CN103487081A - 一种快加速离心场下双环境试验设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种快加速离心场下双环境试验设备，包括机座、驱动系统、主旋动系统和自旋动系统，驱动系统包括伺服电机和减速器，驱动系统与主旋动系统连接，主旋动系统包括旋转支撑件、第一联轴器、主集流环、配重块和自旋动系统，伺服电机的转轴与减速器的输入端连接，减速器的输出轴与旋转支撑件连接，旋转支撑件上设置有自旋电机支架，所述自旋电机支架设置在所述旋转支撑件的旋转轴心上，所述第一联轴器的另一端与所述主集流环的转子端连接，所述配重块设置在所述旋转支撑件上一侧用以平衡所述旋转支撑件旋转轴心两侧的不平衡力，所述自旋转动系统安装在所述旋转支撑件上用于固定试件并使所述试件旋转。本发明能够模拟出快加速同时具有双环境试验条件，具有结构转动惯量小，安装、维护和使用方便特点。

Description

一种快加速离心场下双环境试验设备
技术领域
本发明涉及一种离心模拟实验装置，尤其涉及一种快加速离心场下双环境试验设备。
背景技术
离心模拟试验技术在不同的行业如国防、医疗、土工等方面研究中得到广泛应用，并快速发展的新兴技术，而离心试验设备则是实现这一技术的重要试验平台。
离心试验设备根据用途主要有土工离心机、精密离心机、例行试验机、载人离心机等，均是利用试验设备的转臂或转盘高速运转产生径向离心场，实现离心模拟实验。
上述离心试验设备一般只实现离心场单环境模拟，无法满足特殊产品（试件）所需的快加速径向离心场下同时自旋的双环境模拟功能。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题而提供一种结构紧凑，性能稳定，成本低廉的快加速离心场下双环境试验设备。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
本发明包括机座、驱动系统、主旋动系统和自旋动系统，所述驱动系统包括伺服电机和减速器，所述驱动系统与所述主旋动系统连接，所述主旋动系统包括旋转支撑件、第一联轴器、主集流环、配重块和自旋动系统，所述伺服电机的转轴与所述减速器的输入端连接，所述减速器的输出轴与所述旋转支撑件连接，所述自旋电机支架设置在所述旋转支撑件的旋转轴心上，所述自旋电机支架的上端设置支架转轴，所述支架转轴与第一联轴器的一端连接，所述第一联轴器的另一端与所述主集流环的转子端连接，所述配重块设置在所述旋转支撑件上一侧，以使所述主旋动系统质心靠近其旋转中心，从而防止所述主旋动系统在离心场下出现较大不平衡力，所述伺服电机驱动所述主旋动系统旋转，从而可实现快加速离心环境模拟，所述自旋动系统安装在所述旋转支撑件上用于固定试件并使所述试件绕所述自旋电机的轴线旋转，从而实现自旋环境的模拟。
进一步地，所述自旋动系统包括自旋电机、第二联轴器、自旋集流环、夹具联接轴、夹具和轴承，所述自旋电机的转轴与所述第二联轴器的一端连接，所述第二联轴器的另一端与所述夹具联接轴的一端连接，所述夹具联接轴的另一端与所述夹具的一端连接，所述夹具的另一端与所述轴承连接，所述轴承通过轴承座与所述旋转支撑件连接，所述第二联轴器与所述夹具联接轴之间设置有所述自旋集流环。
进一步地，所述旋转支撑件为铝合金材料转臂式结构。
具体地，所述自旋电机套装在所述自旋电机支架内，并通过所述第一支座固定安装在所述旋转支撑件上。
作为优选，所述第一联轴器和所述第二联轴器均为弹性膜片联轴器。
进一步地，所述机座上设有机室门。
具体地，所述减速器的输出轴上设置有过渡套并通过胀套与所述旋转支撑件连接,所述旋转支撑件内设置有加强套并与所述胀套连接。
本发明的有益效果在于：
本发明能够模拟出快加速和双环境试验条件，结构转动惯量小，安装、维护和使用方便。
附图说明
图1是本发明的硬件结构示意图。
