CN114166510B - 一种测力组件横向刚度测量装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种测力组件横向刚度测量装置，属于航空发动机技术领域，具体包括安装平台、柔性导向机构、位移平台、载荷加载机构、横向位移加载机构，柔性导向机构和横向位移加载机构分别安装于安装平台的两端，横向位移加载机构通过其上设置的横向位移加载拉杆与柔性导向机构连接；柔性导向机构内部安装有测力组件，柔性导向机构上方安装有载荷加载机构，载荷加载机构通过其上设置的传力杆与测力组件连接，载荷加载机构对测力组件施加沿测力组件轴向的载荷；位移平台对称的设置于柔性导向机构的两侧，一端与柔性导向机构底部连接，另一端与载荷加载机构滑动连接。通过本申请的处理方案，可实现矢量台架的测力解耦，提高测力精度。

Description

一种测力组件横向刚度测量装置

技术领域

本申请涉及航空发动机技术领域，尤其涉及一种测力组件横向刚度测量装置。

背景技术

航空发动机矢量推力测量的原理是：利用刚体平衡原理，适当布置若干约束，限制发动机的6个自由度(3个移动自由度和3个转动自由度)，使之处于静定或者超静定平衡状态，测出推力分量大小和矢量角。目前，最广泛的矢量推力测量方式是矢量推力试车台，其主要功能就是将发动机试验时产生的矢量推力准确测量出来，通过推力台架获取矢量力的各方向分量，并对矢量力进行作用点、作用方向和大小的评估。矢量推力试车台作为矢量推力发动机评定的主要设备，存在测力组件布局形式多样、推力传递路线复杂等特点，测力组件技术状态对于评定矢量推力发动机的性能至关重要。

目前，矢量推力试车台基本上采用柔性连接装置和传感器的组合作为测力组件，其中柔性连接装置均采用的是叉簧结构形式，测力组件的力学性能好坏决定了矢量台架的精度范围。而侧向刚度将会随着其轴向载荷的变化而变化，因此获取测力组件轴向载荷对横向刚度影响规律，对于实现矢量台架的测力解耦和提高测力精度有重要意义。

目前，测力组件的横向刚度测试缺少专用的装置，主要依靠压力机来实现，但压力机无法实现多维无耦合载荷施加。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种测力组件横向刚度测量装置，至少部分解决现有技术中测力组件侧向刚度对矢量推力测量精度影响无法评估的问题。

本申请实施例提供一种测力组件横向刚度测量装置，包括安装平台、柔性导向机构、位移平台、载荷加载机构、横向位移加载机构，所述柔性导向机构和所述横向位移加载机构分别安装于所述安装平台的两端，

所述横向位移加载机构通过其上设置的横向位移加载拉杆与所述柔性导向机构连接，所述横向位移加载机构对所述柔性导向机构施加横向位移；

所述柔性导向机构内部安装有所述测力组件，所述柔性导向机构上方安装有所述载荷加载机构，所述载荷加载机构通过其上设置的传力杆与所述测力组件连接，所述载荷加载机构对所述测力组件施加沿测力组件轴向的载荷；

所述位移平台对称的设置于所述柔性导向机构的两侧，且两个所述位移平台的连线垂直于所述横向位移加载拉杆的轴线，所述位移平台的一端与所述柔性导向机构底部连接，另一端与所述载荷加载机构滑动连接。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述柔性导向机构包括上固定板和下固定板，所述上固定板与所述下固定板之间通过柔性板相互支撑，所述柔性板对称的设置于所述柔性导向机构沿位移方向的两侧，所述传力杆穿过所述上固定板与所述测力组件连接。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述横向位移加载拉杆与所述上固定板连接，通过所述横向位移加载拉杆的水平位移对所述上固定板施加横向位移。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述载荷加载机构还包括加载横梁和载荷加载拉杆，

所述传力杆与所述加载横梁的中部垂直连接，所述传力杆上套设有导向套筒，所述导向套筒与所述上固定板连接，当所述柔性导向机构发生横向位移时，所述导向套筒可相对所述传力杆进行上下移动；

