本发明属于力学实验测量领域，涉及一种直列机械式多点均布加载工装。
背景技术：
航空航天领域中对飞机机翼等中大型长梁试件进行均布载荷实验时，需要根据试件结构和尺寸定制一系列复杂的加载工装，施加多个加载单元并辅以一整套多点协调电控加载系统，从而近似模拟结构的均布加载条件。这种方法前期需要针对不同的试件定制特殊工装，成本高且显著增加了实验周期，而不同的加载工装与加载单元和多点协调电控加载系统之间的安装、匹配过程操作繁琐，效率低下，增大了实验实施难度。此外，加载单元的定位完全依靠实验人员的经验，容易出现定位偏差，造成传力路径偏离预定，且每次实验过程中的载荷均布程度完全取决于电控加载系统，实验精度可控性差，造成实验结果可信度降低。
针对上述问题，本发明提出一种免定位的直列机械式多点均布加载工装，可在一定变形范围内实现多点载荷的纯机械式自动均匀分配而无需电控加载系统。该新型多点均布加载工装可有效降低大型试件多点均布加载实验的工装成本，且具有结构形式简单，安装方便，实验精度高，无需进行加载点定位等优势。
技术实现要素：
针对现有均布多点加载工装制造周期长、安装繁琐，效率低下和电控系统操作性差等问题，本发明提出一种直列机械式多点均布加载工装，通过相互铰接的多级自相似加载单元将作动器的集中载荷逐级向下传递，并在传递过程中实现自动均匀分配，最终实现多点均布加载。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种直列机械式多点均布加载工装，所述的加载工装包括1个一级加载单元1、一级下连接销2、一二级传力杆3、二级上连接销4、2个二级加载单元5、二级下连接销6、二三级传力杆7、三级上连接销8、4个三级加载单元9、三级下连接销10、末端传力杆11、末端连接销12和8个末端加载单元13。
所述的一级加载单元1、二级加载单元5和三级加载单元9均包含中部的1个载荷输入端14和端部的两个载荷输出端15，且载荷输入端14与两个载荷输出端15之间的距离相等，分别用于与相邻两级的载荷传力杆进行连接，所述载荷输入端14与载荷输出端15中部均设有通孔。所述的末端加载单元13整体呈方框形结构，顶部中部设有载荷输入端14，底部设有载荷作用端16，其中方框尺寸根据试验件大小确定，确保试验件可完整穿过方框内部。
所述的一级加载单元1与二级加载单元5之间，由一二级传力杆3通过一级下连接销2和二级上连接销4进行连接，具体的：所述一二级传力杆3的上部通过一级下连接销2与一级加载单元1的载荷输出端15连接，一二级传力杆3下部通过二级上连接销4与二级加载单元5的载荷输入端14连接。
所述的二级加载单元5与三级加载单元9之间，由二三级传力杆7通过二级下连接销6和三级上连接销8进行连接，具体的：所述二三级传力杆7的上部通过二级下连接销6与二级加载单元5的载荷输出端15连接，二三级传力杆下部通过三级上连接销8与三级加载单元9的载荷输入端14连接。
所述的三级加载单元9与和末端加载单元13之间，由末端传力杆11通过三级下连接销10和末端连接销12进行连接，具体的：所述末端传力杆11的上部通过三级下连接销10与三级加载单元9的载荷输出端15连接，末端传力杆11下部通过末端连接销12与末端加载单元13的载荷输入端14连接。
根据不同的实验需求或加工需求，载荷输入端14和载荷输出端15的具体结构形式包括但不限于：球铰连接、螺栓连接或销钉连接。对于任意连接方式，均需在连接点处形成铰支连接。根据载荷大小或实现需求的不同，任意级别的加载单元其载荷输入端14和两个载荷输出端15之间的连接结构可由工程经验或拓扑优化确定，其结构形式包括但不限于横梁连接和三角块连接。不同级别的加载单元其拓扑结构相同，但每级加载单元几何尺寸不同，一级加载单元1的整体结构尺寸由均布载荷大小确定，确保结构不发生强度破坏，其余级别加载单元其两个载荷输出端15之间的距离为上一级别的二分之一。
