CN103512691B - 一种热真空环境下的高精度扭矩测试部件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热真空环境下的高精度扭矩测试部件，涉及热真空实验下的密封测试装置领域。热真空罐内设有的热沉将热真空罐分为热真空层和近常温真空层，在高温环境下装置容易产生变形，因此我们将角度测量装置装设在近常温真空层进行角度的高精度测量，同时，通过拨杆连接被测件输出轴和传动轴，消除工件在高温下变形产生的轴心偏移对传动的影响，在传动轴上测量工件的扭矩，利用被测件输出轴上安装的正弦法兰盘测量角度。本发明包括套装在传动轴上起到密封作用的磁芯组件，传动轴上套装两个气浮套，对传动轴形成气浮支撑，防止传动轴出现弯曲，由于气浮装置无摩擦的优点，避免了普通轴承的摩擦力对转矩测量的影响，进一步提高了测试精度。

Description

一种热真空环境下的高精度扭矩测试部件

技术领域

    本发明涉及一种热真空实验下的密封测试装置，尤其涉及一种热真空环境下的高精度扭矩测试部件。

背景技术

热真空试验是指在规定的真空和热循环条件下检验被测件的性能和功能的试验。热真空试验不仅需要有能模拟外太空真空环境的真空模拟系统，而且需要有能对设备进行驱动或加载以模拟机构所受驱动及负载装置，同时还要具备实时高精度测量设备的转矩、转角及转速等信息的能力。

在对被测件进行扭转加载的热真空试验中，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，因此常采用热真空外模拟系统即真空罐外测试。罐外测试是指通过密封装置将转矩传递到真空罐的外部，转矩的测试在真空罐外进行。

如罐外加载及测量装置通过传动轴与罐内的待测电机输出轴固定进行测试，以分析热真空环境下电机的各个特性，如果还需测量电机的空载特性，在测试过程中需要将电机输出轴与传动轴脱开，这在热真空环境下难度很大。若被测件为联轴器等，需要双向出轴与罐外加载及测量装置连接。

热真空试验系统常采用磁流体密封传动装置与真空罐内被测件连接，旋转磁流体密封轴一方面可以满足保证热真空环境密封要求，另一方面也可以实现真空罐外对罐内的动力传递，如专利申请号为200710068382.1的“真空设备传动轴用磁流体密封传动装置”就公开了一种采用检测精度高、可靠性好的磁流体密封传动装置。专利申请号为201010243123.X的“磁流体密封装置”也公开了一种磁性密封装置；由于传感器等测量装置位于热真空模拟系统外，这就使得对热真空模拟环境内被测件信息的测量成了间接测量，磁流体密封传动装置自身摩擦功耗小，但是磁流体密封轴两侧需轴承支撑来保证不发生偏转，如果使用轴承支撑，轴承的摩擦力会对转矩测量产生极大的影响；被测件通过磁流体密封传动装置与罐外的加载及测量装置固定相连，由于被测件在热真空环境下会产生变形，而被测件固定在罐内，变形会影响被测件与磁流体密封轴的连接，使其连接轴心发生改变，产生偏转等影响测试的结果。

发明内容

针对热真空扭转实验中被测件形变及磁流体密封传动装置的摩擦影响等问题，本发明提供了一种消除摩擦力的、不受被测件变形影响的热真空环境下的高精度扭矩测试部件。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种热真空环境下的高精度扭矩测试部件，包括热真空罐和被测件，所述热真空罐内设有热沉，被测件连接被测件输出轴；它还包括传动轴、气浮套、无磁性座、磁芯组件；所述气浮套包括第一气浮套和第二气浮套，所述磁芯组件、第一气浮套、第二气浮套依次套装在传动轴上，所述磁芯组件和第一气浮套、第一气浮套和第二气浮套之间间隔一定的距离，所述无磁性座套装在第一气浮套、第二气浮套、磁芯组件上，所述传动轴与第一气浮套、第二气浮套之间有微小间隙，所述无磁性座上设有两个径向进气孔，所述径向进气孔分别与两个气浮套上的进气腔相通，所述无磁性座左端与热真空罐固定，所述无磁性座右端安装端盖，所述无磁性座位于磁芯组件与第一气浮套的间隙部分及第一气浮套和第二气浮套的间隙部分沿径向均布泄气孔，所述传动轴穿过热真空罐，所述传动轴的左端与被测件输入轴通过拨杆装置连接，被测件输出轴穿过热沉，所述传动轴右端外接热真空罐外加载设备和扭矩传感器；

