CN103487270B - 热真空环境下扭转实验测试装置 - Google Patents

Abstract

热真空环境下扭转实验测试装置，包括调节机座、观测组、拨杆装置、连接花键、热真空箱，调节机座、拨杆装置安装在热真空箱内，调节机座上安装待测件，待测件输出轴通过连接花键连接磁流体密封传动轴，磁流体密封传动轴穿过热真空箱引出到箱外，连接花键连接拨杆装置，热真空箱的箱壁设有观测组。本发明采用观测组观测并记录待测件输出轴的位置，在热真空箱温度变化过程中，控制拨杆装置脱开待测件输出轴与磁流体密封传动轴的连接，待温度稳定后通过调节机座调整待测件在热真空罐内的空间位置，重新连接测件输出轴与磁流体密封传动轴，进行后续测试，有效的避免了热真空试验中待测件变形对测试产生影响，操作简单、测试精度高。

Description

热真空环境下扭转实验测试装置

技术领域

本发明涉及热真空试验下的传动测试装置

背景技术

航天用器材因其应用于外太空环境的特殊性，所以有极高的性能要求。为满足设计需要，需在地面模拟外太空的热真空环境，在真空和热循环条件下检验待测件的性能和功能。如在对被测件进行驱动或加载以模拟被测机构所受驱动及负载的热真空试验中，不仅需要合理的传动装置，而且还要具实时高精度测量设备转矩、转角及转速等信息的能力。

由于热真空环境下，传感器、动力设备的可靠性下降，使用寿命缩短，测试过程中难以控制，因此将待测件放置在模拟热真空环境的真空箱内，通过密封装置将转矩传递到真空罐的外部，驱动加载和信息测量在热真空罐外进行。热真空试验中常采用磁流体密封传动装置作为密封，将待测件输出轴与磁流体密封传动轴连接引出到外界常温环境。

待测件需要在不同温度下进行热真空试验，即在某一恒定温度下测试完成后，再进行升温或降温，待其平稳后进行下一次测试。测试过程中热真空箱始终处于密封状态，因此对箱内待测件的调节难度很大。待测件及底座均属非对称件，因此在热真空环境下，待测件会产生不规则变形，使得其输出轴的轴心位置发生偏移，从而影响其与磁流体密封传动轴的连接。再者，在测量待测件空载特性时候，需要对待测件进行转矩加载，再将待测件输出轴与罐外的加载装置脱开使其自由释放，若在罐外脱开磁流体密封传动轴与加载装置的连接，可方便操作，但是会引入磁流体密封装置转动摩擦力的影响，若在罐内直接脱开待测件输出轴与磁流体密封传动轴的连接，测试结果精确但是受热真空罐的影响不易操作。

发明内容

为了解决热真空扭转实验中待测件变形对测试产生影响、热真空环境下待测件空载特性测试难以操作等问题，本发明提供一种不受待测件变形影响的、可方便操作的热真空环境扭转实验测试装置。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种热真空环境扭转实验测试装置，包括调节机座、观测组、拨杆装置、连接花键、热真空箱。所述调节机座安装在热真空箱内，所述调节机座上安装待测件，所述待测件连接待测件输出轴，所述待测件输出轴通过连接花键连接磁流体密封传动轴，所述磁流体密封传动轴穿过热真空箱引出到箱外；所述连接花键连接拨杆装置，所述拨杆装置安装在热真空箱内；所述热真空箱的箱壁设有观测组。

所述调节机座包括工件固定板、装置固定板、主动轴、从动轴、主动齿轮、从动齿轮、离合器。所述工件固定板与装置固定板之间通过从动轴支撑，所述从动轴至少有三根，所述从动轴与工件固定板间安装双浮动接头，所述从动轴与装置固定板支间通过滚动轴承连接；所述从动齿轮套装在从动轴上，所述多个从动齿轮在轴向上位置错开。

所述主动轴通过轴承安装在装置固定板的中心，所述主动齿轮可轴向滑动的套装在主动轴上，所述主动轴旋转可带动主动齿轮旋转，所述主动齿轮可与从动齿轮啮合。所述齿轮调节板一端套装在主动轴上且与主动轴之间不接触，所述齿轮调节板在轴向上支撑主动齿轮，所述齿轮调节板另一端通过螺纹孔套装在升降螺柱上，所述升降螺柱通过轴承安装在装置固定板上。

