刚度检测仪的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种刚度检测仪，属于细径成型零件（例如航空陀螺仪中的扭 杆）的精密刚度检测设备。
【背景技术】
[0002] 目前对于尺寸精度较高的细径成型零件的刚度测量除采用传统的检测手法之外 均需配置刚度检测仪。而刚度检测仪的设计优劣往往直接关系到零件最终的检测精度及生 产效率。
[0003] 扭杆是航空陀螺仪中的关键零件，也是较具代表性的一种细径成型零件，它是由 高弹性合金制成的细径为0. 1_的精密敏感器件。扭杆的细径成型技术在航天领域里应用 的非常广泛。它的重要性在于，既要在陀螺仪中起到弹性支撑作用，又要符合脱离的要求和 特性指标。它最重要的特性指标是"扭杆刚度"。"扭杆刚度"可定义为在外力矩的作用下， 扭杆产生的弹性力与扭杆角度成正比的反作用力矩M和扭转角〇的比值，用C表示，即：
[0004] C=M/C>(单位：mN?m/rad)
[0005] 已知对于刚度的测量按测试原理划分，分为静态测量法和动态测量法两大类，对 应两种类型的刚度检测仪器。
[0006] 1?动态测量法：
[0007] 即细径零件角刚度动态测量法，其基本原理是将细径零件固定在测量夹具中通过 对它施加弯矩激励，使其产生一定的振动响应，继而通过测振动传感器测出零件振动的响 应特性，通常为位移函数的时间历程，然后通过一定的方法计算出振动系统的固有频率，再 根据下式，进一步求出零件的角刚度K:
[0008]
[0009]其中为振动系统的固有频率；J为振动系统的等效转动惯量。动态测量仪 器具有操作方便、测试效率高、重复性好等特点，但是由于振动系统中等效转动惯量为计算 值，而且谐振频率的精确测量尚不能很好解决，因此，测量精度还不能令人满意。
[0010]2?静态测量法：
[0011] 主要包含下述两类：
[0012] 1)机械（力传感）测量法：
[0013] 一种是由力传感器、位移传感器和单片机系统构成的刚度自动测试装置，细径零 件固定在测量夹具中，上部连一测量环，力传感器有传动机构带动上升，与测量环接触，记 录此时力传感器和位移传感器的读数F0、S0,继续上升力传感器，得到Fl、S1，则接头角刚 度K可以表示为：
[0014]
[0015] 其中：L为测量半径。
[0016] 另一种是基于微型计算机的刚度测量装置，其将待测零件固定在测量夹具中，通 过微位移机构和标准弹簧片经测头对零件施加微力从而使其产生角位移并通过位移传感 器间接得到此角位移，所施加的力则由标准弹簧片的变形计算间接得到。还有利用微动台 架和薄片弹簧实现微量弯矩加载，通过微位移的测量间接得到转矩和转角的自动测量方 法，该方法在原理上与前述装置一致，只是结构形式发生了变化。但由于测量环、标准弹簧 或者薄片弹簧都是弱刚度弹性件，且属于间接测量，故系统地稳定性和精度就受到局限。
[0017] 2)光学测量法：依据的主要思路即先测出施加在细径成型零件（扭杆）上的反作 用力矩M和扭转角〇的大小，直接利用下式计算出刚度值C:
[0018] C=M/C> (单位：mN?m/rad);
[0019] 光学测量沿用吊挂砝码法，目前的相关仪器设备在测量时，把待测零件固定在基 座上，基座通过锥体安装在光学分度头（反射镜）上，用准直光管（准直仪）对准反射镜片 (分度头）反射光线，记录光学分度头的角度值；通过吊挂砝码（施加力M)实现零件相对 自身轴线的扭矩载荷，使零件产生绕其轴线的角变形；转动光学分度头，用准直光管再次对 准镜片反射光线，记录光学分度头的角度值；两次角度值之差，就是接头在力矩载荷下的转 角值①。
