一種基于懸臂梁理論的星載滑環(huán)接觸力的測量方法及測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于懸臂梁理論的星載滑環(huán)接觸力的測量方法及測量系統(tǒng)。本發(fā)明的測量方法是采用間接測量的辦法實(shí)現(xiàn)對(duì)星載滑環(huán)接觸力的精密測量，即在電刷絲與導(dǎo)電滑環(huán)的接觸點(diǎn)附近設(shè)定測量點(diǎn)，利用等截面直梁的撓曲線方程式推導(dǎo)出在測量點(diǎn)處施加的初始測量力與在接觸點(diǎn)處的接觸壓力之間的關(guān)系式，并根據(jù)變形的線性規(guī)律，采用最小二乘法對(duì)在測量點(diǎn)處測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行一元回歸分析，得到精確的初始測量力，進(jìn)而得到接觸壓力，測量精度高；本發(fā)明的測量系統(tǒng)由導(dǎo)電滑環(huán)、電刷絲、加載吊鉤、力傳感器、位移傳感器、連接板、精密電控運(yùn)動(dòng)臺(tái)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、運(yùn)動(dòng)控制卡、多通道數(shù)據(jù)采集卡、電流傳感器、工控機(jī)和顯示器構(gòu)成，設(shè)計(jì)巧妙，操作方便且測量精準(zhǔn)。
【專利說明】一種基于懸臂梁理論的星載滑環(huán)接觸力的測量方法及測量系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種星載滑環(huán)接觸力測量方法及系統(tǒng)，更具體地說，涉及一種基于懸臂梁理論的星載滑環(huán)接觸力的測量方法及測量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]導(dǎo)電滑環(huán)(簡稱滑環(huán))組件是用來實(shí)現(xiàn)兩個(gè)相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)件間的信號(hào)、電流傳遞。以柱式滑環(huán)為例，主要由滑環(huán)體、電刷組件、支架、支承系統(tǒng)等零部件構(gòu)成，電刷絲以一定的壓力與環(huán)道接觸。通過滑環(huán)，可實(shí)現(xiàn)活動(dòng)部件360 °自由旋轉(zhuǎn)，并同時(shí)傳遞信號(hào)和(或)電流。滑環(huán)通常是包含很多個(gè)環(huán)的集合體，其中代替信號(hào)線傳遞信號(hào)的部分稱作信號(hào)環(huán)；代替電源線傳遞電流的部分通常被稱為功率環(huán)。
[0003]星載精密滑環(huán)組件具有精度高、噪聲低、環(huán)道多、電流大、結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行可靠且安裝方便的優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于海、陸、空、天領(lǐng)域的測試、自控、武器、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)等設(shè)備中。在飛船和衛(wèi)星等空間飛行器上，導(dǎo)電滑環(huán)作為對(duì)日定向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)完成功率和信號(hào)傳輸功能的關(guān)鍵部件，重要性日益突出，近幾年，某院的幾顆衛(wèi)星均將導(dǎo)電滑環(huán)作為其失效故障的主要原因之一，其在軌可靠性越來越受到各方重視。
[0004]確定電刷絲與滑環(huán)接觸壓力大小非常重要。壓力越大則接觸電阻越小，有利信號(hào)或功率的傳輸，但會(huì)增加摩擦力矩，使接觸部分磨損增大；壓力越小則運(yùn)轉(zhuǎn)越靈活，磨損小，但接觸電阻增大，溫升很高，甚至?xí)痣娝⒔z和滑環(huán)的熔焊。但是已有的滑環(huán)性能測試研究中，多集中在對(duì)接觸電阻、載流量、電磁噪聲等電量的測量上，對(duì)于接觸壓力的研究或者限于理論分析和計(jì)算，或者存在接觸點(diǎn)和測量點(diǎn)不一致的原理誤差，大大影響了測量精度。
