一种交叉簧片型柔性铰链载荷加载装置及转角测量系统

1.本发明属于检测技术领域，具体涉及一种交叉簧片型柔性铰链载荷加载装置及转角测量系统。


背景技术：

2.交叉簧片型柔性铰链，属于柔性铰链，主要由两根相互交错的簧片组成，簧片的长度、宽度、厚度和材料均可改变，交叉系数和交叉角度也可改变。交叉簧片型柔性铰链不同于一般柔性铰链，不仅可以储存和释放角能量且可以产生大变形，并当其一端固定，其他工件与交叉簧片型柔性铰链发生位置变化时，柔性铰链可产生扭矩将工件拉回初始位置。交叉簧片型柔性铰链广泛应用于各类精密仪器、生物细胞微操作及微机电系统中，特别在隔振领域有更优的隔振特性，用于为转动部件提供复位弹力。
3.交叉簧片型柔性铰链的有效旋转角度范围是衡量柔性铰链性能的重要技术参数，中国专利cn109374241公开了一种柔性铰链静刚度的测量装置，包括了对柔性铰链的变形测量，但柔性铰链施加载荷后其转角范围有限。中国专利cn107764547公开了一种现有柔性铰链刚度参数测量装置，包括了对柔性铰链的横向位移测量，但其仅能够对柔性铰链施加一个方向的载荷。现有技术中针对柔性铰链大变形的旋转角度加载装置较少，且不能适用于不同参数和产生大变形的交叉簧片型柔性铰链的旋转角度的测量，施加的载荷方式也有限，通用性不强。


技术实现要素：

4.为了有效解决上述技术问题，本发明提出如下技术方案：
5.一种交叉簧片型柔性铰链载荷加载装置，包括夹持装置、加载装置、固定框架，所述夹持装置、加载装置均设置于所述固定框架上；
6.所述夹持装置用于对簧片进行夹持，包括两组结构相同的固定机构，第一固定机构设置于第二固定机构的上方，第一固定机构用于对簧片上部进行夹持，第二固定机构用于对簧片的下部进行夹持，第一固定机构与所述固定框架连接，第二固定机构通过簧片与第一固定机构连接并悬浮于第一固定机构下方；
7.所述加载装置包括水平载荷加载机构、垂直载荷加载机构、弯矩加载机构，所述水平载荷加载机构设置于固定框架上且与所述第二固定机构连接，用于对第二固定机构施加水平方向的载荷；所述垂直载荷加载机构设置于固定框架上且与所述第二固定机构连接，用于对第二固定机构施加垂直方向的载荷；所述弯矩加载机构设置于固定框架上且与所述第二固定机构连接，用于对第二固定机构施加弯矩载荷。
8.作为技术方案的补充，所述固定机构包括固定板、滑动块、夹持固定机构、锁紧机构，
9.所述滑动块设有两组且与固定板滑动连接，滑动块上设有调整簧片倾斜角度的斜向面，滑动块上的斜向面上设有夹持固定机构，夹持固定机构用于将簧片的端部夹持固定
于滑动块上的斜向面上；
10.位于固定板上的两组滑动块对称的设置于固定板的左部及右部，两组滑动块分别对两组簧片进行夹持固定，使两组簧片呈交叉状态，
11.所述锁紧机构设置于固定板上，用于将滑动块固定于固定板上。
12.作为技术方案的补充，其特征在于，所述固定机构还包括滑轨、标准件滑块，
13.所述滑轨设置于固定板上，所述标准件滑块设置于滑动块的下底部，标准件滑块与滑轨连接且可在滑轨上滑动。
14.作为技术方案的补充，其特征在于，所述锁紧机构包括锁紧螺钉、锁紧滑块，
15.所述固定板上设有滑槽，位于滑槽内侧壁上设有挡止部，所述锁紧滑块位于所述滑槽内且可在滑槽内滑动，所述挡止部位于锁紧滑块的上方，当锁紧滑块受到向上拉力时，所述挡止部对锁紧滑块的向上运动进行挡止，使其能够一直处于所述滑槽内，所述锁紧滑块上设有螺纹孔，所述滑动块上设有沉头孔，锁紧螺钉穿过滑动块上的沉头孔螺接于所述锁紧滑块上的螺纹孔内，将滑动块固定于固定板上。
16.作为技术方案的补充，所述夹持固定机构包括小夹片、紧固螺钉、小夹片定位销、大夹片、大夹片定位销，
17.所述滑动块的斜面上设有与大夹片定位销配合的定位孔，所述大夹片上设有用于大夹片定位销穿过的通孔，所述大夹片设置于滑动块的斜面上，大夹片定位销穿过大夹片上的通孔插入于滑动块斜面上的定位孔内；
18.所述簧片的端部位于大夹片上方，所述小夹片位于簧片的上方，
19.所述簧片、小夹片以及大夹片上均设有用于紧固螺钉以及小夹片定位销穿过的通孔，
20.所述滑动块的斜向面上设有与紧固螺钉配合的螺纹孔、以及与小夹片定位销配合的定位孔，
21.小夹片定位销依次穿过小夹片、簧片以及大夹片上的通孔，插入至滑动块的斜面上的定位孔内，紧固螺钉依次穿过小夹片、簧片上、大夹片上的通孔，螺接于所述滑动块上的螺纹孔内。
22.作为技术方案的补充，所述加载装置还包括承载机构，所述承载机构设置于夹持装置的第二固定机构上，包括支撑座、承载轴；所述支撑座固设于所述第二固定机构上，所述承载轴固设于所述支撑座上，
23.所述加载装置的水平载荷加载机构与所述承载轴连接，对所述承载轴施加水平方向的载荷；
24.所述加载装置的垂直载荷加载机构与所述承载轴连接，对所述承载轴施加垂直方向的载荷；
25.所述加载装置的弯矩加载机构与所述承载轴连接，对所述承载轴施加弯矩载荷。
