一种平面涡卷弹簧机构静动性能试验测试系统的制作方法

本发明涉及一种平面涡卷弹簧机构静动性能试验测试系统，属于运载火箭。

背景技术：

1、平面涡卷弹簧是用细长弹簧材料绕制成平面螺旋线形的弹簧。在运载火箭分离机构产品中，常采用平面涡卷弹簧缠绕设计实现对内部零件的径向锁定承载，在解锁分离时利用涡卷弹簧的弹力释放过程实现缓释分离。接触形平面涡卷弹簧的圈数较多，可储存较大的能量，但相邻各圈互相接触，其静态承载性能及动态展开性能主要由各圈弹簧的复杂界面摩擦特性决定，理论计算结果与实际性能表现差异较大，需通过试验手段进行实测。

2、目前，针对平面涡卷弹簧机构的测试系统一般只能测量扭转力矩等宏观特征量，难以获取涡卷弹簧的应力应变等微观分布特征，难以对涡卷弹簧的静动性能进行精确分析并为机构设计提供支撑。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、针对上述现有技术的不足，本发明提出一种平面涡卷弹簧机构静动性能试验测试系统，以精确获取及分析涡卷弹簧的静态承载性能及动态展开性能。

3、(二)技术方案

4、一种平面涡卷弹簧机构静动性能试验测试系统，包括：一种平面涡卷弹簧机构静动性能试验测试系统，包括：被试模块、旋紧模块、锁定模块、摄像模块；被试模块的底部具有固定平台，固定平台的后侧设有旋紧模块，固定平台的左侧设有锁定模块，固定平台的右侧设有摄像模块；该测试系统能够实现不同的测试：由被试模块和旋紧模块协同工作，能够实现待测的涡卷弹簧的旋紧和展开测试；涡卷弹簧旋紧后采用锁定模块锁定，能够实现待测的涡卷弹簧的静态承载性能测试；拆除旋紧模块，由锁定模块和摄像模块协同工作，能够实现待测的涡卷弹簧的动态展开性能测试。

5、所述被试模块包括：固定平台、底座、分瓣螺母、涡卷弹簧、转盘、外壳、加载螺栓、光纤光栅传感器、轴承、内定位台肩及弹性挡圈、外定位台肩及弹性挡圈；底座通过若干纵向连接螺栓固定安装在固定平台上，固定平台和底座上设置有同轴的纵向通孔，加载螺栓穿入该纵向通孔后与分瓣螺母螺纹连接，分瓣螺母外周套设涡卷弹簧，涡卷弹簧的内侧端头固定连接在分瓣螺母外周上，涡卷弹簧的外侧端头固定连接在转盘内侧，涡卷弹簧带材内侧表面设置带状凹槽，带状凹槽内布设串联的光纤光栅传感器，光纤光栅传感器的导线从所述内侧端头处引出，并连接至光纤解调设备；转盘外侧设置内定位台肩及弹性挡圈，圆筒状外壳内侧设置外定位台肩及弹性挡圈，内定位台肩及弹性挡圈和外定位台肩及弹性挡圈呈斜线设置，且二者之间限位卡设轴承，外壳套接在底座的定位凸台上，且外壳外侧通过若干径向连接螺栓固定于底座上；旋转加载螺栓时，分瓣螺母做径向运动，并带动涡卷弹簧旋紧或展开。

6、分瓣螺母上的分瓣呈同圆心纵向设置，并通过底座上设置的径向导向槽和导向凸台实现径向限位；分瓣螺母外壁面设置有宽度略大于涡卷弹簧的凹槽，以避免涡卷弹簧轴向窜动。

7、加载螺栓下方放置缓冲装置和捕获装置，当涡卷弹簧展开，分瓣螺母分离后捕获掉落的加载螺栓。

8、旋紧模块包括：旋紧模块支架、电机座、力矩传感器座、转角传感器座、旋紧电机、采集涡卷弹簧旋紧过程中扭矩的力矩传感器、采集涡卷弹簧旋紧过程中旋转角度的转角传感器、旋紧工装；旋紧模块支架通过若干连接螺栓竖立安装在固定平台上，旋紧模块支架自上而下分别通过若干螺栓固定连接电机座、力矩传感器座、转角传感器座；旋转电机设置在电机座上，力矩传感器设置在力矩传感器座上，转角传感器设置在转角传感器座上；旋紧电机通过联轴器依次同轴连接有力矩传感器、转角传感器、旋紧工装；旋紧工装上端面对称设置若干个加载销，转盘上端面外缘沿环向均布一圈锁定孔，加载销和锁定孔适配以传递转矩。

