CN105043607B - 一种双力源大推力矢量测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双力源大推力矢量测量装置。该双力源大推力矢量测量装置包括加载台架、力源发生装置、标准力传感器、拉杆、测力仪底板、传感器、测力仪上板、转接架、模拟加载法兰。本发明适用于航天、重工以及精密加工过程中双力源加载状态下矢量力的测量。模拟加载装置可以模拟双力源的加载状态，通过标准力传感器的校准将力值稳定在固定值，调试测力仪将灵敏度调到需要的状态。真实加载时力源通过转接架连接到测力仪上，通过一定的测试手段可以测量出加载力的大小、方向和作用点。本发明测试精度高，设备刚度大，固有频率高。

Description

一种双力源大推力矢量测量装置

技术领域

本发明属于推力矢量测量装置设计，根据双力源推力的测量特点，设计压电石英力测力仪，设计双力源转接架，设计安装台架，利用力源发生装置模拟推力矢量的加载过程，应用于双力源力推力矢量测试，在重工、航空和航天等方面的科学研究和生产制造都有重要意义。

背景技术

实际工程项目中比较常见的是单力源力值测量，也就是针对单一力的大小的测试。这类传感器的发展比较完善，通过物理量的转换实现力信号向电信号的转换，例如通过力-位移-电压信号转换的电感式力传感器和差动变压式力传感器，通过力-形变-电压信号转换的电阻丝应变片力传感器和半导体应变片。但是在一些实际的工程测试中，例如在航天航空和精密加工上经常会遇到多力源同时加载的矢量力测量，对测试灵敏度和精度都有更加严格的要求。矢量力测试的主要工作是在多个力矢量同时作用状态下，完成对矢量力的三要素大小、方向、作用点的测试。

矢量力测试的基础是多维力测试，在传统的多维力测量领域中，典型的有以下几种：

电阻应变片式多维力测量装置：其工作原理是基于应变片发生形变时，应变片的阻值也发生变化。半导体应变片的原理是利用其压阻效应，使电阻率发生变化，从而引起电阻值的变化。电阻应变式片配合电桥的使用即可以测量力的变化。这类传感器也有温度稳定性能差、灵敏度离散程度大以及在较大拉伸变形下传感器非线性误差较大的缺点。

Stewart平台式多维力测量装置：Stewart平台并联机构在制造装配、海底作业、航天、航空、地下开采等行业有着广泛的应用。Stewart平台并联机构在应用上已经与串联机构形成互补，近年来已成为空间机构学的研究热点。这些都得益于Stewart平台由于其具有承载能力强、刚度大以及位置误差不累计等特点。另一方面，虽然并联机构的实际应用和理论研究取得了大量的研究成果，但是在奇异性、运动学、动力学方面仍然存在一些亟需突破的问题。

压电式多维力测量装置：其利用压电原理，在压电石英晶体上施加力，石英晶体的两个表面会产生极性相反的两种电荷，并且电荷量和加载力的大小成一定的相关关系。将压电晶体切片封装就可以做成压电力传感器，按照一定布置方式将传感器布置在测力仪中就能测量多维力。压电式多维力测量装置具有高刚度、高固有频率、高灵敏度、稳定性优良的特点。目前已在轨/姿控火箭发动机脉冲推力矢量测量和高频脉冲推力测量等领域应用。

发明内容

本发明要解决突破传统单力源矢量力测试技术在多力源场合无法使用的技术难题，发明了一种具备双力源推力矢量测量能力的装置。利用压电石英的压电原理，将其作为力敏原件，通过封装和装配将其制作成压电石英测力仪。双力源通过转接装置连接到测力仪上，将矢量力传递到测力仪。同时设计了固定装置和力源发生装置等辅助零部件，为模拟实验提供必要的力源和加载角度。该装置能够有效的测量双力源推力矢量力，充分发挥了压电石英测力仪的优良性能，拓展了压电式多维力测力仪的应用空间。

本发明所采用的技术方案是：一种双力源推力矢量测量装置包括加载台架、力源发生装置、标准力传感器、拉杆、测力仪底板、传感器、测力仪上板转接架、模拟加载法兰；加载台架后端有三个安装孔，前端有一个安装孔，力源发生装置穿过后端安装孔固定于加载台架上，标准力传感器通过螺纹连接在力源发生装置上，拉杆连接在标准力传感器上，传感器以特定布置形式固定在测力仪上板和测力仪下板中间，测力仪下板固定在加载台架前端，转接架安装于测力仪上板上，模拟加载法兰安装于转接架后端，同时模拟加载法兰和拉杆相连。

本发明的显著效果是：设计发明的一种双力源大推力矢量测量装置，能同时满足双矢量力加载测试，转接架前端可以连接两个力源单独或者同时加载；加载台架后端两侧的安装孔和矢量力偏斜同样的角度，能安装两个力源发生装置，实现模拟真实力源加载，拉杆和模拟加载法兰可以将力传递到转接架上；加载台架后端中间的安装孔能安装偏斜拉或者直拉的力源发生装置，实现主向拉力标定和双力源合力模拟加载；加载台架筋板的布置形式提高了其刚度和固有频率。满足了重工、航空、航天等场合中双力源推力矢量的测试要求，可应用于科学研究和生产制造中。该装置结构简单、刚度高、固有频率大、灵敏度高。