26.作为技术方案的补充，所述水平载荷加载机构设置于固定框架上且位于所述夹持装置的前侧或后侧，包括第一固定轴、第一滑轮、第一固定座、连接绳、砝码；
27.所述第一固定座设置于固定框架上，第一固定轴固设于第一固定座上，所述第一滑轮通过轴承结构套设于第一固定轴上且可相对于第一固定轴旋转，
28.所述承载轴上设有第一滚花部，且第一滚花部与第一滑轮横向对应，
29.所述连接绳的一端绕过所述第一滑轮并缠绕于承载轴上的第一滚花部上，连接绳的另一端连接砝码，使砝码的重量通过第一滑轮传递给承载轴，对承载轴施加水平方向的载荷。
30.作为技术方案的补充，所述弯矩加载机构设置于固定框架上且位于所述夹持装置的前侧或后侧，包括第二固定轴、第二滑轮、第二固定座、弯矩施加板、连接绳、砝码；
31.所述第二固定座设置于固定框架上，第二固定轴设置于第二固定座上，所述第二滑轮通过轴承结构套设于第二固定轴上且可相对于第二固定轴旋转，
32.所述弯矩施加板设置于承载机构的承载轴上，且所述弯矩施加板所在平面与承载轴的轴向相对垂直设置，所述弯矩施加板的上缘以及下缘均为弧形结构，且弯矩施加板的上端及下缘上的各点距离弯矩施加板的中心点的距离相同，弯矩施加板中心位置处设有凸起，位于弯矩施加板上缘及下缘位置处的正板面以及背板面上各设有一挡止板，避免绕过弯矩施加板上缘或下缘的绳子与弯矩施加板脱离；
33.连接绳的一端绕过第二滑轮与弯矩施加板的上缘或下缘，其端部与位于弯矩施加板中心点位置处的凸起连接，连接绳的另一端连接有砝码，砝码的重量通过第二滑轮传递给弯矩施加板，对承载轴施加弯矩。
34.作为技术方案的补充，所述垂直载荷加载机构设置于固定框架的上部且位于夹持装置的上方，包括第三固定轴、第三滑轮、第三固定座、连接绳、砝码；
35.所述第三固定座设置于固定框架上，第三固定轴设置于第三固定座上，所述第三滑轮通过轴承结构套设于第三固定轴上且可相对于第三固定轴旋转；
36.所述承载轴上设有第二滚花部，所述第二滚花部与第三滑轮竖向对应，连接绳的一端绕过所述第三滑轮并缠绕于承载轴上的第二滚花部上，连接绳的另一端连接砝码，砝码的重量通过第三滑轮传递给承载轴，对承载轴施加竖直方向的载荷。
37.本发明还公开一种交叉簧片型柔性铰链转角测量系统，包括应用上述技术方案所述的交叉簧片型柔性铰链载荷加载装置。
38.有益效果：本发明提供的一种交叉簧片型柔性铰链载荷加载装置，可通过滑动第一固定机构、第二固定机构上夹持同一簧片的滑动块的位置，对交叉簧片的交叉系数进行调整，然后通过锁紧机构对滑动块进行锁紧。通过更换具有不同倾斜角度斜向面的滑动块，以适用于不同交叉角度的簧片的测量。通过夹持固定机构的大夹片、小夹片的设置，保证簧片有效接受载荷长度。通过夹持装置，可以改变交叉簧片型柔性铰链的交叉系数和交叉角度，通过加载装置及夹持装置配合，可以对交叉簧片型柔性铰链施加弯矩、水平载荷和垂直载荷中的任意一种或任意组合，加载装置的载荷大小可通过砝码进行调节。本发明提供的柔性铰链载荷加载装置结构简单、操作方便，节约制造成本，能够适用于对交叉簧片型柔性铰链转角的测量，通过测量系统对其转角进行测量。
附图说明
39.图1为本发明侧视结构示意图。
40.图2为本发明立体结构示意图。
41.图3为本发明夹紧装置立体结构示意图。
42.图4为本发明夹紧装置剖视结构示意图。
43.图5为本发明夹紧装置剖视结构示意图。
44.图6为本发明夹持固定机构爆炸结构示意图
45.图7为本发明承载机构结构示意图。
46.图8为本发明承载轴结构示意图。
47.图9为本发明交叉簧片型柔性铰链结构示意图。
48.图10为本发明交叉簧片型柔性铰链结构示意图。
49.图中：1.夹持装置、1-1.第一固定机构、1-2.第二固定机构、1-3.固定板、1-4.滑动块、1-5.夹持固定机构、1-6.锁紧机构、1-7.斜向面、1-8.滑轨、1-9.滑块连接件、1-10.标准件滑块、1-11.锁紧螺钉、1-12.滑槽、1-13.锁紧滑块、1-14.小夹片、1-15.紧固螺钉、1-16.小夹片定位销、1-17.大夹片、1-18.大夹片定位销、1-19.第一滑动块、1-20.第二滑动块、1-21.第三滑动块、1-22.第四滑动块、2.加载装置、2-1.水平载荷加载机构、2-2.垂直载荷加载机构、2-3.弯矩加载机构、2-4.承载机构、2-5.支撑座、2-6.承载轴、2-7.第一固定轴、2-8.第一滑轮、2-9.第一固定座、2-10.第二固定轴、2-11.第二滑轮、2-12.第二固定座、2-13.弯矩施加板、2-14.第三固定轴、2-15.第三滑轮、2-16.第三固定座、2-17.第一滚花部、2-18.第二滚花部、3.簧片、3-1.第一簧片、3-2.第二簧片、4.固定框架、4-1.支撑脚座。
具体实施方式
50.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
51.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