[0020] 上述光学刚度测量仪器在稳定性和精度方面虽然都比机械（力传感）刚度测量设 备来的优越，但依旧存在问题如下：
[0021] 1)准直光管的零位校准一直是个难题，已知的仪器中光学分度头（反射镜）通常 只具有绕自身轴线的一个自由度，无法绕垂直于水平工作台的纵轴线左右旋转微调，造成 校准作业时的调节范围局限性。目前应对的措施是在准直仪器的底部设计横向的位移调节 机构（丝杠），但此类粗调机构的精度不够（y级），且无法提供给准直仪更高的自由度（例 如前后摆角），造成校准困难，校准精度低，且操作费时费力。
[0022] 2)零件纵向装夹并采用螺栓拧紧固定，拆卸更换不便，导致检测效率低下。
[0023] 另一方面，已知的光学刚度测试设备并未设计有独立的辅助分度头零位校准设 备，当前一零件检测完毕而装夹更换新零件时，需要重新进行校准操作，非常繁琐，极大的 降低了工作效率。
【发明内容】
[0024] 本实用新型目的是：提供一种校准方便、检测精度高且稳定性好，同时结构简单， 操作方便，装夹便捷，检测效率更高的刚度检测仪。
[0025] 本实用新型的技术方案是：一种刚度检测仪，包括底座，其特征在于所述底座上设 有用于夹持被测工件的夹持机构、用于对被测工件施加外力矩的加载机构和用于测量被测 工件受载时力矩角变化量的光学测量装置；其中：
[0026] 所述夹持机构是带有双轴旋转功能的旋转夹持机构，其包括支撑架、Y轴气缸、与 Y轴气缸前端转动连接并可绕Y轴旋转的旋转套和固定至旋转套上的弹性夹头，被测工件 藉由弹性夹头夹紧固定；所述支撑架通过沿Z轴向布置的旋转轴安装在底座上；
[0027] 所述加载机构为与被测工件抵紧且两端加力的杠杆砝码机构；
[0028] 所述光学测量装置包括准直仪、双面反射镜、正弦规和千分尺；所述准直仪沿X轴 向布置并与夹持机构相对，所述双面反射镜固定于所述旋转套上，所述准直仪设于正弦规 上，而正弦规的底部一侧设置有用于调节其角度的千分尺；
[0029] 所述X、Y、Z轴成空间正交分布，其中Z轴垂直于底座。
[0030] 需要指出本实用新型中的杠杆砝码机构即常规技术中的吊挂砝码机构，其结构形 式多样，但核心均是借助杠杆原理来为待测细径零件的两端增加载荷（加力），而产生力 矩。在优选的结构设计中，本实用新型中的所述杠杆砝码机构包括杠杆臂，所述杠杆臂的中 心枢转设于支撑架上并与被测工件抵紧，而杠杆臂两侧的支撑架上分别设置有滑轮，杠杆 臂的两端均固定有受力线，所述受力线绕过对应的滑轮并设置用于固定砝码的线钩。借助 滑轮能够提高整个杠杆砝码机构加力时的顺畅性和稳定性。
[0031] 进一步的，本实用新型还包括双面反射镜零位校准装置，该装置包括设于底座上 的反射板和辅助校准光源，当双面反射镜位于误差允许范围内的零位时，所述辅助校准光 源射出的光线经双面反射镜反射后落在反射板上的区域即为预设的零位校准区域；校准 时，需校验辅助校准光源射出并经由双面反射镜反射的光线是否落于反射板的上述预设的 零位校准区域内。
[0032] 更进一步的，本实用新型中所述双面反射镜位于所述反射板和准直仪之间。
[0033] 进一步的，本实用新型中所述正弦规的底部设有千分尺压块，而所述千分尺的顶 部与千分尺压块相抵。需指出本实用新型设计中的正弦规参见现有技术，其具有正弦板和 旋转设于其底部的两个正弦规转轴，其中前部的正弦规转轴通过设计在底座上的枢转支架 支撑，并借助转轴压块压紧固定，而后部的正弦规转轴则恰位于千分尺正上方。