[0038] 下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
[0039] 本发明基于复杂结构刚度的自动化测量平台，包括被测关节件工装平台1、加载机构2、数据采集与控制部分3，如图1所示。
[0040] 所述被测关节件工装平台1包括固定钢架结构101、底部工装平台102、加载梁103、定滑轮A104a、定滑轮B104b、定滑轮C104c、定滑轮支架105、转接法兰盘106与钢丝绳107，如图2所示。其中，底部工装平台102设置于水平面上。被测关节件4底端为固支端与底部工装平台102通过周向上的法兰结构固定；被测关节件4顶端为加载端，通过转接法兰盘106与加载梁103中部相连，加载梁103沿y轴设置。加载梁103为矩形截面，其两端相距1m的位置处的周向四个壁面上，以及两端端面中心设置有力传感器安装位置，用来安装力传感器5。
[0041] 固定钢架结构101套于被测关节件4外部顶部具有沿y轴设置的顶梁，顶梁位于加载梁103正上方，与加载梁103位于同一竖直平面内；顶梁左部与右部安装有转动轴平行于x轴的定滑轮A104a；固定钢架结构101两侧安装有两个沿X轴方向布置的定滑轮支架105，定滑轮支架105中部安装有定滑轮B104b；底部工装平台102两侧还安装有定滑轮C104c；且定滑轮A104a、定滑轮B104b与定滑轮C104c位于同一竖直平面内，且转动轴均平行于y轴。
[0042] 所述钢丝绳107为两条，两条钢丝绳107的一端为固定端，根据不同工况选择性的分别通过卡扣与加载梁103两端相对的一组力传感器5相连；两条钢丝绳107的另一端为牵拉端，分别连接至固定钢架结构101左侧和右侧设置的加载机构2。通过两侧的加载机构2分别对两根钢丝绳107施加拉力，实现对被测关节件4的加载。同时根据不同工况钢丝绳107还选择性的绕过定滑轮A104a、定滑轮B104b与定滑轮C104c中的两个后连接加载机构2，或者将钢丝绳107的牵拉端直接连接加载梁103。
[0043] 测试过程中，被测关节件4所需施加的拉压、弯曲、扭转、剪切等载荷即可通过在加载梁103两端施加相应方向和大小的拉力来实现，该拉力大小可通过力传感器5测得。对被测关节件4所需施加的拉压、弯曲、扭转、剪切载荷时，力传感器的安装位置以及钢丝绳的连接方式如下：
[0044] A、对被测关节件4施加拉压载荷。
[0045] 1)、对被测关节件4施加垂直于水平面的Z轴方向向上的拉力时：
[0046] 如图2所示，在加载梁103两端上壁面安装力传感器5后，将力传感器5分别与两根钢丝绳107的固定端相连，两根钢丝绳107的牵拉端分别绕过顶梁左部与右部的定滑轮A104a，以及两个定滑轮支架105上的定滑轮B104b后，连接至加载机构2；同时两个加载机构2对钢丝绳107施加同相等大小拉力；通过两侧的加载机构2分别对两根钢丝绳107的牵拉端施加等大小水平方向拉力，通过两侧的定滑轮A104a转换为对加载梁103两端施加等大小竖直向上拉力。
[0047] 2)、对被测关节件4施加Z轴方向向下的拉力时：
[0048] 如图3所示，在加载梁103两端下壁面安装力传感器5后，将力传感器5分别与两根钢丝绳107的固定端相连，两根钢丝绳107的牵拉端分别绕过底部工装平台102左侧与右侧的定滑轮C104c，以及两个定滑轮支架105上的定滑轮B104b后，连接至加载机构2；同时两个加载机构2对钢丝绳107施加同相等大小拉力；通过两侧的加载机构2分别对两根钢丝绳107的牵拉端施加等大小拉力，通过两侧的定滑轮C104c转换为对加载梁103两端施加等大小竖直向下的拉力。
