一種基于懸臂梁理論的星載滑環(huán)接觸力的測量方法及測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于懸臂梁理論的星載滑環(huán)接觸力的測量方法及測量系統(tǒng)。本發(fā)明的測量方法是采用間接測量的辦法實現(xiàn)對星載滑環(huán)接觸力的精密測量，即在電刷絲與導電滑環(huán)的接觸點附近設定測量點，利用等截面直梁的撓曲線方程式推導出在測量點處施加的初始測量力與在接觸點處的接觸壓力之間的關系式，并根據變形的線性規(guī)律，采用最小二乘法對在測量點處測得的數(shù)據進行一元回歸分析，得到精確的初始測量力，進而得到接觸壓力，測量精度高；本發(fā)明的測量系統(tǒng)由導電滑環(huán)、電刷絲、加載吊鉤、力傳感器、位移傳感器、連接板、精密電控運動臺、電機驅動器、運動控制卡、多通道數(shù)據采集卡、電流傳感器、工控機和顯示器構成，設計巧妙，操作方便且測量精準。
【專利說明】一種基于懸臂梁理論的星載滑環(huán)接觸力的測量方法及測量系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種星載滑環(huán)接觸力測量方法及系統(tǒng)，更具體地說，涉及一種基于懸臂梁理論的星載滑環(huán)接觸力的測量方法及測量系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]導電滑環(huán)(簡稱滑環(huán))組件是用來實現(xiàn)兩個相對旋轉運動件間的信號、電流傳遞。以柱式滑環(huán)為例，主要由滑環(huán)體、電刷組件、支架、支承系統(tǒng)等零部件構成，電刷絲以一定的壓力與環(huán)道接觸。通過滑環(huán)，可實現(xiàn)活動部件360 °自由旋轉，并同時傳遞信號和(或)電流?；h(huán)通常是包含很多個環(huán)的集合體，其中代替信號線傳遞信號的部分稱作信號環(huán)；代替電源線傳遞電流的部分通常被稱為功率環(huán)。
[0003]星載精密滑環(huán)組件具有精度高、噪聲低、環(huán)道多、電流大、結構緊湊、運行可靠且安裝方便的優(yōu)點，廣泛用于海、陸、空、天領域的測試、自控、武器、慣性導航系統(tǒng)等設備中。在飛船和衛(wèi)星等空間飛行器上，導電滑環(huán)作為對日定向驅動機構完成功率和信號傳輸功能的關鍵部件，重要性日益突出，近幾年，某院的幾顆衛(wèi)星均將導電滑環(huán)作為其失效故障的主要原因之一，其在軌可靠性越來越受到各方重視。
[0004]確定電刷絲與滑環(huán)接觸壓力大小非常重要。壓力越大則接觸電阻越小，有利信號或功率的傳輸，但會增加摩擦力矩，使接觸部分磨損增大；壓力越小則運轉越靈活，磨損小，但接觸電阻增大，溫升很高，甚至會引起電刷絲和滑環(huán)的熔焊。但是已有的滑環(huán)性能測試研究中，多集中在對接觸電阻、載流量、電磁噪聲等電量的測量上，對于接觸壓力的研究或者限于理論分析和計算，或者存在接觸點和測量點不一致的原理誤差，大大影響了測量精度。
[0005]經檢索，已有針對測量星載滑環(huán)接觸力的技術方案公開，如中國專利號ZL201120568957.8，授權公告日為2012年11月21日，發(fā)明創(chuàng)造名稱為:導電滑環(huán)電刷壓力檢測裝置，該申請案涉及一種導電滑環(huán)電刷壓力檢測裝置，底板上一側設有二維電控位移臺且其上設有導電滑環(huán)固定工裝，底板另一側設有固定塊I，固定塊I側部上端設有可沿固定塊I上下滑動的一維中控位移臺，一維中控位移臺臺面上垂直設有固定塊II，固定塊II另一端與電控旋轉臺連接，測力計固定工裝一端與電控旋轉臺旋轉臺面連接，測力計固定工裝另一端連接數(shù)字測力計，數(shù)字測力計下端設有測力計鉤頭，測力計鉤頭可與固定在導電滑環(huán)固定工裝上的導電滑環(huán)相接觸；所述二維電控位移臺、一維電控位移臺、電控旋轉臺、導電滑環(huán)和數(shù)字測力計均與控制箱連接，控制箱與電腦主機連接。該申請案能夠檢測出電刷壓力偏大或偏小的滑環(huán)，可以提高導電滑環(huán)的工作可靠性。但是，由于星載導電滑環(huán)的電刷絲直徑很小，接觸力和變形也很小，在進行接觸力的測量時，直接測量接觸點的接觸力會存在一定測量誤差。

【發(fā)明內容】

