一种人形杆扭转力矩测试装置的制作方法

本发明涉及一种人形杆扭转力矩测试装置，属于空间可折展机构中超弹性伸杆技术领域。

背景技术：

超弹性杆用于支持大口径航天器结构，如太阳帆、光电板、天线等，在航天领域具有广泛的应用前景。充分了解超弹性杆的力学性能有利于超弹性杆在实际中的应用。在保证结构性能良好的前提下，尽量减少材料的使用，从而大大提升材料的利用率。本发明采用的人形杆结构由碳纤维复合材料经特殊工艺制成，其截面为人形，具有良好的抗弯、抗扭性能。由于人形杆结构、性能的特殊，需要一定的测试装置精确地测量出其相关力学性能。目前的扭转测量机构通过中性轴的转动或拍照测算人形杆扭转实验中转动的角度。这种测量方法简单易操作，但是存在测量误差大的问题，无法提供精准的实验数据。

技术实现要素：

本发明的目的是为超弹性人形杆在实际中的应用提供理论基础，精准测量人形杆扭转实验中的各参数，进而提供的一种人形杆扭转力矩测试装置。

本发明采用的技术方案是：一种人形杆扭转力矩测试装置，包括齿轮传动装置、夹持装置、角度测量装置和测试台辅助支撑装置。所述齿轮传动装置包括第一主轴、第一轴承、第一齿轮、第一定位销、第二主轴、第二轴承、第二齿轮、第二定位销、第三齿轮、第一套筒、第三轴承、第三主轴、第四轴承、第四齿轮、第二套筒、第五齿轮、第三套筒、第五轴承、第四主轴、第六轴承、第四套筒、第六齿轮、第五套筒及轴承端盖；所述夹持装置包括夹持端、阻尼块、联轴块、第三定位销、第一螺钉、第二螺钉、人形杆、扭矩传感器、第一联轴器、第五主轴、第六主轴、第七轴承及第六套筒；所述角度测量装置包括电位计、连接块、角块、第三螺钉、第四螺钉及第二联轴器；所述测试台辅助支撑装置包括箱体、旋钮、手轮、第五螺钉、第六螺钉、底板及第七螺钉；所述第一齿轮安装在第一主轴上，所述第一主轴一端与第一轴承连接，所述第一齿轮另一端通过第一定位销定位，所述第一轴承安装在箱体对应的预留孔中，所述第一主轴伸出箱体部分与旋钮连接，所述第二主轴一端与第二轴承连接，所述第二主轴另一端通过第一套筒与第三轴承连接，所述第二轴承、第三轴承分别安装在箱体对应的预留孔中，所述第二齿轮与第一齿轮啮合，所述第二齿轮一端通过第二定位销定位，所述第二齿轮、第三齿轮安装在第二主轴上，所述第三主轴一端与第四轴承连接，所述第三主轴另一端通过第三套筒与第五轴承连接，所述第四轴承、第五轴承分别安装在箱体对应的预留孔中，所述第三齿轮与第四齿轮啮合，所述第四齿轮、第五齿轮安装在第三主轴上，所述第四主轴两端分别通过第四套筒、第五套筒与第六轴承连接，所述第六轴承分别安装在箱体对应的预留孔中，所述第六齿轮与第五齿轮啮合，所述第六齿轮安装在第四主轴上，所述第四主轴一端伸出箱体部分通过第一联轴器与扭矩传感器连接；所述第一轴承、第二轴承、第三轴承、第四轴承、第五轴承及第六轴承通过不同型号的轴承端盖定位并与箱体连接；所述夹持端、阻尼块、联轴块通过第一螺钉连接为一体，所述夹持端上、下部分通过第二螺钉连接，所述人形杆两端分别与左、右夹持端连接，所述扭矩传感器两端通过第一联轴器分别与第四主轴、第五主轴连接，所述第五主轴、第六主轴一端通过第三定位销定位在联轴块的对应预留孔中，所述第七轴承安装在第五主轴、第六主轴上，所述第七轴承通过第六套筒定位在底板的对应预留孔中；所述电位计与第二联轴器连接，所述电位计安装在连接块上，所述连接块通过第三螺钉连接固定在角块上，所述角块通过第四螺钉安装在底板对应的预留u型孔槽中；所述组成箱体的箱体板通过第五螺钉连接组装为一体，所述箱体通过第六螺钉安装在底板上，所述两种型号的手轮分别替换安装在第三主轴、第四主轴伸出箱体部分，所述底板底座部分和两端支撑部分通过第七螺钉连接为一体。

其中，所述齿轮传动装置还包括一个齿轮箱，齿轮箱实现了减速与转向，齿轮箱安装在底板上。

其中，所述夹持装置中的夹持端可调整夹持不同尺寸的人形杆。

其中，所述角度测量装置通过电位计进行角度测量。

其中，所述装置通过扭矩传感器进行扭矩测量。

其中，所述齿轮传动装置可通过旋钮和两种不同型号的手轮实现多种方案的扭转输入，考虑齿轮加工及安装因素，旋钮无法完成扭矩输入时，选择将对应型号的手轮安装在第三主轴或第四主轴上进行扭矩输入。

本发明与现有技术相比具有以下优点：通过此装置测量能够为超弹性人形杆在实际中的应用提供理论基础。本发明设计巧妙，通过齿轮箱齿轮传动装置实现了三级减速以及动力方向的90°变化，以达到更高的测量精度。本发明实现了扭转实验中角度和扭矩的精确测量，能够提供准确的实验数据。本发明通过夹持端的松紧装置可实现不同圆心角、粘结区域宽度人形杆的扭转实验，即可使用本发明进行控制变量实验。本发明实现了多种方案的扭矩输入，为实验的测量提供预备方案。

