一种碳纤维机臂的应力应变测试装置的制作方法

本实用新型涉及测试装置技术领域，尤其涉及一种碳纤维机臂的应力应变测试装置。

背景技术：

目前，为了降低重量，无人机的机臂多采用碳纤维管，碳纤维管具有优异的力学性能，同时密度较低，因此碳纤维管被广泛用于例如无人机上，特别是用来制作机臂。

现有技术中，机臂多为悬臂梁形式，根据悬臂梁的受力特点，机臂的尺寸对飞行性能影响较大，例如，若机臂管径较小，其强度不足，若机臂管径较大，则其重量较大，减轻了飞机的有效载荷，因此，寻找到合适的碳纤维机臂尺寸对飞机设计具有重要意义。

然而，现有技术中，由于碳纤维属于复合材料，其受力强度难以进行理论计算，并且，目前还没有合适的测试装置来对碳纤维机臂进行受力测试，以对飞机设计提供参考支撑。

技术实现要素：

本申请实施例提供了一种碳纤维机臂的应力应变测试装置，该测试装置包括测试单元、杠杆单元和连接单元，其中，该测试单元设于待测试的机臂单元，机臂单元第一端固定，在机臂单元第二端，该连接单元连接杠杆单元的第二端和机臂单元的第二端，然后，第一测试力施加于杠杆单元的第一端，这样，在杠杆单元的第二端，杠杆单元通过连接单元对机臂单元施加反向的第二测试力，即通过杠杆单元放大了施加于机臂单元力的范围，进而，设于机臂单元的测试单元能够测出在第二测试力作用下机臂单元的形变，即得到该机臂单元的应力应变关系，从而解决了上述问题，对飞机设计提供了参考支撑。

本申请实施例提供一种碳纤维机臂的应力应变测试装置，所述测试装置装设于机臂单元，所述机臂单元具有第一端和第二端，所述机臂单元的第一端固定于基座单元，其中，所述测试装置包括：

测试单元，所述测试单元设于所述机臂单元；

杠杆单元，所述杠杆单元具有第一端和第二端；

连接单元，所述连接单元连接所述杠杆单元的第二端和所述机臂单元的第二端；

其中，第一测试力施加于所述杠杆单元的第一端，以使所述杠杆单元的第二端通过所述连接单元对所述机臂单元的第二端施加第二测试力，所述第二测试力与所述第一测试力的方向相反。

本公开实施例中，所述第二测试力大于所述第一测试力，且，所述第二测试力的方向为由所述机臂单元的第二端指向所述杠杆单元的第二端。

本公开实施例中，所述测试装置还包括加载单元，所述加载单元装设于所述杠杆单元的第一端，所述加载单元对所述杠杆单元的第一端施加所述第一测试力。

本公开实施例中，所述加载单元包括加载装置和第一管套，所述第一管套装设于所述杠杆单元的第一端，所述第一管套和所述加载装置通过第一万向球铰连接。

本公开实施例中，所述测试单元为电阻应变片，所述电阻应变片粘贴于所述机臂单元。

本公开实施例中，所述电阻应变片设于所述机臂单元的第一端，且，所述电阻应变片相对所述机臂单元的轴线对称。

本公开实施例中，所述连接单元包括第二管套和第三管套，所述第二管套装设于所述机臂单元的第二端，所述第三管套装设于所述杠杆单元的第二端，其中，所述第二管套和所述第三管套通过第二万向球铰连接。

本公开实施例中，所述杠杆单元包括平衡杆和支撑所述平衡杆的铰接座，其中，所述第三管套装设于所述平衡杆。

本公开实施例中，所述第三管套设有调节装置，以使所述第三管套装设于所述平衡杆的不同位置。

本公开实施例中，所述机臂单元为碳纤维管机臂。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请实施例中，该测试装置包括测试单元、杠杆单元和连接单元，其中，该测试单元设于待测试的机臂单元，该机臂单元的第一端固定设置，机臂单元的第二端通过连接单元与杠杆单元的第二端连接，这样，在杠杆单元的第一端，第一测试力施加于杠杆单元，能够理解，此时，该杠杆单元的第二端通过连接单元对机臂单元的第二端施加反向的第二测试力；

也就是说，该第二测试力是由第一测试力通过杠杆单元变换得到的，并且，该第二测试力可远大于或远小于该第一测试力，这样，本申请实施例通过杠杆单元放大了施加于机臂单元力的范围，然后，通过设于机臂单元的测试单元能够测出在该第二测试力作用下机臂单元的形变，即得到该机臂单元的应力和应变关系，从而可以得到机臂单元在设定尺寸下的性能，以对飞机设计提供数据支撑。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例中所述测试装置的结构示意图。

