋千分尺324。
校准支架321安装在底座1上。
固定标尺322的中心与校准支架321连接。
测力计323固定在校准支架321上，位于固定标尺322靠近测量标尺311的一侧的上方，用于测量测量标尺311受到的力。
测力计323的下端设有两个位于同一水平线上的第一凸柱323a和第二凸柱323b，第一凸柱323a位于测量标尺311的上方，第二凸柱323b与第一凸柱323a相背设置，位于所述固定标尺322的上方并与其接触。
螺旋千分尺324固定在校准支架321上，位于固定标尺322远离测量标尺311的一侧的上方，用于调整固定标尺322的角度。
摄像显示装置4，用于拍摄并显示杠杆装置3的位置。
摄像显示装置4具有摄像机支架41、摄像头42以及显示器(图中未示出)。
摄像机支架41设置在底座1上，与校准支架321相对应。
摄像头42中心设有一条水平的标记线，用于校准测量标尺311的角度。
摄像机支架41上具有滑移楔块411和弹簧连接处412，可以通过螺栓413、螺栓414以及螺栓415调整摄像头42位置。
测量角刚度时，砝码通过钢丝固定在测量标尺311上。
基于上述的角刚度测试装置，本实施例还提供一种航天用挠性接头薄壁零件的角刚度测试方法，通过上述装置测量得到的挠性接头的位置偏移量，从而计算挠性接头薄壁零件的角刚度。
使用上述的航天用挠性接头薄壁零件的角刚度测试装置测试挠性接头的角刚度，包括如下步骤：
步骤S1，调节摄像头位置，使摄像头标记线位于显示器中央。
步骤S2，安装挠性接头，并将测量标尺安装在挠性接头上。
步骤S3，将砝码放置在测量标尺远离平衡校准机构的一侧且靠近挠性接头，调整固定标尺上方的螺旋千分尺的旋钮，使测量标尺平行于摄像头标记线，并将测力计的数据清空。
步骤S4，将砝码移动至测量标尺远离固定标尺的一侧，记录测量标尺受力的力臂LA，重新调整螺旋千分尺的旋钮，使测量标尺重合于摄像头标记线，测得测量标尺的受力点产生的线位移YA以及得到测力计的数值FA。
步骤S5，通过几何计算获得挠性接头的角刚度K0的数值。
角刚度K0的数值计算方法如下：
当θ<0.01时，取θ≈sinθ，则有：
上式中，FA为测量标尺所受的力，M为加在挠性接头上的力矩，θ为测量标尺产生的角变形，LA为测量标尺受力的力臂，YA为受力点产生的线位移。
实施例作用与效果
本实施例中的角刚度测试装置包括底座、装夹装置、杠杆装置以及摄像显示装置。其中，杠杆装置具有测试机构以及相对应的平衡校准机构。测试机构至少具有测量标尺，测量标尺的中心位于挠性接头的顶部，平衡校准机构具有校准支架、固定标尺、测力计以及螺旋千分尺，固定标尺的中心与校准支架连接，测力计位于固定标尺靠近测量标尺的一侧的上方，用于测量测量标尺受到的力，螺旋千分尺位于固定标尺远离测量标尺的一侧的上方，用于调整固定标尺的角度。通过上述结构可实现零件的偏移量的精准测量，从而再根据测得的位移偏移量以及相应角刚度计算公式来计算零件的角刚度。
另外，本实施例的摄像显示装置的摄像机支架上具有滑移楔块，可以调整摄像头上下移动，柔性高，可以手动调节移动摄像机的测量位置，操作简单方便。
另外，本实施例中在装有容器中测量标尺的左右两端都有两个叶片沉浸在油溶液中，这样阻尼比较大，可以防止在测量的过程中平衡标尺杆出现摆动而造成测量误差，且该测量系统的油液可以多次利用，能节约资源，降低成本。
上述实施例仅用于举例说明本发明的具体实施方式，而本发明不限于上述实施例的描述范围。
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