专利名称：军用头盔重心与转动惯量测试装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种军用头盔重心与转动惯量测试装置，使用该装置可迅速测定各种型号军用头盔的重心位置和转动惯量。
背景技术：
军用头盔的稳定性是影响头盔佩戴性能的重要因素。对头盔稳定性的评价可分主观评价和客观评价两种方法。前者主要指根据头盔佩戴人员的主观感受对头盔的稳定性进行定性的评价；后者则是运用专用的仪器装置对表征稳定性的客观参数进行测量，给出定量的评价。目前，头盔稳定性的评价多为主观定性评价，以组织规模试戴、进行问卷调查的方式为主，信息获取周期长，影响因素多，且主要为定性信息，信息模糊，不利于理论分析。在军用头盔稳定性客观评价的研究方面，澳大利亚墨尔本大学的Asko Vilenius在其博士学位论文中建立了一套SPH-4军用头盔动力学性能的评价装置，该装置包括与计算机相连的多路传感器，直接加载到参试人员佩戴的SPH-4头盔上，获取加速度、位移、振动频率、滞变性能等参数。该装置较为繁杂，且数据受头盔佩戴者生理因素的影响较大。另外，美国军方研究机构对军用头盔的舒适性、稳定性的研究较多，但到目前为止，未见有相关测试装置的公开文献报道。国内也尚无同类公开研究文献及专利报道。因此，需要提出一种军用头盔重心与转动惯量测试装置。

发明内容
本发明的目的在于提供一种军用头盔重心与转动惯量测试装置，使用该装置可迅速测定各种型号军用头盔的重心位置和转动惯量。
本发明的目的是由下述技术方案实现的一种军用头盔重心与转动惯量测试装置，该装置上部设有一个扭摆台架，该扭摆台架上固定有一个定盔盒，该装置下部设有一个底座，该底座顶部设有蝶形板，所述的扭摆台架与蝶形板之间装有一个弯曲支点轴承，所述蝶形板和底板之间安装有三个力传感器，所述扭摆台架和底板之间安装有一个振动频率传感器，所述蝶形板下面设有一个凸轮升降锁止机构，所述凸轮升降锁止机构由凸轮顶杆机构和限位滑板构成，所述的力传感器、振动频率传感器通过传输线与计算机电路数据连接。
本发明使用时，将军盔倒置放入定盔盒内，重心的Z向坐标以头盔顶部为参考位置。为测出头盔的中心主转动惯量和主方向，并进而确定绕任意轴的转动惯量，必须测定六个方向的转动惯量。该装置扭摆转动轴线方向是确定的，改变头盔旋转轴线方向，可测得不同方向上的转动惯量。
本发明具有如下优点1、本发明通过重心位置和转动惯量的测量提供了一种对军用头盔稳定性参数的客观、定量的评价依据。
2、本发明通过凸轮升降锁止机构实现测量任务的转换，使重心位置测量和转动惯量测量可在同一套测量装置上实现，因实时知道重心位置，不必刻意将重心调整到旋转轴线上，辅以计算可得转动惯量。提高了转动惯量测量的精度和速度，且操作方便。
3、本发明采用弯曲支点轴承实现低频、小阻尼、大振幅的单自由度扭转运动，避免了一般轴承结构复杂及存在摩擦、间隙、碰撞、润滑等问题，提高了测量精度。
4、本发明实现了与计算机的数据传递，用户可在软件的指引下完成测量条件的设置、测量操作、数据处理、数据库管理和数据显示打印，使用简便。


下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明图1是本发明的结构示意2是本发明的V型垫块使用示意3是本发明的扭摆台架俯视图(图1的B-B剖视图)图4是本发明的弯曲支点轴承示意5是弯曲支点轴承的剖视图(图4的A-A剖视图)图6是本发明的蝶形板俯视图(图1的C-C剖视图)图7是本发明的凸轮顶杆机构示意8是本发明的测量电路框9是本发明的频率传感器电路10是本发明的传感器电路和计算机串口通讯示意图具体实施方式
