剛度檢測儀的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種剛度檢測儀，屬于細徑成型零件（例如航空陀螺儀中的扭 桿）的精密剛度檢測設備。
【背景技術】
[0002] 目前對于尺寸精度較高的細徑成型零件的剛度測量除采用傳統(tǒng)的檢測手法之外 均需配置剛度檢測儀。而剛度檢測儀的設計優(yōu)劣往往直接關系到零件最終的檢測精度及生 產效率。
[0003] 扭桿是航空陀螺儀中的關鍵零件，也是較具代表性的一種細徑成型零件，它是由 高彈性合金制成的細徑為0. 1_的精密敏感器件。扭桿的細徑成型技術在航天領域里應用 的非常廣泛。它的重要性在于，既要在陀螺儀中起到彈性支撐作用，又要符合脫離的要求和 特性指標。它最重要的特性指標是"扭桿剛度"。"扭桿剛度"可定義為在外力矩的作用下， 扭桿產生的彈性力與扭桿角度成正比的反作用力矩M和扭轉角〇的比值，用C表示，即：
[0004] C=M/C>(單位：mN?m/rad)
[0005] 已知對于剛度的測量按測試原理劃分，分為靜態(tài)測量法和動態(tài)測量法兩大類，對 應兩種類型的剛度檢測儀器。
[0006] 1?動態(tài)測量法：
[0007] 即細徑零件角剛度動態(tài)測量法，其基本原理是將細徑零件固定在測量夾具中通過 對它施加彎矩激勵，使其產生一定的振動響應，繼而通過測振動傳感器測出零件振動的響 應特性，通常為位移函數的時間歷程，然后通過一定的方法計算出振動系統(tǒng)的固有頻率，再 根據下式，進一步求出零件的角剛度K:
[0008]
[0009]其中為振動系統(tǒng)的固有頻率；J為振動系統(tǒng)的等效轉動慣量。動態(tài)測量儀 器具有操作方便、測試效率高、重復性好等特點，但是由于振動系統(tǒng)中等效轉動慣量為計算 值，而且諧振頻率的精確測量尚不能很好解決，因此，測量精度還不能令人滿意。
[0010]2?靜態(tài)測量法：
[0011] 主要包含下述兩類：
[0012] 1)機械（力傳感）測量法：
[0013] 一種是由力傳感器、位移傳感器和單片機系統(tǒng)構成的剛度自動測試裝置，細徑零 件固定在測量夾具中，上部連一測量環(huán)，力傳感器有傳動機構帶動上升，與測量環(huán)接觸，記 錄此時力傳感器和位移傳感器的讀數F0、S0,繼續(xù)上升力傳感器，得到Fl、S1，則接頭角剛 度K可以表示為：
[0014]
[0015] 其中：L為測量半徑。
[0016] 另一種是基于微型計算機的剛度測量裝置，其將待測零件固定在測量夾具中，通 過微位移機構和標準彈簧片經測頭對零件施加微力從而使其產生角位移并通過位移傳感 器間接得到此角位移，所施加的力則由標準彈簧片的變形計算間接得到。還有利用微動臺 架和薄片彈簧實現(xiàn)微量彎矩加載，通過微位移的測量間接得到轉矩和轉角的自動測量方 法，該方法在原理上與前述裝置一致，只是結構形式發(fā)生了變化。但由于測量環(huán)、標準彈簧 或者薄片彈簧都是弱剛度彈性件，且屬于間接測量，故系統(tǒng)地穩(wěn)定性和精度就受到局限。
[0017] 2)光學測量法：依據的主要思路即先測出施加在細徑成型零件（扭桿）上的反作 用力矩M和扭轉角〇的大小，直接利用下式計算出剛度值C:
[0018] C=M/C> (單位：mN?m/rad);
[0019] 光學測量沿用吊掛砝碼法，目前的相關儀器設備在測量時，把待測零件固定在基 座上，基座通過錐體安裝在光學分度頭（反射鏡）上，用準直光管（準直儀）對準反射鏡片 (分度頭）反射光線，記錄光學分度頭的角度值；通過吊掛砝碼（施加力M)實現(xiàn)零件相對 自身軸線的扭矩載荷，使零件產生繞其軸線的角變形；轉動光學分度頭，用準直光管再次對 準鏡片反射光線，記錄光學分度頭的角度值；兩次角度值之差，就是接頭在力矩載荷下的轉 角值①。
