CN109211691A - 适用于铰链式连接结构的扭转刚度测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于铰链式连接结构的扭转刚度测量装置及其测量方法，包括上、下设置的上底板和下底板，该上、下底板之间连接有简化处理后的铰链式连接结构，上底板的上表面设有圆盘，在圆盘上施加顺时针扭矩或逆时针扭矩使圆盘绕轴心转动，实现对铰链式连接结构施加扭矩。本发明通过改变施加在圆盘上的两组力偶的大小，可实现对于连接结构施加顺时针和逆时针两个方向的扭矩，可完整描绘出扭矩‑转角回滞曲线，得到连接结构顺时针和逆时针两个方向的扭转刚度。

Description

适用于铰链式连接结构的扭转刚度测量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及扭转刚度测量装置，尤其涉及一种适用于铰链式连接结构的扭转刚度测量装置。

背景技术

可展结构以其展开精度高、质量轻、刚度和强度高等优点广泛地应用于航空航天领域。铰链式连接结构是可展结构中应用最为广泛的一维空间展开机构，主要作为大型合成孔径雷达、太空望远镜、大型展开天线等高精度探测设备的分离、定位和支撑结构。结构在外荷载作用下发生变形，变形量过大会直接影响结构的工作性能，因此需要对结构抵抗变形的能力进行检测。如图1所示，铰链式连接结构主要由4根竖杆5、8根横杆7和8个角节点6构成。

连接结构自锁状态下抵抗扭转的性能直接影响结构本身的强度和动力学特性。对于尺寸较小的结构，一般通过普通的扭转试验机可以测得结构的扭转刚度。该铰链式连接结构尺寸较大，且与试验机连接困难。

因此，亟待解决上述技术难题。

发明内容

发明目的：本发明的第一目的是提供一种高效便捷的适用于铰链式连接结构的扭转刚度测量装置。

本发明的第二目的是提供该适用于铰链式连接结构的扭转刚度测量装置的测量方法。

技术方案：为实现以上目的，本发明公开了一种适用于铰链式连接结构的扭转刚度测量装置，包括上、下设置的上底板和下底板，该上、下底板之间连接有简化处理后的铰链式连接结构，上底板的上表面设有圆盘，在圆盘上施加顺时针扭矩或逆时针扭矩使圆盘绕轴心转动，实现对铰链式连接结构施加扭矩。

其中，所述顺时针扭矩和逆时针扭矩为施加在圆盘上的两组力偶。

优选的，所述圆盘侧壁开设有两圈凹槽，每一凹槽内缠绕有一根钢索，通过两根钢索分别对圆盘施加两组力偶。

再者，所述下底板下方连接有起支撑固定作用的工作台。

优选的，所述简化处理后的铰链式连接结构包括4根竖杆和8个角节点构件。

本发明一种适用于铰链式连接结构的扭转刚度测量装置的测量方法，包括如下步骤：

第一步，简化铰链式连接结构，并组装扭转刚度测量装置；

第二步，在钢索上施加两组正交的力偶，通过改变两组力偶的大小，实现对圆盘(3)施加顺时针扭矩和逆时针扭矩，带动连接结构沿顺时针和逆时针方向转动，同时记录所施加的扭矩与相应圆盘转动角度；

第三步，根据两组力偶的大小和相应圆盘转动角度，分别得到施加在连接结构上的扭矩与其在扭矩作用下的转角的关系，通过绘图得到连接结构的扭矩-转角回滞曲线，该回滞曲线的斜率为连接结构的扭转刚度。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：首先本发明通过改变圆盘上力偶的大小，可实现对于连接结构施加顺时针和逆时针两个方向的扭矩，可完整描绘出扭矩-转角回滞曲线，得到连接结构顺时针和逆时针两个方向的扭转刚度；其次本发明的扭转刚度测量装置结构简单，易操作，可以测量不同长度下的连接结构的扭转刚度，普适性广，成本低廉，便于推广。

附图说明

图1为本发明中铰链式连接结构自锁状态下的示意图；

图2为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

自锁状态下的单框铰链式连接结构如图1所示，主要由4根竖杆5、8根横杆7和8个角节点6构成。为了便于对该连接结构施加扭矩和测量扭转角度需对结构进行简化处理。在自锁状态下，施加在连接结构上的扭矩主要由角节点6和竖杆5承担，因此在不改变受力的情况下省略了横杆7，保留了竖杆5，并重新设计了角节点6的尺寸，使其便于与扭转刚度测量装置相连接。

