軍用頭盔重心與轉動慣量測試裝置的製作方法
2023-05-29 04:50:36 1
專利名稱：軍用頭盔重心與轉動慣量測試裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種軍用頭盔重心與轉動慣量測試裝置，使用該裝置可迅速測定各種型號軍用頭盔的重心位置和轉動慣量。
背景技術：
軍用頭盔的穩定性是影響頭盔佩戴性能的重要因素。對頭盔穩定性的評價可分主觀評價和客觀評價兩種方法。前者主要指根據頭盔佩戴人員的主觀感受對頭盔的穩定性進行定性的評價；後者則是運用專用的儀器裝置對表徵穩定性的客觀參數進行測量，給出定量的評價。目前，頭盔穩定性的評價多為主觀定性評價，以組織規模試戴、進行問卷調查的方式為主，信息獲取周期長，影響因素多，且主要為定性信息，信息模糊，不利於理論分析。在軍用頭盔穩定性客觀評價的研究方面，澳大利亞墨爾本大學的Asko Vilenius在其博士學位論文中建立了一套SPH-4軍用頭盔動力學性能的評價裝置，該裝置包括與計算機相連的多路傳感器，直接加載到參試人員佩戴的SPH-4頭盔上，獲取加速度、位移、振動頻率、滯變性能等參數。該裝置較為繁雜，且數據受頭盔佩戴者生理因素的影響較大。另外，美國軍方研究機構對軍用頭盔的舒適性、穩定性的研究較多，但到目前為止，未見有相關測試裝置的公開文獻報導。國內也尚無同類公開研究文獻及專利報導。因此，需要提出一種軍用頭盔重心與轉動慣量測試裝置。
發明內容
本發明的目的在於提供一種軍用頭盔重心與轉動慣量測試裝置，使用該裝置可迅速測定各種型號軍用頭盔的重心位置和轉動慣量。
本發明的目的是由下述技術方案實現的一種軍用頭盔重心與轉動慣量測試裝置，該裝置上部設有一個扭擺臺架，該扭擺臺架上固定有一個定盔盒，該裝置下部設有一個底座，該底座頂部設有蝶形板，所述的扭擺臺架與蝶形板之間裝有一個彎曲支點軸承，所述蝶形板和底板之間安裝有三個力傳感器，所述扭擺臺架和底板之間安裝有一個振動頻率傳感器，所述蝶形板下面設有一個凸輪升降鎖止機構，所述凸輪升降鎖止機構由凸輪頂杆機構和限位滑板構成，所述的力傳感器、振動頻率傳感器通過傳輸線與計算機電路數據連接。
本發明使用時，將軍盔倒置放入定盔盒內，重心的Z向坐標以頭盔頂部為參考位置。為測出頭盔的中心主轉動慣量和主方向，並進而確定繞任意軸的轉動慣量，必須測定六個方向的轉動慣量。該裝置扭擺轉動軸線方向是確定的，改變頭盔旋轉軸線方向，可測得不同方向上的轉動慣量。
本發明具有如下優點1、本發明通過重心位置和轉動慣量的測量提供了一種對軍用頭盔穩定性參數的客觀、定量的評價依據。
2、本發明通過凸輪升降鎖止機構實現測量任務的轉換，使重心位置測量和轉動慣量測量可在同一套測量裝置上實現，因實時知道重心位置，不必刻意將重心調整到旋轉軸線上，輔以計算可得轉動慣量。提高了轉動慣量測量的精度和速度，且操作方便。
3、本發明採用彎曲支點軸承實現低頻、小阻尼、大振幅的單自由度扭轉運動，避免了一般軸承結構複雜及存在摩擦、間隙、碰撞、潤滑等問題，提高了測量精度。
4、本發明實現了與計算機的數據傳遞，用戶可在軟體的指引下完成測量條件的設置、測量操作、數據處理、資料庫管理和數據顯示列印，使用簡便。
下面結合附圖及實施例對本發明作進一步說明圖1是本發明的結構示意2是本發明的V型墊塊使用示意3是本發明的扭擺臺架俯視圖(圖1的B-B剖視圖)圖4是本發明的彎曲支點軸承示意5是彎曲支點軸承的剖視圖(圖4的A-A剖視圖)圖6是本發明的蝶形板俯視圖(圖1的C-C剖視圖)圖7是本發明的凸輪頂杆機構示意8是本發明的測量電路框9是本發明的頻率傳感器電路10是本發明的傳感器電路和計算機串口通訊示意圖具體實施方式