所述离合器包含主动盘和从动盘，所述从动盘固定在工件固定板的下方，所述主动盘固定在主动齿轮上，当离合器的主动盘和从动盘啮合后，旋转主轴可带动工件固定板旋转。

所述主轴及升降螺柱下端通过装置固定板分别与引出到热真空箱外的两根软轴连接。

所述装置固定板下端通过移动座和滑块套装在移动螺杆和移动轴上，所述移动螺杆和移动轴平行安装且与热真空箱固定，所述移动螺杆一端通过密封装置穿过热真空箱引出到箱外。

所述待测件输出轴末端和磁流体密封传动轴顶端分别套装花键轴，所述花键套套装在花键轴上。

所述拨杆装置包括拨片、两端带滑动轴的齿条、齿轮、转轴。所述两端带滑动轴的齿条通过滑动轴安装座固定在拨杆安装板上，所述齿轮中心与转轴固定且与齿条啮合，所述转轴通过密封套引出到热真空箱外，所述拨片有两个且垂直固定在齿条上，所述拨片分别穿过待测件输出轴和磁流体密封传动轴套装在花键套的两端，所述拨片随齿条移动可推动花键套而不影响花键轴。

所述观测组包括高分辨率相机和观察窗；所述观测组安装在热真空箱顶端和侧面且与待测件输出轴侧面位置相对。

所述热真空箱还包含箱盖和箱体，所述箱体通过箱盖密封，所述磁流体密封传动轴穿过箱盖。

本发明的测试方法是：

1、在常温非真空环境下，将待测件装夹在调节机座的工件固定板上，将待测件输出轴与磁流体密封传动轴通过花键连接。

2、调整热真空箱顶部和侧面的高分辨率相机，清晰的拍摄出工件输出轴的位置图像作为基准位置图像，通过基准位置图像得到工件输出轴的中心轴线。

3、转动拨杆装置的转轴，转轴上的齿轮带动齿条移动，通过齿条上的拨片将花键套拨向传动轴一侧，脱开待测件输出轴与传动轴之间的连接使其处于自由状态。

4、密封热真空箱，当其达到测试所需温度及真空环境时再进行测试。

5、待温度平稳后，通过高分辨率相机拍摄工件输出轴的当前位置图像，与基准位置图像进行对比，观测待测件输出轴的变形偏移量。

6、旋转软轴可带动热真空箱内升降螺柱和主轴的旋转，通过升降螺柱来选择需要啮合的齿轮或离合器，再旋转主轴可调节工件固定板的升降或旋转，以调整工件固定板上待测件的空间位置。

7、通过当前位置图像与基准位置图像的对比，调整待测件的空间位置，直到当前位置图像中工件输出轴的中心轴线与基准位置图像中的中心轴线重合。

8、转动拨杆装置的转轴，将花键套拨向待测件输出轴一侧，重新连接待测件输出轴和磁流体密封轴，进行后继测试。

9、重复操作步骤2至8，可进行不同温度下的待测件性能测试。

本发明的设计思路及优点表现在:

受热真空环境的影响，待测件会产生不规则变形，从而影响到待测件输出轴与罐外测试装置的连接。

本发明采用高分辨率相机观测并记录待测件输出轴的位置，采用拨杆装置控制待测件输出轴与磁流体密封传动轴之间的脱合，通过调节机座调整待测件在热真空罐内的空间位置。因此，在常温环境下，利用高分辨率相机拍摄出工件输出轴的位置图像来记录待测件输出轴的初始位置，然后通过拨杆装置脱开其与磁流体密封传动轴的连接，让待测件在热真空环境下自由变形，待温度平稳后，通过高分辨率相机配合调整机座，使得待测件输出轴与磁流体密封传动轴的轴线重新重合，再通过拨杆装置连接待测件输出轴与磁流体密封传动轴，进行后续测试。对待测件加载完成后也可以通过拨杆装置脱开待测件输出轴与磁流体密封传动轴的连接，方便进行空载特性的测试。

