基于重力配平的球形接头启动力矩测量装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了基于重力配平的球形接头启动力矩测量装置与方法，包括：包括：试验台模块、试验件模块、测量模块、作动模块、滑动模块、配平模块；试验件模块竖直固定于试验台模块，作动模块水平固定于试验台模块；滑动模块套设于试验件模块中活动管部外侧；测量模块包括测量球形接头偏转角度的第一激光测距仪与第二激光测距仪；配平模块包括配重容器、弹簧、挡板；配重容器内安装挡板，弹簧位于挡板与配重容器之间；启动作动模块，球形接头发生形变；球形接头发生形变前后，通过调整配重容器的重量使得配重容器对试验件模块的轴向压力与试验件模块轴向力相抵消。本发明专利技术通过重力配平模块抵消轴向力实现在高压工况下准确测量出球形接头启动力矩。接头启动力矩。接头启动力矩。

【技术实现步骤摘要】
基于重力配平的球形接头启动力矩测量装置与方法


[0001]本专利技术涉及接头性能实验测量领域的
，具体是涉及基于重力配平的球形接头启动力矩测量装置与方法。

技术介绍

[0002]球形接头是一种新型的补偿器，具有很强的位移补偿能力和优异的高温高压耐久性，在飞机空气导管极端恶劣的工作环境中受到青睐。其弯曲能力与材料、管内流体的温度和压力以及接头的安装形式密切相关。弯曲摩擦力矩和弯曲刚度评价球形接头补偿能力的重要指标，直接决定了空气导管系统的力学特性。
[0003]在对球形接头的弯曲特性进行测量时，为方便安装和载荷的施加，需要在球形接头两端焊接直管，并将直管两端堵塞，以保证压力的施加。但是此操作会导致活动部分末端出现一个轴向的压力，从而导致实验中测得的内部支反力会比实际工况中的要大，从而导致不能掌握其准确的特性参数。现有技术中为了准确的获取特性参数设置有弧形导轨与应力平衡装置从而抵消末端的轴向应力的方法，但是整个装置设置较为复杂，需要设置相应的弧形导轨和应力平衡装置。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：针对以上缺点，本专利技术提供一种基于重力配平的球形接头启动力矩测量装置，能够设置重力配平装置抵消轴向力从而通过简单的操作实现在高压工况下准确测量出球形接头启动力矩。同时，本专利技术还提供了一种基于重力配平的球形接头启动力矩测量方式，获得利用上述装置测量得到准确的球形接头启动力矩。
[0005]技术方案：为解决上述问题，本专利技术公开一种基于重力配平的球形接头启动力矩测量装置，包括：试验台模块、试验件模块、测量模块、作动模块、滑动模块；试验件模块包括固定管部、活动管部、连接固定管部与活动管部的球形接头；作动模块包括疲劳机；疲劳机包括支撑柱、套设于支撑柱且沿支撑柱长度方向运动的疲劳机本体；还包括配平模块；
[0006]所述试验台模块包括试验台架、底部固定装置；固定管部竖直固定于底部固定装置，支撑柱水平固定于试验台架；与疲劳机本体连接的滑动模块套设于活动管部；位于滑动模块上的测量模块包括第一激光测距仪、第二激光测距仪；第一激光测距仪用于始终测量滑动模块到水平面的垂直距离；第二激光测距仪用于测量滑动模块到水平面之间的距离；
[0007]所述配平模块包括固定于活动管部顶部的配重容器、弹簧、挡板；开设阀口的配重容器内且位于阀口上方安装挡板，挡板边缘与配重容器内壁滑动配合，弹簧位于挡板与配重容器顶部之间；疲劳机作动时，球形接头发生形变；球形接头发生形变前后，通过阀口向配重容器充填溶液以调整配重容器的重量使得配重容器对试验件模块的轴向压力与试验件模块端部的轴向力相抵消。
[0008]进一步的，所述滑动模块包括第一滑动部件、与第一滑动部件连接的第二滑动部件；第一滑动部件、二滑动部件与活动管部外壁贴合的位置均安装有滚珠。通过设置滚珠可
以减少滑动模块移动时和试验件模块的摩擦力。
[0009]进一步的，配平模块还包括用于承载溶液的液体容器、用于将液体容器内的溶液传输至配重容器的泵、用于测量液体容器内溶液压力的压力测量计。通过观察压力测量计变化获取填充的液体容量。
[0010]进一步的，第一滑动部件上设有连接板；作动模块还包括连接装置，连接装置一端与疲劳机本体连接，另一端呈倒T字形；连接板套固于倒T字形的宽部。
[0011]进一步的，试验台架顶部设有用于固定支撑柱两端的导轨固定件。
[0012]此外，本专利技术还提供一种基于重力配平的球形接头启动力矩测量方法，包括以下步骤：
[0013](1)测量实验前，试验件模块处于竖直状态；读取此时第一激光测距仪测量到的滑动模块到水平面的垂直距离、第二激光测距仪测量到的滑动模块到水平面的距离，两者距离相同均记为L1；测量配重容器底部到球形接头旋转中心位置的距离，记作L
d
；测量球形接头旋转中心位置到水平面的距离，记作L
h
；记录原始配平模块的重量m0；
[0014](2)对试验件模块进行冲压操作；当试验件模块内部充满高压气体时，根据此时试验件模块的内部气压计算出试验件模块顶部的轴向力F；具体公式为：
[0015]F＝P
·
S
[0016]式中，P为试验件模块内部充满高压气体时气压；S为试验件模块的管部截面面积；
[0017]完成冲压操作后，计算此时抵消轴向力需要对配重容器填充的溶液体积v1；向配重容器中输入体积为v1的溶液；记录此时压力测量计的数值P1；具体公式为：