52.如图1、图2所示一种交叉簧片型柔性铰链载荷加载装置，用于对交叉簧片型柔性铰链进行施加水平载荷、垂直载荷、弯矩中的任意一种或任意组合，所述交叉簧片型柔性铰链为两组相互交叉的簧片3组成，簧片3的长度、宽度、厚度和材料均可改变，交错的系数和交叉角度也可改变。
53.所述交叉系数为簧片交叉点距离受力端长度与簧片实际弯曲长度的比值。所述实际弯曲长度为簧片在进行载荷弯曲实验时，簧片受力后有效接收载荷的长度。
54.所述交叉系数为簧片与交叉点所在竖直中线的角度。
55.包括夹持装置1、加载装置2、固定框架4，
56.所述固定框架4由横梁、竖梁组成的方形框架结构，它们之间的固定连接依靠角码和角槽完成，其中竖梁设有四根且四根竖梁的下端设有攻丝螺纹孔，竖梁的下端设有支撑脚座4-1，支撑脚座4-1的外螺纹与竖梁上的攻丝螺纹孔连接，调整螺纹的接触距离可使框架保持平稳。
57.所述夹持装置1、加载装置2均设置于所述固定框架4上。
58.所述夹持装置1用于对簧片3进行夹持，包括两组相对平行设置的固定机构，所述固定机构包括第一固定机构1-1、第二固定机构1-2，第一固定机构1-1与第二固定机构1-2结构相同，所述第一固定机构1-1设置于第二固定机构1-2的上方，第一固定机构1-1用于对两组簧片3的上部进行夹持，所述第二固定机构1-2用于对两组簧片3的下部进行夹持，第一固定机构1-1与所述固定框架4连接，第二固定机构1-2通过簧片3与第一固定机构1-1连接并悬浮于第一固定机构1-1下方。
59.所述加载装置2包括水平载荷加载机构2-1、垂直载荷加载机构2-2、弯矩加载机构2-3，
60.所述水平载荷加载机构2-1设置于固定框架4上且与所述第二固定机构1-2连接，用于对第二固定机构1-2施加水平方向的载荷；
61.所述垂直载荷加载机构2-2设置于固定框架4上且与所述第二固定机构1-2连接，用于对第二固定机构1-2施加垂直方向的载荷；
62.所述弯矩加载机构2-3设置于固定框架4上且与所述第二固定机构1-2连接，用于对第二固定机构1-2施加弯矩载荷。
63.作为本发明的优选技术方案，如图3、图4所示，,所述交叉簧片型柔性铰链由两根相互交错的簧片3组成。
64.所述固定机构设有两组分别用于对簧片3的上端、下端进行夹持，第一固定机构1-1设置于第二固定机构1-2的上方，第一固定机构1-1的结构与第二固定机构1-2的结构相同，均包括固定板1-3、设置于固定板1-3上的两组滑动块1-4、将簧片3固定于所述滑动块1-4上的夹持固定机构1-5、以及将滑动块1-4锁紧于固定板1-3上的锁紧机构1-6，
65.所述滑动块1-4与固定板1-3滑动连接，滑动块1-4上设有用于调整簧片3倾斜角度的斜向面1-7，滑动块1-4上的斜向面1-7上设有夹持固定机构1-5，夹持固定机构1-5用于将簧片3的端部夹持固定于滑动块1-4上的斜向面1-7上，
66.位于固定板1-3上的两组滑动块1-4对称的设置于固定板1-3的左部及右部，使位于滑动块1-4上的斜向面1-7对称设置，对簧片3的端部进行固定时，将簧片3的板面与所述滑动块1-4上的斜向面1-7相贴合，使簧片3的倾斜角度与滑动块1-4上的斜向面1-7倾斜角度相同，然后使用夹持固定机构1-5将簧片3固定于滑动块1-4上。两组滑动块1-4分别对两组簧片3进行夹持固定，使两组簧片3呈交叉状态。
67.如图4所示第一固定机构1-1的固定板1-3左部的滑动块1-4与第二固定机构1-2的固定板1-3右部的滑动块1-4共同夹持一簧片；
68.第一固定机构1-1的固定板1-3右部的滑动块1-4与第二固定机构1-2的固定板1-3左部的滑动块1-4共同夹持一簧片，使两组簧片呈交叉状态。
69.第一固定机构1-1上的两组滑动块1-4及夹持固定机构1-5配合逐一对两组簧片3的上端进行夹持固定，第二固定机构1-2上的两组滑动块1-4及夹持固定机构1-5配合逐一对两组簧片3的下端进行夹持固定。通过改变滑动块1-4的斜向面1-7的倾斜角度改变簧片3的倾斜角度，使对两组簧片3的交叉角度进行控制，对两组簧片3的交叉角度进行限定。
70.所述锁紧机构1-6设置于固定板1-3上，用于将滑动块1-4固定于固定板1-3上，使滑动块1-4不能相对于固定板1-3滑动。
71.当通过第一固定机构1-1、第二固定机构1-2对簧片3进行夹持固定后，所述第一固
定机构1-1的固定板1-3与所述固定框架4的横梁连接，第二固定机构1-2通过两组簧片3与第一固定机构1-1连接并悬浮于第一固定机构1-1的下方。
72.当需对两组簧片3的交叉系数进行控制时，通过朝同一方向滑动第一固定机构1-1、第二固定机构1-2上夹持同一簧片3的滑动块1-4，对两组簧片3的交叉系数进行控制。
