一种航空管路接头刚度的双向测量装置和方法

一种航空管路接头刚度的双向测量装置和方法
1.技术领域
2.本发明涉及航空测试领域，尤其涉及一种航空管路接头刚度的双向测量装置和方法。


背景技术：

3.接头是航空液压系统中管路与管路之间、元件与管路之间的重要连接装置。管路接头的刚度对液压管路系统的振动有较大影响，管路接头的刚度过小时，管路系统的振动加剧，容易导致管路系统泄漏、管路接头振裂、密封不良等问题；管路接头的刚度过大时，管路接头容易出现脆性损坏，造成严重的经济损失和安全隐患。因此，精准测量管路接头的刚度参数对航空管路系统的设计和分析具有重要的意义。
4.目前，在管路系统振动分析中，管路接头的刚度通常无法直接测量，需要以商用软件的建模分析为基础，采用试凑的方法来确定其刚度值。具体的，可将管路接头简化为固支边界或者弹簧单元，输入根据工程经验预设的固支边界或者弹簧单元的刚度值后，经过模型分析可输出其振动特性（如固有频率和管路振型等），通过该振动特性与模态实验得到的管路接头的振动特性相比较，不断调整输入的固支边界或者弹簧单元的刚度值，使得软件输出的振动特性与模态实验得到的振动特性之间的误差落入合理范围内，最终确定固支边界或者弹簧单元的刚度，即为管路接头的刚度。
5.由此不难看出，以经验和软件模拟为基础的测量方式，其测量效率及测量精度均无法得到保证，同时，在简化、模拟、试凑的过程中，还会引入其他不确定性因素，影响测量精度。可见，现有的管路接头的测量技术无法满足航空管路系统的设计和分析需求。


技术实现要素：

6.本发明针对现有刚度测量装置精度不足、效率低下的问题，提供一种航空管路接头刚度的双向测量装置和方法。
7.第一方面，本技术提供一种航空管路接头刚度的双向测量装置包括：底座、设置于所述底座上的管路接头固定单元，与所述管路接头固定单元垂直设置的横向刚度测量单元、与所述管路接头固定单元同向设置的轴向刚度测量单元，以及位于所述管路接头固定单元和所述轴向刚度测量单元之间的旋转单元，其中，所述管路接头固定单元包括依次连接的第一固定底座、第一三爪卡盘和固定杆，所述固定杆的自由端设置有连接孔，航空管路接头套接于所述固定杆外部；所述横向刚度测量单元包括依次连接的第一传动机构、第一滑动部件、第一压力传感器和加载头，在进行航空管路接头横向刚度测试时，所述加载头与所述航空管路接头相接触，还包括第一位移传感装置，所述第一位移传感装置与所述加载头相对设置于所述航空管路接头的两侧；所述旋转单元包括转盘底座，所述转盘底座上安装有转盘，所述转盘上依次设置有第二固定底座和第二滑动部件，所述第二固定底座远离
所述第二滑动部件的侧面安装有第二三爪卡盘，所述转盘还设有与所述第二滑动部件相匹配的滑槽，所述第二滑动部件沿着所述滑槽方向上依次连接有第二压力传感器、压力加载叉头和加载横杆；所述轴向刚度测量单元包括第二传动机构和第二位移传感装置，所述第二位移传感装置与所述压力加载叉头的位置相对应。
8.优选的，所述第一传动机构包括步进电机蜗杆支撑座、蜗轮支撑座，所述步进电机和所述蜗轮支撑座通过第一深沟球轴承相连接，所述第一深沟球轴承上设置有蜗轮，所述蜗杆支撑座通过第二深沟球轴承与蜗杆相连接，所述蜗杆与所述蜗轮相匹配，所述蜗杆的一端设置有滚珠丝杠。
9.优选的，所述转盘底座与所述转盘螺纹连接，所述转盘底座的中心设有固定轴，所述转盘设有与所述固定轴套接的轴承。
10.优选的，所述底座为金属底座，所述底座上设置有t型凹槽。
11.优选的，所述第一位移传感装置包括第一磁力表座、第一纵向悬臂第一横向悬臂和第一位移传感器，所述第一磁力表座磁吸于所述底座上，所述第一纵向悬臂的一端可旋转安装于所述第一磁力表座上，另一端可旋转安装于所述第一横向悬臂的一端，所述第一横向悬臂的另一端与所述位移传感器相连接，所述位移传感器与所述加载头相对设置于所述航空管路接头的两侧。
12.优选的，所述第一滑动部件包括相互连接的第一滑块和第一连接块，所述第一滑块与所述t型凹槽滑动连接，第一压力传感器固定于所述第一连接块的端面上。
13.优选的，所述航空管路接头包括螺母和接头体，在进行航空管路接头横向刚度测试时，所述加载头与所述螺母的端面相接触。