[0018]F＝F1＝m1·
g
[0019]m1‑
m0＝v1ρ
[0020]式中，F1为此时配重容器的重力；m1为此时配重容器的质量；ρ为液体容器中溶液的密度；
[0021](3)启动作动模块，疲劳机本体带动活动管部移动，球形接头发生形变；T时后停止作动模块，获取此时第一激光测距仪测量到的滑动模块到水平面的垂直距离，记作L2；获取此时第二激光测距仪测量到的滑动模块到水平面的距离，记作L3；计算球形接头的偏转角度α，公式为：
[0022]α＝arccos(L2/L3)
[0023](4)作动模块停止运动的同时，针对配平模块进行重新配平操作，即计算此时抵消轴向力需要对配重容器重新填充的溶液体积v2；向配重容器中传输体积为v2的溶液；具体公式：
[0024]F＝F2cosα
[0025]F2＝m2·
g
[0026]m2‑
m1＝v2ρ
[0027]式中，F2为此时配重容器的重力；m2为此时配重容器的质量；
[0028](5)重新配平操作完成后，记录此时的压力测量计的值为P2，计算重新配平操作后配重容器内溶液的高度，具体公式为：
[0029]h＝(P1‑
P2)
·
S
y
/(ρ
·
g)/S
p
[0030]式中，S
y
为液体容器的横截面积，S
p
为配重容器的横截面积；
[0031](6)计算获取最终的启动力矩，公式为：
[0032]M＝F2·
sinα
·
(L
d
+h/2)+F
r
·
(L2‑
L
h
)
[0033]式中，F
r
为作动模块的拉力。
[0034]有益效果：本专利技术所述一种基于重力配平的球形接头启动力矩测量装置相对于现有技术，其显著优点是：基于配重容器承载液体产生重力抵消试验件模块轴向力的角度出发，通过设计溶液容器在球形接头变形前后向配重容器传输溶液保证变形前后的轴向力均得以抵消，减少轴向力对于启动力矩测量的影响；通过设计内部弹簧和内部挡板，保证配重容器中的液体的重心始终在试验件活动部分的轴线延长线上，便于计算配重容器重力沿活动管部径向分力产生的力矩。本专利技术所述方法相对于现有技术而言，其显著优点是：通过简单的填充溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于重力配平的球形接头启动力矩测量装置，试验台模块(1)、试验件模块(2)、测量模块(3)、作动模块(4)、滑动模块(5)；试验件模块(2)包括固定管部(201)、活动管部(203)、连接固定管部(201)与活动管部(203)的球形接头(202)；作动模块(4)包括疲劳机(401)；疲劳机(401)包括支撑柱(403)、套设于支撑柱(403)且沿支撑柱(403)长度方向运动的疲劳机本体(404)；其特征在于，还包括配平模块(6)；所述试验台模块(1)包括试验台架(101)、底部固定装置(102)；固定管部(201)竖直固定于底部固定装置(102)，支撑柱(403)水平固定于试验台架(101)；与疲劳机本体(404)连接的滑动模块(5)套设于活动管部(203)；位于滑动模块(5)上的测量模块(3)包括第一激光测距仪(301)、第二激光测距仪(302)；第一激光测距仪(301)用于始终测量滑动模块到水平面的垂直距离；第二激光测距仪(302)用于测量滑动模块到水平面之间的距离；所述配平模块(6)包括固定于活动管部(203)顶部的配重容器(603)、弹簧(604)、挡板(605)；开设阀口的配重容器(603)内且位于阀口上方安装挡板(605)，挡板(605)边缘与配重容器(603)内壁滑动配合，弹簧(604)位于挡板(605)与配重容器(603)顶部之间；所述疲劳机(401)作动时，球形接头(202)发生形变；球形接头(202)发生形变前后，通过阀口向配重容器(603)充填溶液以调整配重容器(603)的重量使得配重容器(603)对试验件模块(2)的轴向压力与试验件模块(2)端部的轴向力相抵消。2.根据权利要求1所述的基于重力配平的球形接头启动力矩测量装置，其特征在于，所述滑动模块(5)包括第一滑动部件(501)、与第一滑动部件(501)连接的第二滑动部件(502)；第一滑动部件(501)、二滑动部件(502)与活动管部(203)外壁贴合的位置均安装有滚珠(503)。3.根据权利要求1所述的基于重力配平的球形接头启动力矩测量装置，其特征在于，配平模块(6)还包括用于承载溶液的液体容器(601)、用于将液体容器(601)内的溶液传输至配重容器(603)的泵、用于测量液体容器(601)内溶液压力的压力测量计(606)。4.根据权利要求1所述的基于重力配平的球形接头启动力矩测量装置，其特征在于，第一滑动部件(501)上设有连接板；作动模块(4)还包括连接装置(402)，连接装置(402)一端与疲劳机本体(404)连接，另一端呈倒T字形；连接板套固于倒T字形的宽部。5.根据权利要求1所述的基于重力配平的球形接头启动力矩测量装置，其特征在于，试验台架(101)顶部设有用于固定支撑柱(403...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨凯杰，袁杰，徐鑫甜，孔犇犇，邹燚涛，王建功，杨博霄，周晓丽，杨彦龙，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：