73.上述实施例中簧片3的倾斜角度由滑动块1-4上的斜向面1-7的倾斜角度决定。两组交叉的簧片3分别为第一簧片3-1、第二簧片3-2，第一固定机构1-1上的两组滑动块1-4分别为第一滑动块1-19、第二滑动块1-20，第二固定机构1-2上的两组滑动块1-4分别为第三滑动块1-21、第四滑动块1-22，所述第一滑动块1-19与第四滑动块1-22用于对第一簧片3-1进行夹持，第二滑动块1-20与第三滑动块1-21用于对第二簧片3-2进行夹持，使两组簧片3交叉设置。如图5所示，第一簧片3-1与第二簧片3-2的交叉系数λ为0.2，可同时朝向同一方向滑动第一滑动块1-21与第四滑动块1-24，或同时朝向同一方向滑动第二滑动块1-22与第三滑动块1-23，对两个交叉簧片的交叉系数进行调整。
74.由于第一滑动块1-19与第四滑动块1-22上的倾斜面的倾斜角度相同，第二滑动块1-20与第三滑动块1-21上的倾斜面的倾斜角度相同。通过改变第一滑动块1-19与第四滑动块1-22上的倾斜面的倾斜角度，改变第一簧片3-1的交叉角度α，或改变第二滑动块1-20与第三滑动块1-21上的倾斜面的倾斜角度，改变第二簧片3-2的交叉角度α。如图9所示，第一簧片3-1、第二簧片3-2的交叉角度α均为30
°
，如图10所示，提升第一滑动块1-19与第四滑动块1-22上的倾斜面的倾斜角度，使第一簧片3-1的交叉角度α为45
°
。
75.作为本发明的优选技术方案，所述固定机构还包括滑轨1-8、滑块连接件1-9、标准件滑块1-10，
76.所述滑轨1-8设置于固定板1-3上，所述滑动块1-4通过标准件滑块1-10设置于滑轨1-8上，所述标准件滑块1-10设置于滑动块1-4的下底部，标准件滑块1-10与滑轨1-8连接且可在滑轨1-8上滑动，滑动块1-4与标准件滑块1-10之间设有滑块连接件1-9，通过滑块连接件1-9将滑动块1-4与标准件滑块1-10进行连接。通过上述结构设计，使滑动块1-4可相对于固定板1-3进行滑动，调整簧片3的交叉系数进行调整。此外滑动块1-4与滑轨1-8上可拆卸设置，当需调整簧片3的交叉角度时，可更换具有不同倾斜角度斜向面1-7的滑动块1-4，以调整簧片3的交叉角度。
77.作为本发明的优选技术方案，如图5所示，所述锁紧机构1-6包括锁紧螺钉1-11、锁紧滑块1-13，
78.所述固定板1-3上设有滑槽1-12，位于滑槽1-12的内侧壁上设有挡止部，所述滑槽1-12与所述挡止部形成倒置的t形结构，所述锁紧滑块1-13位于所述滑槽1-12内且可在滑槽1-12内滑动，所述挡止部位于锁紧滑块的上方，当锁紧滑块1-13受到向上拉力时，所述挡止部对锁紧滑块1-13的向上运动进行挡止，使其能够一直处于所述滑槽内，所述锁紧滑块1-13上设有螺纹孔，所述滑动块1-4上设有沉头孔，锁紧螺钉1-11穿过滑动块1-4上的沉头孔螺接于所述锁紧滑块1-13上的螺纹孔内，将滑动块1-4固定于固定板1-3上。所述滑动块1-4可在滑轨1-8上任意滑动，当调整滑动块1-4至合适位置后，使用锁紧螺钉1-11穿过滑动块1-4上的沉头孔螺接于位于滑槽1-12内的锁紧滑块1-13上，将滑动块1-4进行锁紧。
79.作为本发明的优选技术方案，如图6所示，所述夹持固定机构1-5包括小夹片1-14、紧固螺钉1-15，所述滑动块1-4的斜向面1-7上设有与紧固螺钉1-15配合的螺纹孔，所述小
夹片1-14为板状结构且小夹片1-14上以及簧片3的端部上均开设有用于紧固螺钉1-15穿过的通孔，当需将簧片3的端部固定于滑动块1-4的斜向面1-7上时，使用紧固螺钉1-15穿过小夹片1-14以及簧片3上的通孔螺接于所述滑动块1-4上的螺纹孔内，将簧片3的端部进行固定。为保证对簧片3接收载荷的有效长度，所述小夹片1-14的上端与滑动块1-4的斜向面1-7的上缘位置处平齐。保证簧片3有效接收载荷长度。
80.簧片3在第一固定机构1-1、第二固定机构1-2上的滑动块1-4与小夹片1-14夹持部分的长度为无效长度，簧片3的有效接收载荷的长度为簧片3整体长度减去无效长度。
81.优选地，所述小夹片1-14的宽度大于簧片3的宽度，能够确保小夹片1-14能够全面覆盖于簧片3上，保证对簧片3有效接收载荷长度的准确性。
82.作为上述实施例的优选技术方案，所述夹持固定机构1-5还包括小夹片定位销1-16，所述滑动块1-4的斜向面1-7上设有与小夹片定位销1-16配合的定位孔，所述小夹片1-14上以及簧片3的端部上均开设有用于小夹片定位销1-16穿过的通孔，当需将簧片3的端部固定于滑动块1-4的斜向面1-7上时，首先将小夹片定位销1-16穿过小夹片1-14、簧片3上的通孔，插入至滑动块1-4的斜面上的定位孔内，对簧片3及小夹片1-14进行初定位，然后使用紧固螺钉1-15穿过小夹片1-14以及簧片3上的通孔螺接于所述滑动块1-4上的螺纹孔内，将簧片3的端部进行固定。
