CN107576487B - 一种弹性驱动元件收拢及展开性能测试装置 - Google Patents

Abstract

一种弹性驱动元件收拢及展开性能测试装置，包括导向组件、固定端组件、移动端组件、测量组件和记录组件。导向组件为移动端组件提供导向作用。固定端组件固定在底板上，为弹性驱动元件的扭转提供被动力。移动端组件能够沿着导轨做直线运动，为弹性驱动元件的扭转提供主动力。测量组件包括扭矩传感器(11)和转角传感器(19)，能够在弹性驱动元件展开过程中实时测量转矩和转角数据。记录组件由普通的数据记录仪构成，能够对扭矩传感器和转角传感器测得的转矩和转角数据做详细记录。本发明解决了目前弹性驱动元件收拢及展开过程中转矩随转角的实时变化规律测量方法不简便，测量装置成本较高，测量效率较低等问题。

Description

一种弹性驱动元件收拢及展开性能测试装置

技术领域

本发明涉及一种弹性驱动元件收拢及展开性能测试装置。

背景技术

空间可展机构是20世纪60年代后期随着航天科技的发展而诞生的一种宇航结构构造物，目前已经广泛应用于宇航空间任务中。传统的空间可展机构构件之间多采用转动副连接，但随着科学技术的进步，近年来出现了一些弹性驱动元件可替代传统的转动副，并成功应用于一些型号航天器装配的可展机构中。作为弹性驱动元件的一种，弹性驱动元件依靠自身大挠度弹性折叠存储的弹性势能实现弹性展开，集驱动、旋转和锁定于一体，用它来替代传统的转动副，应用于可展开机构中不仅具有无摩擦、不需附加驱动装置的特点，还能有效降低可展开机构的质量和功耗。在工程应用中，弹性驱动元件在展开过程中转矩随转角的实时变化规律作为一项重要的性能指标，需要被准确测量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种弹性驱动元件收拢及展开性能测试装置，解决目前弹性驱动元件收拢及展开过程中转矩随转角的实时变化规律测量方法不简便，测量装置成本较高，测量效率较低等问题，用于获取一种弹性驱动元件收拢及展开过程中转矩随转角实时变化规律。

为解决上述问题，本发明是采用如下技术方案实现的：一种弹性驱动元件收拢及展开性能测试装置，包括导向组件、固定端组件、移动端组件、测量组件和记录组件；导向组件包括底板、导轨，导轨固定在底板上，分别位于底板两侧平行安装；固定端组件包括垫板，垫板固定在底板上；移动端组件包括滑块、底座，各滑块分别安装在导轨上，底座两端分别固定在滑块上，底座横跨在平行的导轨上；一组测量组件固定在垫板上，另一组测量组件安装在底座上，随滑块沿导轨做直线运动；测量组件包括扭矩传感器、转角传感器、压块、轴，待测件两端分别通过压块夹紧固定，并通过轴实现扭转，扭矩传感器实时测量转矩数据，转角传感器实时测量转角数据；记录组件包括数据记录仪，数据记录仪分别与扭矩传感器和转角传感器连接，记录扭矩传感器和转角传感器测得的转矩和转角数据。

所述测量组件还包括轴座、第一轴承、内圈卡簧、第二轴承、外圈卡簧、第一齿轮、第二齿轮；第一轴承、第二轴承分别安装在轴座内；轴通过第二轴承安装在轴座上部并通过安装在第二轴承内圈与轴之间的内圈卡簧固定，通过安装在第二轴承外圈及轴座内壁之间的外圈卡簧实现轴向定位，压块固定在轴上；第一齿轮的转轴套在第一轴承内圈；扭矩传感器固定在轴座内，输入端插入第一齿轮的端面，实现旋转运动的传递；第二齿轮套在轴端部，与第一齿轮在轴座内部进行啮合传动；转角传感器固定在轴座内，输入端插入轴中部，与轴之间实现旋转运动的传递；测量组件通过轴座与垫板或底座固定。

所述压块包括两部分，两部分分别为由沿圆柱体轴线的切面分割形成的对称的半圆柱形压块；半圆柱形压块上沿过两半圆面圆心的轴线开有半圆柱形凹槽，与上述凹槽垂直方向开有另一道用于固定待测件的圆形凹槽；两半圆柱形压块通过压块螺栓固定连接。

所述导轨有两条。

所述轴沿轴线开有方向通孔。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1、本发明所述的弹性驱动元件收拢及展开性能测试装置构造简单，易于制造，成本较低，使用人工驱动，能够降低弹性驱动元件在展开过程中转矩和转角数据测量的成本，提高测量效率；

2、本发明所述的弹性驱动元件展开性能测试方法原理简单，操作简便，而且能够同时测得弹性驱动元件在展开过程中两端的转矩和转角数据，消除单侧扭转测量时固定端集中应力对测量结果的影响，能够做到测量精确，为后期的数据分析提供全面可靠的依据。

