一种空间双稳态薄壁伸展杆扭转刚度测试装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种空间双稳态薄壁伸展杆扭转刚度测试装置，包括水平平台、导轨，夹具组件、静止端模块、旋转端模块、载荷加载模块、扭矩测量模块和扭转角度测量模块，其中导轨位于水平平台上，静止端模块位安装于导轨的一端，旋转端模块安装于导轨的中部，载荷加载模块安装于导轨的另一端；扭矩测量模块用于测量空间双稳态薄壁伸展杆的扭矩，扭转角度测量模块用于测量空间双稳态薄壁伸展杆的扭转角度；双稳态薄壁伸展杆位于静止端模块和旋转端模块之间，并通过夹具进行固定夹紧。本方法具有加载控制精度高、角度测量误差小且测量长度可以调节等优点。节等优点。节等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种空间双稳态薄壁伸展杆扭转刚度测试装置


[0001]本专利技术属于空间可展开结构
，特别涉及一种空间双稳态薄壁伸展杆扭转刚度测试装置。

技术介绍

[0002]随着航天事业的快速发展与空间技术的不断进步，空间可展开结构的应用不断增多。双稳态薄壁伸展杆是一类重要的空间可展开结构支撑元件，其可以通过储存的弹性应变能或者是由机械传递驱动等方式在两个结构稳态间变形，实现空间结构的收拢卷曲或展开功能。
[0003]典型的空间双稳态薄壁伸展杆包括带状卷尺弹簧支撑杆Storable Tubular Extendible Member，STEM、双层带状卷尺弹簧支撑杆bi
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STEM、可缠绕管式支撑杆Collapsible Tubular Masts，CTM以及人字形支撑杆Triangular Rollable And Collapsible，TRAC等。由于这类结构长细比大，抗扭转能力弱，在地面测试这类结构的扭转刚度性能对空间可展开结构的设计和优化至关重要。
[0004]目前，一些论文研究已经涉及到空间双稳态薄壁伸展杆扭转刚度测试装置的设计。例如，克里斯托夫
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莱克勒克等人设计的扭转刚度测试装置是在装置的旋转端通过使用齿轮传动机构手动控制空间双稳态薄壁伸展杆的扭转角度，而在装置的固定端安装一个扭矩传感器来测量扭矩，空间双稳态薄壁伸展杆的旋转角度则由高速摄像机记录，当杆的一端出现小的局部屈曲时，测试停止，最终得到一条横轴为扭转角度，纵轴为扭矩的曲线，通过计算可得到空间双稳态薄壁伸展杆的扭转刚度C Leclerc,LL Wilson,Miguel A.Bessa,S Pellegrino.Characterization of Ultra
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Thin Composite Triangular Rollable and Collapsible Booms[C].4th AIAA Spacecraft Structures Conference.2017,1)。胡安
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费尔南德斯等人利用两根细绳缠绕在一个圆形零件上，圆形零件与空间双稳态薄壁伸展杆直接相连，通过细绳的左右移动来给空间双稳态薄壁伸展杆施加扭矩。每根细绳上都固定一个拉力传感器，扭矩由拉力传感器与力臂相乘所得，而扭转角度则由高速摄像机拍摄所得，通过计算可得到空间双稳态薄壁伸展杆的扭转刚度。(Juan M.Fernandez.Advanced Deployable Shell
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Based Composite Booms For Small Satellite Structural Applications Including Solar Sails[C].4th International Symposium on Solar Sailing.2017,1。
[0005]需要指出的是，上述应用于双稳态薄壁空间伸展杆扭转刚度的测试装置多采用重力加载或手动加载等方式，存在加载控制精度低的问题；转角测量多采用单一扭矩传感器或者数字图像相关的方法，存在角度测量误差大的问题。此外，上述装置存在通用性差，用于不同几何尺寸试样时改动较大等不足。