14.第二方面，本技术提供一种航空管路接头刚度的双向测量方法，包括如下步骤：根据测量需要，调整旋转单元的位置，并预设步进电机的行进参数；同步采集压力传感器输出的压力数据f和位移传感装置输出的位移数据
△
x；根据k=f/
△
x，获取航空管路接头的刚度数据。
15.优选的，所述同步采集压力传感器输出的压力数据fi和位移传感装置输出的位移数据
△
xi包括：同步采集压力传感器输出的多个压力数据fi和位移传感装置输出的多个位移数据
△
xi；根据k=f/
△
x，获取航空管路接头的刚度数据包括：根据ki=fi/
△
xi，获取航空管路接头的刚度曲线。
16.本方案的有益效果如下：本技术提供一种航空管路接头刚度的双向测量装置及方法，本装置包括底座、设置于所述底座上的管路接头固定单元、横向刚度测量单元、轴向刚度测量单元，以及位于所述管路接头固定单元和所述轴向刚度测量单元之间的旋转单元，其中，管路接头固定单元用于单边固定被测元件。横向刚度测量单元可通过第一传动机构为航空管路接头提供横向加载力，同时通过第一压力传感器和第一位移传感装置分别同步检测加载力的大小和被测元件在加载力作用下的横向位移，根据加载力和横向位移的比值即可获得航空管路接头的横向刚度。所述轴向刚度测量单元可通过第二传动机构为航空管路接头提供轴向加载力，同时通过第二位移传感装置同步检测被测元件在加载力作用下的轴向位移。本方案还设计了一种独特的旋转单元，该旋转单元可根据检测需要进行旋转，从而与横向刚度测量单元、轴向刚度测量单元相匹配，具体的，当需要进行横向刚度测量时，转盘旋转至第二固定底座
靠近管路接头固定单元的一侧，安装于第二固定底座上的第二三爪卡盘与安装于管路接头固定单元的第一三爪卡盘相匹配，共同固定航空管路接头，以便横向刚度测量单元为航空管路接头提供稳定的加载力；当需要进行轴向刚度测量时，转盘旋转至第二滑动部件靠近管路接头固定单元的一侧，第二滑动部件可在第二传动机构的作用下移动，为航空管路接头提供加载力，同时安装于第二滑动部件上的第二压力传感器同步检测轴向加载力的大小，根据加载力和轴向位移的比值即可获得航空管路接头的轴向刚度。
17.本技术提供的航空管路接头刚度的双向测量装置，可根据需求直接测量航空管路接头的刚度值，避免了工程模拟过程中不可避免带入的误差和人为不确定因素，大幅提高航空管路接头刚度的测量精度，同时，本装置可通过压力传感器和位移传感器直接获取实时数据，并通过简单的比值计算即可获取其刚度数值，与现有试凑法相比较，可大幅提高航空管路接头刚度的测量效率。另外，本方案通过旋转单元的独特设计，可通过一套装置实现航空管路接头刚度的双向测量，设计精巧、操作简单，能够满足航空管路系统的设计和分析需求。
附图说明
18.为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见的，对于本领域技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明实施例提供的一种航空管路接头刚度双向测量装置的结构示意图；图2 为本发明实施例提供的一种航空管路接头刚度双向测量装置的侧面图；图3 为本发明实施例提供的一种管路接头固定单元的结构示意图；图4为本发明实施例提供的一种横向刚度测量单元的结构示意图；图5 为本发明实施例提供的一种航空管路接头的结构示意图；图6为本发明实施例提供的一种旋转单元的结构示意图；图7 为本发明实施例提供的一种测量横向刚度时管路接头固定单元与旋转单元的连接示意图；图8为本发明实施例提供的一种轴向刚度测量时本装置的结构示意图；图9为本发明实施例提供的一种测量轴向刚度时管路接头固定单元与旋转单元的连接示意图；图10为本发明实施例提供的一种第一传动机构的结构示意图；图11为本发明实施例提供的一种转盘底座与所述转盘的连接示意图；图12为本发明实施例提供的第一位移传感装置的结构示意图；图13为本发明实施例提供的第一滑动部件的结构示意图；图中所示：1-底座、11-t型凹槽、2-管路接头固定单元、21-第一固定底座、22-第一三爪卡盘、23-固定杆、231-连接孔、3-横向刚度测量单元、31-第一传动机构、311-步进电机、312-蜗杆支撑座、313-蜗轮支撑座、314-第一深沟球轴承、315-蜗轮、316-第二深沟球轴承、317-蜗杆、318-滚珠丝杠、32-第一滑动部件、321-第一滑块、322-第一连接块、33-第一压力传感器、34-加载头、35-第一位移传感装置、351-第一磁力表座、352-第一纵向悬臂、353-第一横
