[实用新型]一种柔性铰链转动刚度测试实验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种转动刚度测试实验装置，更具体地涉及一种柔性铰链转动刚度测试实验装置。

背景技术

柔性铰链是利用弹性材料微小变形及其自回复的特性，用来连接两个固体并允许两者之间做转动的机械装置。柔性铰链消除了传动过程中的空程和机械摩擦，能获得超高的位移分辨率，广泛的应用于陀螺仪、加速度计、精密天平、导弹控制等仪器仪表中，并获得了前所未有的高精度和稳定性。但是柔性铰链在加工过程中应该严格地控制各个关键尺寸的精度，否则便会产生较大的误差，从而在实际实用中达不到预期实用效果。

转动刚度是柔性铰链设计的一个重要指标，其指材料在受到转矩时抵抗弹性变形的能力。现有技术中柔性铰链的转动刚度主要通过理论分析进行计算，主要包括Paros和Weisbord提出的柔性铰链的设计计算公式，同时给出了当柔性铰链的最小厚度远小于切割半径时的简化计算公式；以及国内研究人员以力学的基本公式和微积分为基础，给出了一般柔性铰链转动刚度计算公式的推导过程，并在此基础上，得出了常用的直圆型柔性铰链的设计计算公式；近年来，随着有限元分析为基础的工程软件ANSYS、Abaqus等的发展，为柔性铰链的设计计算分析提出了一种新的更加便捷的数值分析手段。但这些方法仍停留在理论阶段，最终得出的结果是否准确，在设计柔性铰链时是否可信等，仍需要进行大量实验的验证。

目前，柔性铰链的转动刚度测试实验相对较少，例如，鲁亚飞等人2010年在《机械与电子》期刊上发表的柔性铰链转动刚度分析与验证的文章，针对直圆型形柔性铰链进行分析，在分析比较通过理论公式和有限元软件计算柔性铰链转动刚度方法的基础上，设计柔性铰链转动刚度测试实验，对计算结果进行实验验证.提出了柔性铰链转动刚度设计的一般思路、方法和应注意问题。按照鲁亚飞的柔性铰链转动刚度分析与验证中的方法，用简单的有限元仿真模拟对横梁上距铰链中心水平距离30mm处施加30N的力，产生900N·mm的转矩，测点位移31.36×10^-4mm。通过对比试验发现其误差最大达到23.9％。具体产生误差的原因如下：1、力加载横梁上导致横梁变形产生位移误差；2、其次力加载横梁对柔性铰链产生转矩的同时也产生拉应力，导致柔性铰链产生拉应变，故对实验数据采集产生误差；3、文章中默认铰链中心为柔性铰链转矩旋转中心，但实际中心在铰链中心偏下，故其公式中转矩数值存在误差。以上原因导致产生转动刚度计算误差且误差值较大。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种柔性铰链扭转刚度的测试实验装置，从而解决现有技术中柔性铰链转动刚度实验装置误差较大的问题。

本实用新型提供的柔性铰链扭转刚度测试实验装置，该实验装置包括：固定底座；延伸板，延伸板为条状平板，延伸板沿着固定底座的上表面并垂直于固定底座的一侧壁延伸，延伸板的一端固定于固定底座上，延伸板的另一端伸出固定底座外，延伸板伸出的一端上设置一滑轮；夹具，夹具平行于延伸板并固定于固定底座上；以及传感器支架，传感器支架平行于延伸板固定于固定底座上，传感器支架位于延伸板和夹具之间，传感器支架上设置有一传感器；待测柔性铰链，其垂直于延伸板延伸，待测柔性铰链的一端固定于夹具中，待测柔性铰链的另一端连接有水平方向延伸的横梁，横梁的一端与传感器对应，待测柔性铰链上设置一细绳，细绳穿过滑轮悬垂。

固定底座上均匀的设置有矩阵安装孔，延伸板、夹具以及传感器支架均通过安装于矩阵安装孔内的螺栓与固定底座连接。

夹具具有一中空的凸起，凸起上沿水平方向和竖直方向分别设置一水平定位螺栓和一垂直定位螺栓，待测柔性铰链插入凸起内并通过水平定位螺栓和垂直定位螺栓固定。

传感器为电涡流传感器。

电涡流传感器的轴线垂直于传感器支架。

横梁为条状板，待测柔性铰链垂直于横梁且其端部通过固定螺丝固定于横梁中部。

横梁平行于延伸板以及传感器支架。

横梁与待测柔性铰链同侧的端部设置一标记点，标记点与传感器对齐定位。

待测柔性铰链靠近横梁处设置一刻槽，刻槽平行于横梁。

待测柔性铰链中部设置有两个相对的半圆形凹陷部。

本实用新型通过改进实验装置以及力的加载方式，实验测得的数据可直接计算出柔性铰链的转动刚度，柔性铰链转动刚度的计算误差可减小至10％以下，使转动刚度的计算数值更加接近实际值，同时，提供的实验的数据更具有说服力。本实用新型简单易操作，占地面积小、工作效率高，成本低，适用于普通实验室实用以及一些对柔性铰链转动刚度进行测试的特殊场合。