專利名稱：軍用頭盔重心與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種軍用頭盔重心與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)試裝置，使用該裝置可迅速測(cè)定各種型號(hào)軍用頭盔的重心位置和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
本實(shí)用新型的目的是由下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種軍用頭盔重心與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)試裝置，該裝置上部設(shè)有一個(gè)扭擺臺(tái)架，該扭擺臺(tái)架上固定有一個(gè)定盔盒，該裝置下部設(shè)有一個(gè)底座，該底座頂部設(shè)有蝶形板，所述的扭擺臺(tái)架與蝶形板之間裝有一個(gè)彎曲支點(diǎn)軸承，所述蝶形板和底板之間安裝有三個(gè)力傳感器，所述扭擺臺(tái)架和底板之間安裝有一個(gè)振動(dòng)頻率傳感器，所述蝶形板下面設(shè)有一個(gè)凸輪升降鎖止機(jī)構(gòu)，所述凸輪升降鎖止機(jī)構(gòu)由凸輪頂桿機(jī)構(gòu)和限位滑板構(gòu)成，所述的力傳感器、振動(dòng)頻率傳感器通過傳輸線與計(jì)算機(jī)電路數(shù)據(jù)連接。
本實(shí)用新型使用時(shí)，將軍盔倒置放入定盔盒內(nèi)，重心的Z向坐標(biāo)以頭盔頂部為參考位置。為測(cè)出頭盔的中心主轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和主方向，并進(jìn)而確定繞任意軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，必須測(cè)定六個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。該裝置扭擺轉(zhuǎn)動(dòng)軸線方向是確定的，改變頭盔旋轉(zhuǎn)軸線方向，可測(cè)得不同方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)1、本實(shí)用新型通過重心位置和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量提供了一種對(duì)軍用頭盔穩(wěn)定性參數(shù)的客觀、定量的評(píng)價(jià)依據(jù)。
2、本實(shí)用新型通過凸輪升降鎖止機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)測(cè)量任務(wù)的轉(zhuǎn)換，使重心位置測(cè)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量可在同一套測(cè)量裝置上實(shí)現(xiàn)，因?qū)崟r(shí)知道重心位置，不必刻意將重心調(diào)整到旋轉(zhuǎn)軸線上，輔以計(jì)算可得轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。提高了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量的精度和速度，且操作方便。
3、本實(shí)用新型采用彎曲支點(diǎn)軸承實(shí)現(xiàn)低頻、小阻尼、大振幅的單自由度扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，避免了一般軸承結(jié)構(gòu)復(fù)雜及存在摩擦、間隙、碰撞、潤(rùn)滑等問題，提高了測(cè)量精度。
4、本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了與計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)傳遞，用戶可在軟件的指引下完成測(cè)量條件的設(shè)置、測(cè)量操作和數(shù)據(jù)處理，使用簡(jiǎn)便。
本實(shí)施例的定盔盒1用于固定軍用頭盔5。定盔盒采用多塊有機(jī)玻璃4制作，其內(nèi)壁尺寸與待測(cè)軍用頭盔的長(zhǎng)、寬、高的最大尺寸相等。軍盔倒置放入盒內(nèi)，重心的Z向坐標(biāo)(豎直向)以頭盔頂部為參考位置。定盔盒上有頭盔姿態(tài)鎖緊螺釘2及調(diào)整滑塊3，可用來調(diào)節(jié)軍用頭盔和定盔盒之間的相對(duì)位置。
為測(cè)出軍用頭盔的中心主轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和主方向，并進(jìn)而確定繞任意軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，必須測(cè)定六個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。本實(shí)用新型的扭擺轉(zhuǎn)動(dòng)軸線方向是確定的，改變軍用頭盔旋轉(zhuǎn)軸線方向，可測(cè)得不同方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