83.由于滑动块1-4的斜向面1-7的上端在加工时或使用一段时间后容易产生倒角，为进一步保证两个相互交叉的簧片3的有效接收载荷长度相同，作为本发明的优选技术方案，所述夹持固定机构1-5还包括大夹片1-17、大夹片定位销1-18，所述滑动块1-4的斜面上还设有与大夹块定位销配合的定位孔，所述大夹片1-17为板状结构且大夹片1-17上设有用于大夹片定位销1-18穿过的通孔，所述大夹片1-17设置于滑动块1-4的斜面上且大夹片1-17的下端面与滑动块1-4的斜向面1-7相贴合。对大夹片1-17进行定位时，使用大夹片定位销1-18穿过大夹片1-17上的通孔插入于滑动块1-4斜面上的定位孔内，此时大夹片1-17的上端与滑动块1-4的斜向面1-7的上缘位置处平齐。优选地，所述大夹片1-17的上端面与小夹片的上端面位于同一平面内。
84.所述簧片3的端部位于大夹片1-17上方，所述小夹片1-14位于簧片3的上方。所述大夹片1-17上还设有用于紧固螺钉1-15以及小夹片定位销1-16穿过的通孔，当对大夹片1-17、小夹片1-14对簧片3进行固定时，首先通过大夹片1-17固定销将大夹片1-17定位于滑动块1-4的斜向面1-7上，使大夹片1-17与滑动块1-4的斜向面1-7相贴合，然后将簧片3的下端面抵靠于大夹片1-17的上端面上，最后将小夹片1-14的下端面抵靠于簧片3的上端面上，使用小夹片定位销1-16依次穿过小夹片1-14、簧片3以及大夹片1-17上的通孔，最后插入至滑动块1-4的斜面上的定位孔内，最后使用紧固螺钉1-15依次穿过小夹片1-14、簧片3上、大夹片1-17上的通孔，螺接于所述滑动块1-4上的螺纹孔内，将簧片3的端部进行固定。小夹片1-14、大夹片1-17共同对簧片3进行夹紧，第一固定机构1-1、第二固定机构1-2上的大夹片1-17与小夹片1-14夹持部分的长度为无效长度，簧片3的有效接收载荷的长度为簧片3整体长度减去无效长度。通过大夹片1-17与小下片的配合，对簧片3进行夹紧，保证簧片3的有效长度精确。
85.此外通过大夹片1-17的设置，在对簧片3施加载荷时，避免簧片3直接与滑动块1-4的斜向面1-7产生摩擦，提升滑动块1-4的使用寿命。
86.作为本发明的优选技术方案，如图7所示，所述加载装置2还包括承载机构2-4，所述承载机构2-4设置于夹持装置1的第二固定机构1-2上，包括支撑座2-5、承载轴2-6；
87.所述支撑座2-5固设于所述第二固定机构1-2上，且设置于所述第二固定机构1-2的固定板1-3的下端面上，所述承载轴2-6固设于所述支撑座2-5上，所述承载轴2-6与所述第二固定机构1-2的固定板1-3相对平行设置。优选地，所述支撑座2-5设置于第二固定机构1-2的固定板1-3的下端面上。
88.所述加载装置2的水平载荷加载机构2-1与所述承载轴2-6连接，对所述承载轴2-6施加水平方向的载荷。
89.所述加载装置2的垂直载荷加载机构2-2与所述承载轴2-6连接，对所述承载轴2-6施加垂直方向的载荷。
90.所述加载装置2的弯矩加载机构2-3与所述承载轴2-6连接，对所述承载轴2-6施加弯矩载荷。
91.作为本发明的优选技术方案，如图2所示，所述水平载荷加载机构2-1设置于固定框架4上且位于所述夹持装置1的前侧或后侧，包括第一固定轴2-7、第一滑轮2-8、第一固定座2-9、连接绳、砝码。
92.所述第一固定座2-9设置于固定框架4上，第一固定座2-9用于对第一固定轴2-7进行固定，第一固定轴2-7与所述加载装置2的承载轴2-6相对平行设置，所述第一固定轴2-7上设有第一滑轮2-8，所述第一滑轮2-8通过轴承结构套设于第一固定轴2-7上且可相对于第一固定轴2-7旋转。
93.当需对夹持装置1施加水平载荷时，采用连接绳与砝码配合，使用连接绳的一端绕过所述第一滑轮2-8与承载机构2-4的承载轴2-6连接，连接绳的另一端连接砝码，使砝码的重量通过第一滑轮2-8传递给承载轴2-6，对承载轴2-6施加水平方向的拉力，从而对夹持装置1的第二固定机构1-2施加水平载荷。为实现水平载荷施加的精准度，所述第一滑轮2-8的上缘应与承载轴2-6的上缘所在高度相同，使位于第一滑轮2-8与承载轴2-6之间的连接绳为与水平面相平行的水平状态。
94.作为本实施例的优选技术方案，所述水平载荷加载机构2-1设有两组且均设置于固定框架4上，两组水平载荷加载机构2-1分别位于夹持装置1的前侧及后侧。可任意使用两组水平载荷加载机构2-1中的一组对夹持装置施加载荷，有助于测量非对称型的柔性铰链旋转角度。
95.作为本实施例的优选技术方案，如图8所示，所述承载轴2-6上设有第一滚花部2-17，所述第一滚花部2-17与第一滑轮2-8横向对应，第一滚花部2-17位于第一滑轮2-8的正前侧或正后侧，连接绳的一端绕过所述第一滑轮2-8并缠绕于承载轴2-6上的第一滚花部2-17上，通过第一滚花部2-17的设置，能够增大绳子与承载轴2-6之间的摩擦，保证实验有效进行。
96.作为本实施例的优选技术方案，所述第一滑轮2-8设有两组且分别固定在第一固定轴2-7的两端，并由轴承挡圈固定。所述第一固定轴2-7为三阶梯轴，其中第二阶梯轴与两个第一滑轮2-8的中心孔配合，第三阶梯轴与第一固定座2-9的中部开孔配合，在第一固定座2-9和第一滑轮2-8间设置一轴套使其套设于第一固定轴2-7上，使第一固定座2-9与第一滑轮2-8保持一定间距。
