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專利名稱：撓性樞軸扭轉(zhuǎn)剛度測(cè)試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型概括地說(shuō)是涉及一種采用光學(xué)方法進(jìn)行測(cè)量的計(jì)量設(shè)備，具體地說(shuō)是涉及一種計(jì)量轉(zhuǎn)角的裝置。
撓性樞軸是某些精密儀器儀表中的重要元件，如衛(wèi)星控制系統(tǒng)中使用的撓性樞軸，其精度高低、壽命長(zhǎng)短將直接影響衛(wèi)星的控制精度和使用壽命。目前衛(wèi)星上使用的一種叉簧式撓性樞軸如圖5-6所示。該樞軸是由兩個(gè)管狀件、上下半環(huán)形件及叉簧組成的。使用時(shí)，當(dāng)樞軸的兩端有相對(duì)轉(zhuǎn)角時(shí)，兩端的軸心將產(chǎn)生一個(gè)原理性的偏移量與樞軸兩端相對(duì)轉(zhuǎn)角成正比。為了保證樞軸工作的可靠性，使用精度和壽命，必須對(duì)其扭轉(zhuǎn)剛度進(jìn)行嚴(yán)格準(zhǔn)確地測(cè)試。因此，在測(cè)試撓性樞軸的扭轉(zhuǎn)剛度時(shí)要求被測(cè)試的撓性樞軸的動(dòng)端必須是浮動(dòng)的，不能限制動(dòng)端軸心相對(duì)固定端軸心的偏移，否則不僅會(huì)影響測(cè)試精度，而且還會(huì)損傷被測(cè)樞軸。而目前使用的扭轉(zhuǎn)剛度測(cè)試設(shè)備均不能使樞軸動(dòng)端處于浮動(dòng)狀態(tài)，無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量撓性樞軸的扭轉(zhuǎn)剛度。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種測(cè)試時(shí)可使樞軸動(dòng)端處于浮動(dòng)狀態(tài)，不限制撓性樞軸動(dòng)端軸心相對(duì)固定端軸心的偏移，能準(zhǔn)確測(cè)量樞軸扭轉(zhuǎn)剛度的撓性樞軸扭轉(zhuǎn)剛度測(cè)試儀。
本實(shí)用新型的撓性樞軸扭轉(zhuǎn)剛度測(cè)試儀，包括底座，固定在底座上的光學(xué)分度頭和自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀，在其固定端裝卡在所述光學(xué)分度頭卡頭內(nèi)的撓性樞軸的動(dòng)端上裝有滑輪式扭矩器，在所述扭矩器的左右兩側(cè)通過(guò)繞在扭矩器環(huán)形凹槽上的線繩吊裝有兩個(gè)重量相等的砝碼盤(pán)及裝在其中的使扭矩器產(chǎn)生轉(zhuǎn)角的若干個(gè)重力砝碼，所述砝碼盤(pán)的下端分別設(shè)有浸在油阻尼槽中的阻尼盤(pán)，所述自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀設(shè)在所述扭矩器的左右任意一側(cè)并與其離開(kāi)適當(dāng)距離，其望遠(yuǎn)鏡頭正對(duì)著所述扭矩器上的自準(zhǔn)直儀反光鏡。