其中，f1为第一测试力，f2为第二测试力

附图标记：

10-测试单元

20-杠杆单元，21-平衡杆，22-铰接座

30-连接单元，31-第二管套，32-第三管套，33-第二万向球铰，34-调节装置，

40-加载单元，41-第一管套，42-加载装置，43-第一万向球铰，

50-机臂单元，

60-基座单元。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将参考附图详细地描述本申请的示例实施例，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是本申请的全部实施例，应理解，本申请不受这里描述的示例性实施例的限制。

概述

一方面，随着无人机技术的发展，人们对无人机的载重要求越来越高，例如，在物流行业，大的载重可以提高运输效率，对于大载重无人机，其尺寸需要增大，尤其是机臂尺寸增大可以提高载重量；现有技术中，由于碳纤维具有优异的力学性能，同时碳纤维密度较低，因此，碳纤维管被广泛应用在无人机上，尤其是用来制作机臂。

另一方面，现有的机臂多为悬臂梁形式，根据悬臂梁的受力特点，机臂根部的尺寸对飞行性能影响较大，例如，若机臂管径较小，其强度不足，容易发生安全事故，若机臂管径较大，则其自身重量较大，不利于提高飞机的有效载荷，并且也会增大折叠件、电机座等的重量，因此，寻找到合适的碳纤维机臂的尺寸对飞机设计具有重要意义。

然而，现有技术中，由于碳纤维属于复合材料，其受力强度难以根据理论力学或材料力学进行理论计算，虽然可以采用有限元分析软件进行校核，但是仿真结果没有其它结果可以对照，可靠性难以把握，也就是说，目前还没有合适的测试装置来对碳纤维机臂进行受力测试，以对飞机设计提供参考支撑。

基于上述，本申请实施例提出了一种碳纤维机臂的应力应变测试装置，该测试装置在机臂单元端部连接杠杆单元的一端，这样，在杠杆单元另一端施加作用力，通过杠杆单元变换后作用于机臂单元端部，放大了施加于机臂单元力的范围，并且，通过设于机臂单元的测试单元能够测出该机臂单元的形变，从而得到该机臂单元的应力和应变关系，以对飞机设计提供数据支撑。

本申请实施例提供一种碳纤维机臂的应力应变测试装置，该测试装置装设于机臂单元50，机臂单元50具有第一端和第二端，机臂单元50的第一端固定于基座单元60，该测试装置包括测试单元10、杠杆单元20和连接单元30，其中，该测试单元10设于所述机臂单元50；该杠杆单元20具有第一端和第二端；该连接单元30连接杠杆单元20的第二端和机臂单元50的第二端；然后，第一测试力f1施加于杠杆单元20的第一端，以使杠杆单元20的第二端通过连接单元30对机臂单元50的第二端施加第二测试力f2，该第二测试力f2与第一测试力f1的方向相反。

具体的，结合图1所示，该机臂单元例如为碳纤维管机臂，机臂单元的第一端为机臂根部，固定在基座单元上，测试单元设于机臂单元上，在机臂单元的第二端，连接单元连接杠杆单元的第二端和机臂单元的第二端，然后，第一测试力施加于杠杆单元的第一端，此时，能够理解，杠杆单元的第二端能够通过连接单元对机臂单元的第二端施加反向的第二测试力，然后，在该第二测试力作用下，该测试单元能够测量得到机臂单元的形变；这样，即可得到在不同测试力作用下机臂单元的形变量，即机臂单元的应力应变关系，进一步的，可将该应力应变关系与机臂单元的有限元仿真软件结果进行对比，为设计人员提供参考设计，提高效率和数据支撑。

能够理解，根据力臂的不同比例设置，杠杆单元具有放大或缩小力的效果，本申请实施例中，该第二测试力可大于第一测试力或小于第一测试力，也即，通过杠杆单元放大了施加于机臂单元力的范围，这样可得到该机臂单元在较大范围的升力作用下的应力应变关系，能够较全面反映机臂单元的受力性能。