图2是本发明的剖视图。
图3是本发明所述支架结构示意图。
图中：1-驱动系统，2-主旋动系统，3-自旋动系统，4-第一弹性膜片联轴器，5-机室门，6-主集流环，7-机室底板，8-机座，9-伺服电机，10-减速器，11-过渡套，12-胀套，13-配重块，14-电机插头支架，15-自旋电机支架，151-支架转轴，16-自旋电机，17-第二弹性膜片联轴器，18-自旋集流环，19-夹具联接轴，20-夹具，21-试件，22-轴承，23-轴承座，24-转臂，25-第一支座26-第二支座，27-加强套。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1和2所示，在本实施例中，本发明包括机座8、驱动系统1和主旋动系统2，驱动系统1包括伺服电机9和减速器10、驱动系统1与主旋动系统2连接，主旋动系统2包括转臂24、第一弹性膜片联轴器4、主集流环6、配重块13和自旋动系统3，伺服电机9的转轴与减速器10的输入端连接，减速器10的输出轴与转臂24连接，自旋电机支架15设置在转臂24的旋转轴心上，自旋电机支架15的上端设置支架转轴151，支架转轴151与第一弹性膜片联轴器4的一端连接，第一弹性膜片联轴器4的另一端与主集流环6的转子端连接，配重块13设置在转臂24上一侧用以使主旋动系统2质心靠近其旋转中心，从而防止主旋动系统2在离心场下出现较大不平衡力，自旋动系统3安装在转臂24上，用于固定试件21并使试件21绕自旋电机16轴线旋转，从而实现自旋环境模拟。
如图2所示，自旋动系统2包括自旋电机16、第二弹性膜片联轴器17、自旋集流环18、夹具联接轴19、夹具20和轴承22，自旋电机16的转轴与第二弹性膜片联轴器17的一端连接，第二弹性膜片联轴器17的另一端与夹具联接轴19的一端连接，第二联轴器17与夹具联接轴19之间设置有自旋集流环18，夹具联接轴19的另一端与夹具20的一端连接，夹具20的另一端与轴承22连接，轴承22通过轴承座23与转臂24连接。
主集流环6和自旋集流环18是属于精密电器装置，可以实现两个相对旋转机构的动力、信号及数据不间断传输，主集流环6的定子输出线缆与设备控制系统联接，主集流环6转子输出线缆一部分与自旋电机16联接，以提供自旋电机16驱动电源和控制信号，并将自旋电机16运行状态信号通过主集流环6反馈到设备控制系统，主集流环6转子其余输出线缆与自旋集流环18定子联接，自旋集流环18转子输出线缆与夹具内试件测试传感器联接，从而可实现双环境试验条件下对试验信息的传输监测。
转臂24为铝合金材料的转臂，为获得主旋动系统2快加速性能，转臂24转动惯量应尽量小，在转臂24主要结构尺寸确定的条件下，选用铝合金材料，除可保证其刚强度要求外，还可有效减小转臂24的质量，从而减小其转动惯量。
如图3所示，自旋电机16套装在自旋电机支架15内并通过第一支座25固定安装在转臂24上，支架转轴151下端与自旋电机支架15上端均为半方孔，通过螺钉联接后，中部形成一个与自旋电机16外形尺寸相同的完整方孔。自旋电机支架15下端的法兰盘通过螺钉与转臂24联接后，将自旋电机16套装入自旋电机支架15半方孔内，再将支架转轴151通过螺钉与自旋电机支架15联接夹紧自旋电机16。同时，自旋电机16旋转轴端面通过螺钉与第一支座25的安装面联接，第一支座25下端通过螺钉与转臂24固定连接，从而将自旋电机16固定安装在转臂24上。
机座8上设有机室门5，机室门5扣合后，与机室底板7形成相对密闭空间，相对密闭空间可以减少气动消耗，有利于主旋动系统2实现快加速，防止主旋动系统2在高速旋转运行时，操作不当导致甩出异物伤人或操作人员误碰转动体而受伤。