向悬臂、354-第一位移传感器、4-轴向刚度测量单元、41-第二传动机构、42-第二位移传感装置、5-旋转单元、51-转盘底座、511-固定轴、52-转盘、521-轴承、53-第二固定底座、54-第二滑动部件、55-滑槽、56-第二三爪卡盘、57-第二压力传感器、58-压力加载叉头、59-加载横杆、6-航空管路接头、61-螺母、62-接头体。
具体实施方式
20.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案,下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护范围。
21.针对现有刚度测量装置精度不足、效率低下的问题，本方案提供一种航空管路接头刚度的双向测量装置及方法。请参考图1和图2，所示分别为本发明实施例提供的一种航空管路接头刚度双向测量装置的结构示意图和一种航空管路接头刚度双向测量装置的侧面图。由图1和2可见，本技术提供的一种航空管路接头刚度的双向测量装置包括：底座1、设置于所述底座1上的管路接头固定单元2，与所述管路接头固定单元2垂直设置的横向刚度测量单元3、与所述管路接头固定单元2同向设置的轴向刚度测量单元4，以及位于所述管路接头固定单元2和所述轴向刚度测量单元4之间的旋转单元5。当需要对航空管路接头进行横向刚度的测量时，旋转单元5与管路接头固定单元2、横向刚度测量单元3相匹配；当需要对航空管路接头进行轴向刚度的测量时，旋转单元5通过旋转与管路接头固定单元2、轴向刚度测量单元4相匹配。
22.具体的，请参考图3，所示为本发明实施例提供的一种管路接头固定单元的结构示意图。由图3可见，管路接头固定单元2包括固定于底座1上的第一固定底座21，以及与第一固定底座21依次连接的第一三爪卡盘22和固定杆23，所述固定杆23的自由端设置有连接孔231，航空管路接头6套接于所述固定杆23外部。第一三爪卡盘22相对于其他固定元件，稳定性更强，且通过调整第一三爪卡盘22的爪间距还可以灵活适配不同直径的航空管路接头6。另外，航空管路接头6的内径与固定杆23的外径相匹配，航空管路接头6在固定杆23上不会出现滑动的现象。连接孔231与旋转单元5中的加载横杆59相匹配，加载横杆59可穿过连接孔231固定于固定杆23上，使得轴向刚度测量时，旋转单元5与管路接头固定单元2产生连接关系。
23.请参考图4，所示为本发明实施例提供的一种横向刚度测量单元的结构示意图。由图4可见，横向刚度测量单元3包括依次连接的第一传动机构31、第一滑动部件32、第一压力传感器33和加载头34，在进行航空管路接头横向刚度测试时，所述加载头34与所述航空管路接头6相接触。具体的，航空管路接头6可包括螺母61和接头体62请参考图5，在进行航空管路接头横向刚度测试时，所述加载头34与所述螺母61的端面相接触。
24.横向刚度测量单元3还包括第一位移传感装置35，所述第一位移传感装置35与所述加载头34相对设置于所述航空管路接头6的两侧（第一位移传感装置35在图4中未示出，具体位置关系请参考图1）。其中第一传动机构31用于在提供动力，第一滑动部件32在第一传动机构31的作用下移动，推动加载头34对航空管路接头6施加横向加载力，同时，第一压力传感器33和第一位移传感装置35同步检测横向加载力的大小和航空管路接头6位移的大
小，通过二者的比值即可获得其横向刚度。由图1可见，轴向刚度测量单元4还包括第二传动机构41和第二位移传感装置42，同样的，第二传动机构41用于在提供动力，第二位移传感装置42可同步检测航空管路接头6轴向位移的大小。
25.请参考图6 ，所示为本发明实施例提供的一种旋转单元的结构示意图。由图6可见，旋转单元5包括转盘底座51，所述转盘底座51上安装有转盘52，转盘52可在转盘底座51上旋转，所述转盘52上依次设置有第二固定底座53和第二滑动部件54，所述第二固定底座53远离所述第二滑动部件54的侧面安装有第二三爪卡盘56，所述转盘52还设有与所述第二滑动部件54相匹配的滑槽55，所述第二滑动部件54沿着所述滑槽55方向上依次连接有第二压力传感器57、压力加载叉头58和加载横杆59，所述第二位移传感装置42与所述压力加载叉头58的位置相对应（第二位移传感装置42在图5中未示出，具体位置关系请参考图8）。加载横杆59与管路接头固定单元2中的连接孔231相匹配，加载横杆59可穿过连接孔231固定于固定杆23上，使得轴向刚度测量时，旋转单元5与管路接头固定单元2产生连接关系。