[0005]經(jīng)檢索，已有針對(duì)測量星載滑環(huán)接觸力的技術(shù)方案公開，如中國專利號(hào)ZL201120568957.8，授權(quán)公告日為2012年11月21日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為:導(dǎo)電滑環(huán)電刷壓力檢測裝置，該申請(qǐng)案涉及一種導(dǎo)電滑環(huán)電刷壓力檢測裝置，底板上一側(cè)設(shè)有二維電控位移臺(tái)且其上設(shè)有導(dǎo)電滑環(huán)固定工裝，底板另一側(cè)設(shè)有固定塊I，固定塊I側(cè)部上端設(shè)有可沿固定塊I上下滑動(dòng)的一維中控位移臺(tái)，一維中控位移臺(tái)臺(tái)面上垂直設(shè)有固定塊II，固定塊II另一端與電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)連接，測力計(jì)固定工裝一端與電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)臺(tái)面連接，測力計(jì)固定工裝另一端連接數(shù)字測力計(jì)，數(shù)字測力計(jì)下端設(shè)有測力計(jì)鉤頭，測力計(jì)鉤頭可與固定在導(dǎo)電滑環(huán)固定工裝上的導(dǎo)電滑環(huán)相接觸；所述二維電控位移臺(tái)、一維電控位移臺(tái)、電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)、導(dǎo)電滑環(huán)和數(shù)字測力計(jì)均與控制箱連接，控制箱與電腦主機(jī)連接。該申請(qǐng)案能夠檢測出電刷壓力偏大或偏小的滑環(huán)，可以提高導(dǎo)電滑環(huán)的工作可靠性。但是，由于星載導(dǎo)電滑環(huán)的電刷絲直徑很小，接觸力和變形也很小，在進(jìn)行接觸力的測量時(shí)，直接測量接觸點(diǎn)的接觸力會(huì)存在一定測量誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]1.發(fā)明要解決的技術(shù)問題[0007]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中針對(duì)星載滑環(huán)接觸壓力的測量不精準(zhǔn)的不足，提供一種基于懸臂梁理論的星載滑環(huán)接觸力的測量方法及測量系統(tǒng)，本發(fā)明的測量方法是采用間接測量的辦法實(shí)現(xiàn)對(duì)星載滑環(huán)接觸力的精密測量，即通過在電刷絲與導(dǎo)電滑環(huán)的接觸點(diǎn)附近設(shè)定測量點(diǎn)，利用等截面直梁的撓曲線方程式推導(dǎo)出在測量點(diǎn)處施加的初始測量力與在接觸點(diǎn)處的接觸壓力之間的關(guān)系式，再根據(jù)變形的線性規(guī)律，采用最小二乘法對(duì)在測量點(diǎn)處測量到的數(shù)據(jù)進(jìn)行一元回歸分析，得到在測量點(diǎn)處精確的初始測量力，進(jìn)而得到接觸壓力，測量精度高；本發(fā)明的測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)巧妙，操作方便且測量精準(zhǔn)。
[0008]2.技術(shù)方案
[0009]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為:
[0010]本發(fā)明的一種基于懸臂梁理論的星載滑環(huán)接觸力的測量方法，包括以下步驟:
[0011](I)將電刷絲的力學(xué)模型簡化為懸臂梁形式，假設(shè)電刷絲的質(zhì)量連續(xù)均勻分布即該懸臂梁為等截面直梁，建立懸臂梁的直角坐標(biāo)系:以電刷絲的固定端為原點(diǎn)O點(diǎn)，以電刷絲未變形時(shí)電刷絲的長度方向?yàn)閄軸，且該長度方向?yàn)檎较颍暂d荷F作用在電刷絲上時(shí)電刷絲的變形方向?yàn)閥軸，且該變形方向?yàn)檎较颍?br> [0012](2)基于上述假設(shè)和建立的直角坐標(biāo)系，在小變形條件下，得到懸臂梁的撓曲線方
程為
【權(quán)利要求】
