CN112326080A - 一种拉扭条扭转刚度测试装置和测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拉扭条扭转刚度测试装置和测量方法，其中测试装置包括底座；夹持部，用于将拉扭条的下端夹持固定；分布在夹持部两侧的两个第一伺服电缸和两个第一测力传感器，第一伺服电缸下端固定在底座上，第一测力传感器安装在第一伺服电缸顶端，第一测力传感器通过电缸固定座固定在横梁上；扭力部，扭力部的下端固定在所述底座上，用于牵引夹持部进而带动拉扭条沿垂直轴线旋转；角度测量部，与夹持部连接，用于测量拉扭条旋转的角度；控制部，用于控制各伺服电缸运动，以及接收各传感器的数据。本发明是一种集成拉扭条扭转刚度测试装置，实现了拉扭条扭转刚度测试的全自动化；测试效率和测试精度均有所提高。

Description

一种拉扭条扭转刚度测试装置和测量方法

技术领域

本发明涉及拉扭条机械性能综合测试技术领域，特别涉及一种拉扭条扭转刚度测试装置和测量方法。

背景技术

拉扭条是一种用于直升机主桨毂或尾桨毂拉扭结构受力件，是轻型直升机通常采用的一种主要结构承力件，其主要功能是承受桨叶旋转产生的离心力和产生扭转变形以实现桨叶的变距运动从而大大改善桨毂轴向较的受力情况，使桨毂结构简单、紧凑、重量轻、使用安全、维护简便。拉扭条在承受离心力作用下扭转刚度性能指标是其重要的性能指标，对变距运动控制参数设定有至关重要的作用。

扭转刚度的测试装置一般都是基于测试对象进行定制，目前还未有专门针对拉扭条的扭转刚度测试装置。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种拉扭条扭转刚度测试装置和测量方法，且是一种由计算机控制的全自动测试装置。

第一方面，本发明提供的一种拉扭条扭转刚度测试装置，包括底座；夹持部，固定在所述底座上，用于将所述拉扭条的下端夹持固定，所述拉扭条的上端通过拉扭条固定座与一横梁连接；分布在所述夹持部两侧的两个第一伺服电缸和两个第一测力传感器，所述第一伺服电缸下端固定在所述底座上，所述第一测力传感器安装在所述第一伺服电缸顶端，所述第一测力传感器通过电缸固定座固定在所述横梁上；扭力部，所述扭力部的下端固定在所述底座上，用于牵引所述夹持部进而带动所述拉扭条沿垂直轴线旋转；角度测量部，与所述夹持部连接，用于测量所述拉扭条旋转的角度；控制部，用于控制各伺服电缸运动，以及接收各传感器的数据。

进一步的，所述夹持部包括轴承组件、夹头和扭转件，所述夹头和所述扭转件位于所述轴承组件上方，通过连接杆连接，所述拉扭条的下端限位于所述夹头中，所述扭转件转动时，带动所述夹头以及所述拉扭条的上端旋转；所述轴承组件外设有外壳，外壳底部有固定件与所述底座相连。

进一步的，所述扭力部包括两个第二伺服电缸、两个第二测力传感器，定位架、两个滑轮和钢丝绳，所述第二伺服电缸下端固定在所述底座上，上端连接所述第二测力传感器；所述钢丝绳两端固定在两个所述第二测力传感器上，分别经过所述滑轮后，绕在所述夹持部的扭转件上；所述滑轮固定在所述定位架上。

进一步的，所述角度测量部包括水平联动杆和垂直联动杆，所述水平联动杆的一端与所述垂直联动杆的一端垂直相交；所述垂直联动杆的另一端通过连接杆与所述夹持部的扭转件相连，使所述垂直联动杆能随所述扭转件顺时针或逆时针旋转；所述水平联动杆上设有角度传感器，所述角度传感器的中心线与所述拉扭条的中心线重合。

进一步的，所述控制部包括处理器和数据采集单元，所述数据采集单元用于接收拉扭条扭转刚度测试装置中各个传感器的数据，所述处理器用于处理所述数据和向动作部件发出动作指令，所述动作部件包括两个第一伺服电缸和两个第二伺服电缸。