本實(shí)用新型的撓性樞軸扭轉(zhuǎn)剛度測(cè)試儀，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。測(cè)試時(shí)由于被測(cè)樞軸只有固定端被夾持在光學(xué)分度頭的卡頭內(nèi)，動(dòng)端處于浮動(dòng)狀態(tài)，因此當(dāng)樞軸兩端產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)角時(shí)，兩端的軸心偏移不受限制，從而保證了樞軸的叉簧不受損傷和測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。加之該撓性樞軸扭轉(zhuǎn)剛度測(cè)試儀設(shè)有阻尼裝置，測(cè)試時(shí)可使樞軸動(dòng)端擺動(dòng)很快停止，既提高了測(cè)試效率又提高了測(cè)試精度。又因使用自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀進(jìn)行非接觸式測(cè)量，對(duì)樞軸不施加任何附加測(cè)量力，故又進(jìn)一步提高了測(cè)試精度。
本實(shí)用新型的其他細(xì)節(jié)可通過(guò)閱讀下文結(jié)合附圖詳加描述的實(shí)施例即可清楚明了，其中

圖1是本實(shí)用新型的撓性樞軸扭轉(zhuǎn)剛度測(cè)試儀的主視圖；圖2是本實(shí)用新型的撓性樞軸扭轉(zhuǎn)剛度測(cè)試儀的俯視圖；圖3是本實(shí)用新型的撓性樞軸扭轉(zhuǎn)剛度測(cè)試儀的扭矩器的主視圖；圖4是圖3所示扭矩器的俯視圖；圖5是撓性樞軸的主視圖；圖6是撓性樞軸的側(cè)視圖；參照?qǐng)D1～圖4。在底座1上裝有光學(xué)分度頭2，被測(cè)樞軸3的固定端31被裝卡在光學(xué)分度頭2的卡頭21內(nèi)，動(dòng)端32上裝有滑輪式扭矩器4。扭矩器4的結(jié)構(gòu)如圖3-4所示。其上制有環(huán)形槽41(最好是V形環(huán)槽)，兩側(cè)裝有自準(zhǔn)直儀反光鏡42。扭矩器4最好用硬鋁制作，為了減輕自身重量，其上開(kāi)有若干個(gè)圓孔43。在滑輪式扭矩器4的V形環(huán)槽41內(nèi)，通過(guò)線繩6(最好是尼龍絲)吊裝兩個(gè)重量相等的砝碼盤(pán)5。尼龍絲6的一端系在扭矩器4的銷釘44上，另一端連接在砝碼盤(pán)5上。由于尼龍絲6是繞在扭矩4的V型槽41內(nèi)，因此砝碼盤(pán)處于自然垂吊狀態(tài)，在兩個(gè)砝碼盤(pán)5的下端各設(shè)有一個(gè)阻尼盤(pán)7，兩個(gè)阻尼盤(pán)7放在同一個(gè)裝有油液，例如錠子油的陽(yáng)尼槽8中。在底座1上在分度頭2的左右任意一側(cè)(圖示為右側(cè))裝有自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀9。自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀9的望遠(yuǎn)鏡頭正對(duì)著扭矩器4上的自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀反光鏡42并與其離開(kāi)適當(dāng)距離。本實(shí)用新型的撓性樞軸扭轉(zhuǎn)剛度測(cè)試儀實(shí)際上包括滑輪式扭矩器4，砝碼盤(pán)5，重力砝碼組成的對(duì)樞軸動(dòng)端施加扭矩的計(jì)量系統(tǒng)，由阻尼盤(pán)7，油槽8組成的對(duì)樞軸動(dòng)端振擺施加阻尼的阻尼系統(tǒng)，以及由滑輪式扭矩器4上的自準(zhǔn)直儀反光鏡42，自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀9和光學(xué)分度頭2組成的對(duì)樞軸兩端相對(duì)轉(zhuǎn)角進(jìn)行計(jì)量的計(jì)量系統(tǒng)。