拨杆装置采用了齿轮齿条的设计原理，旋转引出到热真空罐外的转轴可通过转轴上的齿轮带动齿条移动，拨片垂直安装在齿条上，因此，热真空罐外转轴的旋转可控制热真空罐内拨片的移动。待测件输出轴及磁流体密封传动轴上分别套装花键轴，花键套套装在花键轴上，拨片位于花键套的两侧，拨片移动带动花键套往磁流体密封传动轴一侧移动，可脱开花键套与待测件输出轴上花键轴之间的连接，从而将待测件输出轴自由释放；同理，旋转转轴带动拨片移动带动花键套往待测件输出轴一侧移动，可将花键套与待测件输出轴上的花键轴重新啮合。拨杆装置可实现待测件输出轴与磁流体密封传动轴之间脱开与连接。

调节机座可实现五自由度。待测件是固定在工件固定板上的，设定待测件输出轴向方向为x方向，垂直工件固定板的方向为y方向。工件固定板下方通过至少三个从动轴作为支撑，从动轴与工件固定板之间安装双浮动接头且从动轴上端与双浮动接头螺接，因此旋转从动轴可实现双浮动接头的升降，三根以上的从动轴相互配合，就可实现工件固定板的y向移动及x、z向的旋转。

双浮动接头有多个自由度，因此在调整单个从动轴时不会被其他从动轴限制。从动齿轮套装在从动轴上且在轴向上位置错开，旋转软轴可带动热真空箱内升降螺柱和主轴的旋转，通过升降螺柱控制主动齿轮的轴向移动，选择需要啮合的从动齿轮，旋转主轴便可带动从动轴旋转。

离合器的主动盘和从动盘分别固定在主动齿轮的上方和工件固定板的下方，控制主动齿轮上升使得离合器的主动盘和从动盘啮合，再旋转主轴就可实现工件固定板的y向旋转。装置固定板下端通过移动座和滑块套装在沿z向安装的移动螺杆和移动轴上，因此旋转移动螺杆，可实现调整机座的z向移动。待测件绕x轴方向的移动和旋转不影响花键轴与花键套的连接，所以可以不做考虑。待测件在热真空环境下的变形量不是很大，调节机座可满足其五个自由度的调节。

热真空箱内的输出轴无法进行中心线的标定，因此必须采用辅助工具。高分辨率相机可以获得工件输出轴的位置图像，在常温环境下拍摄基准位置图像，待热真空环境下工件变形完成后，通过新生成的当前位置图像和基准位置图像进行对比，慢慢调整待测件的空间位置，直到当前位置图像中工件输出轴的中心轴线与基准图像中的中心轴线重合。操作简单，精确度高。

通过热真空箱顶端和侧面两个高分辨率相机的相互配合，可观测待测件输出轴四个自由度方向的变化，满足调节要求。

附图说明

图1是热真空环境下扭转实验测试装置示意图

图2是图1是左视图

图3是图1的俯视图

具体实施方式

结合附图1至3，一种热真空环境下扭转实验测试装置，包括调节机座、观测组3、拨杆装置、连接花键、热真空箱。所述热真空箱还包含箱盖4和箱体1，所述箱体1通过箱盖4密封，所述磁流体密封传动轴6穿过箱盖4。所述调节机座安装在热真空箱内，所述连接花键连接待测件输出轴9与磁流体密封传动轴6，所述拨杆装置固定在热真空箱内且拨片作用在连接花键上，所述观测组3安装在热真空箱顶端和侧面且与待测件输出轴9侧面位置相对。

所述观测组包括高分辨率相机3和观察窗2。

所述调节机座包括工件固定板23、装置固定板15、主动轴16、从动轴22、主动齿轮21、从动齿轮14、离合器等。所述工件固定板23与装置固定板15之间通过四根从动轴22支撑，所述从动轴22与工件固定板23间安装双浮动接头12，所述从动轴22与装置固定板15支间通过滚动轴承连接；所述从动齿轮14套装在从动轴22上，所述多个从动齿轮14在轴向上位置错开。

所述主动轴16通过轴承安装在装置固定板15的中心，所述主动齿轮21可轴向滑动的套装在主动轴16上，所述主动轴16旋转可带动主动齿轮21旋转，所述主动齿轮21可与从动齿轮14啮合。所述齿轮调节板13一端套装在主动轴16上且与主动轴16之间不接触，所述齿轮调节板13在轴向上支撑主动齿轮21，所述齿轮调节板13另一端通过螺纹孔套装在升降螺柱29上，所述升降螺柱29通轴承安装在装置固定板15上。