26.本技术提供一种航空管路接头刚度的双向测量装置及方法，本装置由管路接头固定单元2、横向刚度测量单元3、轴向刚度测量单元4、旋转单元5四大组件构成，其中，管路接头固定单元2用于单边固定被测元件航空管路接头。横向刚度测量单元3可通过第一传动机构31为航空管路接头提供横向加载力，同时通过第一压力传感器33和第一位移传感装置35分别同步检测加载力的大小和被测元件在加载力作用下的横向位移，根据加载力和横向位移的比值即可获得航空管路接头的横向刚度。轴向刚度测量单元4可通过第二传动机构41为航空管路接头提供轴向加载力，同时通过第二位移传感装置42同步检测被测元件在加载力作用下的轴向位移。本方案中独特的旋转单元5可根据检测需要进行旋转，从而与横向刚度测量单元3、轴向刚度测量单元4相匹配。
27.具体的，当需要进行横向刚度测量时，请参考图1和图2，转盘52旋转至第二固定底座53靠近管路接头固定单元2的一侧，安装于第二固定底座53上的第二三爪卡盘56与安装于第一固定底座21的第一三爪卡盘22相匹配，共同固定航空管路接头，以便横向刚度测量单元3为航空管路接头提供稳定的加载力（请参考图7）；当需要进行轴向刚度测量时，请参考图8和图9，转盘52旋转至第二滑动部件54靠近管路接头固定单元2的一侧，第二滑动部件54可在第二传动机构41的作用下移动，为航空管路接头提供加载力，同时安装于第二滑动部件54上的第二压力传感器57同步检测轴向加载力的大小，根据加载力和轴向位移的比值即可获得航空管路接头的轴向刚度。
28.本技术提供的航空管路接头刚度的双向测量装置，可根据需求直接测量航空管路接头的刚度值，避免了工程模拟过程中不可避免带入的误差和人为不确定因素，大幅提高航空管路接头刚度的测量精度，同时，本装置可通过压力传感器和位移传感器直接获取实时数据，并通过简单的比值计算即可获取其刚度数值，与现有试凑法相比较，可大幅提高航空管路接头刚度的测量效率。另外，本方案通过旋转单元5的独特设计，可通过一套装置实现航空管路接头刚度的双向测量，设计精巧、操作简单，能够满足航空管路系统的设计和分析需求。
29.第一传动机构31和第二传动机构41是本装置的动力提供单元，二者可以是构成相同的结构单元，也可以是构造不同的结构单元。本实施例不限定其具体结构，能够提供稳定可控的推力均可。请参考图10，所示为为本发明实施例提供的一种第一传动机构31的结构
示意图。由图10可见，本技术其他优选实施例中第一传动机构31包括步进电机311、蜗杆支撑座312、蜗轮支撑座313，所述步进电机311和所述蜗轮支撑座313通过第一深沟球轴承314相连接，所述第一深沟球轴承314上设置有蜗轮315，所述蜗杆支撑座312通过第二深沟球轴承316与蜗杆317相连接，所述蜗杆317与所述蜗轮315相匹配，所述蜗杆317的一端设置有滚珠丝杠318。在步进电机311进入工作状态后，驱动所述蜗轮315转动，带动所述蜗杆317转动，使得滚珠丝杠318驱动第一滑动部件32移动，从而为航空管路接头6提供加载力。相对应的，第二传动机构41也可以包括步进电机、蜗杆支撑座、蜗轮支撑座，所述步进电机和所述蜗轮支撑座通过第三深沟球轴承相连接，所述第三深沟球轴承上设置有蜗轮，所述蜗杆支撑座通过第四深沟球轴承与蜗杆相连接，所述蜗杆与所述蜗轮相匹配，所述蜗杆的一端设置有滚珠丝杠，这里不再附图表示和赘述。
30.本技术中，旋转单元5是本方案的独特设计，是实现一套装置同时双向刚度测量的关键部件。请参考图11，所示为本发明实施例提供的一种转盘底座与所述转盘的连接示意图。由图11可见，本技术优选实施例中，所述转盘底座51与所述转盘52螺纹连接，螺纹孔设置于转盘52的四个顶角上，所述转盘底座51的中心还设有固定轴511，所述转盘52设有与所述固定轴511套接的轴承521。在横向刚度或轴向刚度的测量过程中，转盘底座51与所述转盘52始终保持螺纹连接，以保持旋转单元5的整体稳定性。当需要旋转时，可先解除转盘底座51与所述转盘52的螺纹连接，再通过固定轴511旋转90度，以实现不同方向的刚度测量。另外，横向测量和轴向测量相互转换时，转盘52需要旋转的角度是90度，由于转盘52上螺纹孔的位置是对称设置的，其螺纹孔也是旋转角度的定位孔，在转盘52旋转后与转盘底座51的安装过程即为重新定位过程，能够提高加载力施加的精准度，同时提高检测效率。