其中，X、Y、Z方向的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可直接通過改變定盔盒的參考平面后測(cè)得，為了測(cè)量XY、YZ、ZX方向的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，可在所述定盔盒和所述扭擺臺(tái)架之間設(shè)置一個(gè)V型墊塊27。參見圖2所示，所述V型墊塊兩個(gè)斜面的夾角為45°將定盔盒放置在V型墊塊上時(shí)，在定盔盒的自重作用下，其兩個(gè)相鄰側(cè)面貼合在V型墊塊的兩個(gè)斜面上，定盔盒的旋轉(zhuǎn)中心28通過V型墊塊的中心，由此可實(shí)現(xiàn)定盔盒在XY、YZ、ZX方向上的定位。
參見

圖1及圖3，扭擺臺(tái)架8是承載定盔盒的工作臺(tái)，該臺(tái)架主體為一鋁制圓盤，圓盤背面為輻條和肋板結(jié)構(gòu)，正面有兩條垂直相交的滑槽801，滑槽中有四個(gè)位置連續(xù)可調(diào)的滑塊7，滑塊上有螺釘6、10。使用時(shí)，先將四個(gè)滑塊用螺釘固定在扭擺臺(tái)架的圓盤上，將定盔盒放放置好，然后移動(dòng)滑塊，使其與定盔盒接觸，最后擰緊滑塊上的螺釘，即可固定定盔盒。當(dāng)使用V型墊塊的時(shí)候，扭擺臺(tái)架上的一對(duì)滑塊固定V型墊塊，另一對(duì)則固定定盔盒?；圻吘壻N有刻度尺，由此可讀出定盔盒的位置。扭擺臺(tái)架中間設(shè)置有一個(gè)水平氣泡802，可檢測(cè)扭擺臺(tái)架的水平狀況。扭擺臺(tái)架下表面與彎曲支點(diǎn)軸承9的動(dòng)端固接，扭擺臺(tái)架的圓心處于彎曲支點(diǎn)軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線上。在扭擺臺(tái)架上有一止動(dòng)孔(圖中沒有示出)，該止動(dòng)孔與彎曲支點(diǎn)軸承固定部分上的止動(dòng)孔相通，可通過一個(gè)止動(dòng)銷來達(dá)到阻止扭擺臺(tái)架旋轉(zhuǎn)的目的。
扭擺臺(tái)架的自由扭振通過彎曲支點(diǎn)軸承實(shí)現(xiàn)。參見圖4及圖5，所述彎曲支點(diǎn)軸承有兩對(duì)呈十字形交錯(cuò)安裝的彈簧片903、904，兩對(duì)十字彈簧片在空間相互垂直，其兩端分別通過螺釘902固定在軸承體905上，軸承體通過法蘭901與所述扭擺臺(tái)架安裝，與所述扭擺臺(tái)架固接的一端為動(dòng)端，與所述蝶形板固接的一端為靜端，通過四個(gè)彈簧片的彎曲變形，實(shí)現(xiàn)動(dòng)端相對(duì)于靜端的轉(zhuǎn)動(dòng)。十字彈簧片的尺寸根據(jù)剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核。
參見圖1及圖7，本實(shí)用新型的凸輪頂桿機(jī)構(gòu)由偏心輪19、凸輪底座21、頂桿圓盤22、傳動(dòng)軸15、銷軸16、盤式套筒17、定位螺釘18組成，頂桿圓盤與蝶形板接觸，帶動(dòng)蝶形板運(yùn)動(dòng)。參見圖1及圖6，所述蝶形板兩側(cè)個(gè)有一個(gè)限位滑板29，兩塊限位滑板各呈T形，固定在底座的底板上，為蝶形板的上下運(yùn)動(dòng)提供導(dǎo)向，其頂部設(shè)有擋板12，當(dāng)?shù)伟迳仙\(yùn)動(dòng)到該擋板時(shí)被鎖緊。進(jìn)行測(cè)量時(shí)，手動(dòng)操縱凸輪頂桿機(jī)構(gòu)，使扭擺臺(tái)架下降，此時(shí)碟形板與安裝在底板上的三個(gè)力傳感器接觸，裝置進(jìn)入測(cè)量重心工況。當(dāng)需要轉(zhuǎn)換本實(shí)用新型測(cè)量任務(wù)即進(jìn)行軍用頭盔轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量工作時(shí)，手動(dòng)操縱凸輪頂桿機(jī)構(gòu)使扭擺臺(tái)架上升，碟形板同時(shí)向上運(yùn)動(dòng)至壓緊擋板位置，使彎曲支點(diǎn)軸承的不動(dòng)端和碟形板被鎖定在底座上，扭擺臺(tái)架可做自由扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。如果將一個(gè)止動(dòng)銷插入扭擺臺(tái)架的止動(dòng)孔中，本實(shí)用新型即可退出測(cè)量工作。
安裝于底座底板上的三個(gè)壓力傳感器和一個(gè)振動(dòng)頻率傳感器與其他測(cè)試儀表及計(jì)算機(jī)構(gòu)成本實(shí)用新型的數(shù)據(jù)測(cè)量和處理電路，參見圖8所示。測(cè)量重力時(shí)，壓力傳感器利用彎曲應(yīng)變橋路將力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)放大整形電路進(jìn)行線性放大和整形，通過模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換和單片機(jī)處理后用數(shù)碼顯示器顯示測(cè)得的數(shù)值。測(cè)量頻率采用紅外傳感器，該傳感器由一個(gè)紅外發(fā)射二極管和一個(gè)紅外接收三極管組成。扭擺臺(tái)架上有一擋片，當(dāng)工作臺(tái)做扭轉(zhuǎn)振動(dòng)時(shí)，擋片在傳感器的發(fā)射和接收端之間來回運(yùn)動(dòng)，傳感器測(cè)量頻率為臺(tái)架振動(dòng)頻率乘以擋片數(shù)。參見圖9所示，在發(fā)射二極管端加一個(gè)+12V的電壓偏置，串接一個(gè)462Ω限流電阻，使電流小于30mA，二極管壓降為1.2-2V。