1.一種基于懸臂梁理論的星載滑環(huán)接觸力的測量方法，包括以下步驟: (1)將電刷絲(2)的力學(xué)模型簡化為懸臂梁形式，假設(shè)電刷絲(2)的質(zhì)量連續(xù)均勻分布即該懸臂梁為等截面直梁，建立懸臂梁的直角坐標(biāo)系:以電刷絲(2)的固定端為原點(diǎn)O點(diǎn)，以電刷絲(2 )未變形時(shí)電刷絲(2 )的長度方向?yàn)閄軸，且該長度方向?yàn)檎较颍暂d荷F作用在電刷絲(2)上時(shí)電刷絲(2)的變形方向?yàn)閥軸，且該變形方向?yàn)檎较颍? (2)基于上述假設(shè)和建立的直角坐標(biāo)系，在小變形條件下，得到懸臂梁的撓曲線方程為:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于懸臂梁理論的星載滑環(huán)接觸力的測量方法，其特征在于:所述的步驟(6)中測量Fb的方法為: (6-1)在B點(diǎn)處施加能使電刷絲(2)與導(dǎo)電滑環(huán)(I)呈剛好脫離接觸狀態(tài)的測量力Fbl，此時(shí)將力傳感器(4)測得的測量力Fbl記錄下，將位移傳感器(5)測得的力傳感器(4)向上移動(dòng)的位移記錄下，該位移值即為B點(diǎn)向上移動(dòng)產(chǎn)生的位移值，設(shè)置此時(shí)的位移值為0，得到數(shù)據(jù)點(diǎn)(Fbl，0); (6-2)依次微量增加測量力至Fbi，并將力傳感器(4)測得的測量力Fbi (1=1,2,...，η)記錄下,將位移傳感器(5)測得的力傳感器(4)向上移動(dòng)的位移值Yi (i=l,2,..., η)記錄下，得到一組數(shù)據(jù)點(diǎn)(Fbi, Yi) (i=l,2,..., η)；(6-3)建立直角坐標(biāo)系,橫坐標(biāo)軸代表力傳感器(4)向上移動(dòng)的位移值y,縱坐標(biāo)軸代表B點(diǎn)處施加的測量力F,在該直角坐標(biāo)系內(nèi)標(biāo)出與上述一組數(shù)據(jù)點(diǎn)(F1^yi) (i=l,2,...,η)相對(duì)應(yīng)的一組坐標(biāo)點(diǎn),觀察得出上述的一組坐標(biāo)點(diǎn)呈線性分布； (6-4)根據(jù)步驟(6-3)得出力傳感器(4)向上移動(dòng)的位移值y與B點(diǎn)處施加的測量力F呈線性關(guān)系，對(duì)于上述的一組坐標(biāo)點(diǎn)采用最小二乘法進(jìn)行線性回歸分析，得到直線方程:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于懸臂梁理論的星載滑環(huán)接觸力的測量方法，其特征在于:所述的電刷絲(2)與導(dǎo)電滑環(huán)(I)剛好脫離接觸狀態(tài)為臨界接觸狀態(tài)，該臨界接觸狀態(tài)可通過電流傳感器(11)采集到的電流數(shù)值大小進(jìn)行判斷。
4.一種權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的基于懸臂梁理論的星載滑環(huán)接觸力的測量系統(tǒng)，包括導(dǎo)電滑環(huán)(I) 和電刷絲(2)，所述的電刷絲(2)與導(dǎo)電滑環(huán)(I)相接觸，其特征在于:還包括加載吊鉤(3)、連接板(6)、精密電控運(yùn)動(dòng)臺(tái)(7)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(8)、運(yùn)動(dòng)控制卡(9)、多通道數(shù)據(jù)采集卡(10)、工控機(jī)(12)和顯示器(13)，所述的多通道數(shù)據(jù)采集卡(10)的輸入端分別連接有力傳感器(4)、位于力傳感器(4)上方的位移傳感器(5)和電流傳感器(11)，該多通道數(shù)據(jù)采集卡(10)的輸出端與工控機(jī)(12)的輸入端相連，該工控機(jī)(12)的輸出端與顯示器(13)相連；所述的電流傳感器(11)的一極與導(dǎo)電滑環(huán)(I)相連，該電流傳感器(11)的另一極與電刷絲(2)相連；所述的力傳感器(4)通過連接板(6)與由電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(8)驅(qū)動(dòng)的精密電控運(yùn)動(dòng)臺(tái)(7)相固連，該電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(8)通過運(yùn)動(dòng)控制卡(9)與上述工控機(jī)(12)的輸出端相連；所述的力傳感器(4)的下端連接有加載吊鉤(3)，該加載吊鉤(3)與電刷絲 (2)相接觸。
【文檔編號(hào)】G01L5/00GK103837280SQ201410127479
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】劉春節(jié), 吳小峰 申請(qǐng)人:常州工學(xué)院