更进一步的，所述控制部位于底座内部。

进一步的，所述拉扭条为金属叠片拉扭条、钢丝拉扭条或复合材料拉扭条。

第二方面，本发明提供利用上述技术方案中任一项所述的拉扭条扭转刚度测试装置进行的拉扭条扭转刚度测量方法，包括以下步骤，

控制部发送动作指令，使两个第一伺服电缸执行伸长动作，拉扭条随之受到拉力，当拉力达到第一阈值时，所述第一伺服电缸停止伸长；

控制部发送动作指令给扭力部，所述扭力部带动夹持部的扭转件顺时针或逆时针旋转，从而使拉扭条位于所述夹持部以上的部分受力，并沿垂直中心轴线旋转；

角度测量部的角度传感器采集所述拉扭条的旋转角度，并经数据采集单元传送到处理器；

当拉扭条的旋转角度达到第二阈值时，所述处理器向所述扭力部发出停止旋转指令；

所述处理器利用以下公式计算拉扭条的旋转刚度

其中，M为施加的扭矩，θ为扭转角度，F为钢丝绳拉力，L为力臂，K为扭转刚度。

进一步的，所述当拉力达到第一阈值时，所述第一伺服电缸停止伸长具体为，第一测力传感器测量第一伺服电缸受到的拉力，并将拉力数值传送给数据采集单元，处理器将当前拉力与预设的第一阈值进行对比，当拉力达到第一阈值时，向所述第一伺服电缸发送指令停止拉伸。

本发明是一种集成拉扭条扭转刚度测试装置，实现了拉扭条扭转刚度测试的全自动化；通过电缸和测力传感器的应用，测试效率和测试精度均有所提高，角度测量器的结构以及与扭动部的联动使得角度测量准确率大大增加。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例拉扭条扭转刚度测试装置的外形构造示意图；

图2为本发明实施例中夹持部的结构示意图；

图3为本发明实施例中扭力部的结构示意图；

图4为本发明实施例中角度测量部的结构示意图；

图5为图1实施例中扭转件顺时针转动时扭力加载路线示意图；

图6为图1实施例中扭转件逆时针转动时扭力加载路线示意图；

图7为本发明实施例中控制部的结构示意图；

图8为本发明另一实施例拉扭条扭转刚度测试方法流程图；

附图标记说明：

标号	名称	标号	名称
				11	横梁	30	控制部
12	拉扭条固定座	31	处理器
				13	第一测力传感器	32	数据采集单元
14	第一伺服电缸	40	夹持部
				15	底座	41	扭转件
16	电缸固定座	42	夹头
				20	拉扭条	43	上端盖
44	圆筒	45	推力轴承
				46	圆柱滚子轴承	47	大螺母
48	下端盖	50	扭力部
				51	钢丝绳	52	定位架
53	第二测力传感器	54	第二伺服电缸
				55	滑轮	60	角度测量部
61	水平联动杆	62	角度传感器
				63	垂直联动杆

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“垂直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1所示，本实施例提供一种拉扭条扭转刚度测试装置，包括底座15、夹持部40、第一测力传感器13、第一伺服电缸14、控制部30、扭力部50和角度测量部60。

其中夹持部40，固定在底座15上，用于将20拉扭条的下端夹持固定，拉扭条20的上端通过拉扭条固定座12与一横梁11连接。

在夹持部40两侧分别有两个第一伺服电缸14和两个第一测力传感器13，所述第一伺服电缸14的下端固定在底座15上，第一测力传感器13安装在第一伺服电缸14的顶端，第一测力传感器13通过电缸固定座16固定在横梁11上。当第一伺服电缸14受力拉伸时，同样位于横梁11和底座15之间的夹持部40也受到同样强度的拉力，被夹持的拉扭条20页随之拉伸。第一测力传感器13将测得的拉力转换为电信号发送到控制部30。

扭力部50下端固定在底座15上，用于牵引夹持部40进而带动拉扭条20沿垂直轴线旋转。角度测量部60，下端通过连接杆与夹持部40连接，用于测量拉扭条20旋转的角度。控制部30，用于控制各伺服电缸运动，以及接收各传感器的数据。

具体的，图2是夹持部40的结构示意图。夹持部40包括轴承组件、夹头42和扭转件41，所述夹头42和扭转件41位于轴承组件上方，夹头42用于夹持拉扭条20，夹头42与扭转件41通过连接杆连接。当扭转件41转动时，带动夹头42以及拉扭条20的上端旋转。轴承组件外面设有外壳，本实施例中外壳为一圆筒44，上下底面分别有上端盖43和下端盖48，圆筒44底部有固定件与底座15相连。如图2所示，轴承组件包括推力轴承45和圆柱滚子轴承46，圆柱滚子轴承46下方有大螺母47限位。