使用本實(shí)用新型的測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試時(shí)，首先要確定被測(cè)樞軸3的零位角。調(diào)整經(jīng)緯儀9，使其處于90°00′00″，轉(zhuǎn)動(dòng)光學(xué)分度頭2，通過(guò)樞軸3帶動(dòng)滑輪式扭矩器4使反光鏡42轉(zhuǎn)動(dòng)到反射十字線和望遠(yuǎn)鏡上的分劃板十字線相重合為止，被初步確定為樞軸的測(cè)試零位角，再輕輕地?cái)[動(dòng)滑輪式扭矩器4，觀測(cè)能否準(zhǔn)確地回到初步確定的零位，如不能回零，再重新調(diào)整光學(xué)分度頭2，一直到三次輕輕擺動(dòng)滑輪式扭矩器4都能準(zhǔn)確地回到零位為止。零位確定是否正確將直接影響到測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，檢驗(yàn)零位是否確定準(zhǔn)確的方法是加載、卸載，經(jīng)過(guò)對(duì)滑輪式扭矩器4擺動(dòng)消除零位遲滯后，能否準(zhǔn)確回到零位，如若能回到原始所確定的零位，則證明原始零位確定的是正確的。
零位確定之后，在右砝碼盤(pán)5上加砝碼，使安裝在樞軸動(dòng)端32的滑輪式扭矩器4失去平衡，施加給樞軸動(dòng)端32一個(gè)以滑輪式扭矩器V形槽內(nèi)半徑為力臂、法碼重力為扭力的扭矩M，并使樞軸兩端產(chǎn)生一個(gè)與所加扭矩相對(duì)應(yīng)順時(shí)針?lè)较虻膹椥赞D(zhuǎn)角。通過(guò)滑輪式扭矩器4帶動(dòng)反光鏡42向順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)同樣大小的轉(zhuǎn)角，調(diào)整經(jīng)緯儀9，使反射回來(lái)的十字線與分劃板上的十字線重合，該經(jīng)緯儀的角度與零位角之差即為反光鏡按順時(shí)針?lè)较蛩D(zhuǎn)的角度，也就是樞軸兩端的相對(duì)彈性轉(zhuǎn)角θ。從而可通過(guò)下式計(jì)算出撓性樞軸3順時(shí)針?lè)较虻呐まD(zhuǎn)彈性剛度K。
K＝M/Q(N·mm/deg)如若在左側(cè)的砝碼盤(pán)5上加砝碼，則用上述同樣的方法可測(cè)試出逆時(shí)針?lè)较虻呐まD(zhuǎn)彈性剛度K。
該撓性樞軸扭轉(zhuǎn)剛度測(cè)試儀由于測(cè)試的對(duì)象扭轉(zhuǎn)彈性剛度很低，僅有0.402N·mm/deg左右，而且動(dòng)端又處于浮動(dòng)狀態(tài)，因此在砝碼盤(pán)上加上砝碼后，樞軸的動(dòng)端隨滑輪式扭矩器4擺動(dòng)長(zhǎng)時(shí)間不停，而只有停穩(wěn)以后才能準(zhǔn)確地測(cè)出其彈性轉(zhuǎn)角θ。為了使之較快地停止擺動(dòng)，提高測(cè)試效率，在兩個(gè)砝碼盤(pán)5的下邊各裝有一個(gè)阻尼盤(pán)7，并把這兩個(gè)阻尼盤(pán)7放入同一個(gè)油阻尼槽8中，對(duì)滑輪式扭矩器4加上了適當(dāng)?shù)淖枘帷Ｓ妥枘岵蹖?duì)扭矩器4擺動(dòng)的阻尼大小要適當(dāng)，阻尼太小檢測(cè)效率低，阻尼太大雖然扭矩器停擺很快，測(cè)試效率高，但常常不能在自然位置停擺，而有一個(gè)附加角，影響測(cè)試精度，直接影響阻尼大小的是阻尼盤(pán)的直徑和油的粘度。
該撓性樞軸扭轉(zhuǎn)剛度測(cè)試儀的測(cè)試精度主要取決于對(duì)樞軸動(dòng)端施加扭矩的計(jì)量系統(tǒng)和樞軸兩端相對(duì)轉(zhuǎn)角進(jìn)行測(cè)量的計(jì)量系統(tǒng)。由于砝碼可準(zhǔn)確到萬(wàn)分之一克，滑輪式扭矩器V形槽內(nèi)徑可準(zhǔn)確到千分之一mm(微米級(jí))，因此通過(guò)滑輪式扭矩器對(duì)樞軸動(dòng)端所施加的扭矩可準(zhǔn)確到0.0001g×0.0001mm＝0.0000001g·mm，即準(zhǔn)確到千萬(wàn)分之一克·毫米。對(duì)樞軸兩端相對(duì)彈性轉(zhuǎn)角進(jìn)行計(jì)量的計(jì)量系統(tǒng)的精度主要取決于經(jīng)緯儀的測(cè)量精度，其精度可達(dá)5″，其測(cè)試精度完全滿足航天級(jí)產(chǎn)品的測(cè)試要求。