减速器10的输出轴上设置有过渡套11并通过胀套12与转臂24连接，转臂24内设置有加强套27并与胀套12连接,减速器10的输出轴设置联接方式为键联接，紧密键联接不利于精密装置安装拆卸，所以优选安装方便的胀套12联接，胀套12联接是利用锁紧螺钉将内外圈同时胀紧，依靠胀紧摩擦力进行联接的方式，胀套12需要所联接配合面为连续光滑圆柱面，所以设置过渡套11内部与减速器10输出轴进行键联接，过渡套11外圆形成与胀套12联接的配合胀紧面，另外，转臂24为铝合金材料，为防止因胀紧挤压变形，在转臂24中心也镶嵌一个硬度相对较高的1Cr18Ni9Ti不锈钢加强套27。
本发明的工作流程如下：首先启动伺服电机9（高速交流伺服电机），驱动系统中伺服电机9带动前端的减速器10（I=5行星齿轮减速器），通过减速器10获得足够大转矩，减速器10输出轴上的过渡套11通过胀套12与主旋动系统2联接，使主旋动系统2获得加速转矩，实现主旋动系统2在0.3s内试件21位置处达到50g（加速度上升、下降斜率在50g/0.3s～50g/20s内可调），同时通过主集流环6提供启动信号及动力电源，启动转臂24上的自旋电机16（额定转速为3000r/min的交流伺服电机），自旋电机16输出轴通过第二弹性膜片联轴器17将自旋电机16输出扭矩传递给夹具联接轴19，带动夹具20及夹具20内试件21旋转，使夹具20上的试件21获得转速为300r/min～2000r/min的双环境试验条件，穿过自旋集流环18转子中心孔的夹具联接轴19通过紧钉螺钉带动自旋集流环18转子旋转，自旋集流环18定子线缆与主集流环6的转子线缆联接使测试信号实现双环境下的传输获得试验数据。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种快加速离心场下双环境试验设备，包括机座和驱动系统，所述驱动系统包括伺服电机和减速器，其特征在于：还包括主旋动系统，所述主旋动系统包括旋转支撑件、第一联轴器、主集流环、配重块和自旋动系统，所述伺服电机的转轴与所述减速器的输入端连接，所述减速器的输出轴与所述旋转支撑件连接，所述旋转支撑件上设置有自旋电机支架，所述自旋电机支架设置在所述旋转支撑件的旋转轴心上，所述自旋电机支架的上端设置支架转轴，所述支架转轴与所述第一联轴器的一端连接，所述第一联轴器的另一端与所述主集流环的转子端连接，所述配重块设置在所述旋转支撑件上一侧用以平衡所述旋转支撑件旋转轴心两侧的不平衡力，所述自旋转动系统安装在所述旋转支撑件上用于固定试件并使所述试件旋转。
2.根据权利要求1所述的一种快加速离心场下双环境试验设备，其特征在于：所述自旋转动系统包括自旋电机、第二联轴器、自旋、集流环、夹具联接轴、夹具和轴承，所述自旋电机的转轴与所述第二联轴器的一端连接，所述第二联轴器的另一端与所述夹具联接轴的一端连接，所述夹具联接轴的另一端与所述夹具的一端连接，所述夹具的另一端与所述轴承连接，所述轴承通过轴承座与所述旋转支撑件连接，所述第二联轴器与所述夹具联接轴之间设置有所述自旋集流环。
3.根据权利要求2所述的一种快加速离心场下双环境试验设备，其特征在于：所述自旋电机套装在所述自旋电机支架内并通过第一支座固定安装在所述旋转支撑件上。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种快加速离心场下双环境试验设备，其特征在于：所述旋转支撑件为铝合金材料的转臂。
5.根据权利要求1所述的一种快加速离心场下双环境试验设备，其特征在于：所述第一联轴器和所述第二联轴器均为弹性膜片联轴器。
6.根据权利要求1所述的一种快加速离心场下双环境试验设备，其特征在于：所述机座上设有机室门。
7.根据权利要求1所述的一种快加速离心场下双环境试验设备，其特征在于：所述减速器的输出轴上设置有过渡套并通过胀套与所述旋转支撑件连接,所述旋转支撑件内设置有加强套并与所述胀套连接。
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