附图说明

图1为双力源推力矢量测试装置。

图2为双力源推力矢量测力仪。

图3为双力源推力矢量测试转接标定架；

图中：1加载台架；2力源发生装置；3力传感器；4拉杆；5测力仪下板；6传感器；7测力仪上板；8转接架；9模拟加载法兰；10转接端；11圆环架；12起吊孔；13螺栓；14加载法兰；15连接板；16标定法兰；17筋；a加载法兰上端面，b加载法兰下端面；c标定法兰上端面，d连接板下端面；e转接端上端，f转接端下端。

具体实施方式

结合技术方案和附图详细说明本发明的实施。如图1、图2和图3所示，四个压电传感器的规格和灵敏度完全相同。

加载台架1为前板、后板和两中间板构成的方筒式结构，各个板间的连接方式为焊接；前后两板共有四个安装孔，前板有一个安装孔，通过下板5固定测力仪，后板有三个安装孔，力源发生装置2通过后板安装孔，并固定于后板一侧，位于两端的力源发生装置2用于加载模拟加载力，位于中间的力源发生装置2用于传感器标定加载，位于前、后板间的中间两板为加强筋板，其上开减重孔减轻加载台架1的重量并且增大安装空间；力传感器3通过螺纹连接在力源发生装置2上，位于后板的另一侧，用以检测力源发生装置2产生的力信号，拉杆4一端通过螺纹连接在力传感器3上，另一端将拉力传递到转接架8上，实现了力源与测力传感器的转接；转接架8包括转接端10、圆环架11、起吊孔12、螺栓13、加载法兰14、连接板15、标定法兰16和筋17；转接端10为上下端分别设有法兰盘的圆筒结构，2个转接端10对称式焊接在圆环架11的两侧，转接端10中部外侧设置起吊孔12；转接端10下端面与加载法兰14上端面相配合，通过螺栓13将加载法兰14与转接端10下端面刚性连接；圆环架11与连接板间15通过八个均匀布置的筋17焊接，连接板15直径小于圆环架11直径；标定法兰16上端面与连接板15的下端面相配合，通过螺栓13将连接板15和标定法兰16刚性连接；传感器6固定于测力仪上板7和测力仪下板5之间，测力仪上板7和测力仪下板5中心有孔，测力仪下板5固定在加载台架1前板上，转接架8通过连接板安装于测力仪上板7上，模拟加载法兰9安装于转接端的下端面，模拟加载法兰9和拉杆4相连，力信号通过转接架8传到测力仪上板7上，继而传递到传感器6上，从而达到模拟力源加载的效果。

该多维力压电式石英晶组制作过程简单，但制作过程需要注意的问题较多，影响干扰的因素多。该装置结构简单、刚度高、固有频率大、灵敏度高。满足了重工、航空、航天等场合中双力源推力矢量的测试要求，可应用于科学研究和生产制造中。

虽然本发明以上述较佳的实施例对本发明做出了详细的描述，但并非用上述实施例限定本发明。本领域的技术人员应当意识到在不脱离本发明所给出的技术特征和范围的情况下，对技术所作的增加、以本领域一些同样内容的替换，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种双力源大推力矢量测量装置，其特征在于，该双力源大推力矢量测量装置包括加载台架、力源发生装置、标准力传感器、拉杆、测力仪下板、传感器、测力仪上板、转接架、模拟加载法兰；加载台架为前板、后板和两中间板构成的方筒式结构，各个板间的连接方式为焊接；前后两板共有四个安装孔，前板有一个安装孔，通过测力仪下板固定测力仪，后板有三个安装孔，力源发生装置通过后板安装孔，并固定于后板一侧，位于两端的力源发生装置用于加载模拟加载力，位于中间的力源发生装置用于传感器标定加载，位于前、后板间的中间两板为加强筋板，其上开减重孔减轻加载台架的重量并且增大安装空间；力传感器通过螺纹连接在力源发生装置上，位于后板的另一侧，用以检测力源发生装置产生的力信号，拉杆一端通过螺纹连接在力传感器上，另一端将拉力传递到转接架上，实现了力源与测力传感器的转接；转接架包括转接端、圆环架、起吊孔、加载法兰、连接板、标定法兰和筋；转接端为上下端分别设有法兰盘的圆筒结构，转接端对称式焊接在圆环架的两侧，转接端中部外侧设置起吊孔；转接端下端面与加载法兰上端面相配合，通过螺栓将加载法兰与转接端下端面刚性连接；圆环架与连接板间通过八个均匀布置的筋焊接，连接板直径小于圆环架直径；标定法兰上端面与连接板的下端面相配合，通过螺栓将连接板和标定法兰刚性连接；传感器固定于测力仪上板和测力仪下板之间，测力仪上板和测力仪下板中心有孔，测力仪下板固定在加载台架前板上，转接架通过连接板安装于测力仪上板上，模拟加载法兰安装于转接端的下端面，模拟加载法兰和拉杆相连，力信号通过转接架传到测力仪上板上，继而传递到传感器上，从而达到模拟力源加载的效果。

2.根据权利要求1所述的双力源大推力矢量测量装置，其特征在于，转接架前端连接两个力源，单独或者同时加载。

3.根据权利要求1或2所述的双力源大推力矢量测量装置，其特征在于，加载台架后端两侧的安装孔和矢量力偏斜同样的角度，安装两个力源发生装置，实现模拟真实力源加载，拉杆模拟加载法兰将力传递到转接架上。

4.根据权利要求1所述的双力源大推力矢量测量装置，其特征在于，加载台架后端中间的安装孔能安装偏斜拉或者直拉的力源发生装置，实现主向拉力标定和双力源合力模拟加载。