一种不规则杆件在复合环境下的刚强度测试装置的制作方法

本实用新型涉及一种杆件的刚度测量、强度测试装置，尤其涉及一种不规则杆件在复合环境下的刚强度测试装置。

背景技术：

所谓杆件，是指纵向(长度方向)尺寸比横向(垂直于长度方向)尺寸要大得多的构件，杆件的形状和尺寸可由杆的横截面和轴线两个主要几何元素来描述，横截面是指与杆长方向垂直的截面，而轴线是各横截面中心的连线，横截面与杆轴线是互相垂直的，轴线为直线、横截面相同的杆称为等截面直杆，建筑力学、材料力学主要研究等截面直杆，横截面的大小沿轴线变化的杆件则称为变截面杆，杆件作为传动零件和支撑零件在当下社会的应用日趋广泛，但是由于各种设计需要，往往在杆件上需要进行不同的加工工艺，比如镂空、铣槽等，不同的加工工艺造成了杆件的刚度和强度发生了变化，为验证不规则杆件的刚度和强度是否满足实际使用环境中的要求，并获得扭转参数，需要通过扭转试验机进行试验测试。

现有的扭转试验机，体型庞大、笨重、能耗高，并且扭矩范围不易调节，通用性不强，仅适用于规则杆件结构在特定环境下的扭转刚度的测量，不适合试验室中复杂的试验需求，尤其是针对天线杆件的刚度、强度的测试。

技术实现要素：

根据以上技术问题，本实用新型提供一种不规则杆件在复合环境下的刚强度测试装置，其特征在于包括固定框架、角度传感器、联轴器、轴承、空心筒、力臂圆盘、锁紧装置、钢丝绳、力传感器、伺服作动器、环境箱、杆状试验件、固定平台、数据采集仪，所述杆状试验件放置在环境箱内，所述杆状试验件底部通过夹具固定到试验平台上，所述杆状试验件顶部安装有力臂圆盘，所述力臂圆盘与杆状试验件通过螺纹连接，所述力臂圆盘上、下分别安装有锁紧装置，所述力臂圆盘上部安装有空心筒，所述空心筒与力臂圆盘通过法兰连接，所述空心筒顶部设有轴承，所述空心筒的上部穿过轴承，所述空心筒的顶部与角度传感器的底部分别对应设有连接轴，通过联轴器将空心筒顶部的连接轴与与角度传感器底部的连接轴进行连接，所述角度传感器和轴承均安装在同一固定框架上，所述固定框架安装在固定平台上，所述杆状试验件通过力臂圆盘、空心筒、联轴器与角度传感器相连，所述力臂圆盘两侧对角固定两连接装置，所述连接装置的另一端分别固定在两个同型号的伺服作动器上，所述连接装置和伺服作动器之间各安装一个力传感器，两个力传感器及角度传感器分别通过线缆与数据采集仪连接。

进一步的，所述锁紧装置为高强度的自锁螺母。

进一步的，所述锁紧装置为双螺母。

进一步的，所述连接装置为钢丝绳。

进一步的，所述钢丝绳在力臂圆盘上进行预先缠绕，缠绕的圈数大于一圈，且缠绕后延伸出力臂圆盘的两钢丝绳呈反向平行的位置关系。

进一步的，所述伺服作动器采用液压驱动，且两个伺服作动器同时连接到一个控制器中。

进一步的，所述联轴器为十字滑块联轴器。

进一步的，所述轴承与空心筒采用间隙配合。

本实用新型的有益效果为：本实用新型为一种不规则杆件在复合环境下的刚强度测试装置，结构简单、易操作，体积小、能耗小，通用性强、成本较低，可用于各种不规则杆件结构在特定环境下的扭转刚度的测量，测量结果精确并且多次测量的结果一致性好，对于大部分非标杆件的刚度及强度测量都可以满足，具体为：

1、集成了完整的天线杆件在复合环境下的刚度测量系统，能够有效的给杆状试验件提供稳定的温湿度环境、施加扭转载荷、测量角度；

2、在本系统下，采用力偶的加载方式不但避免了弯剪力的产生，同时使操作更加方便，结果更准确；

3、采用圆盘力臂使得加载力始终与圆盘相切，保证了测量结果的精确有效；

4、采用十字滑块联轴器将角度传感器的轴与杆件间接相连即解决了轴心不同的问题，也使得测量误差更小；

5、使用轴承间接固定加载装置，即避免了剪力对试验结果的影响又使得杆状试验件发生转动时不会受到阻力影响，同时也保护了角度传感器不受剪力的损害。

附图说明

图1为本实用新型主体结构图；

图2为力臂圆盘与钢丝绳连接示意图。

如图，固定框架-1、角度传感器-2、联轴器-3、轴承-4、空心筒-5、力臂圆盘-6、自锁螺母-7、钢丝绳-8、力传感器-9、伺服作动器-10、环境箱-11、杆状试验件-12、固定平台-13、数据采集仪-14。