技术实现思路

[0006]本专利技术解决的技术问题是：针对上述问题，本专利技术旨在提出一种面向空间可展开
结构应用的，针对双稳态薄壁伸展杆扭转刚度进行地面测试的装置。该装置具有加载控制精度高、角度测量误差小且测量长度可以调节等优点。
[0007]本专利技术的技术方案是：一种空间双稳态薄壁伸展杆扭转刚度测试装置，包括水平平台1、导轨2，夹具组件、静止端模块Ⅰ、旋转端模块Ⅱ、载荷加载模块Ⅲ、扭矩测量模块Ⅳ和扭转角度测量模块
Ⅴ
，其中导轨2位于水平平台1上，静止端模块Ⅰ位安装于导轨2的一端，旋转端模块Ⅱ安装于导轨2的中部，载荷加载模块Ⅲ安装于导轨2的另一端；扭矩测量模块Ⅳ用于测量空间双稳态薄壁伸展杆的扭矩，扭转角度测量模块
Ⅴ
用于测量空间双稳态薄壁伸展杆的扭转角度；双稳态薄壁伸展杆位于静止端模块Ⅰ和旋转端模块Ⅱ之间，并通过夹具进行固定夹紧。
[0008]本专利技术进一步的技术方案是：所述静止端模块Ⅰ包括带锁紧功能滑块13、静止端安装座5、键14、静态扭矩传感器16、键27、夹具连接头左8、夹具左19、夹具左224；带锁紧功能滑块13底部锁紧在导轨2上，顶部与静止端安装座5连接；静止端安装座5底部与带锁紧功能滑块13连接，顶部开有通孔，内部加工有键槽，通过键槽与键14的配合将将静止端安装座5和静态扭矩传感器16连接；静态扭矩传感器16两端各有两个连接轴，连接轴上加工有长条形键槽，通过键槽与键14和键27的配合将静态扭矩传感器6与静止端安装座5和夹具连接头左8连接；夹具连接头左8一端设为空心结构，内部加工有键槽，通过键槽与键27的配合将静态扭矩传感器6和夹具连接头左8连接，另一端设计成圆柱状，使得空间双稳态薄壁伸展杆能完全贴合；夹具左由左右两部分组成，中间设计成通孔，便于空间双稳态薄壁伸展杆和夹具连接头左8圆柱端通过，上下两边内部设计有通孔；通过拧紧螺钉，使得夹具连接头左8圆柱端和空间双稳态薄壁伸展杆紧密贴合在一起。
[0009]本专利技术进一步的技术方案是：所述旋转端模块Ⅱ包括夹具右、夹具连接头右12、键327、静态扭矩传感器213、弹性联轴器128、带锁进功能滑块215、光轴14、角度编码器支架16、角度编码器18和弹性联轴器230；夹具右、夹具连接头右12、键327、静态扭矩传感器213的连接情况与静止端模块相同；弹性联轴器128一端与静态扭矩传感器213连接，另一端与光轴14连接定位；光轴14两端分别与弹性联轴器128和弹性联轴器230连接定位；带锁紧功能滑块215底部锁紧在导轨2上，顶部通过滑块上的安装孔与角度编码器支架16连接；角度编码器支架16为L形，中部有一通孔，以便光轴14可以通过，底部与带锁紧功能滑块215连接，顶部与角度编码器18连接；角度编码器18呈圆柱状，中间有一通孔，光轴14穿过其中，通过顶丝定位；弹性联轴器230一端与光轴14连接，另一端与电机输出轴连接定位。
[0010]本专利技术进一步的技术方案是：所述载荷加载模块Ⅲ包括带锁紧功能滑块320、步进电机垫板21、步进电机支架31、行星齿轮减速器32、步进电机33、步进电机控制器17、步进电机驱动板19和24V直流电源22；带锁紧功能滑块320底部通过锁紧在导轨2上，顶部与步进电机垫板21相连；步进电机垫板21与步进电机支架31相连；步进电机支架31呈L形，中间有一通孔使得行星齿轮减速器32输出轴通过；行星齿轮减速器32与步进电机支架31固定，输出轴与弹性联轴器230连接定位；输入端与步进电机33输出轴相连定位；步进电机33与行星齿轮减速器32相连，输出轴插入到行星齿轮减速器32的锥形孔中；步进电机33与步进电机控制器17、步进电机驱动板19和24V直流电源22连接到一起；步进电机控制器17可控制步进电机33的转速和转向。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空间双稳态薄壁伸展杆扭转刚度测试装置，其特征在于：包括水平平台(1)、导轨(2)，夹具组件、静止端模块(Ⅰ)、旋转端模块(Ⅱ)、载荷加载模块(Ⅲ)、扭矩测量模块(Ⅳ)和扭转角度测量模块(
Ⅴ
)，其中导轨(2)位于水平平台(1)上，静止端模块(Ⅰ)位安装于导轨(2)的一端，旋转端模块(Ⅱ)安装于导轨(2)的中部，载荷加载模块(Ⅲ)安装于导轨(2)的另一端；扭矩测量模块(Ⅳ)用于测量空间双稳态薄壁伸展杆的扭矩，扭转角度测量模块(
Ⅴ
)用于测量空间双稳态薄壁伸展杆的扭转角度；双稳态薄壁伸展杆位于静止端模块(Ⅰ)和旋转端模块(Ⅱ)之间，并通过夹具进行固定夹紧。2.如权利要求1所述的一种空间双稳态薄壁伸展杆扭转刚度测试装置，其特征在于：所述静止端模块(Ⅰ)包括带锁紧功能滑块1(3)、静止端安装座(5)、键1(4)、静态扭矩传感器1(6)、键2(7)、夹具连接头左(8)、夹具左1(9)、夹具左2(24)；带锁紧功能滑块1(3)底部锁紧在导轨(2)上，顶部与静止端安装座(5)连接；静止端安装座(5)底部与带锁紧功能滑块1(3)连接，顶部开有通孔，内部加工有键槽，通过键槽与键1(4)的配合将将静止端安装座(5)和静态扭矩传感器1(6)连接；静态扭矩传感器1(6)两端各有两个连接轴，连接轴上加工有长条形键槽，通过键槽与键1(4)和键2(7)的配合将静态扭矩传感器(6)与静止端安装座(5)和夹具连接头左(8)连接；夹具连接头左(8)一端设为空心结构，内部加工有键槽，通过键槽与键2(7)的配合将静态扭矩传感器(6)和夹具连接头左(8)连接，另一端设计成圆柱状，使得空间双稳态薄壁伸展杆能完全贴合；夹具左由左右两部分组成，中间设计成通孔，便于空间双稳态薄壁伸展杆和夹具连接头左(8)圆柱端通过，上下两边内部设计有通孔；通过拧紧螺钉，使得夹具连接头左(8)圆柱端和空间双稳态薄壁伸展杆紧密贴合在一起。3.如权利要求1所述的一种空间双稳态薄壁伸展杆扭转刚度测试装置，其特征在于：所述旋转端模块(Ⅱ)包括夹具右、夹具连接头右(12)、键3(27)、静态扭矩传感器2(13)、弹性联轴器1(28)、带锁进功能滑块2(15)、光轴(14)、角度编码器支架(16)、角度编码器(18)和弹性联轴器2(30)；夹具右、夹具连接头右(12)、键3(27)、静态扭矩传感器2(13)的连接情况与静止端模块相同；弹性联轴器1(28...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐超，冯志强，郭宁，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：