如图2所述本发明一种适用于铰链式连接结构的扭转刚度测量装置，包括上、下设置的上底板1和下底板2、圆盘3和工作台4，工作台4与下底板2通过螺栓固定连接，起到支撑固定整个扭转刚度测量装置的作用。上、下底板之间连接有简化处理后的铰链式连接结构，其中角节点6分别通过螺栓与上、下底板相固定。圆盘3设置在上底板1的上表面，通过螺栓固定。

本发明一种基于适用于铰链式连接结构的扭转刚度测量装置的测量方法，包括如下步骤：

第一步，简化铰链式连接结构，并组装扭转刚度测量装置；

第二步，在圆盘3的两圈凹槽内分别缠绕一根钢索，在钢索上施加两组正交的力偶；通过改变两组力偶的大小，实现对圆盘3施加顺时针和逆时针扭矩，带动连接结构沿顺时针和逆时针方向转动，同时记录两组外力的大小与相应圆盘转动角度；具体方法为在圆盘3侧壁开设有两圈凹槽，每一凹槽内缠绕有一根钢索；通过钢索给圆盘3施加顺时针力偶(F₁，F′₁)和逆时针力偶(F₂，F′₂)，如图2所示；首先，保持力偶(F₂，F′₂)大小和方向不变，不断增大力偶(F₁，F′₁)，对圆盘施加顺时针扭矩T₁，使得连接结构产生顺时针扭转；当力偶(F₁，F′₁)增大到一定值时，再逐渐减小至初始值；然后，保持力偶(F₁，F′₁)大小和方向不变，不断增大力偶(F₂，F′₂)，对圆盘施加逆时针扭矩T₂，使得连接产生逆时针扭转；同样当力偶(F₂，F′₂)增大到一定值时，再逐渐减小至初始值。通过以上两个过程实现连接结构的扭矩加载，在此过程中，同时记录力偶(F₁，F′₁)和力偶(F₂，F′₂)大小和相应圆盘转动角度。

第三步，根据两组力偶的大小和相应圆盘转动角度，分别得到施加在连接结构上的扭矩与其在扭矩作用下的转角的关系，通过绘图得到连接结构的扭矩-转角回滞曲线，该回滞曲线的斜率为连接结构的扭转刚度。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制技术方案。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术实验，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种适用于铰链式连接结构的扭转刚度测量装置，其特征在于，包括上、下设置的上底板(1)和下底板(2)，该上、下底板之间连接有简化处理后的铰链式连接结构，上底板(1)的上表面设有圆盘(3)，在圆盘(3)上施加顺时针扭矩或逆时针扭矩使圆盘(3)绕轴心转动，实现对铰链式连接结构施加扭矩。

2.根据权利要求1所述的适用于铰链式连接结构的扭转刚度测量装置，其特征在于：所述顺时针扭矩和逆时针扭矩为施加在圆盘(3)上的两组力偶。

3.根据权利要求1所述的适用于铰链式连接结构的扭转刚度测量装置，其特征在于：所述圆盘(3)侧壁开设有两圈凹槽，每一凹槽内缠绕有一根钢索，通过两根钢索分别对圆盘(3)施加两组力偶。

4.根据权利要求1所述的适用于铰链式连接结构的扭转刚度测量装置，其特征在于：所述下底板(2)下方连接有起支撑固定作用的工作台(4)。

5.根据权利要求1所述的适用于铰链式连接结构的扭转刚度测量装置，其特征在于：所述简化处理后的铰链式连接结构包括4根竖杆(5)和8个角节点构件(6)。

6.一种基于权利要求1至5任一所述的适用于铰链式连接结构的扭转刚度测量装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，简化铰链式连接结构，并组装扭转刚度测量装置；

第二步，在钢索上施加两组正交的力偶，通过改变两组力偶的大小，实现对圆盘(3)施加顺时针扭矩和逆时针扭矩，带动连接结构沿顺时针和逆时针方向转动，同时记录所施加的扭矩与相应圆盘转动角度；

第三步，根据两组力偶的大小和相应圆盘转动角度，分别得到施加在连接结构上的扭矩与其在扭矩作用下的转角的关系，通过绘图得到连接结构的扭矩-转角回滞曲线，该回滞曲线的斜率为连接结构的扭转刚度。