97.作为本发明的优选技术方案，所述弯矩加载机构2-3设置于固定框架4上且位于所述夹持装置1的前侧或后侧，包括第二固定轴2-10、第二滑轮2-11、第二固定座2-12、弯矩施加板2-13、连接绳、砝码。
98.所述第二固定座2-12设置于固定框架4上，第二固定座2-12用于对第二固定轴2-10进行固定，第二固定轴2-10与所述加载装置2的承载轴2-6相对平行设置，所述第二固定轴2-10设有第二滑轮2-11，所述第二滑轮2-11通过轴承结构套设于第二固定轴2-10上且可相对于第二固定轴2-10旋转，所述弯矩施加板2-13设置于承载机构2-4的承载轴2-6上，且所述弯矩施加板2-13所在平面与承载轴2-6的轴向相对垂直设置。
99.当需对夹持装置1施加弯矩载荷时，采用连接绳与砝码配合，使用连接绳的一端绕过所述第二滑轮2-11与所述弯矩施加板2-13连接，连接绳的另一端连接砝码，使砝码的重量通过第二滑轮2-11传递给弯矩施加板2-13，对承载轴2-6施加弯矩，从而对夹持装置1的第二固定机构1-2施加弯矩载荷。
100.为实现弯矩载荷施加的精准度，所述承载轴2-6与弯矩施加板2-13的连接位置位于弯矩施加板2-13的中心点，所述弯矩施加板2-13的上缘以及下缘均为弧形结构，使弯矩施加板2-13的上端及下缘上的各点距离弯矩施加板2-13的中心点的距离相同。
101.弯矩施加板2-13中心的两侧各设有一凸起，在对弯矩施加板2-13施加载荷前，将连接绳的一端绕过第二滑轮2-11与弯矩施加板2-13的上缘或下缘，其端部与位于弯矩施加板2-13中心点两侧的任意一个凸起连接，连接绳的另一端连接有砝码。优选地，为避免绕过弯矩施加板2-13上缘或下缘的绳子与弯矩施加板2-13脱离，所述弯矩施加板2-13上缘及下缘位置处的正板面以及背板面上各设有一挡止板。优选地，弯矩施加板2-13由亚克力材料加工完成，质量轻但有足够强度。
102.作为本实施例的优选技术方案，所述弯矩加载机构2-3设有两组且均设置于固定框架4上，两组弯矩加载机构2-3分别位于夹持装置1的前侧及后侧。两组弯矩加载机构2-3可同时对承载机构2-4施加弯矩载荷，例如设置于第一弯矩加载机构2-3上的连接绳绕过第二滑轮2-11与弯矩施加板2-13的上缘，其端部与位于弯矩施加板2-13中心点两侧的任意一个凸起连接，设置于第二弯矩加载机构2-3上的连接绳绕过第二滑轮2-11与弯矩施加板2-13的下缘，其端部与位于弯矩施加板2-13中心点两侧的任意一个凸起连接。
103.作为本发明的优选技术方案，所述垂直载荷加载机构2-2设置于固定框架4的上部且位于夹持装置1的上方，包括第三固定轴2-14、第三滑轮2-15、第三固定座2-16、连接绳、砝码。
104.所述第三固定座2-16设置于固定框架4上，第三固定座2-16用于对第三固定轴2-14进行固定，第三固定轴2-14与所述加载装置2的承载轴2-6相对平行设置，所述第三固定轴2-14上设有第三滑轮2-15，所述第三滑轮2-15通过轴承结构套设于第三固定轴2-14上且可相对于第三固定轴2-14旋转。
105.当需对夹持装置1施加垂直载荷时，采用连接绳与砝码配合，使用连接绳的一端绕过所述第三滑轮2-15与承载机构2-4的承载轴2-6连接，连接绳的另一端连接砝码，使砝码的重量通过第三滑轮2-15传递给承载轴2-6，对承载轴2-6施加竖直方向的载荷，从而对夹持装置1的第二固定机构1-2施加垂直载荷。为实现垂直载荷施加的精准度，控制第三固定座2-16的设置位置，使位于第三滑轮2-15与承载轴2-6之间的连接绳为与水平面相垂直的
竖直状态。
106.作为本实施例的优选技术方案，如图8所示，所述承载轴2-6上设有第二滚花部2-18，所述第二滚花部2-18与第三滑轮2-15竖向对应，第二滚花部2-18位于第三滑轮2-15的正下方，连接绳的一端绕过所述第三滑轮2-15并缠绕于承载轴2-6上的第二滚花部2-18上，通过第二滚花部2-18的设置，能够增大绳子与承载轴2-6之间的摩擦，保证实验有效进行。
107.作为本实施例的优选技术方案，所述第三滑轮2-15设有两组。所述第三固定轴2-14为三阶梯轴，其中第三阶梯轴与两个第三滑轮2-15的中心孔配合，第三阶梯轴与第三固定座2-16的中部开孔配合，在第三固定座2-16和第三滑轮2-15间设置一轴套使其套设于第三固定轴2-14上，使第三固定座2-16与第三滑轮2-15保持一定间距。
108.所述加载装置2的水平载荷加载机构2-1、垂直载荷加载机构2-2、弯矩加载机构2-3能够同时对设置于夹持装置1上的簧片3施加不同方向的载荷，通过测量装置对簧片3的转角进行测量。且在施加不同方向的载荷过程中，簧片3产生较大变形时，夹持装置1能够适应性产生旋转角度。
