近年来随着我国航天事业的不断发展,航天器件不但要求精度高、性能稳定,同时在微型化发展方向上也提出了更高的要求,这就增加了其关键零部件高精度测试的难度。航天设备中经常使用的关键零件之一——微小型圆柱螺旋扭转弹簧,由于受其尺寸小,刚性差,易变形,难定位,难于测量等因素影响,很难达到高精度性能测量指标的要求。因此,设计与研制开发合理的微小型圆柱螺旋扭转弹簧的刚度测试仪,减少测试误差,确保测试精度和可靠性,是本论文研究的目的。 针对圆柱螺旋扭转弹簧的变形及受力特点,本论文首先从螺旋扭转弹簧材料的弹性变形理论特点进行了分析研究,重点以梁的纯弯曲问题为典型实例进行了剖析,从而奠定了正确测量圆柱螺旋扭转弹簧扭转刚度的理论基础。 针对微小型圆柱螺旋扭转弹簧刚度高精度测试的特点,传统的测试方法已无法满足测量要求,为此,本论文创新设计了全新的测试方法,围绕着该方案的可行性,进行了论证,借助先进的有限元分析软件MSC/PATRAN与MSC/NASTRAN进行了仿真分析,仿真分析结果十分满意,证明新方法的可行,为今后各章的设计奠定了基础。 随后各章论述了新型刚度测试仪器的研制过程,对于传统弹簧的安装夹紧方式在刚度测试中引起的测量误差进行了分析,对于微小型扭转弹簧的刚度测试而言,这是不能允许的超大误差,为此,在系统地设计完成了整体测试装置的基础上,重点研制了新颖的弹簧的定位夹紧结构,对于该定位夹紧结构方案也利用有限元分析软件进行了仿真分析,结果表明比较理想。 本论文完成了刚度测试的整体装置设计与弹簧夹具与工装等研制,采用计算机自动化控制、数据采集和数据处理,实现了测试的自动化;实现角度定位和弹簧扭转自动化加载和测量,最后对测试系统进行了调试和现场大量使用,对其精度进行了校准标定,综和表明:该测试系统的精度、重复性和各项性能指标参数都满足了设计要求,达到了预期效果。