[0020] 上述光學剛度測量儀器在穩(wěn)定性和精度方面雖然都比機械（力傳感）剛度測量設 備來的優(yōu)越，但依舊存在問題如下：
[0021] 1)準直光管的零位校準一直是個難題，已知的儀器中光學分度頭（反射鏡）通常 只具有繞自身軸線的一個自由度，無法繞垂直于水平工作臺的縱軸線左右旋轉微調，造成 校準作業(yè)時的調節(jié)范圍局限性。目前應對的措施是在準直儀器的底部設計橫向的位移調節(jié) 機構（絲杠），但此類粗調機構的精度不夠（y級），且無法提供給準直儀更高的自由度（例 如前后擺角），造成校準困難，校準精度低，且操作費時費力。
[0022] 2)零件縱向裝夾并采用螺栓擰緊固定，拆卸更換不便，導致檢測效率低下。
[0023] 另一方面，已知的光學剛度測試設備并未設計有獨立的輔助分度頭零位校準設 備，當前一零件檢測完畢而裝夾更換新零件時，需要重新進行校準操作，非常繁瑣，極大的 降低了工作效率。

【發(fā)明內容】

[0024] 本實用新型目的是：提供一種校準方便、檢測精度高且穩(wěn)定性好，同時結構簡單， 操作方便，裝夾便捷，檢測效率更高的剛度檢測儀。
[0025] 本實用新型的技術方案是：一種剛度檢測儀，包括底座，其特征在于所述底座上設 有用于夾持被測工件的夾持機構、用于對被測工件施加外力矩的加載機構和用于測量被測 工件受載時力矩角變化量的光學測量裝置；其中：
[0026] 所述夾持機構是帶有雙軸旋轉功能的旋轉夾持機構，其包括支撐架、Y軸氣缸、與 Y軸氣缸前端轉動連接并可繞Y軸旋轉的旋轉套和固定至旋轉套上的彈性夾頭，被測工件 藉由彈性夾頭夾緊固定；所述支撐架通過沿Z軸向布置的旋轉軸安裝在底座上；
[0027] 所述加載機構為與被測工件抵緊且兩端加力的杠桿砝碼機構；
[0028] 所述光學測量裝置包括準直儀、雙面反射鏡、正弦規(guī)和千分尺；所述準直儀沿X軸 向布置并與夾持機構相對，所述雙面反射鏡固定于所述旋轉套上，所述準直儀設于正弦規(guī) 上，而正弦規(guī)的底部一側設置有用于調節(jié)其角度的千分尺；
[0029] 所述X、Y、Z軸成空間正交分布，其中Z軸垂直于底座。
[0030] 需要指出本實用新型中的杠桿砝碼機構即常規(guī)技術中的吊掛砝碼機構，其結構形 式多樣，但核心均是借助杠桿原理來為待測細徑零件的兩端增加載荷（加力），而產生力 矩。在優(yōu)選的結構設計中，本實用新型中的所述杠桿砝碼機構包括杠桿臂，所述杠桿臂的中 心樞轉設于支撐架上并與被測工件抵緊，而杠桿臂兩側的支撐架上分別設置有滑輪，杠桿 臂的兩端均固定有受力線，所述受力線繞過對應的滑輪并設置用于固定砝碼的線鉤。借助 滑輪能夠提高整個杠桿砝碼機構加力時的順暢性和穩(wěn)定性。
[0031] 進一步的，本實用新型還包括雙面反射鏡零位校準裝置，該裝置包括設于底座上 的反射板和輔助校準光源，當雙面反射鏡位于誤差允許范圍內的零位時，所述輔助校準光 源射出的光線經雙面反射鏡反射后落在反射板上的區(qū)域即為預設的零位校準區(qū)域；校準 時，需校驗輔助校準光源射出并經由雙面反射鏡反射的光線是否落于反射板的上述預設的 零位校準區(qū)域內。
[0032] 更進一步的，本實用新型中所述雙面反射鏡位于所述反射板和準直儀之間。
[0033] 進一步的，本實用新型中所述正弦規(guī)的底部設有千分尺壓塊，而所述千分尺的頂 部與千分尺壓塊相抵。需指出本實用新型設計中的正弦規(guī)參見現(xiàn)有技術，其具有正弦板和 旋轉設于其底部的兩個正弦規(guī)轉軸，其中前部的正弦規(guī)轉軸通過設計在底座上的樞轉支架 支撐，并借助轉軸壓塊壓緊固定，而后部的正弦規(guī)轉軸則恰位于千分尺正上方。