所述被测件输出轴的一端穿过热沉连接被测件，被测件输出轴位于热沉右侧的部分上套装正弦法兰盘，热真空罐上装有激光探测头，激光探测头可以读取激光探测头与正弦法兰盘之间的距离，通过信号输出线输出信号；

所述拨杆装置包括拨杆，弹簧，滑轮，方形凸台，所述方形凸台固定在转动轴的端面，所述拨杆设有四根，拨杆的一端连接被测件输出轴，四根拨杆在测件输出轴端面均匀对称分布，四根拨杆的另一端均通过弹簧连接四个滑轮，四个滑轮靠在方形凸台的两侧面；

所述磁芯组件包括两个环形磁极、永磁铁，所述永磁铁位于两块环形磁极之间，所述环形磁极的内表面上设有极齿凹槽，所述极齿凹槽与传动轴的微小间隙间设有密封用磁性流体；所述无磁性座上设有磁性流体灌装孔；

所述无磁性座与热真空罐间设有第一〇型密封圈，所述两块环形磁极与无磁性座之间安装设有第二〇型密封圈，所述第一、第二气浮套外圈与无磁性座之间安装有第三〇型密封圈。

本发明的设计思路及优点表现在:传动轴上套装磁芯组件起到密封作用，传动轴上套装两个气浮套，通过无磁性座上的径向进气孔供气，可在传动轴上形成稳定的气膜，两个气浮套间隔一定的距离，对传动轴形成气浮支撑，防止传动轴出现弯曲，由于气浮装置无摩擦的优点，避免了普通轴承的摩擦力对转矩测量的影响，进一步提高了测试精度。

热真空罐内设有的热沉将热真空罐分为热真空层和近常温真空层，在高温环境下装置容易产生变形，因此我们将角度测量装置装设在近常温真空层进行角度的高精度测量，同时，通过拨杆连接被测件输出轴和传动轴，消除工件在高温下变形产生的轴心偏移对传动的影响，在传动轴上测量工件的扭矩，利用被测件输出轴上安装的正弦法兰盘测量角度。

激光探测头测出激光探测头与正弦法兰盘距离S，当法兰盘从零角度旋转φ度后，距离跟角度成正弦关系即S=±Asin（φ），因此用激光探测头与正弦法兰盘之间的距离S可计算出轴旋转的角度φ。

附图说明

图1是热真空环境下的一种高精度扭矩测试部件的结构示意图。

图2是A-A截面局部放大图。

图3是正弦法兰盘的展开图。

具体实施方式

现结合附图对本发明进行进一步的说明。

结合附图1，附图2，一种热真空环境下的高精度扭矩测试部件，包括热真空罐2和被测件6，热真空罐2内设有热沉8，被测件6连接被测件输出轴5，该装置还包括传动轴1、气浮套、无磁性座14、磁芯组件，气浮套包括第一气浮套3和第二气浮套4，磁芯组件、第一气浮套3、第二气浮套4依次套装在传动轴1上，磁芯组件和第一气浮套3、第一气浮套3和第二气浮套4之间间隔一定的距离，无磁性座14套装在第一气浮套3、第二气浮套4、磁芯组件上，传动轴1与第一气浮套3、第二气浮套4之间有微小间隙，无磁性座上设有两个径向进气孔13，径向进气孔13分别与两个气浮套上的进气腔相通，无磁性座14左端与热真空罐2固定，无磁性座14右端安装端盖17，无磁性座14位于磁芯组件与第一气浮套3的间隙部分及第一气浮套3和第二气浮套4的间隙部分沿径向均布泄气孔12，传动轴1穿过热真空罐2，传动轴1的左端与被测件输入轴5通过拨杆装置连接，被测件输出轴5穿过热沉8，传动轴1右端外接热真空罐外加载设备和扭矩传感器。