[0006]1.發(fā)明要解決的技術問題[0007]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中針對星載滑環(huán)接觸壓力的測量不精準的不足，提供一種基于懸臂梁理論的星載滑環(huán)接觸力的測量方法及測量系統(tǒng)，本發(fā)明的測量方法是采用間接測量的辦法實現(xiàn)對星載滑環(huán)接觸力的精密測量，即通過在電刷絲與導電滑環(huán)的接觸點附近設定測量點，利用等截面直梁的撓曲線方程式推導出在測量點處施加的初始測量力與在接觸點處的接觸壓力之間的關系式，再根據變形的線性規(guī)律，采用最小二乘法對在測量點處測量到的數(shù)據進行一元回歸分析，得到在測量點處精確的初始測量力，進而得到接觸壓力，測量精度高；本發(fā)明的測量系統(tǒng)設計巧妙，操作方便且測量精準。
[0008]2.技術方案
[0009]為達到上述目的，本發(fā)明提供的技術方案為:
[0010]本發(fā)明的一種基于懸臂梁理論的星載滑環(huán)接觸力的測量方法，包括以下步驟:
[0011](I)將電刷絲的力學模型簡化為懸臂梁形式，假設電刷絲的質量連續(xù)均勻分布即該懸臂梁為等截面直梁，建立懸臂梁的直角坐標系:以電刷絲的固定端為原點O點，以電刷絲未變形時電刷絲的長度方向為X軸，且該長度方向為正方向，以載荷F作用在電刷絲上時電刷絲的變形方向為y軸，且該變形方向為正方向；
[0012](2)基于上述假設和建立的直角坐標系，在小變形條件下，得到懸臂梁的撓曲線方
程為
【權利要求】
1.一種基于懸臂梁理論的星載滑環(huán)接觸力的測量方法，包括以下步驟: (1)將電刷絲(2)的力學模型簡化為懸臂梁形式，假設電刷絲(2)的質量連續(xù)均勻分布即該懸臂梁為等截面直梁，建立懸臂梁的直角坐標系:以電刷絲(2)的固定端為原點O點，以電刷絲(2 )未變形時電刷絲(2 )的長度方向為X軸，且該長度方向為正方向，以載荷F作用在電刷絲(2)上時電刷絲(2)的變形方向為y軸，且該變形方向為正方向； (2)基于上述假設和建立的直角坐標系，在小變形條件下，得到懸臂梁的撓曲線方程為:
2.根據權利要求1所述的一種基于懸臂梁理論的星載滑環(huán)接觸力的測量方法，其特征在于:所述的步驟(6)中測量Fb的方法為: (6-1)在B點處施加能使電刷絲(2)與導電滑環(huán)(I)呈剛好脫離接觸狀態(tài)的測量力Fbl，此時將力傳感器(4)測得的測量力Fbl記錄下，將位移傳感器(5)測得的力傳感器(4)向上移動的位移記錄下，該位移值即為B點向上移動產生的位移值，設置此時的位移值為0，得到數(shù)據點(Fbl，0); (6-2)依次微量增加測量力至Fbi，并將力傳感器(4)測得的測量力Fbi (1=1,2,...，η)記錄下,將位移傳感器(5)測得的力傳感器(4)向上移動的位移值Yi (i=l,2,..., η)記錄下，得到一組數(shù)據點(Fbi, Yi) (i=l,2,..., η)；(6-3)建立直角坐標系,橫坐標軸代表力傳感器(4)向上移動的位移值y,縱坐標軸代表B點處施加的測量力F,在該直角坐標系內標出與上述一組數(shù)據點(F1^yi) (i=l,2,...,η)相對應的一組坐標點,觀察得出上述的一組坐標點呈線性分布； (6-4)根據步驟(6-3)得出力傳感器(4)向上移動的位移值y與B點處施加的測量力F呈線性關系，對于上述的一組坐標點采用最小二乘法進行線性回歸分析，得到直線方程:
3.根據權利要求2所述的一種基于懸臂梁理論的星載滑環(huán)接觸力的測量方法，其特征在于:所述的電刷絲(2)與導電滑環(huán)(I)剛好脫離接觸狀態(tài)為臨界接觸狀態(tài)，該臨界接觸狀態(tài)可通過電流傳感器(11)采集到的電流數(shù)值大小進行判斷。
4.一種權利要求1至3中任意一項所述的基于懸臂梁理論的星載滑環(huán)接觸力的測量系統(tǒng)，包括導電滑環(huán)(I) 和電刷絲(2)，所述的電刷絲(2)與導電滑環(huán)(I)相接觸，其特征在于:還包括加載吊鉤(3)、連接板(6)、精密電控運動臺(7)、電機驅動器(8)、運動控制卡(9)、多通道數(shù)據采集卡(10)、工控機(12)和顯示器(13)，所述的多通道數(shù)據采集卡(10)的輸入端分別連接有力傳感器(4)、位于力傳感器(4)上方的位移傳感器(5)和電流傳感器(11)，該多通道數(shù)據采集卡(10)的輸出端與工控機(12)的輸入端相連，該工控機(12)的輸出端與顯示器(13)相連；所述的電流傳感器(11)的一極與導電滑環(huán)(I)相連，該電流傳感器(11)的另一極與電刷絲(2)相連；所述的力傳感器(4)通過連接板(6)與由電機驅動器(8)驅動的精密電控運動臺(7)相固連，該電機驅動器(8)通過運動控制卡(9)與上述工控機(12)的輸出端相連；所述的力傳感器(4)的下端連接有加載吊鉤(3)，該加載吊鉤(3)與電刷絲 (2)相接觸。
【文檔編號】G01L5/00GK103837280SQ201410127479
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月31日 優(yōu)先權日:2014年3月31日
【發(fā)明者】劉春節(jié), 吳小峰 申請人:常州工學院