[發明專利]一種安全帶鎖止測試裝置

有效

• 申請號: 201710798979.5
• 申請日: 2017-09-07
• 公開（公告）號: CN107643169B
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 姚光生;滕朝陽;鄧廣濤;胡慧琴;張志龍;孫振帥;王新坤
• 申請（專利權）人: 山東翔宇航空技術服務有限責任公司
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00
• 代理公司: 北京貴都專利代理事務所(普通合伙) 11649
• 代理人: 李新鋒

1.一種安全帶鎖止測試裝置，包括定架和動架，安全帶的卷收器與動架通過掛鉤相連接，測試裝置還包括：砝碼，掛繩的一端連接砝碼、另一端連接驅動繩輪，驅動繩輪上開有V型槽，掛繩纏繞在V型槽內；傳動軸，傳動軸為階梯軸，所述繩輪鍵連接在階梯軸上，傳動軸上安裝有齒輪；連接在傳動軸上的搖柄；鉸接在定架上的手柄，手柄還加工有與齒輪相嚙合的齒；一端與繩輪連接、另一端與安全帶掛鉤連接的拉繩；本處的繩輪包括大繩輪和小繩輪；本發明測試原理分析如下：

(1)測試參數要求：根據CMM手冊要求，飛機座椅約束系統中的安全帶在1.5g加速度下為鎖止狀態，0.75g加速度下為可拉伸狀態；

(2)加速度輸出方案：根據測試要求，當加速度發生裝置輸出的加速度達到1.5g時，安全帶應該立即鎖止，而在0.75g的加速度下安全帶仍然可拉伸，所以裝置要輸出穩定的1.5g和0.75g的加速度；在地球上，具體到每個地域，當地重力加速度g非常穩定，如果以重力作為動力源，可顯著提高動力的穩定性，所以此加速度發生裝置的驅動方式為重力驅動；安全帶鎖止的加速度是1.5g，而重力加速度只有1g，客觀上要求加速度發生裝置必須有加速度放大功能；

(3)加速度發生裝置原理：半徑分別為r1和r2的兩個繩輪固定在同一根軸上，如果用砝碼的重力驅動小輪，由于兩個繩輪周向固定，則大輪也會一起旋轉，如果輪系的總轉動慣量為J，所受的和外力矩為M，則由剛體轉動定律M＝Jα得出，兩輪的角加速度相同，由線量與角量的關系a＝rα得：線加速度和半徑成正比；

(4)已知條件：1)裝置測試時輸出加速度a為1.5g和0.75g，誤差不大于±5％；2)裝置輸出有效位移d至少為20cm；3)安全帶小位移下的拉伸力F₀為10N；

(5)設計參數的確定：設驅動繩輪半徑為r1質量為m1，大繩輪半徑為r2質量為m2，小繩輪半徑為r3質量為m3，砝碼質量為m4；由于輸出裝置的有效位移至少為20cm，設計尺寸按增大25％計算，從本裝置原理可以看出，繩輪的半徑r不同，轉動一周的周長也不同，計算時應按小繩輪半徑計算：

r3＝d(1+25％)/2π (1)

大繩輪產生的加速度是小繩輪的2倍，所以：

r2＝2r3 (2)

由公式(1)，(2)得出，小繩輪半徑r3＝39.81mm，大繩輪半徑r2＝79.62mm；把尺寸修正取整得r3＝40mm，r2＝80mm；本裝置采用的是直徑Ф＝1.5mm的軟鋼絲繩傳遞動力，為了纏繞過程的順利進行，繩輪采用V槽結構，槽底寬w設計成并排兩個線徑，取w＝3mm，槽深h暫定為6mm，繩輪厚度b定為8mm；

(6)驅動繩輪半徑和砝碼質量的確定:設小繩輪質量為m3轉動慣量為J3；大繩輪質量為m2轉動慣量為J₂，輸出加速度為a；驅動繩輪質量為m1轉動慣量為J₁，砝碼質量為m，驅動加速度為a₁，安全帶質量m₀；輪系總轉動慣量為J，產生的角加速度為α，所受合力矩為M，摩擦力矩為M_f，產生的角加速度為α；繩輪材料采用304不銹鋼，密度ρ＝7.93*10³kg/m3,繩輪轉動慣量J＝mr²；則有：

mg-T＝ma₁ (3)

F-F₀-m₀g＝m₀a (4)

Tr1-Fr2-M_f＝Jα (5)

a＝r2α (6)

J＝J₁+J₂+J₃ (7)

J₁＝m₁r₁² (8)

m1＝ρV₁ (9)

V₁＝πr₁²b (10)

由于摩擦力矩M_f未知且較小，所以試算階段可取M_f＝0，水平測試時m₀g＝0，又由已知條件a＝1.5g，g＝9.8m/s²，聯立公式(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)、(9)、(10)得：

帶入數值得：m(9.8r₁-183.75r₁²)＝1.82+18301.5r₁⁴；

以r₁和m作為未知數作函數圖像；由于設計要求min r₁＝32mm，max r₁＝83mm，從函數圖像可知r₁＝40mm時，裝置對砝碼質量m變化不敏感，所以取r₁＝40mm，此時砝碼質量m＝19.13kg，考慮到系統的穩定性砝碼質量增大25％，最后取m＝25kg；

(7)軸結構的確定和關鍵件強度分析：

由受力分析得，驅動繩輪在中間時，軸的受力性能最好，為了安裝需求，把軸的結構設計成階梯型；

軸的直徑應符合強度要求，利用catia軟件建模和應力分析；

由應力分析可知軸的最大應力σmax＝84.6MPa，304不銹鋼材料的屈服強度σ0.2＝205MPa，安全系數：S＝σ0.2/σmax得S＝2.42，安全裕度足夠；

由應力分析可知大繩輪的最大應力σmax＝82MPa，安全系數S＝σ0.2/σmax得S＝2.5，安全裕度足夠；

(8)加速度發生裝置的結構確定和最終試驗：

裝置采用直徑的軟鋼絲繩作為力的傳遞介質；用齒輪、齒條作為自鎖裝置，齒輪、齒條嚙合時，周向分辨率可達9°，可完全滿足測試需要；砝碼提升采用電機驅動，觸發裝置采用液壓控制；

為了驗證該裝置的輸出加速度是否滿足要求，把安全帶的鎖止裝置拆掉，然后實物檢測，用打點計時器來測試砝碼下落速度，周期T＝0.02s；

為了樣本的準確性，紙袋上起始的2個點和最后減速的5個點要剔除，通過測量打點的間隔Δs、2Δs、3Δs與4Δs，根據公式：

nΔs＝a’Δt²

Δt＝nT

計算出砝碼加速度a’，由輸出加速度a＝λa’，λ＝r2/r1，得出裝置的輸出加速度；a為裝置輸出加速度，n為測試次數，裝置的輸出加速度和設計值之間差距較大；將系統的摩擦力矩Mf帶入方程(11)中得：

將試驗得出的a和a₁和裝置的已知條件帶入方程(12)中，可計算出系統的摩擦力矩M_f，然后把a＝1.5g和其他已知參數帶入方程，重新計算驅動輪半徑r1，驅動繩輪確定后，進行最終測試。