參見附圖1、圖3及圖4，本發明的軍用頭盔重心與轉動慣量測試裝置上部設有一個扭擺臺架8，該扭擺臺架上固定有一個定盔盒1，該裝置下部設有一個底座13，該底座是呈一個矩形底座狀，設有底板24、前壁板、後壁板、左壁板23及右壁板14，該底座頂部設有蝶形板11，所述的扭擺臺架與蝶形板之間裝有一個彎曲支點軸承9，所述蝶形板和底板之間安裝有三個力傳感器25，所述扭擺臺架和底板之間安裝有一個振動頻率傳感器26，所述蝶形板下面設有一個凸輪升降鎖止機構20，所述凸輪升降鎖止機構由凸輪頂杆機構和限位滑板構成，所述的力傳感器、振動頻率傳感器通過傳輸線與計算機電路數據連接。
本實施例的定盔盒1用於固定軍用頭盔5。定盔盒採用多塊有機玻璃4製作，其內壁尺寸與待測軍用頭盔的長、寬、高的最大尺寸相等。軍盔倒置放入盒內，重心的Z向坐標(豎直向)以頭盔頂部為參考位置。定盔盒上有頭盔姿態鎖緊螺釘2及調整滑塊3，可用來調節軍用頭盔和定盔盒之間的相對位置。
為測出軍用頭盔的中心主轉動慣量和主方向，並進而確定繞任意軸的轉動慣量，必須測定六個方向的轉動慣量。本發明的扭擺轉動軸線方向是確定的，改變軍用頭盔旋轉軸線方向，可測得不同方向上的轉動慣量。
其中，X、Y、Z方向的轉動慣量可直接通過改變定盔盒的參考平面後測得，為了測量XY、YZ、ZX方向的轉動慣量，可在所述定盔盒和所述扭擺臺架之間設置一個V型墊塊27。參見圖2所示，所述V型墊塊兩個斜面的夾角為45°將定盔盒放置在V型墊塊上時，在定盔盒的自重作用下，其兩個相鄰側面貼合在V型墊塊的兩個斜面上，定盔盒的旋轉中心28通過V型墊塊的中心，由此可實現定盔盒在XY、YZ、ZX方向上的定位。
參見圖1及圖3，扭擺臺架8是承載定盔盒的工作檯，該臺架主體為一鋁製圓盤，圓盤背面為輻條和肋板結構，正面有兩條垂直相交的滑槽801，滑槽中有四個位置連續可調的滑塊7，滑塊上有螺釘6、10。使用時，先將四個滑塊用螺釘固定在扭擺臺架的圓盤上，將定盔盒放放置好，然後移動滑塊，使其與定盔盒接觸，最後擰緊滑塊上的螺釘，即可固定定盔盒。當使用V型墊塊的時候，扭擺臺架上的一對滑塊固定V型墊塊，另一對則固定定盔盒。滑槽邊緣貼有刻度尺，由此可讀出定盔盒的位置。扭擺臺架中間設置有一個水平氣泡802，可檢測扭擺臺架的水平狀況。扭擺臺架下表面與彎曲支點軸承9的動端固接，扭擺臺架的圓心處於彎曲支點軸承的轉動軸線上。在扭擺臺架上有一止動孔(圖中沒有示出)，該止動孔與彎曲支點軸承固定部分上的止動孔相通，可通過一個止動銷來達到阻止扭擺臺架旋轉的目的。
扭擺臺架的自由扭振通過彎曲支點軸承實現。參見圖4及圖5，所述彎曲支點軸承有兩對呈十字形交錯安裝的彈簧片903、904，兩對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與所述扭擺臺架安裝，與所述扭擺臺架固接的一端為動端，與所述蝶形板固接的一端為靜端，通過四個彈簧片的彎曲變形，實現動端相對於靜端的轉動。十字彈簧片的尺寸根據剛度、強度和穩定性的要求進行設計和校核。
參見圖1及圖7，本發明的凸輪頂杆機構由偏心輪19、凸輪底座21、頂杆圓盤22、傳動軸15、銷軸16、盤式套筒17、定位螺釘18組成，頂杆圓盤與蝶形板接觸，帶動蝶形板運動。參見圖1及圖6，所述蝶形板兩側個有一個限位滑板29，兩塊限位滑板各呈T形，固定在底座的底板上，為蝶形板的上下運動提供導向，其頂部設有擋板12，當蝶形板上升運動到該擋板時被鎖緊。進行測量時，手動操縱凸輪頂杆機構，使扭擺臺架下降，此時碟形板與安裝在底板上的三個力傳感器接觸，裝置進入測量重心工況。當需要轉換本發明測量任務即進行軍用頭盔轉動慣量的測量工作時，手動操縱凸輪頂杆機構使扭擺臺架上升，碟形板同時向上運動至壓緊擋板位置，使彎曲支點軸承的不動端和碟形板被鎖定在底座上，扭擺臺架可做自由扭轉運動。如果將一個止動銷插入扭擺臺架的止動孔中，本發明即可退出測量工作。