本實(shí)用新型的測(cè)試儀適用于各種微型或小型叉簧式撓性樞軸，彈性支承等的扭轉(zhuǎn)彈性剛度的測(cè)試。
權(quán)利要求1.一種撓性樞軸扭轉(zhuǎn)剛度測(cè)試儀，包括底座(1)，固定在所述的底座(1)上的光學(xué)分度頭(2)，其特征在于在所述的底座(1)上還設(shè)有自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀(9)，在其固定端裝卡在所述光學(xué)分度頭的卡頭內(nèi)的撓性樞軸(3)的動(dòng)端上裝有滑輪式扭矩器(4)，在所述扭矩器(4)的左右兩側(cè)通過(guò)繞在所述扭矩器環(huán)形凹槽上的線繩吊裝有兩個(gè)重量相等的砝碼盤(pán)(5)及裝在其中的使扭矩器產(chǎn)生轉(zhuǎn)角的若干個(gè)重力砝碼，所述砝碼盤(pán)的下端分別設(shè)有浸在油阻尼槽(8)中的陽(yáng)尼盤(pán)(7)，所述自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀(9)設(shè)在所述扭矩器的左右任意一側(cè)并與其離開(kāi)適當(dāng)距離，其望遠(yuǎn)鏡頭正對(duì)著所述扭矩器上的自準(zhǔn)直儀反光鏡(42)。
2.按照權(quán)利要求1所述的撓性樞軸扭轉(zhuǎn)剛度測(cè)試儀，其特征在于所述的滑輪式扭矩器(4)上的環(huán)形凹槽為V形環(huán)槽。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的撓性樞軸扭轉(zhuǎn)剛度測(cè)試儀，其特征在于所述的滑輪式扭矩器(4)是用用硬鋁制作的。
4.按照權(quán)利要求3所述的撓性樞軸扭轉(zhuǎn)剛度測(cè)試儀，其特征在于所述的油阻尼槽(8)內(nèi)的油液是錠子油。
專利摘要一種撓性樞軸扭轉(zhuǎn)剛度測(cè)試儀，包括底座，固定在底座上的光學(xué)分度頭、自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀，在其固定端裝卡在光學(xué)分度頭卡頭內(nèi)的撓性樞軸的動(dòng)端上裝有滑輪式扭矩器，扭矩器的左右兩側(cè)吊裝有兩個(gè)重量相等的砝碼盤(pán)及裝在其中的砝碼，砝碼盤(pán)的下端分別設(shè)有浸在油阻尼槽中的阻尼盤(pán)，自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀設(shè)在扭矩器的左右任意一側(cè)并與其離開(kāi)適當(dāng)距離，其望遠(yuǎn)鏡頭正對(duì)著扭矩器上的自準(zhǔn)直儀反光鏡。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。測(cè)試準(zhǔn)確、效率高，不損傷被測(cè)樞軸。
文檔編號(hào)G01N3/38GK2233581SQ95211618
公開(kāi)日1996年8月21日 申請(qǐng)日期1995年5月23日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月23日
發(fā)明者楊楠, 張正國(guó), 于家源, 徐正祁, 岳世新, 魏小藩 申請(qǐng)人:中國(guó)航天工業(yè)總公司第五研究院第五○二研究所, 上海市機(jī)電設(shè)備研究所