所述载荷加载拉杆对称的设置于所述加载横梁的两端，所述载荷加载拉杆远离所述加载横梁一端设有固定座，所述固定座与所述位移平台滑动连接以使所述载荷加载拉杆在所述柔性导向机构发生横向位移时仍保持竖直状态。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述载荷加载拉杆与所述加载横梁和所述固定座的连接方式均为铰接。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述载荷加载拉杆上设有第一螺纹调节结构，通过所述第一螺纹调节结构可旋转所述加载拉杆使所述载荷加载机构产生相对所述位移平台的位移，使所述载荷加载机构对所述测力组件施加载荷。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述横向位移加载机构还包括第一载荷传感器、第一安装座、第二安装座和第三安装座，所述横向位移加载拉杆的一端通过所述第一安装座与所述柔性导向机构连接，另一端与所述第一载荷传感器连接，所述第一载荷传感器的另一端通过所述第二安装座与所述第三安装座连接，所述第三安装座固定连接于所述安装平台上。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述横向位移加载拉杆与所述第一载荷传感器和所述第一安装座之间均设有第二螺纹连接结构，通过旋转所述横向位移加载拉杆实现对所述柔性导向机构施加横向位移。

根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述测力组件包括第二载荷传感器，所述第二载荷传感器的上下两侧分别连接有第一柔性连接件和第二柔性连接件，所述第一柔性连接件与所述上固定板连接，所述第二柔性连接件与所述下固定板连接。

有益效果

本申请实施例中的测力组件横向刚度测量装置，通过设置柔性导向机构实现测力组件的横向平动约束，通过设置载荷加载机构实现测力组件轴向载荷施加，保证测力组件既承载轴向载荷，又可以横向位移；通过位移平台对加载机构实现位移补充，保证加载机构不会对测力组件横向刚度造成影响。本申请的装置可以真实模拟测力组件在矢量台架上的受力状态和空间变形状态，解决了测力组件侧向刚度对矢量推力测量精度影响无法评估的难题，同时对实现矢量台架的测力解耦和提高测力精度有重要意义。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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它的附图。

图1为根据本发明一实施例的测力组件横向刚度测量装置示意图；

图2为根据本发明一实施例的柔性导向机构示意图；

图3为根据本发明一实施例的测力组件示意图；

图4为根据本发明一实施例的载荷加载机构示意图；

图5为根据本发明一实施例的横向位移加载机构示意图。

图中：1、安装平台；2、柔性导向机构；201、第一柔性板；202、第二柔性板；203、上固定板；204、第三柔性板；205、第四柔性板；206、下固定板；3、测力组件；301、上安装板；302、第一柔性连接件；303、第二载荷传感器；304、第二柔性连接件；305、下安装板；4、载荷加载机构；第一固定座；402、第一加载拉杆；403、加载横梁；404、导向套筒；405、传力杆；406、第二加载拉杆；407、第二固定座；5、第一位移平台；6、横向位移加载机构；601、第一安装座；602、横向位移加载拉杆；603、第一载荷传感器；604、第二安装座；605、第三安装座；7、第二位移平台。

具体实施方式

下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

本申请实施例提供了一种测力组件横向刚度测量装置，下面参照图1-5对测量装置进行详细描述。

参照图1，测量装置包括安装平台1、柔性导向机构2、位移平台、载荷加载机构4、横向位移加载机构6。柔性导向机构2和横向位移加载机构6分别安装于安装平台1的两端，横向位移加载机构6通过其上设置的横向位移加载拉杆602与柔性导向机构2连接，横向位移加载机构6对柔性导向机构2施加横向位移。

柔性导向机构2内部安装有测力组件3，柔性导向机构2上方安装有载荷加载机构4，载荷加载机构4通过其上设置的传力杆405与测力组件3连接，载荷加载机构4对测力组件3施加沿测力组件3轴向的载荷。

柔性导向机构2的具体结构参照图2，柔性导向机构2包括上固定板203和下固定板206，上固定板203与下固定板206之间通过柔性板相互支撑，载荷加载机构4的传力杆405穿过上固定板203与测力组件3连接，柔性导向机构2通过下固定板206固定在安装平台1上。

在一个实施例中，柔性板设置为4个，参照图2，其中的2个分别为第一柔性板201和第二柔性板202，位于柔性导向机构2沿位移方向的一侧；另外2个分别为第三柔性板204、第四柔性板205，位于柔性导向机构2沿位移方向的另一侧。

进一步的，测力组件3具体结构参照图3，包括第二载荷传感器303，第二载荷传感器303的上下两侧分别连接有第一柔性连接件302和第二柔性连接件304，第一柔性连接件302与上固定板203连接，第二柔性连接件304与下固定板206连接。具体的，测力组件3位于柔性导向机构2的中心，第二柔性连接件304通过与其连接的下安装板305固定在下固定板206的中心安装环上，第一柔性连接件302通过与其连接的上安装板301与载荷加载机构的传力杆405连接。