接收端三極管采用共集電極接法，輸出數(shù)據(jù)經(jīng)放大整形、A/D轉(zhuǎn)換和單片機(jī)處理，得到扭擺臺(tái)架的振動(dòng)周期，顯示于數(shù)碼顯示器上。上述數(shù)碼顯示器的控制面板上設(shè)置了多個(gè)控制按鍵，可對(duì)測(cè)量數(shù)值的零點(diǎn)、量程、報(bào)警下限、串行通訊的波特率和數(shù)據(jù)地址等選項(xiàng)進(jìn)行設(shè)置。所述力傳感器和振動(dòng)頻率傳感器與計(jì)算機(jī)之間通過串行數(shù)據(jù)線連接，參見圖10所示。放大整形電路、模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換以及單片機(jī)處理和顯示儀表封裝成一個(gè)整體，三個(gè)力傳感器的后續(xù)電路和測(cè)量扭轉(zhuǎn)振動(dòng)頻率的后續(xù)電路分別封裝成一個(gè)測(cè)力儀表和一個(gè)頻率儀表。上述儀表處理后的測(cè)量數(shù)據(jù)通過RS485通訊數(shù)據(jù)線傳送，經(jīng)RS485-RS232轉(zhuǎn)換后輸入計(jì)算機(jī)，運(yùn)行數(shù)據(jù)處理軟件，計(jì)算得出測(cè)試頭盔的重心位置和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
使用本實(shí)用新型進(jìn)行軍用頭盔測(cè)量時(shí)，先調(diào)節(jié)扭擺臺(tái)架處于水平位置，接通測(cè)量電路，開啟測(cè)量?jī)x表和計(jì)算機(jī)。然后，在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行“軍盔動(dòng)特性參數(shù)測(cè)量”軟件，調(diào)出軟件主窗口，在主菜單的“實(shí)驗(yàn)”項(xiàng)中選擇所需進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，在“選項(xiàng)”中，對(duì)實(shí)驗(yàn)初始參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。完成上述步驟后，選擇工具欄上的測(cè)量工具按鈕，在軟件的向?qū)?，完成測(cè)量和數(shù)據(jù)處理過程。
權(quán)利要求1.一種軍用頭盔重心與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)試裝置，其特征在于該裝置上部設(shè)有一個(gè)扭擺臺(tái)架(8)，該扭擺臺(tái)架上固定有一個(gè)定盔盒(1)，該裝置下部設(shè)有一個(gè)底座(13)，該底座頂部設(shè)有蝶形板(11)，所述的扭擺臺(tái)架與蝶形板之間裝有一個(gè)彎曲支點(diǎn)軸承(9)，所述蝶形板和底板之間安裝有三個(gè)力傳感器(25)，所述扭擺臺(tái)架和底板之間安裝有一個(gè)振動(dòng)頻率傳感器(26)，所述蝶形板下面設(shè)有一個(gè)凸輪升降鎖止機(jī)構(gòu)(20)，所述凸輪升降鎖止機(jī)構(gòu)由凸輪頂桿機(jī)構(gòu)和限位滑板構(gòu)成，所述的力傳感器、振動(dòng)頻率傳感器通過傳輸線與計(jì)算機(jī)電路數(shù)據(jù)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軍用頭盔重心與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)試裝置，其特征在于所述定盔盒和所述扭擺臺(tái)架之間設(shè)有一個(gè)V型墊塊(27)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種軍用頭盔重心與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)試裝置，該裝置上部設(shè)有一個(gè)扭擺臺(tái)架8，該扭擺臺(tái)架上固定有一個(gè)定盔盒1，該裝置下部設(shè)有一個(gè)底座13，該底座頂部設(shè)有蝶形板11，所述的扭擺臺(tái)架與蝶形板之間裝有一個(gè)彎曲支點(diǎn)軸承9，所述蝶形板和底板之間安裝有三個(gè)力傳感器25，所述扭擺臺(tái)架和底板之間安裝有一個(gè)振動(dòng)頻率傳感器26，所述蝶形板下面設(shè)有一個(gè)凸輪升降鎖止機(jī)構(gòu)20，所述凸輪升降鎖止機(jī)構(gòu)由凸輪頂桿機(jī)構(gòu)和限位滑板構(gòu)成，所述的力傳感器、振動(dòng)頻率傳感器通過傳輸線與計(jì)算機(jī)電路數(shù)據(jù)連接。本實(shí)用新型提供了一種對(duì)軍用頭盔穩(wěn)定性參數(shù)的客觀、定量的評(píng)價(jià)依據(jù)。提高了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量的精度和速度，且操作方便。
文檔編號(hào)G01M1/10GK2572378SQ0228195
公開日2003年9月10日 申請(qǐng)日期2002年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月18日
發(fā)明者施楣梧, 戴詩(shī)亮, 黃獻(xiàn)聰, 周宏 , 梁曉冬 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍總后勤部軍需裝備研究所士兵系統(tǒng)研究中心