安裝於底座底板上的三個壓力傳感器和一個振動頻率傳感器與其他測試儀表及計算機構成本發明的數據測量和處理電路，參見圖8所示。測量重力時，壓力傳感器利用彎曲應變橋路將力信號轉化為電信號，該信號經放大整形電路進行線性放大和整形，通過模數(A/D)轉換和單片機處理後用數碼顯示器顯示測得的數值。測量頻率採用紅外傳感器，該傳感器由一個紅外發射二極體和一個紅外接收三極體組成。扭擺臺架上有一擋片，當工作檯做扭轉振動時，擋片在傳感器的發射和接收端之間來回運動，傳感器測量頻率為臺架振動頻率乘以擋片數。參見圖9所示，在發射二極體端加一個+12V的電壓偏置，串接一個462Ω限流電阻，使電流小於30mA，二極體壓降為1.2-2V。接收端三極體採用共集電極接法，輸出數據經放大整形、A/D轉換和單片機處理，得到扭擺臺架的振動周期，顯示於數碼顯示器上。上述數碼顯示器的控制面板上設置了多個控制按鍵，可對測量數值的零點、量程、報警下限、串行通訊的波特率和數據地址等選項進行設置。所述力傳感器和振動頻率傳感器與計算機之間通過串行數據線連接，參見圖10所示。放大整形電路、模數A/D轉換以及單片機處理和顯示儀表封裝成一個整體，三個力傳感器的後續電路和測量扭轉振動頻率的後續電路分別封裝成一個測力儀表和一個頻率儀表。上述儀表處理後的測量數據通過RS485通訊數據線傳送，經RS485-RS232轉換後輸入計算機，運行數據處理軟體，計算得出測試頭盔的重心位置和轉動慣量。
使用本發明進行軍用頭盔測量時，先調節扭擺臺架處於水平位置，接通測量電路，開啟測量儀表和計算機。然後，在計算機上運行「軍盔重心與轉動慣量測試軟體」，調出軟體主框架窗口，點擊「參數設置」菜單後便可對盔盒參數和軍盔重心參數進行初始設定，其中盔盒參數可預先存入盔盒資料庫。點擊「軍盔測量」菜單後便可選擇進入軍盔重心測量界面或轉動慣量測量界面，選擇和填寫有關測量選項，在軟體的嚮導下，完成測量和數據處理過程。測量所獲得的數據可存入軍盔資料庫，必要時可進行查詢。盔盒資料庫和軍盔資料庫通過點擊「資料庫檢索」菜單進入。另外，用戶可從「幫助」菜單中獲得操作說明的幫助。
權利要求
1.一種軍用頭盔重心與轉動慣量測試裝置，其特徵在於該裝置上部設有一個扭擺臺架(8)，該扭擺臺架上固定有一個定盔盒(1)，該裝置下部設有一個底座(13)，該底座頂部設有蝶形板(11)，所述的扭擺臺架與蝶形板之間裝有一個彎曲支點軸承(9)，所述蝶形板和底板之間安裝有三個力傳感器(25)，所述扭擺臺架和底板之間安裝有一個振動頻率傳感器(26)，所述蝶形板下面設有一個凸輪升降鎖止機構(20)，所述凸輪升降鎖止機構由凸輪頂杆機構和限位滑板構成，所述的力傳感器、振動頻率傳感器通過傳輸線與計算機電路數據連接。
2.根據權利要求1所述的軍用頭盔重心與轉動慣量測試裝置，其特徵在於所述定盔盒和所述扭擺臺架之間設有一個V型墊塊(27)。
全文摘要
本發明涉及一種軍用頭盔重心與轉動慣量測試裝置，該裝置上部設有一個扭擺臺架8，該扭擺臺架上固定有一個定盔盒1，該裝置下部設有一個底座13，該底座頂部設有蝶形板11，所述的扭擺臺架與蝶形板之間裝有一個彎曲支點軸承9，所述蝶形板和底板之間安裝有三個力傳感器25，所述扭擺臺架和底板之間安裝有一個振動頻率傳感器26，所述蝶形板下面設有一個凸輪升降鎖止機構20，所述凸輪升降鎖止機構由凸輪頂杆機構和限位滑板構成，所述的力傳感器、振動頻率傳感器通過傳輸線與計算機電路數據連接。本發明提供了一種對軍用頭盔穩定性參數的客觀、定量的評價依據。提高了轉動慣量測量的精度和速度，且操作方便。
文檔編號G01M1/12GK1523334SQ0310453
公開日2004年8月25日 申請日期2003年2月17日 優先權日2003年2月17日
發明者施楣梧, 戴詩亮, 黃獻聰, 田風, 梁曉冬, 陳曉, 周宏 , 張華 申請人:中國人民解放軍總後勤部軍需裝備研究所士兵系統研究中心, 中國人民解放軍總後勤部軍需裝備研究