109.本发明还公开一种柔性铰链转角测量系统，包括上述交叉簧片型柔性铰链载荷加载装置，用于对受到载荷的交叉簧片的转角进行测量。由于本技术提供的柔性铰链转角测量系统包括本发明上述技术方案的交叉簧片型柔性铰链载荷加载装置，因此，本技术提供的柔性铰链转角测量系统具有本发明上述技术方案所提供的交叉簧片型柔性铰链载荷加载装置的全部有益效果。
110.以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。

技术特征：
1.一种交叉簧片型柔性铰链载荷加载装置，其特征在于，包括夹持装置(1)、加载装置(2)、固定框架(4)，所述夹持装置(1)、加载装置(2)均设置于所述固定框架(4)上；所述夹持装置(1)用于对簧片(3)进行夹持，包括两组结构相同的固定机构，第一固定机构(1-1)设置于第二固定机构(1-2)的上方，第一固定机构(1-1)用于对簧片(3)的上部进行夹持，第二固定机构(1-2)用于对簧片(3)的下部进行夹持，第一固定机构(1-1)与所述固定框架(4)连接，第二固定机构(1-2)通过簧片(3)与第一固定机构(1-1)连接并悬浮于第一固定机构(1-1)下方；所述加载装置(2)包括水平载荷加载机构(2-1)、垂直载荷加载机构(2-2)、弯矩加载机构(2-3)，所述水平载荷加载机构(2-1)设置于固定框架(4)上且与所述第二固定机构(1-2)连接，用于对第二固定机构(1-2)施加水平方向的载荷；所述垂直载荷加载机构(2-2)设置于固定框架(4)上且与所述第二固定机构(1-2)连接，用于对第二固定机构(1-2)施加垂直方向的载荷；所述弯矩加载机构(2-3)设置于固定框架(4)上且与所述第二固定机构(1-2)连接，用于对第二固定机构(1-2)施加弯矩载荷。2.根据权利要求1所述的一种交叉簧片型柔性铰链载荷加载装置，其特征在于，所述固定机构包括固定板(1-3)、滑动块(1-4)、夹持固定机构(1-5)、锁紧机构(1-6)，所述滑动块(1-4)设有两组且与固定板(1-3)滑动连接，滑动块(1-4)上设有调整簧片(3)倾斜角度的斜向面(1-7)，滑动块(1-4)上的斜向面(1-7)上设有夹持固定机构(1-5)，夹持固定机构(1-5)用于将簧片(3)的端部夹持固定于滑动块(1-4)上的斜向面(1-7)上；位于固定板(1-3)上的两组滑动块(1-4)对称的设置于固定板(1-3)的左部及右部，所述锁紧机构(1-6)设置于固定板(1-3)上，用于将滑动块(1-4)固定于固定板(1-3)上。3.根据权利要求2所述的一种交叉簧片型柔性铰链载荷加载装置，其特征在于，所述固定机构还包括滑轨(1-8)、标准件滑块(1-10)，所述滑轨(1-8)设置于固定板(1-3)上，所述标准件滑块(1-10)设置于滑动块(1-4)的下底部，标准件滑块(1-10)与滑轨(1-8)连接且可在滑轨(1-8)上滑动。4.根据权利要求2所述的一种交叉簧片型柔性铰链载荷加载装置，其特征在于，所述锁紧机构(1-6)包括锁紧螺钉(1-11)、锁紧滑块(1-13)，所述固定板(1-3)上设有滑槽(1-12)，位于滑槽(1-12)内侧壁上设有挡止部，所述锁紧滑块(1-13)位于所述滑槽(1-12)内且可在滑槽(1-12)内滑动，所述挡止部位于锁紧滑块的上方，当锁紧滑块(1-13)受到向上拉力时，所述挡止部对锁紧滑块(1-13)的向上运动进行挡止，使其能够一直处于所述滑槽(1-12)内，所述锁紧滑块(1-13)上设有螺纹孔，所述滑动块(1-4)上设有沉头孔，锁紧螺钉(1-11)穿过滑动块(1-4)上的沉头孔螺接于所述锁紧滑块(1-13)上的螺纹孔内，将滑动块(1-4)固定于固定板(1-3)上。5.根据权利要求2所述的一种交叉簧片型柔性铰链载荷加载装置，其特征在于，所述夹持固定机构(1-5)包括小夹片(1-14)、紧固螺钉(15)、小夹片定位销(1-16)、大夹片(1-17)、大夹片定位销(1-18)，所述滑动块(1-4)的斜面上设有与大夹片定位销(1-18)配合的定位孔，所述大夹片(1-17)上设有用于大夹片定位销(1-18)穿过的通孔，所述大夹片(1-17)设置于滑动块(1-4)的斜面上，大夹片定位销(1-18)穿过大夹片(1-17)上的通孔插入于滑动块(1-4)斜面上的定
位孔内；所述簧片(3)的端部位于大夹片(1-17)上方，所述小夹片(1-14)位于簧片(3)的上方，所述簧片(3)、小夹片(1-14)以及大夹片(1-17)上均设有用于紧固螺钉(15)以及小夹片定位销(1-16)穿过的通孔，所述滑动块(1-4)的斜向面(1-7)上设有与紧固螺钉(15)配合的螺纹孔、以及与小夹片定位销(1-16)配合的定位孔，小夹片定位销(1-16)依次穿过小夹片(1-14)、簧片(3)以及大夹片(1-17)上的通孔，插入至滑动块(1-4)的斜面上的定位孔内，紧固螺钉(15)依次穿过小夹片(1-14)、簧片(3)以及大夹片(1-17)上的通孔，螺接于所述滑动块(1-4)上的螺纹孔内。6.