附图说明

图1是本发明整体结构立体示意图(视角一)；

图2是本发明整体结构立体示意图(视角二、局部视图)；

图3是人形杆截面图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。

具体实施方式一：结合说明书附图1～图2对本发明装置的实施方式进行说明。本实施方式是本机构包括以下部分：齿轮传动装置1、夹持装置2、角度测量装置3和测试台辅助支撑装置4；

所述齿轮传动装置1包括第一主轴101、第一轴承102、第一齿轮103、第一定位销104、第二主轴105、第二轴承106、第二齿轮107、第二定位销108、第三齿轮109、第一套筒110、第三轴承111、第三主轴112、第四轴承113、第四齿轮114、第二套筒115、第五齿轮116、第三套筒117、第五轴承118、第四主轴119、第六轴承120、第四套筒121、第六齿轮122、第五套筒123及轴承端盖124；

所述夹持装置2包括夹持端201、阻尼块202、联轴块203、第三定位销204、第一螺钉205、第二螺钉206、人形杆207、扭矩传感器208、第一联轴器209、第五主轴210、第六主轴211、第七轴承212及第六套筒213；

所述角度测量装置3包括电位计301、连接块302、角块303、第三螺钉304、第四螺钉305及第二联轴器306；

所述测试台辅助支撑装置4包括箱体401、旋钮402、手轮403、第五螺钉404、第六螺钉405、底板406及第七螺钉407；

所述第一齿轮103安装在第一主轴101上，所述第一主轴101一端与第一轴承102连接，所述第一齿轮103另一端通过第一定位销104定位，所述第一轴承102安装在箱体401对应的预留孔中，所述第一主轴101伸出箱体部分与旋钮402连接，所述第二主轴106一端与第二轴承106连接，所述第二主轴106另一端通过第一套筒110与第三轴承111连接，所述第二轴承106、第三轴承111分别安装在箱体401对应的预留孔中，所述第二齿轮107与第一齿轮103啮合，所述第二齿轮107一端通过第二定位销108定位，所述第二齿轮107、第三齿轮109安装在第二主轴105上，所述第三主轴112一端与第四轴承113连接，所述第三主轴112另一端通过第三套筒117与第五轴承116连接，所述第四轴承113、第五轴承118分别安装在箱体401对应的预留孔中，所述第三齿轮109与第四齿轮114啮合，所述第四齿轮114、第五齿轮116安装在第三主轴112上，所述第四主轴119两端分别通过第四套筒121、第五套筒123与第六轴承120连接，所述第六轴承120分别安装在箱体401对应的预留孔中，所述第六齿轮122与第五齿轮116啮合，所述第六齿轮122安装在第四主轴119上，所述第四主轴119一端伸出箱体部分通过第一联轴器209与扭矩传感器208连接；所述第一轴承102、第二轴承106、第三轴承111、第四轴承113、第五轴承118及第六轴承120通过不同型号的轴承端盖124定位并与箱体401连接；所述夹持端201、阻尼块202、联轴块203通过第一螺钉205连接为一体，所述夹持端201上、下部分通过第二螺钉206连接，所述人形杆207两端分别与左、右夹持端201连接，所述扭矩传感器208两端通过第一联轴器209分别与第四主轴119、第五主轴210连接，所述第五主轴210、第六主轴211一端通过第三定位销204定位在联轴块203的对应预留孔中，所述第七轴承212安装在第五主轴210、第六主轴211上，所述第七轴承212通过第六套筒213定位在底板406的对应预留孔中；所述电位计301与第二联轴器306连接，所述电位计301安装在连接块302上，所述连接块302通过第三螺钉304连接固定在角块303上，所述角块303通过第四螺钉305安装在底板406对应的预留u型孔槽中；所述组成箱体401的箱体板通过第五螺钉404连接组装为一体，所述箱体401通过第六螺钉405安装在底板406上，所述两种型号的手轮403分别替换安装在第三主轴112、第四主轴119伸出箱体部分，所述底板406底座部分和两端支撑部分通过第七螺钉407连接为一体。

具体实施方式二：所述齿轮传动装置1还包括一个齿轮箱125，齿轮箱实现了减速与转向，齿轮箱125安装在底板406上。

具体实施方式三：所述夹持装置2中的夹持端201可调整夹持不同尺寸的人形杆。

具体实施方式四：所述角度测量装置3通过电位计301进行角度测量。

具体实施方式五：所述装置通过扭矩传感器208进行扭矩测量。

具体实施方式六：所述齿轮传动装置1可通过旋钮402和两种不同型号的手轮403实现多种方案的扭转输入。考虑齿轮加工及安装等因素，旋钮402无法完成扭矩输入时，选择将对应型号的手轮403安装在第三主轴112或第四主轴119上进行扭矩输入。

其工作原理为：

参见附图1至附图2，本测量机构由齿轮传动装置1、夹持装置2、角度测量装置3和测试台辅助支撑装置4组成，能够完成人形杆的扭转及相关数据测量功能。

通过齿轮传动装置使外力转向90°加载在夹持装置的联轴块，从而加载在夹持装置所夹持的人形杆上实现人形杆的扭转；通过齿轮传动装置1：60减速比，实现更高精度测量；夹持装置左端通过角块连接安装在u型槽孔中的内六角螺钉，人形杆扭转时保留轴向自由度；人形杆扭转实验中，每改变外力输入即可通过电位计精密测量扭转角度；安装在夹持装置与齿轮传动装置之间的扭矩传感器可测量出人形杆上的扭矩。