一种杆式压紧机构预载荷施加方法

摘要

本发明涉及一种杆式压紧机构预载荷施加方法，属于机构技术领域。所述方法通过将现有常用杆式压紧机构的压紧杆与方螺母拧紧；将螺母拧紧确定其初始状态；在螺母端施加载荷P，同时在被压紧物上施加一反向载荷P’，使P’＝P，P＞P0，所述P0为最终期望在压紧杆内得到的预载荷，此时，压紧杆伸长量为δ2；采用手动方法将松弛螺母转动角度α拧紧；去除P及P’，压紧杆伸长量由δ2缩小为δ1，即可获得手动拧紧螺母转动角度相对应的P0。所述方法与现有的力矩控制法和角度控制法相比，不仅能提高预载荷施加的准确性，还能有效避免预载荷施加过程中对相关部件造成的损伤，同时，在施加过程中便于检验压紧杆的承载能力。

权利要求

1.一种杆式压紧机构预载荷施加方法，所述杆式压紧机构主要由压紧杆(1)、方螺母(2)、压紧座组件(3)、螺母(4)和球形垫(5)组成，方螺母(2)和压紧座组件(3)在压紧杆(1)一端，螺母(4)与球形垫(5)在压紧杆(1)另一端，方螺母(2)和螺母(4)分别与压紧杆(1)螺纹连接，压紧座组件(3)和球形垫(5)分别与被压紧物(6)接触；其特征在于：所述预载荷施加方法步骤如下：

1)将压紧杆(1)与方螺母(2)拧紧；

2)将螺母(4)拧紧确定其初始状态；

3)在压紧杆(1)的螺母(4)端施加一载荷P，同时在被压紧物(6)上施加一反向载荷P’，使P’＝P，P＞P0，所述P0为最终期望在压紧杆(1)内得到的预载荷，此时，压紧杆(1)伸长量为δ2；

4)由于压紧杆(1)被拉长，被压紧物(6)上对应位置被压缩，螺母(4)出现松弛，采用手动方法将螺母(4)转动角度α拧紧；

5)去除P及P’，压紧杆(1)伸长量由δ2缩小为δ1，即可获得与步骤4)中手动拧紧螺母(4)转动角度相对应的P0；

其中，α与P0之间的关系通过标定试验获取，标定试验中压紧杆内的预载荷采用测应变的方法间接获得；在预载荷施加过程中，压紧杆伸长量与张力之间存在正比关系，将比例系数设为K，则P0＝P-K(δ2-δ1)。

2.根据权利要求1所述的一种杆式压紧机构预载荷施加方法，其特征在于：步骤3)中载荷P及P’采用液压装置施加。

说明书

一种杆式压紧机构预载荷施加方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种杆式压紧机构预载荷施加方法，具体地说，涉及一种杆式压紧机构中压紧杆预载荷施加的方法，属于机构技术领域。

背景技术

[0002] 在航天领域，常采用杆式压紧机构实现航天器零部件在发射时的收拢压紧或固定，当完成发射后，通过其它装置，如：火工切割器、爆炸螺栓或记忆合金等，实现航天器零部件的解锁释放。其主要目的有两个，一方面是实现可展开部件，如太阳翼、展开天线等的收拢压紧，满足发射时运载工具对航天器最大包络尺寸的要求；另一方面主要是将部分活动部件固定在航天器主承力结构上以提高其载荷承受能力，适应发射时的力学环境。在其它地面装置或民用领域中，也常常采用杆式压紧技术实现两个或多个零部件之间的连接。

[0003] 现有航天器压紧释放机构采用的杆式压紧机构常用构型及组成参见图1(《航天器结构与机构》陈烈民编著，中国科学技术出版社，P360页，14.2.1节压紧装置)。所述杆式压紧机构主要由压紧杆、方螺母、压紧座组件、螺母和球形垫组成；其中，方螺母和压紧座组件在压紧杆一端，螺母与球形垫在压紧杆另一端，方螺母和螺母分别与压紧杆螺纹连接，压紧座组件和球形垫分别与被压紧物接触，通过压紧座组件与球形垫之间产生的约束力实现将被压紧物(如太阳电池板)在压紧座组件上的压紧。当需要释放被压紧物时，火工切割器动作，剪断压紧杆，即可解除被压紧物在压紧座组件上的压紧。