所述的一二级传力杆3、二三级传力杆7和末端传力杆11均为杆件结构，其杆截面包括但不限于矩形和圆形。传力杆两端的连接结构根据加载单元的载荷输入端14和载荷输出端15的具体形式确定，并在连接点处形成铰支连接。
所述末端加载单元13的载荷输入端14的结构形式根据三级加载单元9的载荷输出端15的具体形式确定。
所述的直列机械式多点均布加载工装加载级别最少为两级，根据试件尺寸和加载点数量的不同要求，加载级别可大于三级。
本发明的有益效果：本发明给出了一种免定位的直列机械式多点均布加载工装，可在一定变形范围内实现多点载荷的纯机械式自动均匀分配而无需电控加载系统。该新型多点均布加载工装可有效降低大型试件多点均布加载实验的工装成本，且具有结构形式简单，安装方便，实验精度高，无需进行加载点定位等优势。
附图说明
图1为本发明整体示意图；
图2为本发明分解示意图；
图3为本发明一级加载单元示意图；
图4为本发明二级加载单元示意图；
图5为本发明三级加载单元示意图；
图6为本发明传力杆示意图；
图7为本发明末端加载单元示意图。
图中：1一级加载单元；2一级下连接销；3一二级传力杆；4二级上连接销；5二级加载单元；6二级下连接销；7二三级传力杆；8三级上连接销；9三级加载单元；10三级下连接销；11末端传力杆；12末端连接销；13末端加载单元；14载荷输入端；15载荷输出端；16载荷作用端。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，以下参照附图并结合具体实施方式来进一步描述本发明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施，本发明保护范围并不受限于该具体实施方式。显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种直列机械式多点均布加载工装，所述的加载工装包括1个一级加载单元1、一级下连接销2、一二级传力杆3、二级上连接销4、2个二级加载单元5、二级下连接销6、二三级传力杆7、三级上连接销8、4个三级加载单元9、三级下连接销10、末端传力杆11、末端连接销12和8个末端加载单元13。
所述的一级加载单元1、二级加载单元5和三级加载单元9均为长方体结构，中部设有1个向外的凸起，作为载荷输入端14，两个端部均设有向内的凹陷结构，作载荷输出端15，载荷输入端14与载荷输出端15中部均设有通孔；所述载荷输入端14与两个载荷输出端15之间的距离相等，分别用于与相邻两级的载荷传力杆进行连接。所述的末端加载单元13整体呈方框形结构，顶部中部1个向外的凸起，作为载荷输入端14，底部设有载荷作用端16，其中方框尺寸根据试验件大小确定，确保试验件可完整穿过方框内部。
所述的一级加载单元1与二级加载单元5之间，由一二级传力杆3通过一级下连接销2和二级上连接销4进行连接，具体的：所述一二级传力杆3的上部通过一级下连接销2与一级加载单元1的载荷输出端15连接，一二级传力杆3下部通过二级上连接销4与二级加载单元5的载荷输入端14连接。
所述的二级加载单元5与三级加载单元9之间，由二三级传力杆7通过二级下连接销6和三级上连接销8进行连接，具体的：所述二三级传力杆7的上部通过二级下连接销6与二级加载单元5的载荷输出端15连接，二三级传力杆下部通过三级上连接销8与三级加载单元9的载荷输入端14连接。