被测件6通过底座7与热真空罐2固定。

被测件输出轴5的一端穿过热沉8连接被测件6，被测件输出轴5位于热沉8右侧的部分上套装正弦法兰盘9，热真空罐上装有激光探测头16，激光探测头16可以读取激光探测头16与正弦法兰盘9之间的距离，从而计算出轴旋转的角度。

拨杆装置包括拨杆19，弹簧20，滑轮21，方形凸台18，方形凸台18固定在传动轴1的端面，拨杆19设有四根，拨杆19的一端连接被测件输出轴5，四根拨杆19在被测件输出轴5端面均匀对称分布，四根拨杆19的另一端均通过弹簧20连接四个滑轮21，四个滑轮21靠在方形凸台18的两侧面。通过拨杆装置连接被测件输出轴5与传动轴1，消除工件变形是轴心偏移带来对测量的影响。

磁芯组件包括两个环形磁极10、永磁铁11，永磁铁11位于两块环形磁极10之间，环形磁极10的内表面上设有极齿凹槽15，极齿凹槽15与传动轴1的微小间隙间设有密封用磁性流体；无磁性座14上设有磁性流体灌装孔。

无磁性座14与热真空罐2间有第一〇型密封圈，两块环形磁极10与无磁性座14之间安装有第二〇型密封圈，两个气浮套外圈与无磁性座14之间安装有第三〇型密封圈。

Claims (1)

1.一种热真空环境下的高精度扭矩测试部件，包括热真空罐和被测件，所述热真空罐内设有热沉，被测件连接被测件输出轴；其特征在于：它还包括传动轴、气浮套、无磁性座、磁芯组件；所述气浮套包括第一气浮套和第二气浮套，所述磁芯组件、第一气浮套、第二气浮套依次套装在传动轴上，所述磁芯组件和第一气浮套、第一气浮套和第二气浮套之间间隔一定的距离，所述无磁性座套装在第一气浮套、第二气浮套、磁芯组件上，所述传动轴与第一气浮套、第二气浮套之间有微小间隙，所述无磁性座上设有两个径向进气孔，所述径向进气孔分别与两个气浮套上的进气腔相通，所述无磁性座左端与热真空罐固定，所述无磁性座右端安装端盖，所述无磁性座位于磁芯组件与第一气浮套的间隙部分及第一气浮套和第二气浮套的间隙部分沿径向均布泄气孔，所述传动轴穿过热真空罐，所述传动轴的左端与被测件输入轴通过拨杆装置连接，被测件输出轴穿过热沉，所述传动轴右端外接热真空罐外加载设备和扭矩传感器；

所述被测件输出轴的一端穿过热沉连接被测件，被测件输出轴位于热沉右侧的部分上套装正弦法兰盘，热真空罐上装有激光探测头，激光探测头可以读取激光探测头与正弦法兰盘之间的距离，通过信号输出线输出信号；

所述拨杆装置包括拨杆，弹簧，滑轮，方形凸台，所述方形凸台固定在转动轴的端面，所述拨杆设有四根，拨杆的一端连接被测件输出轴，四根拨杆在测件输出轴端面均匀对称分布，四根拨杆的另一端均通过弹簧连接四个滑轮，四个滑轮靠在方形凸台的两侧面；

所述磁芯组件包括两个环形磁极、永磁铁，所述永磁铁位于两块环形磁极之间，所述环形磁极的内表面上设有极齿凹槽，所述极齿凹槽与传动轴的微小间隙间设有密封用磁性流体；所述无磁性座上设有磁性流体灌装孔；

所述无磁性座与热真空罐间设有第一〇型密封圈，所述两块环形磁极与无磁性座之间安装设有第二〇型密封圈，所述第一、第二气浮套外圈与无磁性座之间安装有第三〇型密封圈。