[发明专利]一种悬臂梁类弹性元件的刚度测试系统及方法

说明书

本发明公开了一种悬臂梁类弹性元件的刚度测试系统及方法。该系统包括：装夹装置、力加载装置、测量装置和计算机，装夹装置包括电动分度盘、气动夹紧工装，电动分度盘和气动夹紧工装将被试件竖直固定，力加载装置和测量装置安装在垂直升降装置上，力加载装置包括直线电机和顶针，测量装置包括力传感器和测距传感器，直线电机的输出端刚性安装力传感器，力传感器上安装有与直线电机输出轴同轴的顶针，顶针的轴线与被试件的轴线垂直，测距传感器测量力传感器的变形，力传感器测量被试件的受力，计算机根据测量装置测量的被试件的受力值、直线电机的位移及力传感器的变形量对被试件的刚度进行确定。本发明具有测量一致性高、精度高和人力劳动强度小的优势。

技术领域

本发明涉及检测技术领域，特别是涉及一种悬臂梁类弹性元件的刚度测试系统及方法。

背景技术

电液伺服阀是一种被广泛应用在航天、航空、航海领域的电液转换元件，其中反馈杆和弹簧管是电液伺服阀的重要元件，其性能直接影响电液伺服阀动静态性能。因此，检测反馈杆、弹簧管的刚度值及其一致性是保证电液伺服阀性能的重要手段。

现有的刚度值的检测方法主要有手工吊砝码法、电容测头测位移法、单臂施力两点测量法和CCD光学测位移法。在手工吊砝码的方法中，整个测量过程都是由人工实现，测量方法人为因素影响较大，且长时间测量，人员肉眼容易疲劳，造成测量数据失真，不能满足零件测量数据一致性要求；电容测头测位移法首先找到精密元件的初始位置，然后使导轨移动一段距离，在反馈杆和测力弹簧的相互作用下测量形变量，再根据公式计算出刚度值，这种方法的精确度有所提高，但实验中用到的电容式位移传感器对周围环境要求较高，实际应用比较困难；单臂施力两点测量法基于两点测量原理，根据刚度仪公式计算出刚度值，可有效地消除平行电阻应变片式力传感器温漂、蠕变等外界因素对测量精度的影响，提高了测量精度，并且减少了力传感器调零的步骤，简化了测量的步骤，但该方法的机械部分设计复杂，不便操作；CCD光学测位移法运用CCD来采集图像进而用计算机对图像做进一步的处理，但CCD成像模糊无法对焦，测量精度差，且刚度仪器缺乏灵活性、造价成本高。

发明内容

本发明的目的是提供一种悬臂梁类弹性元件的刚度测试系统及方法，具有测量一致性高、精度高和人力劳动强度小的优势。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种悬臂梁类弹性元件的刚度测试系统，所述测试系统包括：装夹装置、力加载装置、测量装置和计算机，所述装夹装置包括电动分度盘、气动夹紧工装和垂直升降装置，所述电动分度盘和气动夹紧工装将被试件竖直固定，所述力加载装置和所述测量装置安装在所述垂直升降装置上，所述力加载装置包括直线电机和顶针，所述测量装置包括力传感器和测距传感器，所述直线电机的输出端刚性安装所述力传感器，所述力传感器上安装有与所述直线电机输出轴同轴的所述顶针，所述顶针的轴线与被试件的轴线垂直，所述测距传感器测量力传感器的变形量，所述力传感器测量被试件的受力，所述计算机根据所述测量装置测量的被试件的受力值、直线电机的位移及力传感器的变形量对被试件的刚度进行确定。

可选的，所述直线电机具有位置闭环系统，用于对所述直线电机的位移量进行闭环控制，并将直线电机的位移实时传输至计算机。

可选的，所述直线电机闭环控制系统的位移最小分辨率的数量级比被试件的最大变形量的数量级小两个数量级。

可选的，所述测距传感器为激光微测量传感器，用于测量力传感器的变形量。

可选的，所述测试系统还包括横杆，所述横杆安装在所述垂直升降装置上，所述力加载装置和所述测量装置安装在所述横杆上。

可选的，所述横杆上设置有竖直挡板，所述激光微测量传感器测量所述竖直挡板的距离变化来得到力传感器的变形量，所述计算机根据所述竖直挡板的位移的变化量得到力传感器的变形量，结合直线电机的输出位移计算得到被试件的位移量，根据被试件的位移量以及力传感器测得的被试件的受力值得到被试件的力与变形的关系。