[0004] 所述杆式压紧机构在静止状态下压紧杆内保持的张力大小(简称预载荷)通常采用两种方法进行控制，一是控制螺母拧紧时的拧紧力矩，简称力矩控制法；二是控制螺母的拧紧角度，简称角度控制法。其中，所述力矩控制法采用专用的力矩扳手实现，仅控制最终拧紧力矩，无需控制初始状态；压紧杆内的预载荷与拧紧力矩之间的关系可以先通过标定试验获得，标定试验中，压紧杆内的预载荷通常采用测应变的方法间接获得。所述角度控制法通常需要先确定螺母的初始状态，再控制螺母的转动角度实现。由于不同操作者进行螺母徒手拧紧后，压紧杆内得到的预载荷大小基本相当，因此，工程上通常采用徒手拧紧法确定螺母的初始状态；之后，再将螺母拧紧即可；与所述力矩控制法类似，螺母的拧紧角度与最终在压紧杆内获得的预载荷关系可以通过标定试验获得，与力矩控制法相同，标定试验中压紧杆内的预载荷也可以采用测应变的方法间接获得。

[0005] 所述力矩控制法与角度控制法均存在不足之处，主要体现在以下2个方面：

[0006] (1)压紧杆内预载荷施加误差较大，且难以检测

[0007] 即使采用精度较高的标定方法、严格按照标定结果施加预载荷，力矩控制法或角度控制法也无法保证最终得到的预载荷大小；同时，大多数应用情况下接触式或非接触式测量手段不方便或无法实施；

[0008] (2)压紧机构内部分零部件在施加预载荷过程中容易受到损伤

[0009] 如图1所示，将螺母拧紧施加预载荷时，螺母与球形垫接触表面将产生较大摩擦，容易对球形垫表面造成损伤；如果直接转动压紧杆实施拧紧，压紧杆与方螺母之间的螺纹连接处将产生较大摩擦，容易造成损伤，同时，拧紧过程中，压紧杆将承受一定的轴向扭转载荷；在实际应用过程中，所述损伤均有不同程度体现。

[0010] 因此，力矩控制法或角度控制法只适用于压紧杆拉伸强度裕度较大、对压紧杆内预载荷施加精度要求不高的场合。

发明内容

[0011] 针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种杆式压紧机构预载荷施加方法，所述方法与现有的力矩控制法和角度控制法相比，不仅能提高预载荷施加的准确性，还能有效避免预载荷施加过程中对相关部件造成的损伤，同时，在施加过程中便于检验压紧杆的承载能力。

[0012] 本发明的目的是通过下述技术手段实现的。

[0013] 一种杆式压紧机构预载荷施加方法，杆式压紧机构(《航天器结构与机构》陈烈民编著，中国科学技术出版社，P360页，14.2.1节压紧装置)，主要由压紧杆、方螺母、压紧座组件、螺母和球形垫组成；其中，方螺母和压紧座组件在压紧杆一端，螺母与球形垫在压紧杆另一端，方螺母和螺母分别与压紧杆螺纹连接，压紧座组件和球形垫分别与被压紧物接触；其特征在于：

[0014] 所述预载荷施加方法步骤如下：

[0015] 1)将压紧杆与方螺母拧紧；

[0016] 2)将螺母拧紧确定其初始状态，此时压紧杆的伸长量近似为0；

[0017] 3)在压紧杆的螺母端施加一载荷P，同时在被压紧物上施加一反向载荷P’，使P’＝P，P＞P0，所述P0为最终期望在压紧杆内得到的预载荷，此时，压紧杆伸长量为δ2；

