CN106516179A - 真空低温环境下的电动转台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真空低温环境下使用的电动转台,主要包括转台支架，转台动盘，转台定盘，主轴，电机，软轴，伞齿传动机构，导电环、热防护装置、穿墙密封单元、控制系统。该转台将驱动电机放置在空间环境模拟室外部，通过穿墙密封单元中的金属波纹管将动力传递至模拟室内，在模拟室内使用软轴与转台主轴进行联接，实现转台的连续转动，并通过导电环为转台上放置的参试产品提供供电通道、测试信号传输通道。控制系统通过穿墙接插件与导电环连接，负责产品供电与测试信号、转台传感器信号采集，并调节电机的输出功率控制转台的转动速度和定位角度。

Description

真空低温环境下的电动转台

技术领域

本发明属于航天器地面试验领域，具体涉及一种应用于真空热环境试验中的电动转台,可以为被试产品提供可调的恒定转速以及供电、信号传输通道。

背景技术

随着我国航空航天事业的飞速发展，航天器或航空器对于真空热试验的需求也越来越高，且试验的复杂程度越来越高。航天器在轨运行时，相对于太阳，地球的位置及方向是不断变化的，因此到达星体表面的外热流也是随航天器在轨飞行而不断变化的；航空器在轨飞行时多数为自旋形态，其受到的外热流影响与其旋转姿态有关。

星载大中型天线作为航天器关键部件安装于航天器表面上，它对周围环境温度的变化比较敏感，由热引起的光学和机械误差将直接导致增益的下降，甚至严重影响天线的电性能，进而影响航天器运行的可靠性和使用寿命。同时，星载天线因在外层空间环境工作，长期经受高低温的交替加热和冷却，引起温度的剧烈变化，虽然系统中有热控制措施，但仍可能会导致天线平面发生形变，致使天线电性能受到一定影响，因此为了验证卫星天线结构方案与工艺方案的合理性和协调性，保证产品的可靠性，需要对天线进行热环境试验，并对其进行热变形测量。

现有的试验系统和方法存在如下问题：

在传统天线热变形测量试验中，为检测天线变形，一般采用相机采集试验图像的方式来测量天线的变形量，在对天线进行变形测量的时候，需要在天线响应位置上粘贴靶标，测量时靶标容易受外热流模拟用红外笼带条遮挡，从而影响相机采集靶标数量和数据分析；支撑相机二维运动的工装占据空间环境模拟室内大量空间，相机密封保护装置气路复杂，安装不便；对于轮廓较为复杂的天线，测量有难度，均匀性差；无法为需要旋转的试验件提供旋转平台，以便真实模拟其在轨飞行姿态，地面试验过程与真实环境存在较大差距，试验数据不能保证客观有效。

如果在天线变形试验中使相机固定不动，将天线安装在一个旋转台上，使天线在试验过程转动，既能保证试件温度均匀恒定，又减少遮挡，同时还能减少真空罐内工装数量。尤其是对于轮廓较为复杂的天线试件，旋转台可以很好的调节试件在空间环境模拟器内的姿态，从而使得天线变形测量过程更简便、测试结果更精确。

但空间环境模拟室内部为高真空、深冷环境，普通的电动转台无法在其环境下正常工作，需要设计一种能够经受低温，真空环境的电动转台，并保证不破坏空间环境模拟室的正常状态，最终使用这种电动转台为航天器或航空器提供姿态模拟平台，并通过简化外热流模拟用的红外笼或红外灯阵加热方式，既保证了热试验过程真实模拟飞行姿态，又减少了试验配套工装，能够以最小的成本真实有效地开展地面试验。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种应用于真空热环境试验中的电动转台,可以为被试产品提供可调的恒定转速以及供电、信号传输通道。本转台不仅能够应用于天线真空热试验变形测量过程中调节天线旋转位置，而且能够为需要旋转的参试产品提供模拟旋转姿态的功能。