所述离合器包含主动盘7和从动盘24，所述从动盘24固定在工件固定板23的下方，所述主动盘7固定在主动齿轮21上，当离合器的主动盘7和从动盘24啮合后，旋转主轴16可带动工件固定板23旋转。

所述主轴16及升降螺柱29下端通过装置固定板15分别与引出到热真空箱外的两根软轴18、32连接。

所述装置固定板15下端通过移动座19套装在移动螺杆20和移动轴17上，所述移动螺杆20和移动轴17平行安装且与热真空箱箱体1固定，所述移动螺杆20一端通过密封装置25穿过热真空箱箱体1引出到箱外。

所述待测件输出轴9末端和磁流体密封传动轴6顶端分别套装花键轴33，所述花键套11套装在花键轴33上。

所述拨杆装置包括拨片10、两端带滑动轴的齿条30、齿轮28、转轴26。所述两端带滑动轴的齿条30通过滑动轴安装座31固定在拨杆安装板27上，所述齿轮28中心与转轴26固定且与齿条30啮合，所述转轴26通过密封套25引出到热真空箱外，所述拨片10有两片且垂直固定在齿条30上，所述拨片10分别穿过待测件输出轴9和磁流体密封传动轴6套装在花键套11的两端，所述拨片10随齿条30移动可推动花键套11而不影响花键轴33。

Claims (1)

1.一种热真空环境扭转实验测试装置，其特征在于：包括调节机座、观测组、拨杆装置、连接花键、热真空箱；所述调节机座安装在热真空箱内，所述调节机座上安装待测件，所述待测件连接待测件输出轴，所述待测件输出轴通过连接花键连接传动轴，所述传动轴穿过热真空箱引出到箱外；所述连接花键连接拨杆装置，所述拨杆装置安装在热真空箱内；所述热真空箱的箱壁设有观测组；

所述调节机座包括工件固定板、装置固定板、主动轴、从动轴、主动齿轮、从动齿轮、离合器；所述工件固定板与装置固定板之间通过从动轴支撑，所述从动轴至少有三根，所述从动轴与工件固定板间安装双浮动接头，所述从动轴与装置固定板支间通过滚动轴承连接；所述从动齿轮套装在从动轴上，所述多个从动齿轮在轴向上位置错开；

所述主动轴通过轴承安装在装置固定板的中心，所述主动齿轮可轴向滑动的套装在主动轴上，所述主动轴旋转可带动主动齿轮旋转，所述主动齿轮可与从动齿轮啮合；所述齿轮调节板一端套装在主动轴上且与主动轴之间不接触，所述齿轮调节板在轴向上支撑主动齿轮，所述齿轮调节板另一端通过螺纹孔套装在升降螺柱上，所述升降螺柱通轴承安装在装置固定板上；

所述离合器包含主动盘和从动盘，所述从动盘固定在工件固定板的下方，所述主动盘固定在主动齿轮上，当离合器的主动盘和从动盘啮合后，旋转主轴可带动工件固定板旋转；

所述主轴及升降螺柱下端通过装置固定板分别与引出到热真空箱外的两根软轴连接；

所述装置固定板下端通过移动座和滑块套装在移动螺杆和移动轴上，所述移动螺杆和移动轴平行安装且与热真空箱固定，所述移动螺杆一端通过密封装置穿过热真空箱引出到箱外；

所述待测件输出轴末端和磁流体密封传动轴顶端分别套装花键轴，所述花键套套装在花键轴上；

所述拨杆装置包括拨片、两端带滑动轴的齿条、齿轮、转轴；所述两端带滑动轴的齿条通过滑动轴安装座固定在拨杆安装板上，所述齿轮中心与转轴固定且与齿条啮合，所述转轴通过密封套引出到热真空箱外，所述拨片有两个且垂直固定在齿条上，所述拨片分别穿过待测件输出轴和磁流体密封传动轴套装在花键套的两端，所述拨片随齿条移动可推动花键套而不影响花键轴；

所述观测组包括高分辨率相机和观察窗；所述观测组安装在热真空箱顶端和侧面且与待测件输出轴侧面位置相对。