附图说明

图1是本发明所述的弹性驱动元件展开性能测试装置轴侧示意图；

图2是本发明所述的弹性驱动元件展开性能测试装置剖分示意图；

图3是本发明所述的弹性驱动元件展开性能测试装置局部放大示意图；

图4是本发明所述的滑块轴侧示意图；

图5是本发明所述的压块轴侧示意图；

图6是本发明所述轴的轴侧示意图；

图7是本发明所述的垫板轴侧示意图；

图8是本发明所述的底座轴侧示意图；

图9是本发明所述的轴座轴侧示意图；

图10是本发明所述的内圈卡簧轴侧示意图；

图11是本发明所述的导轨轴侧示意图。

图中：1-底板；2-垫板；3-导轨；4-轴座；5-压块；6-压块螺栓；7-滑块；8-底座；9-滑块螺栓；10-垫板螺栓；11-扭矩传感器；12-第一齿轮；13-第一轴承；14-轴；15-内圈卡簧；16-第二轴承；17-外圈卡簧；18-第二齿轮；19-转角传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明专利作详细的描述：

本发明集成了导向组件、固定端组件、移动端组件、测量组件和记录组件于一体，能够在弹性驱动元件收拢及展开过程中实时测得转矩和转角的变化规律。

所述的弹性驱动元件收拢及展开性能测试装置包括导向组件、固定端组件、移动端组件、测量组件和记录组件。导向组件为移动端组件提供导向作用。固定端组件固定在底板上，为弹性驱动元件的扭转提供被动力。移动端组件能够沿着导轨做直线运动，为弹性驱动元件的扭转提供主动力。测量组件包括扭矩传感器11和转角传感器19，能够在弹性驱动元件展开过程中实时测量转矩和转角数据。记录组件由普通的数据记录仪构成，能够对扭矩传感器和转角传感器测得的转矩和转角数据做详细记录。

如图1、图11所示，单个导轨3通过八个内六角螺栓固定在底板1上，两个导轨3分别位于底板1两侧平行安装，一方面能够支撑装置所有的零部件总成，另一方面能够为移动端组件提供支撑和导向作用。

如图2、图3、图9、图11所示，测量组件有两组，一组测量组件通过轴座4固定在垫板2上，另一组测量组件通过轴座4安装在底座8上，随滑块7沿导轨3做直线运动；测量组件包括扭矩传感器11、转角传感器19、压块5、轴14、轴座4、第一轴承13、内圈卡簧15、第二轴承16、外圈卡簧17、第一齿轮12、第二齿轮18；轴座4为壳体结构，轴座4内部有两根轴线的安装空间，一根固定着第一轴承13，另一根通过内圈卡簧15固定着第二轴承16，第一轴承13、第二轴承16分别安装在轴座4内且位于轴座4上部；轴14通过第二轴承16安装在轴座4上部并通过安装在第二轴承16内圈与轴14之间的内圈卡簧15固定，通过安装在第二轴承16外圈及轴座4内壁之间的外圈卡簧17实现轴向定位，压块5固定在轴14上；第一齿轮12端部套在第一轴承13内圈里面并实现轴向定位，第一齿轮12另一侧端面设有凹槽，与扭矩传感器11的输入端实现配合并能够传递旋转运动，扭矩传感器11通过四个螺栓固定在轴座4上。第二齿轮18中心也设有凹槽，套在轴14上面并实现轴向定位，也能够传递轴14的旋转运动。第二齿轮18与第一齿轮12在轴座4内部进行啮合传动，第一齿轮12与第二齿轮18之间为外啮合。转角传感器19通过三个螺栓固定在轴座4上，输入端插入轴14中部，与轴14中部的凹槽实现配合并能传递旋转运动。

如图5、图6所示，压块5包括两部分，两部分分别为由沿圆柱体轴线的切面分割形成的对称的半圆柱形压块；半圆柱形压块上沿过两半圆面圆心的轴线开有半圆柱形凹槽，与上述凹槽垂直方向开有另一道用于固定待测件的圆形凹槽；两半圆柱形压块通过压块螺栓6固定连接。一个半圆柱形压块固定在轴14的端面，另一个半圆柱形压块通过四个压块螺栓6固定在轴14上。

如图7所示，固定端组件包括垫板2、垫板螺栓10，垫板2通过四个垫板螺栓10固定在底板1上面，其上安装着轴座4。

如图4、图8、图9、图10、图11，移动端组件包括滑块7、底座8、滑块螺栓9，两个滑块7分别跨置于两个导轨3上面，能够沿着导轨3做直线运动。底座8通过八个滑块螺栓9固定在滑块7上面，其上安装着轴座4。