9、旋紧模块支架上设置若干供螺栓穿过的条形孔，以用于安装和调节其上安装的电机座、力矩传感器座以及转角传感器座的高度，确保旋紧工装与转盘的适配。

10、锁定模块包括：电动推杆支架、微型电动推杆、锁定销；电动推杆支架通过相应连接螺栓安装在固定平台上，其上安装微型电动推杆；微型电动推杆的输出轴带动其末端固定的锁定销做伸缩运动，锁定销可插入转盘上端面的锁定孔中以对转盘实现锁定。

11、摄像模块包括：高速摄像支架、高速摄像机；高速摄像支架固定于固定平台上，其上安装有高速摄像机，高速摄像机悬置于旋紧模块上方以实现俯拍；转盘的上端面和分瓣螺母的上端面均粘贴设置有标记点，以通过拍摄精准获取涡卷弹簧的展开时间和展开角速度、分瓣螺母的径向位移和径向速度。

12、所述测试系统还包括时统系统，该时统系统同时控制锁定模块和摄像模块。

13、本发明的一种平面涡卷弹簧机构静动性能试验测试系统的使用方法，包括以下步骤：

14、s1.安装被试模块：将底座安装在固定平台上，将轴承安装在外壳与转盘之间，并用内定位台肩和弹性挡圈和外定位台肩和弹性挡圈固定，然后将外壳与底座连接固定；将涡卷弹簧缠绕在分瓣螺母外侧后，放置在转盘内，涡卷弹簧外侧端头与转盘连接；

15、s2.安装旋紧模块：将旋紧电机、力矩传感器、转角传感器、旋紧工装通过联轴器顺次连接，并通过电机座、力矩传感器座、转角传感器座固定在旋紧模块支架上，然后将旋紧模块支架安装在固定平台上；s2步骤完成后，由被试模块和旋紧模块协同工作，能够实现待测的涡卷弹簧的旋紧和展开测试；

16、s3.安装锁定模块：在电动推杆支架上安装微型电动推杆，在其输出轴上安装锁定销，然后将电动推杆支架安装在固定平台上；s3步骤完成后，涡卷弹簧旋紧后采用锁定模块锁定，能够实现待测的涡卷弹簧的静态承载性能测试；

17、s4.拆除旋紧模块，安装摄像模块，在转盘上端面、分瓣螺母上端面粘贴标记点，调整高速摄像机视场，使其俯拍涡卷弹簧的完整展开过程，能够实现待测的涡卷弹簧的动态展开性能测试。

18、(三)有益效果

19、与现有技术相比，本发明的一种平面涡卷弹簧机构静动性能试验测试系统，采用高精度转角传感器与力矩传感器组合设计，可以实现涡卷弹簧旋紧过程的旋转角度、扭矩等数据的精确获取；采用高分辨率高速动态光学测量方法，可以实现涡卷弹簧旋紧、承载与展开过程的应力、应变分布及演化规律的精确获取；采用高速摄像装置，可以实现涡卷弹簧展开过程的展开时间、展开角速度等动态性能的精确获取。

技术特征：

1.一种平面涡卷弹簧机构静动性能试验测试系统，其特征在于，

2.如权利要求1所述的平面涡卷弹簧机构静动性能试验测试系统，其特征在于，所述被试模块(1)包括：固定平台(101)、底座(102)、分瓣螺母(103)、涡卷弹簧(104)、转盘(105)、外壳(106)、加载螺栓(107)、光纤光栅传感器(108)、轴承(109)、内定位台肩及弹性挡圈(110)、外定位台肩及弹性挡圈(111)；底座(102)通过若干纵向连接螺栓固定安装在固定平台(101)上，固定平台(101)和底座(102)上设置有同轴的纵向通孔，加载螺栓(107)穿入该纵向通孔后与分瓣螺母(103)螺纹连接，分瓣螺母(103)外周套设涡卷弹簧(104)，涡卷弹簧(104)的内侧端头固定连接在分瓣螺母(103)外周上，涡卷弹簧(104)的外侧端头固定连接在转盘(105)内侧，涡卷弹簧(104)带材内侧表面设置带状凹槽，带状凹槽内布设串联的光纤光栅传感器(108)，光纤光栅传感器(108)的导线从所述内侧端头处引出，并连接至光纤解调设备；转盘(105)外侧设置内定位台肩及弹性挡圈(110)，圆筒状外壳(106)内侧设置外定位台肩及弹性挡圈(111)，内定位台肩及弹性挡圈(110)和外定位台肩及弹性挡圈(111)呈斜线设置，且二者之间限位卡设轴承(109)，外壳(106)套接在底座(102)的定位凸台上，且外壳(106)外侧通过若干径向连接螺栓固定于底座(102)上；旋转加载螺栓(107)时，分瓣螺母(103)做径向运动，并带动涡卷弹簧(104)旋紧或展开。