31.在本技术的优选实施例中，所述底座1为金属底座，所述底座1上设置有t型凹槽11（请参考图2）。金属材质光滑、不易磨损，且硬度大，在金属底座上设置有t型凹槽11，可与不同滑块部件相配合，组合成为不同检测模块，方便拆卸、组装以及后续更改和调整。另外，金属底座可扩展多种安装方式，如磁吸、电磁吸等。
32.请参考图12，所示为本发明实施例提供的第一位移传感装置的结构示意图。由图12可见，本技术中，所述第一位移传感装置35还包括第一磁力表座351、第一纵向悬臂352、第一横向悬臂353和第一位移传感器354，所述第一磁力表座351磁吸于所述底座1上，所述第一纵向悬臂352的一端可旋转安装于所述第一磁力表座351上，另一端可旋转安装于所述第一横向悬臂353的一端，所述第一横向悬臂353的另一端与所述位移传感器354相连接，所述位移传感器354与所述加载头34相对设置于所述航空管路接头6的两侧。第一磁力表座351与底座1通过磁吸的方式相连接，便于拆卸和组装，另外，通过第一纵向悬臂352和第一横向悬臂353可调整第一位移传感器354的位置，便于更为精准的测量航空管路接头6的横向和轴向位置。
33.同样的，本发明中，第二位移传感装置42也可以包括第二磁力表座、第二纵向悬臂、第二横向悬臂和第二位移传感器，所述第二磁力表座磁吸于所述底座上，所述第二纵向悬臂的一端可旋转安装于所述第二磁力表座上，另一端可旋转安装于所述第二横向悬臂的一端，所述第二横向悬臂的另一端与所述位移传感器相连接。第二位移传感装置42结构设置与第一位移传感装置35类似，这里不再赘述。当测量测量航空管路接头6的横向刚度时，可将第二位移传感装置42取下，以减少测量过程中不必要的干扰因素，同样的，当测量测量
航空管路接头6的轴向刚度时，也可将第一位移传感装置35取下。另外，第一位移传感装置35和第二位移传感装置42与与底座1的连接方式均不仅限于磁力吸附，也可以通过底座1上设置的t型凹槽11进行卡接。
34.另外，请参考图13，所示为本发明实施例提供的第一滑动部件的结构示意图。由图13可见，本技术优选实施例中，所述第一滑动部件32还可以包括相互连接的第一滑块321和第一连接块322，所述第一滑块321与所述t型凹槽11滑动连接，第一压力传感器33固定于所述第一连接块322的端面上，以便增强第一压力传感器33的稳定性，提高测量精度。
35.本技术还提供了一种航空管路接头刚度的双向测量方法，包括如下步骤：s10：根据测量需要，调整旋转单元的位置，并预设步进电机的行进参数；s20：同步采集压力传感器输出的压力数据f和位移传感装置输出的位移数据
△
x；s30：根据k=f/
△
x，获取航空管路接头的刚度数据。
36.本方案通过预设步进电机的行进参数，为航空管路接头6提供一个固定的加载力，后台处理器则同步采集压力传感器输出的压力数据f和位移传感装置输出的位移数据
△
x，在根据简单的比值计算即可获取横向或者轴向的刚度值，采集和处理过程十分简单，耗时短、效率和精度均可得到保障。
37.进一步的，为了降低单一采样点存在的误差，本技术其他实施例还提出了优选方法，具体步骤如下：s100：根据测量需要，调整旋转单元的位置，并预设步进电机的行进参数；s200：同步采集压力传感器输出的多个压力数据fi和位移传感装置输出的多个位移数据
△
xi；s300：根据ki=fi/
△
xi，获取航空管路接头的刚度曲线。在刚度曲线上能够获取任意加载力下的刚度值，同时刚度曲线还可以排除误差较大的采样点，从而方法上进一步提高测量的准确性。
38.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案,下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护范围。