如图1所示，数据记录仪连接着固定端组件和移动端组件中两套传感器，能够将扭矩传感器11和转角传感器19测得的转矩和转角数据记录下来，以供后期计算和分析使用。

下面对照附图对本发明各个零部件的功能和工作原理作进一步的说明。

参阅图1、图2、图3，待测的弹性驱动元件两端分别插入固定端组件和移动端组件的两根轴14和对应的压块5组成的空隙中，在手工推动移动端组件向前移动的情况下，弹性驱动元件在两压块5的轴线空隙中受到力的作用下实现扭转，撤掉手上的力之后弹性驱动元件能够在自身弹性作用下实现展开，此时，扭矩传感器11和转角传感器19便能够对其展开过程中转矩随转角变化数据进行实时测量。数据记录仪连接两套传感器，能够将扭矩传感器11和转角传感器19测得的转矩和转角数据记录下来，以供后期计算和分析使用。弹性驱动元件例如采用超弹性材料制备的弹性铰链，超弹性材料如形状记忆合金、铍青铜、钛镍合金等。

本发明在测量时，弹性驱动元件两端均能够进行自由旋转，这样便能够同时测得弹性驱动元件在展开过程中两端的转矩和转角数据，消除单侧扭转测量时固定端集中应力对测量结果的影响，做到测量精确，为后期的数据分析提供全面可靠的依据。

本发明的说明书未详细说明内容为本领域技术人员公知技术。

Claims (1)

1.一种弹性驱动元件收拢及展开性能测试装置，其特征在于，包括导向组件、固定端组件、移动端组件、测量组件和记录组件；导向组件包括底板(1)、导轨(3)，导轨(3)固定在底板(1)上，分别位于底板(1)两侧平行安装；固定端组件包括垫板(2)，垫板(2)固定在底板(1)上；移动端组件包括滑块(7)、底座(8)，两个滑块(7)分别安装在两条平行的导轨(3)上，底座(8)两端分别固定在两个滑块(7)上，底座(8)横跨在平行的导轨(3)上；一组测量组件固定在垫板(2)上，另一组测量组件安装在底座(8)上，随滑块(7)沿导轨(3)做直线运动；测量组件包括扭矩传感器(11)、转角传感器(19)、压块(5)、轴(14)，待测件两端分别通过压块(5)夹紧固定，并通过轴(14)实现扭转，扭矩传感器(11)实时测量转矩数据，转角传感器(19)实时测量转角数据；记录组件包括数据记录仪，数据记录仪分别与扭矩传感器(11)和转角传感器(19)连接，记录扭矩传感器(11)和转角传感器(19)测得的转矩和转角数据；

所述测量组件还包括轴座(4)、第一轴承(13)、内圈卡簧(15)、第二轴承(16)、外圈卡簧(17)、第一齿轮(12)、第二齿轮(18)；第一轴承(13)、第二轴承(16)分别安装在轴座(4)内；轴(14)通过第二轴承(16)安装在轴座(4)上部并通过安装在第二轴承(16)内圈与轴(14)之间的内圈卡簧(15)固定，通过安装在第二轴承(16)外圈及轴座(4)内壁之间的外圈卡簧(17)实现轴向定位，压块(5)固定在轴(14)上；第一齿轮(12)的转轴套在第一轴承(13)内圈；扭矩传感器(11)固定在轴座(4)内，输入端插入第一齿轮(12)的端面，实现旋转运动的传递；第二齿轮(18)套在轴(14)端部，与第一齿轮(12)在轴座(4)内部进行啮合传动；转角传感器(19)固定在轴座(4)内，输入端插入轴(14)中部，与轴(14)之间实现旋转运动的传递；测量组件通过轴座(4)与垫板(2)或底座(8)固定；所述压块(5)包括两部分，两部分分别为由沿圆柱体轴线的切面分割形成的对称的半圆柱形压块；半圆柱形压块上沿过两半圆面圆心的轴线开有半圆柱形凹槽，与上述凹槽垂直方向开有另一道用于固定待测件的圆形凹槽；两半圆柱形压块通过压块螺栓(6)固定连接；

待测的弹性驱动元件两端分别插入固定端组件和移动端组件的两根轴(14)和对应的压块(5)组成的空隙中，在手工推动移动端组件向前移动的情况下，弹性驱动元件在两压块(5)的轴线空隙中受到力的作用下实现扭转，撤掉手上的力之后弹性驱动元件能够在自身弹性作用下实现展开，此时，扭矩传感器(11)和转角传感器(19)对其展开过程中转矩随转角变化数据进行实时测量；数据记录仪连接两套传感器，将扭矩传感器(11)和转角传感器(19)测得的转矩和转角数据记录下来；

所述轴(14)沿轴线开有方向通孔。

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