3.如权利要求2所述的平面涡卷弹簧机构静动性能试验测试系统，其特征在于，分瓣螺母(103)上的分瓣呈同圆心纵向设置，并通过底座(102)上设置的径向导向槽和导向凸台实现径向限位；分瓣螺母(103)外壁面设置有宽度略大于涡卷弹簧(104)的凹槽，以避免涡卷弹簧(104)轴向窜动。

4.如权利要求3所述的平面涡卷弹簧机构静动性能试验测试系统，其特征在于，加载螺栓(107)下方放置缓冲装置和捕获装置，当涡卷弹簧(104)展开，分瓣螺母(103)分离后捕获掉落的加载螺栓(107)。

5.如权利要求2所述的平面涡卷弹簧机构静动性能试验测试系统，其特征在于，旋紧模块(2)包括：旋紧模块支架(201)、电机座(202)、力矩传感器座(203)、转角传感器座、旋紧电机(204)、采集涡卷弹簧(104)旋紧过程中扭矩的力矩传感器(205)、采集涡卷弹簧(104)旋紧过程中旋转角度的转角传感器(206)、旋紧工装(207)；旋紧模块支架(201)通过若干连接螺栓竖立安装在固定平台(101)上，旋紧模块支架(201)自上而下分别通过若干螺栓固定连接电机座(202)、力矩传感器座(203)、转角传感器座；旋转电机(204)设置在电机座(202)上，力矩传感器(205)设置在力矩传感器座(203)上，转角传感器(206)设置在转角传感器座上；旋紧电机(204)通过联轴器依次同轴连接有力矩传感器(205)、转角传感器(206)、旋紧工装(207)；旋紧工装(27)上端面对称设置若干个加载销，转盘(105)上端面外缘沿环向均布一圈锁定孔，加载销和锁定孔适配以传递转矩。

6.如权利要求5所述的平面涡卷弹簧机构静动性能试验测试系统，其特征在于，旋紧模块支架(201)上设置若干供螺栓穿过的条形孔，以用于安装和调节其上安装的电机座(202)、力矩传感器座(203)以及转角传感器座的高度，确保旋紧工装(207)与转盘(105)的适配。

7.如权利要求5所述的平面涡卷弹簧机构静动性能试验测试系统，其特征在于，锁定模块(3)包括：电动推杆支架(301)、微型电动推杆(302)、锁定销(303)；电动推杆支架(301)通过相应连接螺栓安装在固定平台(101)上，其上安装微型电动推杆(302)；微型电动推杆(302)的输出轴带动其末端固定的锁定销(303)做伸缩运动，锁定销(303)可插入转盘(105)上端面的锁定孔中以对转盘(105)实现锁定。

8.如权利要求5所述的平面涡卷弹簧机构静动性能试验测试系统，其特征在于，摄像模块(4)包括：高速摄像支架(401)、高速摄像机(402)；高速摄像支架(401)固定于固定平台(101)上，其上安装有高速摄像机(402)，高速摄像机(402)悬置于旋紧模块(2)上方以实现俯拍；转盘(105)的上端面和分瓣螺母(103)的上端面均粘贴设置有标记点，以通过拍摄精准获取涡卷弹簧(104)的展开时间和展开角速度、分瓣螺母(103)的径向位移和径向速度。

9.如权利要求8所述的平面涡卷弹簧机构静动性能试验测试系统，其特征在于，所述测试系统还包括时统系统，该时统系统同时控制锁定模块(3)和摄像模块(4)。

10.如权利要求9所述的平面涡卷弹簧机构静动性能试验测试系统的使用方法，包括以下步骤：

技术总结本发明涉及一种平面涡卷弹簧机构静动性能试验测试系统，包括：被试模块、旋紧模块、锁定模块、摄像模块；被试模块的底部具有固定平台，固定平台的后侧设有旋紧模块，固定平台的左侧设有锁定模块，固定平台的右侧设有摄像模块。该测试系统采用高精度转角传感器与力矩传感器组合设计，可以实现涡卷弹簧旋紧过程的旋转角度、扭矩等数据的精确获取；采用高分辨率高速动态光学测量方法，可以实现涡卷弹簧旋紧、承载与展开过程的应力、应变分布及演化规律的精确获取；采用高速摄像装置，可以实现涡卷弹簧展开过程的展开时间、展开角速度等动态性能的精确获取。技术研发人员：潘忠文,郭嘉,于兵,张宏剑,周天送,陈华伟,马红鹏,王辰,乐晨,张毅博,谢珏帆,石玉红,吴会强,王会平,刘德博,杨帆受保护的技术使用者：北京宇航系统工程研究所技术研发日：技术公布日：2024/9/29