具体实施方式

下面结合附图所示，对本实用新型进行进一步说明：本实用新型为一种不规则杆件在复合环境下的刚强度测试装置，其特征在于包括固定框架1、角度传感器2、联轴器3、轴承4、空心筒5、力臂圆盘6、锁紧装置7、钢丝绳8、力传感器9、伺服作动器10、环境箱11、杆状试验件12、固定平台13、数据采集仪14，所述杆状试验件12放置在环境箱11内，通过环境箱11对杆状试验件12施加环境应力，例如温度、湿度，所述杆状试验件12底部通过夹具固定到试验平台13上，所述杆状试验件12顶部安装有力臂圆盘6，所述力臂圆盘6与杆状试验件12通过螺纹连接，所述力臂圆盘6上、下分别安装有锁紧装置，所述力臂圆盘6上部安装有空心筒5，所述空心筒5与力臂圆盘6通过法兰连接，所述空心筒5顶部设有轴承4，所述空心筒5的上部穿过轴承4，由轴承4约束空心筒5只能在轴向产生旋转，不可水平移动，所述空心筒5的顶部与角度传感器2的底部分别对应设有连接轴，通过联轴器3将空心筒5顶部的连接轴与与角度传感器2底部的连接轴进行连接，所述角度传感器2和轴承4均安装在同一固定框架1上，所述固定框架1安装在固定平台13上，所述杆状试验件12通过力臂圆盘6、空心筒5、联轴器3与角度传感器2相连，当杆状试验件12发生转动时，即可通过角度传感器2测得杆状试验件12转动的角度，所述力臂圆盘6两侧对角固定两连接装置，所述连接装置的另一端分别固定在两个同型号的伺服作动器10上，所述连接装置和伺服作动器10之间各安装一个力传感器9，通过控制伺服作动器10的输出载荷，即可拉动力臂圆盘6，从而给杆状试验件12施加一个作用力，两个力传感器9及角度传感器2分别通过线缆与数据采集仪14连接，通过控制器的设置保证拉力大小相同，载荷同步，通过数据采集仪14同时监测两个伺服作动器10的载荷值和角度传感器2的测量值。

进一步的，所述锁紧装置为高强度的自锁螺母7或者双螺母，用以提供扭矩反力。

进一步的，所述连接装置为钢丝绳8。

进一步的，所述钢丝绳8在力臂圆盘6上进行预先缠绕，缠绕的圈数大于一圈，且缠绕后延伸出力臂圆盘6的两钢丝绳8呈反向平行的位置关系，保证杆状试验件12转动时，钢丝绳8的拉力方向与力臂圆盘6外径相切。

进一步的，所述伺服作动器10采用液压驱动，且两个伺服作动器10同时连接到一个控制器中。

进一步的，所述联轴器3为十字滑块联轴器。

进一步的，所述轴承4与空心筒5采用间隙配合。

工作原理：

(1)首先将杆状试验件12底部通过夹具固定到试验平台13上，再将杆状试验件12插入至环境箱11内，在杆状试验件12顶部安装力臂圆盘6，力臂圆盘6与杆状试验件12通过螺纹连接；

(2)在力臂圆盘6上下各安装一个高强度自锁螺母7，或者可以通过双螺母锁紧代替，当扭矩载荷较大时，则采购花键结构进行传递扭矩，力臂圆盘6上部安装一个空心筒5，空心筒5与力臂圆盘6通过法兰连接，空心筒5顶部穿过一个轴承4，轴承4和空心筒5间隙配合，空心筒5和轴承4的作用为，减小可能产生的剪力对试验结果的影响；

(3)考虑到载荷施加时尽量避免剪力的产生，所以本试验系统采用力偶的方式施加扭矩，即同时施加两个大小相等，方向相反的力作用在杆状试验件12上；

(4)考虑到当杆状试验件12发生转动时，尤其是大扭转角度时，作用力的方向也要随角度发生变化，使得扭矩减小，故采用力臂圆盘6，力臂圆盘6两侧对角固定两根钢丝绳8，且钢丝绳8在力臂圆盘6上进行预先缠绕，保证杆状试验件12转动时，钢丝绳8的拉力方向与力臂圆盘6外径相切，载荷力直接作用在力臂圆盘6上，通过力臂圆盘6来间接传递到杆状试验件12上，这样，当杆状试验件12转动时，力臂圆盘6也随之转动，但无论力臂圆盘6如何转动，作用力的方向始终与力臂圆盘6相切，这就保证了作用力的有效性，另外，也可以通过更改力臂圆盘6直径的大小来调节力臂的距离，从而使作用力的大小可以方便的进行可调；

(5)两根钢丝绳8的另一端分别固定在两个同型号的伺服作动器10上，钢丝绳8和伺服作动器10之间各安装一个力传感器9，通过控制伺服作动器10的输出载荷，即可拉动力臂圆盘6，从而给杆状试验件12施加一个作用力，两个伺服作动器10采用液压驱动，同时连接到一个控制器中，通过控制器的设置保证拉力大小相同，载荷同步；

(6)杆状试验件12通过力臂圆盘6、空心筒5、十字滑块联轴器3与角度传感器2相连，当杆状试验件12发生转动时，即可通过角度传感器2测得杆状试验件12转动的角度，此方法的优点在于刚度测量中一般转动角度都比较小，直接测量更加精确；

(7)通过环境箱11对杆状试验件12施加环境应力，例如温度、湿度，也可以扩展成其他环境条件；

(8)数据采集仪14同时监测两个伺服作动器10的载荷值和角度传感器2的测量值，当载荷f达到规定数值后，记录角度传感器2的监测数值θ，已知力臂圆盘6直径d，可计算出力矩m＝d/2*f，再由转动刚度公式k＝m/θ即可计算得到杆状试验件12的转动刚度。

综上所述，本装置系统配置完整，功能齐全，测量准确可靠，环境应力、扭矩载荷满足要求，能够有效完成不规则杆件特别是天线杆件在复合环境下的刚度测量试验。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。