[0018] 4)由于压紧杆被拉长，被压紧物上对应位置被压缩，螺母出现松弛，采用手动方法将螺母转动角度α拧紧；

[0019] 5)去除P及P’，压紧杆伸长量由δ2缩小为δ1，即可获得与步骤4)中手动拧紧螺母转动角度相对应的P0。

[0020] 其中，α与P0之间的关系可以通过标定试验获取，标定试验中压紧杆内的预载荷可以采用测应变的方法间接获得；载荷P及P’可采用液压装置施加。

[0021] 有益效果

[0022] 1.本发明所述方法在预载荷施加过程中，P及P’可以精确控制，通常情况下，压紧杆伸长量与张力之间存在正比关系，将比例系数设为K，则P0＝P-K(δ2-δ1)，最终得到的P0较为准确，可保证所施加预载荷的准确性；

[0023] 2.本发明所述方法由于压紧过程中没有强行扭转压紧杆及螺母，因此不会对任何零部件造成损伤；

[0024] 3.本发明所述方法由于施加过程中压紧杆所受最大载荷为P＞P0，相当于在拧紧前对压紧杆进行了一次拉力试验，适当选取P值大小，可以替代压紧杆使用前应力筛选(缺陷检查)工作；

[0025] 4.本发明所述方法在杆式压紧释放机构上具有广泛的应用前景。

附图说明

[0026] 图1为现有航天器压紧释放机构采用的杆式压紧机构结构示意图。

[0027] 图2为本发明杆式压紧机构预载荷施加方法的示意图。

[0028] 图3为本发明所述方法压紧过程中压紧杆张力变化示意图。

[0029] 图4为实施例施加P及P’装置的主视图。

[0030] 图5为实施例施加P及P’装置的俯视图。

[0031] 其中，1-压紧杆，2-方螺母，3-压紧座组件，4-螺母，5-球形垫，6-被压紧物，7-活塞支座，8-拉杆，9-螺纹连接盘，10-油缸，11-被压紧物表面。

具体实施方式

[0032] 下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

[0033] 实施例

[0034] 一种杆式压紧机构预载荷施加方法，杆式压紧机构主要由压紧杆1、方螺母2、压紧座组件3、螺母4和球形垫5组成；其中，方螺母2和压紧座组件3在压紧杆1一端，螺母4与球形垫5在压紧杆1另一端，方螺母2和螺母4分别与压紧杆1螺纹连接，压紧座组件
3和球形垫5分别与被压紧物6接触，如图1所示(《航天器结构与机构》陈烈民编著，中国科学技术出版社，P360页，14.2.1节压紧装置)；

[0035] 所述预载荷施加方法步骤如下：

[0036] 1)将压紧杆1与方螺母2拧紧；

[0037] 2)采用徒手拧紧的方法确定螺母4初始状态，此时压紧杆1的伸长量近似为0；

[0038] 3)在压紧杆1螺母4端施加一的载荷P，如图2所示，同时在被压紧物6太阳电池板上施加一反向载荷P’，使P’＝P，P＞P0，所述P0为最终期望在压紧杆1内得到的预载荷，此时，压紧杆1伸长量达到δ2，如图3所示；

[0039] 其中，载荷P及P’的施加采用如图4，5所示装置。所述装置采用液压工作原理，使用时，活塞支座7与被压紧物表面11相连，控制液压油内部的压力，即可控制油缸10通过螺纹连接盘9及拉杆8对压紧杆1施加的P，活塞支座7对被压紧物表面11施加的P’也同时获得。由于液压油的压力可以通过压力表精确获取，因此张力P及P’也可以得到精确控制；

[0040] 4)采用手动旋转的方法将松弛的螺母4拧紧；

[0041] 5)去除P及P’，压紧杆1伸长量由δ2缩小为δ1，如图3所示，即可获得与步骤4)中手动拧紧螺母4转动角度α相对应的预载荷P0。

[0042] 本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明的精神和原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。