本实施例中位移平台设置为两个，分别为第一位移平台5和第二位移平台7，第一位移平台5下表面、第二位移平台7下表面通过下固定板206对称固定在柔性导向机构2上，并对称的设置于柔性导向机构2的两侧，且两个位移平台的连线垂直于横向位移加载拉杆602的轴线，也即第一位移平台5和第二位移平台7的连线垂直于柔性导向机构2的位移方向，每个位移平台的一端与柔性导向机构2的底部连接，另一端与载荷加载机构4滑动连接，以实现由于柔性导向机构2横向位移引起的载荷加载机构4的位移的补充。

载荷加载机构4的结构参照图4，还包括加载横梁403和载荷加载拉杆，载荷加载拉杆包括第一加载拉杆402和第二加载拉杆406，传力杆405的上端与加载横梁403的中部垂直连接，传力杆405的下端与测力组件3的上安装板301连接，传力杆405上套设有导向套筒404，导向套筒404与柔性导向机构的上固定板203的中心安装孔固定连接。第一加载拉杆402和第二加载拉杆406对称的设置于加载横梁403的两端，载荷加载拉杆远离加载横梁403一端设有固定座，分别为与第一加载拉杆402连接的第一固定座401，以及与第二加载拉杆406连接的第二固定座407，第一固定座401与第一位移平台5上表面滑动连接，第二固定座407与第二位移平台7上表面滑动连接，以使载荷加载拉杆在柔性导向机构2发生横向位移时仍保持竖直状态，也即通过调节第一位移平台5、第二位移平台7实现载荷加载机构4的第一加载拉杆402、第二加载拉杆406的垂直度调节，保证载荷加载机构4的加载力方向。

此处详细描述导向套筒404的作用，当柔性导向机构2发生横向位移时，也即上固定板203横向位移时，由于上固定板203与下固定板206之间的相对高度发生变化，上固定板203会发生向上移动或向下移动的情况，因此上固定板203可带动导向套筒404相对传力杆进行上下移动，从而免除柔性导向机构2发生横向位移时对测力组件产生的竖直方向的载荷。

进一步的，载荷加载拉杆的两端部上分别设有第一螺纹调节结构，两个第一螺纹调节结构的螺纹旋向相反，通过第一螺纹调节结构可旋转载荷加载拉杆使载荷加载机构4产生相对位移平台的位移，通过传力杆405对测力组件3施加载荷。

在一个优选的实施例中，载荷加载拉杆与加载横梁403和固定座的连接方式均为铰接。

下面详细描述横向位移加载机构6，参照图5，横向位移加载机构6包括第一载荷传感器603、横向位移加载拉杆602、第一安装座601、第二安装座604和第三安装座605，横向位移加载拉杆602的一端通过第一安装座601与柔性导向机构2的上固定板203连接，通过所述横向位移加载拉杆602的水平位移对所述上固定板203施加横向位移。第一安装座601位于上固定板203的中心线上，横向位移加载拉杆602的另一端与第一载荷传感器603连接，第一载荷传感器603的另一端通过第二安装座604与第三安装座605连接，第三安装座605固定连接于安装平台1上。通过旋转位移加载机构6的横向位移加载拉杆602可以带动上固定板203的水平移动，在上固定板203移动时可带动载荷加载机构的传力杆405和测力组件3的上安装板301的水平移动，也即实现测力组件感受到柔性导向机构2对其施加的横向位移，从而实现测力组件3的横向位移。

更为具体的，横向位移加载拉杆602与第一载荷传感器603和第一安装座601之间均设有第二螺纹连接结构，且两个第二螺纹旋转结构的螺纹旋向相反，通过旋转横向位移加载拉杆602实现对柔性导向机构2施加横向位移。

下面详细描述本测量装置的测量步骤，具体包括以下步骤：

S1、根据测力组件3的外形尺寸和接口形式，确定测力组件3横向刚度测量装置的外廓尺寸和安装形式。

S2、根据测力组件3结构和量程，完成载荷加载机构4、柔性导向机构2、位移平台的设计、加工和装配。

S3、根据测力组件3横向位移设计值，将横向位移等分为5段，设计横向刚度测试加载表。

S4、根据加载表，先采用横向位移加载机构6调整柔性导向机构2的横向位移值，再根据位移值调整位移平台位移值保证载荷加载机构4处于竖直状态，最后根据测力组件3中载荷传感器显示调整载荷加载机构4，通过横向位移加载机构6中的载荷传感器载荷值和柔性导向机构2位移值计算测力组件横向刚度。