所述的三级加载单元9与和末端加载单元13之间，由末端传力杆11通过三级下连接销10和末端连接销12进行连接，具体的：所述末端传力杆11的上部通过三级下连接销10与三级加载单元9的载荷输出端15连接，末端传力杆11下部通过末端连接销12与末端加载单元13的载荷输入端14连接。
所述的一级加载单元1、二级加载单元5和三级加载单元9三者之间的拓扑结构相同，均包含一个载荷输入端14和两个载荷输出端15及连接横梁。载荷输入端14距离两个载荷输出端15之间的距离相等，具体结构形式为凹口形状的销钉连接。其中，三级加载单元9的两个输出端距离是二级加载单元5的两个输出端距离的二分之一，二级加载单元5的两个输出端距离是一级加载单元1的两个输出端距离的二分之一。
所述的一二级传力杆3、二三级传力杆7和末端传力杆11均为矩形杆件结构。传力杆一端截面收窄，与相应的加载单元载荷输入端14和载荷输出端15相配合，形成销钉连接结构。
所述的末端加载单元13其载荷输入端14的结构形式根据三级加载单元9的载荷输出端15的结构形式保持一致。
1.一种直列机械式多点均布加载工装，其特征在于，所述的加载工装包括1个一级加载单元(1)、一级下连接销(2)、一二级传力杆(3)、二级上连接销(4)、2个二级加载单元(5)、二级下连接销(6)、二三级传力杆(7)、三级上连接销(8)、4个三级加载单元(9)、三级下连接销(10)、末端传力杆(11)、末端连接销(12)和8个末端加载单元(13)；
所述的一级加载单元(1)、二级加载单元(5)和三级加载单元(9)均包含中部的1个载荷输入端(14)和端部的两个载荷输出端(15)，且载荷输入端(14)与两个载荷输出端(15)之间的距离相等，分别用于与相邻两级的载荷传力杆进行连接，所述载荷输入端(14)与载荷输出端(15)中部均设有通孔；所述的末端加载单元(13)整体呈方框形结构，顶部中部设有载荷输入端(14)，底部设有载荷作用端(16)，其中方框尺寸根据试验件大小确定，确保试验件可完整穿过方框内部；
所述的一级加载单元(1)与二级加载单元(5)之间，由一二级传力杆(3)通过一级下连接销(2)和二级上连接销(4)进行连接；所述的二级加载单元(5)与三级加载单元(9)之间，由二三级传力杆(7)通过二级下连接销(6)和三级上连接销(8)进行连接；所述的三级加载单元(9)与和末端加载单元(13)之间，由末端传力杆(11)通过三级下连接销(10)和末端连接销(12)进行连接。
2.根据权利要求1所述的一种直列机械式多点均布加载工装，其特征在于，所述的直列机械式多点均布加载工装加载级别最少为两级，根据试件尺寸和加载点数量的不同要求，加载级别可大于三级。
3.根据权利要求1所述的一种直列机械式多点均布加载工装，其特征在于，所述的载荷输入端(14)和载荷输出端(15)的具体结构形式包括但不限于：球铰连接、螺栓连接或销钉连接；对于任意连接方式，均需在连接点处形成铰支连接；根据载荷大小或实现需求的不同，任意级别的加载单元其载荷输入端(14)和两个载荷输出端(15)之间的连接结构由工程经验或拓扑优化确定，不同级别的加载单元其拓扑结构相同，但每级加载单元几何尺寸不同：一级加载单元(1)的整体结构尺寸由均布载荷大小确定，其余级别加载单元其两个载荷输出端(15)之间的距离为上一级别的二分之一。
4.根据权利要求1所述的一种直列机械式多点均布加载工装，其特征在于，所述的一二级传力杆(3)、二三级传力杆(7)和末端传力杆(11)均为杆件结构，传力杆两端的连接结构根据加载单元的载荷输入端(14)和载荷输出端(15)的具体形式确定，并在连接点处形成铰支连接。
5.根据权利要求1所述的一种直列机械式多点均布加载工装，其特征在于，所述末端加载单元(13)的载荷输入端(14)的结构形式根据三级加载单元(9)的载荷输出端(15)的具体形式确定。
技术总结