参见附图1、图3及图4，本发明的军用头盔重心与转动惯量测试装置上部设有一个扭摆台架8，该扭摆台架上固定有一个定盔盒1，该装置下部设有一个底座13，该底座是呈一个矩形底座状，设有底板24、前壁板、后壁板、左壁板23及右壁板14，该底座顶部设有蝶形板11，所述的扭摆台架与蝶形板之间装有一个弯曲支点轴承9，所述蝶形板和底板之间安装有三个力传感器25，所述扭摆台架和底板之间安装有一个振动频率传感器26，所述蝶形板下面设有一个凸轮升降锁止机构20，所述凸轮升降锁止机构由凸轮顶杆机构和限位滑板构成，所述的力传感器、振动频率传感器通过传输线与计算机电路数据连接。
本实施例的定盔盒1用于固定军用头盔5。定盔盒采用多块有机玻璃4制作，其内壁尺寸与待测军用头盔的长、宽、高的最大尺寸相等。军盔倒置放入盒内，重心的Z向坐标(竖直向)以头盔顶部为参考位置。定盔盒上有头盔姿态锁紧螺钉2及调整滑块3，可用来调节军用头盔和定盔盒之间的相对位置。
为测出军用头盔的中心主转动惯量和主方向，并进而确定绕任意轴的转动惯量，必须测定六个方向的转动惯量。本发明的扭摆转动轴线方向是确定的，改变军用头盔旋转轴线方向，可测得不同方向上的转动惯量。
其中，X、Y、Z方向的转动惯量可直接通过改变定盔盒的参考平面后测得，为了测量XY、YZ、ZX方向的转动惯量，可在所述定盔盒和所述扭摆台架之间设置一个V型垫块27。参见图2所示，所述V型垫块两个斜面的夹角为45°将定盔盒放置在V型垫块上时，在定盔盒的自重作用下，其两个相邻侧面贴合在V型垫块的两个斜面上，定盔盒的旋转中心28通过V型垫块的中心，由此可实现定盔盒在XY、YZ、ZX方向上的定位。
参见图1及图3，扭摆台架8是承载定盔盒的工作台，该台架主体为一铝制圆盘，圆盘背面为辐条和肋板结构，正面有两条垂直相交的滑槽801，滑槽中有四个位置连续可调的滑块7，滑块上有螺钉6、10。使用时，先将四个滑块用螺钉固定在扭摆台架的圆盘上，将定盔盒放放置好，然后移动滑块，使其与定盔盒接触，最后拧紧滑块上的螺钉，即可固定定盔盒。当使用V型垫块的时候，扭摆台架上的一对滑块固定V型垫块，另一对则固定定盔盒。滑槽边缘贴有刻度尺，由此可读出定盔盒的位置。扭摆台架中间设置有一个水平气泡802，可检测扭摆台架的水平状况。扭摆台架下表面与弯曲支点轴承9的动端固接，扭摆台架的圆心处于弯曲支点轴承的转动轴线上。在扭摆台架上有一止动孔(图中没有示出)，该止动孔与弯曲支点轴承固定部分上的止动孔相通，可通过一个止动销来达到阻止扭摆台架旋转的目的。
扭摆台架的自由扭振通过弯曲支点轴承实现。参见图4及图5，所述弯曲支点轴承有两对呈十字形交错安装的弹簧片903、904，两对十字弹簧片在空间相互垂直，其两端分别通过螺钉902固定在轴承体905上，轴承体通过法兰901与所述扭摆台架安装，与所述扭摆台架固接的一端为动端，与所述蝶形板固接的一端为静端，通过四个弹簧片的弯曲变形，实现动端相对于静端的转动。十字弹簧片的尺寸根据刚度、强度和稳定性的要求进行设计和校核。
参见图1及图7，本发明的凸轮顶杆机构由偏心轮19、凸轮底座21、顶杆圆盘22、传动轴15、销轴16、盘式套筒17、定位螺钉18组成，顶杆圆盘与蝶形板接触，带动蝶形板运动。参见图1及图6，所述蝶形板两侧个有一个限位滑板29，两块限位滑板各呈T形，固定在底座的底板上，为蝶形板的上下运动提供导向，其顶部设有挡板12，当蝶形板上升运动到该挡板时被锁紧。进行测量时，手动操纵凸轮顶杆机构，使扭摆台架下降，此时碟形板与安装在底板上的三个力传感器接触，装置进入测量重心工况。当需要转换本发明测量任务即进行军用头盔转动惯量的测量工作时，手动操纵凸轮顶杆机构使扭摆台架上升，碟形板同时向上运动至压紧挡板位置，使弯曲支点轴承的不动端和碟形板被锁定在底座上，扭摆台架可做自由扭转运动。如果将一个止动销插入扭摆台架的止动孔中，本发明即可退出测量工作。