此外，能够理解，上述第一测试力应大致垂直于杠杆单元第一端施加，这样，该第二测试力能够大致垂直于机臂单元施加，从而能够较好的模拟机臂单元受到的升力作用。

本申请实施例中，该测试装置包括测试单元、杠杆单元和连接单元，其中，该测试单元设于待测试的机臂单元，该机臂单元的第一端固定设置，机臂单元的第二端通过连接单元与杠杆单元的第二端连接，这样，在杠杆单元的第一端，第一测试力施加于杠杆单元，能够理解，此时，该杠杆单元的第二端通过连接单元对机臂单元的第二端施加反向的第二测试力；也就是说，该第二测试力是由第一测试力通过杠杆单元变换得到的，并且，该第二测试力可远大于或远小于该第一测试力，这样，本申请实施例通过杠杆单元放大了施加于机臂单元力的范围，然后，通过设于机臂单元的测试单元能够测出在该第二测试力作用下机臂单元的形变，即得到该机臂单元的应力和应变关系，从而可以得到机臂单元在设定尺寸下的性能，以对飞机设计提供数据支撑。

一种可能实施方式中，该第二测试力f2大于第一测试力f1，且，该第二测试力f2的方向为由机臂单元50的第二端指向杠杆单元20的第二端。

具体的，参看图1，本实施例中，该第二测试力大于第一测试力，即杠杆单元对第一测试力具有放大作用，这样通过施加较小的力即可模拟较大的升力作用于机臂单元，起到省力的效果；此外，该第二测试力的方向为由机臂单元的第二端指向杠杆单元的第二端，此时，即需要例如在杠杆单元第一端下方设置一种向上施加力的装置，方便放置。

一种可能实施方式中，该测试装置还包括加载单元40，加载单元40装设于杠杆单元20的第一端，该加载单元40对杠杆单元20的第一端施加第一测试力；该加载单元40包括加载装置42和第一管套41，第一管套41装设于杠杆单元20的第一端，该第一管套41和加载装置42通过第一万向球铰43连接。

具体的，参看图1，例如可在杠杆单元第一端下方设置加载装置，然后，加载装置通过第一万向球铰与第一管套连接，第一管套固定套于杠杆单元的第一端，这样，该加载装置提供向上的第一测试力并作用于杠杆单元。

能够理解，该加载装置例如可通过液压杆或其它推动装置等向上运动从而对杠杆单元的第一端施加第一测试力。

此外，能够理解，在上述第一测试力作用于杠杆单元的过程中，该杠杆单元会有一个小角度的倾斜，此时，该第一万向球铰能够提供一种非刚性的连接作用，防止加载装置和第一管套之间出现断裂。

一种可能实施方式中，该测试单元10为电阻应变片，该电阻应变片粘贴于机臂单元50。

本实施例中，该测试单元为电阻应变片，该电阻应变片粘贴在机臂单元预定表面，然后，通过电阻应变片的电阻变化情况反映该预定表面的形变量；本实施例中，该电阻应变片可方便的粘贴于机臂单元的任意需要测试的表面，操作方便。

一种可能实施方式中，该电阻应变片设于机臂单元的第一端，且，该电阻应变片相对机臂单元50的轴线对称。

参考图1，由于机臂单元的根部，即第一端承受主要的升力作用，可将该电阻应变片设于机臂单元的第一端，并且，该电阻应变片相对机臂单元的轴线对称，这样，通过对称设置的电阻应变片可提高测试精度。

一种可能实施方式中，该连接单元30包括第二管套31和第三管套32，该第二管套31装设于机臂单元50的第二端，该第三管套32装设于杠杆单元20的第二端，其中，第二管套31和第三管套32通过第二万向球铰33连接；该杠杆单元20包括平衡杆21和支撑平衡杆21的铰接座22，其中，该第三管套32装设于平衡杆21。

即，在机臂单元的第二端设置第二管套，在平衡杆的第二端设置第三管套，然后第二管套和第三管套通过第二万向球铰连接，该第二万向球铰的作用类似于上述第一万向球铰，不再赘述。

能够理解，该杠杆单元的平衡杆设于铰接座上，通过设置铰接座的位置，可使第二测试力大于第一测试力，并且，通过铰接座分别距离平衡杆两端的距离可得到第一测试力和第二测试力的比例关系。

一种可能实施方式中，该第三管套32设有调节装置34，以使第三管套32装设于平衡杆21的不同位置。

参看图1，该调节装置例如为拧紧调节装置，通过该调节装置，可将第三管套设于平衡杆的不同位置，即，通过调节装置，进而调整力臂大小，可调整第二测试力的大小，操作方便。

一种可能实施方式中，该机臂单元50为碳纤维管机臂。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

本申请中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

还需要指出的是，在本申请的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。

提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合均应包含在本实用新型保护的范围之内。