根据权利要求1所述的一种交叉簧片型柔性铰链载荷加载装置，其特征在于，所述加载装置(2)还包括承载机构(2-4)，所述承载机构(2-4)设置于夹持装置(1)的第二固定机构(1-2)上，包括支撑座(2-5)、承载轴(2-6)；所述支撑座(2-5)固设于所述第二固定机构(1-2)上，所述承载轴(2-6)固设于所述支撑座(2-5)上，所述加载装置(2)的水平载荷加载机构(2-1)与所述承载轴(2-6)连接，对所述承载轴(2-6)施加水平方向的载荷；所述加载装置(2)的垂直载荷加载机构(2-2)与所述承载轴(2-6)连接，对所述承载轴(2-6)施加垂直方向的载荷；所述加载装置(2)的弯矩加载机构(2-3)与所述承载轴(2-6)连接，对所述承载轴(2-6)施加弯矩载荷。7.根据权利要求6所述的一种交叉簧片型柔性铰链载荷加载装置，其特征在于，所述水平载荷加载机构(2-1)设置于固定框架(4)上且位于所述夹持装置(1)的前侧或后侧，包括第一固定轴(2-7)、第一滑轮(2-8)、第一固定座(2-9)、连接绳、砝码；所述第一固定座(2-9)设置于固定框架(4)上，第一固定轴(2-7)固设于第一固定座(2-9)上，所述第一滑轮(2-8)通过轴承结构套设于第一固定轴(2-7)上且可相对于第一固定轴(2-7)旋转，所述承载轴(2-6)上设有第一滚花部(2-17)，且第一滚花部(2-17)与第一滑轮(2-8)横向对应，所述连接绳的一端绕过所述第一滑轮(2-8)并缠绕于承载轴(2-6)上的第一滚花部(2-17)上，连接绳的另一端连接砝码，使砝码的重量通过第一滑轮(2-8)传递给承载轴(2-6)，对承载轴(2-6)施加水平方向的载荷。8.根据权利要求6所述的一种交叉簧片型柔性铰链载荷加载装置，其特征在于，所述弯矩加载机构(2-3)设置于固定框架(4)上且位于所述夹持装置(1)的前侧或后侧，包括第二固定轴(2-10)、第二滑轮(2-11)、第二固定座(2-12)、弯矩施加板(2-13)、连接绳、砝码；所述第二固定座(2-12)设置于固定框架(4)上，第二固定轴(2-10)设置于第二固定座(2-12)上，所述第二滑轮(2-11)通过轴承结构套设于第二固定轴(2-10)上且可相对于第二固定轴(2-10)旋转，所述弯矩施加板(2-13)设置于承载机构(2-4)的承载轴(2-6)上，且所述弯矩施加板(2-13)所在平面与承载轴(2-6)的轴向相对垂直设置，所述弯矩施加板(2-13)的上缘以及下缘均为弧形结构，且弯矩施加板(2-13)的上端及下缘上的各点距离弯矩施加板(2-13)的
中心点的距离相同，弯矩施加板(2-13)中心位置处设有凸起，位于弯矩施加板(2-13)上缘及下缘位置处的正板面以及背板面上各设有一挡止板，避免绕过弯矩施加板(2-13)上缘或下缘的绳子与弯矩施加板(2-13)脱离；连接绳的一端绕过第二滑轮(2-11)与弯矩施加板(2-13)的上缘或下缘，其端部与位于弯矩施加板(2-13)中心点位置处的凸起连接，连接绳的另一端连接有砝码，砝码的重量通过第二滑轮(2-11)传递给弯矩施加板(2-13)，对承载轴(2-6)施加弯矩。9.根据权利要求6所述的一种交叉簧片型柔性铰链载荷加载装置，其特征在于，所述垂直载荷加载机构(2-2)设置于固定框架(4)的上部且位于夹持装置(1)的上方，包括第三固定轴(2-14)、第三滑轮(2-15)、第三固定座(2-16)、连接绳、砝码；所述第三固定座(2-16)设置于固定框架(4)上，第三固定轴(2-14)设置于第三固定座(2-16)上，所述第三滑轮(2-15)通过轴承结构套设于第三固定轴(2-14)上且可相对于第三固定轴(2-14)旋转；所述承载轴(2-6)上设有第二滚花部(2-18)，所述第二滚花部(2-18)与第三滑轮(2-15)竖向对应，连接绳的一端绕过所述第三滑轮(2-15)并缠绕于承载轴(2-6)上的第二滚花部(2-18)上，连接绳的另一端连接砝码，砝码的重量通过第三滑轮(2-15)传递给承载轴(2-6)，对承载轴(2-6)施加竖直方向的载荷。10.一种交叉簧片型柔性铰链转角测量系统，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的交叉簧片型柔性铰链载荷加载装置。

技术总结
本发明涉及柔性铰链旋转角度测量技术领域，公开一种交叉簧片型柔性铰链载荷加载装置及转角测量系统，包括夹持装置、加载装置、固定框架，所述夹持装置用于对交叉型柔性铰链进行夹持固定，并能够调整交叉簧片的交叉系数及交叉角度，夹持装置及加载装置均设置于固定框架上，加载装置与夹持装置连接并能够对夹持装置施加水平载荷、垂直载荷、弯矩载荷中的任意一种或任意组合。本发明提供的交叉簧片型柔性铰链载荷加载装置及转角测量系统结构简单、操作方便、测量角度范围较大，节约制造成本，通过设置单个或多个砝码的重量，测得单一载荷或复合载荷下柔性铰链的旋转角度变化，通用性较强。通用性较强。通用性较强。


技术研发人员：梁松 左皓琛 闫明
受保护的技术使用者：沈阳工业大学
技术研发日：2023.05.04
技术公布日：2023/8/16