第一伺服电缸在本实施例中采用5T伺服电缸，第一测力传感器为5T力传感器。根据实际需要，还可选用其他规格的伺服电缸和测力传感器。

图3示出了扭力部50的一种结构。具体的，扭力部50包括两个第二伺服电缸54、两个第二测力传感器53，定位架52、两个滑轮55和钢丝绳51。两个第二伺服电缸54的下端固定在底座15上，上端均连接第二测力传感器53。钢丝绳51两端分别固定在两个第二测力传感器53上，后经过滑轮55改变方向，绕在夹持部40的扭转件41上。滑轮55固定在定位架52上。这样，当一个第二伺服电缸54受到压力而高度下降，另一个第二伺服电缸54受力伸长时，它们连接的钢丝绳51也随之下降和上升，从而套在扭转件41上的钢丝绳51带动扭转件41逆时针或顺时针转动。因扭转件41通过连接杆与夹持部40的夹头42有连接，故夹头42也产生旋转，进而使被夹持的拉扭条20产生扭转。通过调整第二伺服电缸54下降或上升的高度，可改变拉扭条20扭转的角度。

作为一种优选的实施方式，第二伺服电缸54为1T伺服电缸，第二测力传感器53为1T力传感器。

具体的，如图4所示，角度测量部60包括水平联动杆61和垂直联动杆63，水平联动杆61的一端与垂直联动杆63的一端垂直相交，垂直联动杆63的另一端通过连接杆与扭转件41相连，使垂直联动杆63能随扭转件41顺时针或逆时针旋转。水平联动杆61上设有角度传感器62，角度传感器62位于横梁11上方，角度传感器62的中心线与拉扭条20的中心线重合。当拉扭条20产生扭转时，角度传感器62测量其扭转的角度，并传送给控制部30。

具体的，控制部30包括处理器31和数据采集单元32，数据采集单元32用于接收拉扭条扭转刚度测试装置中各个传感器的数据，处理器31用于处理所述数据，计算拉扭条的扭转刚度，以及向动作部件发出动作指令，所述动作部件包括两个第一伺服电缸14和两个第二伺服电缸54。其外部构造如图8所示，处理器31和数据采集单元32均位于底座15内部。通常的，控制部还可以包括显示屏和操作按钮，设置在底座15上。当然，也可以利用通信技术将控制部30与其他智能设备实现连接，通过其他智能设备来操作本实施例的测试装置，例如通过智能手机或计算机操作、显示计算过程和结果，从而不用在测试装置上设置显示屏和操作按钮。

本发明技术方案中所称的拉扭条20可以是为金属叠片拉扭条、钢丝拉扭条或复合材料拉扭条，但不限于以上三种。

本发明还提供一种拉扭条扭转刚度测量方法，其流程图如图8所示，包括以下步骤，

S1、控制部30发送动作指令，使两个第一伺服电缸14执行伸长动作，拉扭条20随之受到拉力，第一测力传感器13测量第一伺服电缸14受到的拉力，并将受力数据传送给数据采集单元32，处理器31将当前拉力与预设的第一阈值进行对比，当拉力达到第一阈值时，向第一伺服电缸14发送指令停止拉伸。

S2、控制部30发送动作指令给扭力部50，扭力部50带动夹持部40的扭转件顺时针或逆时针旋转，从而使拉扭条20位于夹持部40以上的部分受力，并沿垂直中心轴线旋转；角度测量部60的角度传感器62采集拉扭条20的旋转角度，并经数据采集单元32传送到处理器31；当拉扭条20的旋转角度达到第二阈值时，处理器31向扭力部50发出停止旋转指令；

S3、处理器31利用以下公式计算拉扭条20的旋转刚度

其中，M为施加的扭矩，θ为扭转角度，F为钢丝绳拉力，L为力臂，K为扭转刚度。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种拉扭条扭转刚度测试装置，其特征在于，包括