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

用于真空低温环境下的电动转台,主要包括转台支架，转台动盘，转台定盘，转台主轴，电机，软轴，伞齿传动机构，导电环、热防护装置、穿墙密封单元、控制系统，在真空低温环境的空间环境模拟舱内的水平导轨上安装转台支架，通过金属支撑柱在转台支架上方固定转台定盘，转台主轴和传动齿轮组安放在支撑柱撑起的空间内，转台主轴一端延伸至转台支架下方与导电环及测量主轴转动角度的角度传感器联接，另一端延伸至转台定盘上方与转台动盘联接，驱动电机和控制系统放置在空间环境模拟舱外，电机传动主轴通过联轴器一与扭矩传感器联接，扭矩传感器再通过联轴器二联接硬轴，通过穿墙密封单元将动力输送至空间环境模拟舱内的硬轴，空间环境模拟舱内的硬轴通过联轴器三与软轴联接，软轴再通过联轴器四与空间环境模拟舱内伞齿传动机构联接，伞齿传动机构通过传动齿轮组的啮合驱动主轴，实现整个转台的传动，上位机与PLC组成的控制系统根据角度传感器的测量值调节电机的输出功率，从而实现转台的转速控制和转动角度定位。

其中，转台支架用于固定转台及其零部件，支撑转台的旋转，采用不锈钢焊接的框架结构，通过螺钉将转台支架的四脚与空间环境模拟舱内导轨固定，支架表面中心开孔，固定放置轴承，便于转台主轴穿出。

其中，转台定盘制作成过孔型，在其孔中固定放置轴承，将转台主轴从轴承孔中穿出并与转台动盘联接，转台定盘上表面铺设有接触材料，将转台动盘平压在转台定盘上表面。

其中，转台主轴为不锈钢中空型，其上下端面留有螺纹沉孔，用于连接法兰盘，连接完成后的上端面法兰盘与转台动盘螺接，下端面法兰盘与导电环和角度传感器连接。

其中，转台主轴轴向外表面带有楔形齿轮，用于伞齿轮传动，伞齿传动机构径向外套轴承，实现相交轴间的传动，将动力传输至转台主轴，驱动转台旋转。

其中，转台动盘盘面上方预留参试产品的安装孔位，通过螺钉可将参试产品与动盘固定，实现联动，旋转过程中通过导电环将参试产品需要的供电信号和测试信号引出转台。

其中，驱动电机放置在模拟室外，通过电机支架支撑并固定，采用循环水冷却形式进行散热。

其中，在空间环境模拟舱的舱壁上安装有穿墙密封单元，穿墙密封单元为长筒法兰脖套，一端与模拟室舱外的法兰密封面连接，另一端延伸至模拟室内，密封单元中使用双层金属波纹管与模拟室隔离，金属波纹管内部与模拟室内真空度一致，金属波纹管外部为常压状态，电机传动主轴穿过密封单元舱外端面的轴承，并在其端面安装齿轮，金属波纹管内部的硬轴端头安装有齿轮，与电机传动主轴端面齿轮联接，金属波纹管连同内部的硬轴随电机传动主轴的转动做摇动，通过密封单元位于模拟室内端面中的轴承将动力输送至模拟室内，传动过程中金属波纹管不承受扭矩的作用。

其中，导电环固定在转台主轴轴向开孔下方，其动环与转台主轴下端面螺纹沉孔联接，随转台同步转动，其定环固定在转台支架上，通过热防护装置对导电环进行温度控制，满足其工作温度要求。

进一步地，导电环传输的供电信号是由控制系统中的供电模块经由穿墙接插件、电缆、定环接插件、滑环、连接线输送至参试产品，导电环传输的测量信号经由滑环、定环上的接插件、电缆、穿墙法兰上的接插件引出至模拟室舱外，连接控制系统中的数据采集模块。

其中，控制系统负责将供电信号输送给导电环，并将导电环传输的测量信号进行处理，控制系统通过这角度、扭矩传感器测量的扭矩和角度数值，控制转台的转动角度并判断转台的状态是否正常。

其中，为保证不破坏空间环境模拟室的工作状态，所有的轴承均采用自润滑或无润滑零件，在齿轮咬合部位使用二硫化钼进行润滑。

本发明解决了天线、自旋航空器地面热试验的关键技术难点，实现参试产品试验中的姿态调整，利用本系统构建的试验系统比现有试验方法实施更灵活简单，试验更真实，对产品考核更充分，节约模拟室内空间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明的真空低温下电动转台的系统示意图。