[0049] B、对被测关节件4施加弯曲载荷；
[0050] (1)、对被测关节件4施加X轴方向的弯曲载荷时：
[0051] 如图4所示，在加载梁103左端上壁面以及右端下壁面安装力传感器5后，将力传感器5分别与两根钢丝绳107的固定端相连；其中，左侧钢丝绳107的牵拉端分别绕过顶梁左部定滑轮A，以及左侧定滑轮支架105上的定滑轮B104b后，连接左侧加载机构2。右侧钢丝绳107的牵拉端绕过底部工装平台102右侧的定滑轮C104c，以及右侧定滑轮支架105上的定滑轮B104b后，连接至右侧加载机构2；同时两个加载机构2对两根钢丝绳107施加同相等大小拉力；通过左侧的加载机构2对左侧钢丝绳107的牵拉端施加拉力，通过左侧的定滑轮A104a转换为对加载梁103左端施加竖直向上的拉力；通过右侧的加载机构2对右侧钢丝绳107的牵拉端施加拉力，通过右侧的定滑轮C104c转换为对加载梁103右端施加竖直向下的拉力；
[0052] (2)对被测关节件4施加Y轴方向的弯曲载荷时：
[0053] 在(1)的基础上，拆去被测关节件4，并将被测关节件4绕z轴旋转90度后重新安装，再按照(1)中方式对被测关节件4施加Y轴方向弯曲载荷。
[0054] C、对被测关节件4施加Z轴方向的扭转载荷；
[0055] 如图5所示，将加载梁103调整至沿X轴方向设置，并在加载梁左端左侧面与右端右侧面上安装力传感器5，将力传感器5分别与左侧与右侧钢丝绳107的固定端相连；钢丝绳107不绕过任何定滑轮，牵引端直接连接至左侧与右侧的加载机构；由两侧的加载机构2通过钢丝绳107对加载梁103两端施加等大小水平方向拉力。
[0056] D、对被测关节件4施加剪切载荷；
[0057] Ⅰ、对被测关节件4施加Z方向剪切载荷时：
[0058] 如图6所示，在加载梁103一端上壁面上安装力传感器5后，将力传感器5分别与同侧钢丝绳107的固定端相连，钢丝绳107的牵拉端绕过顶梁同侧的定滑轮A104a，以及同侧定滑轮支架105上的定滑轮B104b后，连接至同侧加载机构2；通过加载机构2对钢丝绳107的牵拉端施加水平方向拉力，通过定滑轮C104c转换为对加载梁103一端施加竖直方向拉力。
[0059] Ⅱ、对被测关节件4施加X或Y方向剪切载荷时：
[0060] 如图7所示，将加载梁103调整至沿相应的X轴或Y轴方向设置，并在加载梁一端端面上安装力传感器5，将力传感器5与同侧钢丝绳107的固定端相连；钢丝绳107不绕过任何定滑轮，牵引端直接连接至同侧的加载机构；通过加载机构2对钢丝绳107的牵拉端施加水平方向拉力。
[0061] 上述被测关节件4设计有由上至下共四个测量端面，分别为：转接法兰盘端面、被测关节件加载端端面、被测关节件中部截面、被测关节件固支端。各个端面的位移通过安装于筒状位移传感器支架108上的位移传感器进行测量。位移传感器支架108安装于底部工装平台102上，且套于被测关节件4外部，如图2所示。由于被测关节件4在弯扭载荷作用下的角位移非常微小，因此通过在各个测量端面外缘周向上均设4个测点，两个测点A沿空间x轴布置，另两个测点B沿空间Y轴布置。两个测点A与两个测点B处可根据具体需要来安装两个L型测片6或I型测片7，如图3所示；由此可将测点处微小的角位移转化为微小的线位移h，利用高精度位移传感器测得，同时可以测得测点距离关节件中心的距离l，由下式得计算得到：
[0062]
[0063] 当被测角位移非常小时，由于弧度角度简化测量引入的最大相对误差不超过0.05‰，完全在试验误差允许范围内。各个高精度位移传感器安装在位移传感器支架108上的相应位置，一方面可方便在不同载荷条件下与相应的测量点相连，另一方面也为数据采集提供了稳定的监测平台。