安装于底座底板上的三个压力传感器和一个振动频率传感器与其他测试仪表及计算机构成本发明的数据测量和处理电路，参见图8所示。测量重力时，压力传感器利用弯曲应变桥路将力信号转化为电信号，该信号经放大整形电路进行线性放大和整形，通过模数(A/D)转换和单片机处理后用数码显示器显示测得的数值。测量频率采用红外传感器，该传感器由一个红外发射二极管和一个红外接收三极管组成。扭摆台架上有一挡片，当工作台做扭转振动时，挡片在传感器的发射和接收端之间来回运动，传感器测量频率为台架振动频率乘以挡片数。参见图9所示，在发射二极管端加一个+12V的电压偏置，串接一个462Ω限流电阻，使电流小于30mA，二极管压降为1.2-2V。接收端三极管采用共集电极接法，输出数据经放大整形、A/D转换和单片机处理，得到扭摆台架的振动周期，显示于数码显示器上。上述数码显示器的控制面板上设置了多个控制按键，可对测量数值的零点、量程、报警下限、串行通讯的波特率和数据地址等选项进行设置。所述力传感器和振动频率传感器与计算机之间通过串行数据线连接，参见图10所示。放大整形电路、模数A/D转换以及单片机处理和显示仪表封装成一个整体，三个力传感器的后续电路和测量扭转振动频率的后续电路分别封装成一个测力仪表和一个频率仪表。上述仪表处理后的测量数据通过RS485通讯数据线传送，经RS485-RS232转换后输入计算机，运行数据处理软件，计算得出测试头盔的重心位置和转动惯量。
使用本发明进行军用头盔测量时，先调节扭摆台架处于水平位置，接通测量电路，开启测量仪表和计算机。然后，在计算机上运行“军盔重心与转动惯量测试软件”，调出软件主框架窗口，点击“参数设置”菜单后便可对盔盒参数和军盔重心参数进行初始设定，其中盔盒参数可预先存入盔盒数据库。点击“军盔测量”菜单后便可选择进入军盔重心测量界面或转动惯量测量界面，选择和填写有关测量选项，在软件的向导下，完成测量和数据处理过程。测量所获得的数据可存入军盔数据库，必要时可进行查询。盔盒数据库和军盔数据库通过点击“数据库检索”菜单进入。另外，用户可从“帮助”菜单中获得操作说明的帮助。
权利要求
1.一种军用头盔重心与转动惯量测试装置，其特征在于该装置上部设有一个扭摆台架(8)，该扭摆台架上固定有一个定盔盒(1)，该装置下部设有一个底座(13)，该底座顶部设有蝶形板(11)，所述的扭摆台架与蝶形板之间装有一个弯曲支点轴承(9)，所述蝶形板和底板之间安装有三个力传感器(25)，所述扭摆台架和底板之间安装有一个振动频率传感器(26)，所述蝶形板下面设有一个凸轮升降锁止机构(20)，所述凸轮升降锁止机构由凸轮顶杆机构和限位滑板构成，所述的力传感器、振动频率传感器通过传输线与计算机电路数据连接。
2.根据权利要求1所述的军用头盔重心与转动惯量测试装置，其特征在于所述定盔盒和所述扭摆台架之间设有一个V型垫块(27)。
全文摘要
本发明涉及一种军用头盔重心与转动惯量测试装置，该装置上部设有一个扭摆台架8，该扭摆台架上固定有一个定盔盒1，该装置下部设有一个底座13，该底座顶部设有蝶形板11，所述的扭摆台架与蝶形板之间装有一个弯曲支点轴承9，所述蝶形板和底板之间安装有三个力传感器25，所述扭摆台架和底板之间安装有一个振动频率传感器26，所述蝶形板下面设有一个凸轮升降锁止机构20，所述凸轮升降锁止机构由凸轮顶杆机构和限位滑板构成，所述的力传感器、振动频率传感器通过传输线与计算机电路数据连接。本发明提供了一种对军用头盔稳定性参数的客观、定量的评价依据。提高了转动惯量测量的精度和速度，且操作方便。
文档编号G01M1/12GK1523334SQ0310453
公开日2004年8月25日 申请日期2003年2月17日 优先权日2003年2月17日
发明者施楣梧, 戴诗亮, 黄献聪, 田风, 梁晓冬, 陈晓, 周宏 , 张华 申请人:中国人民解放军总后勤部军需装备研究所士兵系统研究中心, 中国人民解放军总后勤部军需装备研究