其中，1—空间环境模拟舱；2—转台台体部分；3—转台传动部分。

图2为本发明的转台台体部分的结构示意图。

其中，21—转台支架；22—转台动盘；23—转台定盘；24—转台主轴；25—伞齿传动机构；26—导电环及角度传感器；27—热防护装置；28—联轴器四。

图3为本发明的转台传动部分结构示意图。

其中，31—电机；32—联轴器一；33—扭矩传感器；34—联轴器二；35—穿舱密封单元；36—联轴器三；37—软轴；38—电机支架；1—空间环境模拟舱。

具体实施方式

以下介绍的是作为本发明所述内容的具体实施方式，下面通过具体实施方式对本发明的所述内容作进一步的阐明。当然，描述下列具体实施方式只为示例本发明的不同方面的内容，而不应理解为限制本发明范围。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1为本发明的真空低温下电动转台的系统示意图；本发明的转台台体部分的结构示意图；图3为本发明的转台传动部分结构示意图。本发明的真空低温下电动转台，包括设置在真空低温环境的空间环境模拟舱中的转台台体部分2和设置在真空低温环境的空间环境模拟舱外的转台传动部分3，其中，在空间环境模拟舱1内的水平导轨上安装转台支架21，转台支架21用于固定转台及其零部件，支撑转台的旋转，采用不锈钢焊接的框架结构，通过螺钉将转台支架21的四脚与转台支架21内导轨固定，支架表面中心开孔，固定放置轴承，便于转台主轴24穿出。通过金属支撑柱在支架上方固定转台定盘23，转台定盘23设计制作成过孔型。在其孔中固定放置轴承，将转台主轴24从轴承孔中穿出并与转台动盘22联接。转台定盘23上表面铺设有接触材料，将转台动盘21平压在转台定盘23上表面。转台主轴24和传动齿轮组安放在支撑柱撑起的空间内，转台主轴24一端延伸至转台支架21下方与导电环及角度传感器26联接，另一端延伸至转台定盘23上方与转台动盘22联接。驱动电机31和控制系统设置在空间环境模拟舱1外，转台主轴24为不锈钢中空型，其上下端面留有螺纹沉孔，用于连接法兰盘，连接完成后的上端面法兰盘与转台动盘22螺接，下端面法兰盘与导电环和角度传感器26连接。转台主轴24轴向外表面带有楔形齿轮，用于伞齿轮传动。伞齿传动机构25径向外套轴承，实现相交轴间的传动，将动力传输至转台主轴24，驱动转台旋转。转台动盘22盘面上方预留参试产品的安装孔位，通过螺钉可将参试产品与动盘固定，实现联动。旋转过程中通过导电环将参试产品需要的供电信号和测试信号引出转台。参见图3，电机传动主轴24通过联轴器一32与扭矩传感器33联接，并通过联轴器二34联接硬轴，通过穿墙密封单元35将动力输送至空间环境模拟舱内的硬轴，空间环境模拟舱内的硬轴通过联轴器三36与软轴37联接，软轴37再通过联轴器四28与空间环境模拟舱内的伞齿传动机构25联接，伞齿传动机构25与主轴24联接，实现整个转台的传动。上位机与PLC组成的控制系统根据角度传感器的测量值调节电机31的输出功率，从而实现转台的转速控制和转动角度定位。

在一实施方式中，驱动电机放置在空间环境模拟舱外，通过电机支架38支撑并固定，采用循环水冷却形式进行散热。在空间环境模拟舱的舱壁上安装有穿舱密封单元35筒法兰脖套，一端与模拟室舱外的法兰密封面连接，另一端延伸至空间环境模拟舱内，穿舱密封单元35中使用双层金属波纹管与模拟室隔离，金属波纹管内部与模拟室内真空度一致，金属波纹管外部为常压状态，电机传动主轴穿过穿舱密封单元35舱外端面的轴承，并在其端面安装齿轮，金属波纹管内部的硬轴端头安装有齿轮，与电机传动主轴端面齿轮联接，金属波纹管连同内部的硬轴随电机传动主轴的转动做摇动，通过密封单元位于模拟室内端面中的轴承将动力输送至模拟室内，传动过程中金属波纹管不承受扭矩的作用。

在一实施方式中，导电环固定在转台主轴轴向开孔下方，其动环与转台主轴下端面螺纹沉孔联接，随转台同步转动，其定环固定在转台支架上。通过热防护装置27对导电环进行温度控制,满足其工作温度要求。导电环传输的供电信号是由控制系统中的供电模块经由穿墙接插件、电缆、定环接插件、滑环、连接线输送至参试产品，导电环传输的测量信号经由滑环、定环上的接插件、电缆、穿墙法兰上的接插件引出至模拟室舱外，连接控制系统中的数据采集模块。

在一实施方式中，控制系统负责将供电信号输送给导电环，并将导电环传输的测量信号进行处理。控制系统通过这角度、扭矩传感器测量的扭矩和角度数值，控制转台的转动角度并判断转台的状态是否正常。