[0064] 如图8所示，上述L型测片6一条侧边为安装边，水平固定于测量端面上，且相对的L型测片6的安装边同轴；L型测片6的另一条侧边端部左右两侧对称位置布置有测点；I型测片7水平设置，一端固定于测量端面上，且相对的I型测片7轴线同轴；I型测片7外端左右两侧对称位置布置有测点，且在上下两侧同时布置测点。在不同的载荷条件下对应的测量点也是不同的，分别为：在绕Z轴正反向扭转的载荷条件下，为测量端面扭转角位移，选用两个I型测片7固定粘贴于两个测点A处，将高精度位移传感器分别与I型测片7左右两侧的测点相连。在绕X轴正反向弯曲的载荷条件下，为测量端面弯曲角位移，选用两个I型测片7固定粘贴于两个测点A处，将高精度位移传感器分别与I型测片7上下侧面两测点相连；为测量弯曲中性面角位移，选用两个L型测片6固定粘贴于两个测点B处，将高精度位移传感器分别与L型测片6左右两侧的测点相连。在测量绕Y轴正反向弯曲角位移时，需将被测关节件4整体绕Z轴旋转90°后重新安装，再按上述方式布置测量即可；同理，在测量Z向拉压与X、Y方向剪切位移时，只需将高精度位移传感器与相应方向的测点相连即可。
[0065] 上述固定钢架结构101两侧的加载机构2，结构相同，包括加载支架201、丝杆202、丝杆工装203、主动齿轮204、从动齿轮205与步进电机206，如图9所示。其中，加载支架201为竖直框架结构，其上套装有丝杆工装203。丝杆202沿Y轴设置，通过轴承安装于丝杆工装203上。主动齿轮204固定于转轴上，转轴一端通过轴承安装于加载支架201上，另一端安装步进电机206，由步进电机206驱动转动。从动齿轮205固定安装于丝杆202上，且与主动齿轮204啮合；由此通过步进电机206驱动主动齿轮204转动，带动从动齿轮205转动，最终实现丝杆202的转动。上述丝杆工装203在加载支架201上可沿Z轴上下移动，进而实现丝杆202高度的调节。
[0066] 位于固定钢架结构2两侧的加载机构2中，丝杆202的一端分别与两根钢丝绳107牵拉端通过卡扣相连，且丝杆202、钢丝绳107与加载梁103轴线位于同一竖直平面内；由此通过步进电机206的正反转动来调节丝杆202在水平面内的进退，进而调节钢丝绳107上的拉力大小，实现对被测关节件4的加载，加载范围大，且调节方便。
[0067] 数据采集与控制部分3包括多通道数据采集仪、信号采集仪与控制计算机。其中，多通道数据采集仪、信号采集仪与控制计算机通过数据线相连。各个高精度位移传感器与多通道数据采集仪间以数据线相连，由多通道数据采集仪采集各个高精度位移传感器的测量数据，并发送至控制计算机；两个力传感器通过数据线与信号采集仪间以数据线相连，由信号采集仪采集各个力传感器的测量数据，并发送至控制计算机。由此测试过程中，控制计算机通过力传感器实时监测所施加在被测关节件的拉力大小并反馈给控制计算机中的PID反馈控制器，由PID反馈控制器通过反馈控制算法，确定对步进电机的控制信号，来调节被测关节件所受拉压载荷到达指定值，实现加载机构的自动化加载，提高了加载精度。当拉压载荷调节到位后要保持3～5秒，待被测关节件结构变形稳定后通过多通道数据采集仪采集各位移传感器数据。为避免偶然误差提高刚度测试结果的准确性需对同一工况进行重复测量，一般不少于三次，最后结果为多次测量的平均值。三次测量后，更改实验工况重复上述过程直至试验结束。
[0068] 随后即可对试验数据进行处理，结合线性拟合方法得到被测关节件4刚度参数。