底座；

夹持部，固定在所述底座上，用于将所述拉扭条的下端夹持固定，所述拉扭条的上端通过拉扭条固定座与一横梁连接；

分布在所述夹持部两侧的两个第一伺服电缸和两个第一测力传感器，所述第一伺服电缸下端固定在所述底座上，所述第一测力传感器安装在所述第一伺服电缸顶端，所述第一测力传感器通过电缸固定座固定在所述横梁上；

扭力部，所述扭力部的下端固定在所述底座上，用于牵引所述夹持部进而带动所述拉扭条沿垂直轴线旋转；

角度测量部，与所述夹持部连接，用于测量所述拉扭条旋转的角度；

控制部，用于控制各伺服电缸运动，以及接收各传感器的数据。

2.根据权利要求1所述的拉扭条扭转刚度测试装置，其特征在于，所述夹持部包括轴承组件、夹头和扭转件，所述夹头和所述扭转件位于所述轴承组件上方，通过连接杆连接，所述拉扭条的下端限位于所述夹头中，所述扭转件转动时，带动所述夹头以及所述拉扭条的上端旋转；所述轴承组件外设有外壳，外壳底部有固定件与所述底座相连。

3.根据权利要求1所述的拉扭条扭转刚度测试装置，其特征在于，所述扭力部包括两个第二伺服电缸、两个第二测力传感器，定位架、两个滑轮和钢丝绳，所述第二伺服电缸下端固定在所述底座上，上端连接所述第二测力传感器；所述钢丝绳两端固定在两个所述第二测力传感器上，分别经过所述滑轮后，绕在所述夹持部的扭转件上；所述滑轮固定在所述定位架上。

4.根据权利要求1所述的拉扭条扭转刚度测试装置，其特征在于，所述角度测量部包括水平联动杆和垂直联动杆，所述水平联动杆的一端与所述垂直联动杆的一端垂直相交；所述垂直联动杆的另一端通过连接杆与所述夹持部的扭转件相连，使所述垂直联动杆能随所述扭转件顺时针或逆时针旋转；所述水平联动杆上设有角度传感器，所述角度传感器的中心线与所述拉扭条的中心线重合。

5.根据权利要求3所述的拉扭条扭转刚度测试装置，其特征在于，所述控制部包括处理器和数据采集单元，所述数据采集单元用于接收拉扭条扭转刚度测试装置中各个传感器的数据，所述处理器用于处理所述数据和向动作部件发出动作指令，所述动作部件包括两个第一伺服电缸和两个第二伺服电缸。

6.根据权利要求5所述的拉扭条扭转刚度测试装置，其特征在于，所述控制部位于底座内部。

7.根据权利要求1～6任一项所述的拉扭条扭转刚度测试装置，其特征在于，所述拉扭条为金属叠片拉扭条、钢丝拉扭条或复合材料拉扭条。

8.利用权利要求1～7任一项所述的拉扭条扭转刚度测试装置进行的拉扭条扭转刚度测量方法，其特征在于，包括以下步骤，

控制部发送动作指令，使两个第一伺服电缸执行伸长动作，拉扭条随之受到拉力，当拉力达到第一阈值时，所述第一伺服电缸停止伸长；

控制部发送动作指令给扭力部，所述扭力部带动夹持部的扭转件顺时针或逆时针旋转，从而使拉扭条位于所述夹持部以上的部分受力，并沿垂直中心轴线旋转；

角度测量部的角度传感器采集所述拉扭条的旋转角度，并经数据采集单元传送到处理器；

当拉扭条的旋转角度达到第二阈值时，所述处理器向所述扭力部发出停止旋转指令；

所述处理器利用以下公式计算拉扭条的旋转刚度

其中，M为施加的扭矩，θ为扭转角度，F为钢丝绳拉力，L为力臂，K为扭转刚度，θ₁为第一测量点的扭转角度，θ₂为第二测量点的扭转角度，M₁为在第一测量点时施加的扭矩，M₂为在第二测量点时施加的扭矩，F₁为在第一测量点时钢丝绳的拉力，F₂为在第二测量点时钢丝绳的拉力。

9.根据权利要求8所述的拉扭条扭转刚度测量方法，其特征在于，所述当拉力达到第一阈值时，所述第一伺服电缸停止伸长具体为，第一测力传感器测量第一伺服电缸受到的拉力，并将拉力数值传送给数据采集单元，处理器将当前拉力与预设的第一阈值进行对比，当拉力达到第一阈值时，向所述第一伺服电缸发送指令停止拉伸。

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