S5、根据加载表，重复步骤S4，完成测力组件3侧向刚度的测量。

S6、将载荷加载机构4卸载，沿测力组件3轴向将测力组件3旋转90°，重复步骤S3～S5步，测量测量组件3的另外一个方向横向刚度。

S7、将载荷加载机构4卸载，沿测力组件3的轴向将测力组件3旋转30°、45°、60°，重复步骤S3～S5步，测量测量组件非正交条件的横向刚度。

本发明测量原理是通过柔性导向机构实现测力组件的横向平动约束，载荷加载机构实现测力组件轴向载荷施加，保证测力组件既承载轴向载荷、横向位移；通过位移平台进行载荷加载机构的位移补充，保证载荷加载机构不会对测力组件横向刚度造成影响。

本发明设计的一种测力组件横向刚度测量装置，可以真实模拟测力组件在矢量台架上的受力状态和空间变形状态，解决了测力组件侧向刚度对矢量推力测量精度影响无法评估的难题，同时实现矢量台架的测力解耦和提高测力精度有重要意义。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种测力组件横向刚度测量装置，其特征在于，包括安装平台、柔性导向机构、位移平台、载荷加载机构、横向位移加载机构，所述柔性导向机构和所述横向位移加载机构分别安装于所述安装平台的两端，

所述横向位移加载机构通过其上设置的横向位移加载拉杆与所述柔性导向机构连接，所述横向位移加载机构对所述柔性导向机构施加横向位移；

所述柔性导向机构内部安装有所述测力组件，所述柔性导向机构上方安装有所述载荷加载机构，所述载荷加载机构通过其上设置的传力杆与所述测力组件连接，所述载荷加载机构对所述测力组件施加沿测力组件轴向的载荷；所述柔性导向机构包括上固定板和下固定板，所述上固定板与所述下固定板之间通过柔性板相互支撑，所述柔性板对称的设置于所述柔性导向机构沿位移方向的两侧，所述传力杆穿过所述上固定板与所述测力组件连接；

所述位移平台对称的设置于所述柔性导向机构的两侧，且两个所述位移平台的连线垂直于所述横向位移加载拉杆的轴线，所述位移平台的一端与所述柔性导向机构底部连接，另一端与所述载荷加载机构滑动连接；

所述载荷加载机构还包括加载横梁和载荷加载拉杆，所述传力杆与所述加载横梁的中部垂直连接，所述传力杆上套设有导向套筒，所述导向套筒与所述上固定板连接，当所述柔性导向机构发生横向位移时，所述导向套筒可相对所述传力杆进行上下移动；

所述载荷加载拉杆对称的设置于所述加载横梁的两端，所述载荷加载拉杆远离所述加载横梁一端设有固定座，所述固定座与所述位移平台滑动连接以使所述载荷加载拉杆在所述柔性导向机构发生横向位移时仍保持竖直状态。

2.根据权利要求1所述的测力组件横向刚度测量装置，其特征在于，所述横向位移加载拉杆与所述上固定板连接，通过所述横向位移加载拉杆的水平位移对所述上固定板施加横向位移。

3.根据权利要求1所述的测力组件横向刚度测量装置，其特征在于，所述载荷加载拉杆与所述加载横梁和所述固定座的连接方式均为铰接。

4.根据权利要求1所述的测力组件横向刚度测量装置，其特征在于，所述载荷加载拉杆上设有第一螺纹调节结构，通过所述第一螺纹调节结构可旋转所述载荷加载拉杆使所述载荷加载机构产生相对所述位移平台的位移，使所述载荷加载机构对所述测力组件施加载荷。

5.根据权利要求1所述的测力组件横向刚度测量装置，其特征在于，所述横向位移加载机构还包括第一载荷传感器、第一安装座、第二安装座和第三安装座，所述横向位移加载拉杆的一端通过所述第一安装座与所述柔性导向机构连接，另一端与所述第一载荷传感器连接，所述第一载荷传感器的另一端通过所述第二安装座与所述第三安装座连接，所述第三安装座固定连接于所述安装平台上。

6.根据权利要求5所述的测力组件横向刚度测量装置，其特征在于，所述横向位移加载拉杆与所述第一载荷传感器和所述第一安装座之间均设有第二螺纹连接结构，通过旋转所述横向位移加载拉杆实现对所述柔性导向机构施加横向位移。

7.根据权利要求1所述的测力组件横向刚度测量装置，其特征在于，所述测力组件包括第二载荷传感器，所述第二载荷传感器的上下两侧分别连接有第一柔性连接件和第二柔性连接件，所述第一柔性连接件与所述上固定板连接，所述第二柔性连接件与所述下固定板连接。

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