参试产品安装在本发明电动转台上进行真空热试验的实际过程如下：

参试产品通过螺钉固定在电动转台的动盘台面上，将试验中需要的供电信号电缆和测量信号电缆通过电连接器与导电环提供的接插件进行连接，再通过空间环境模拟室的穿舱法兰将各类信号电缆引出至模拟室外的供电设备和信号采集设备上。转台的一侧通过软轴将传动部分和台体部分进行连接，另一侧放置试验用加热装置，试验过程中，空间环境模拟器内维持真空、低温环境，电机在外部驱动软轴进行扭摆运动，将转动惯量传递到转台的伞齿传动结构上带动转台主轴完成旋转，通过转台上布置得角度传感器和电机输出端的扭矩传感器反馈控制转台的转动速度，参试产品随着转台进行旋转运动，在加热装置的热辐射下完成温度的升降，同时通过信号电缆和导电环将参试产品上布置得温度、应力等传感器的信号传输至模拟室外的采集设备上，完成试验的信号采集工作。

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，本领域的技术人员可以依据本发明的精神对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用在未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.用于真空低温环境下的电动转台，主要包括转台支架，转台动盘，转台定盘，转台主轴，电机，软轴，伞齿传动机构，导电环、热防护装置、穿墙密封单元、控制系统，在真空低温环境的空间环境模拟舱内的水平导轨上安装转台支架，通过金属支撑柱在转台支架上方固定转台定盘，转台主轴和传动齿轮组安放在支撑柱撑起的空间内，转台主轴一端延伸至转台支架下方与导电环及测量主轴转动角度的角度传感器联接，另一端延伸至转台定盘上方与转台动盘联接，驱动电机和控制系统放置在空间环境模拟舱外，电机传动主轴通过联轴器一与扭矩传感器联接，扭矩传感器再通过联轴器二联接硬轴，通过穿墙密封单元将动力输送至空间环境模拟舱内的硬轴，空间环境模拟舱内的硬轴通过联轴器三与软轴联接，软轴再通过联轴器四与空间环境模拟舱内伞齿传动机构联接，伞齿传动机构通过传动齿轮组的啮合驱动主轴，实现整个转台的传动，上位机与PLC组成的控制系统根据角度传感器的测量值调节电机的输出功率，从而实现转台的转速控制和转动角度定位。

2.如权利要求1所述的电动转台，其中，转台支架用于固定转台及其零部件，支撑转台的旋转，采用不锈钢焊接的框架结构，通过螺钉将转台支架的四脚与空间环境模拟舱内导轨固定，支架表面中心开孔，固定放置轴承，便于转台主轴穿出。

3.如权利要求1所述的电动转台，其中，转台定盘制作成过孔型，在其孔中固定放置轴承，将转台主轴从轴承孔中穿出并与转台动盘联接，转台定盘上表面铺设有接触材料，将转台动盘平压在转台定盘上表面。

4.如权利要求1所述的电动转台，其中，转台主轴为不锈钢中空型，其上下端面留有螺纹沉孔，用于连接法兰盘，连接完成后的上端面法兰盘与转台动盘螺接，下端面法兰盘与导电环和角度传感器连接。

5.如权利要求4所述的电动转台，其中，转台主轴轴向外表面带有楔形齿轮，用于伞齿轮传动，伞齿传动机构径向外套轴承，实现相交轴间的传动，将动力传输至转台主轴，驱动转台旋转。

6.如权利要求1所述的电动转台，其中，在空间环境模拟舱的舱壁上安装有穿墙密封单元，穿墙密封单元为长筒法兰脖套，一端与模拟室舱外的法兰密封面连接，另一端延伸至模拟室内，密封单元中使用双层金属波纹管与模拟室隔离，金属波纹管内部与模拟室内真空度一致，金属波纹管外部为常压状态，电机传动主轴穿过密封单元舱外端面的轴承，并在其端面安装齿轮，金属波纹管内部的硬轴端头安装有齿轮，与电机传动主轴端面齿轮联接，金属波纹管连同内部的硬轴随电机传动主轴的转动做摇动，通过密封单元位于模拟室内端面中的轴承将动力输送至模拟室内，传动过程中金属波纹管不承受扭矩的作用。

7.如权利要求1所述的电动转台，其中，导电环固定在转台主轴轴向开孔下方，其动环与转台主轴下端面螺纹沉孔联接，随转台同步转动，其定环固定在转台支架上，通过热防护装置对导电环进行温度控制，满足其工作温度要求。

8.如权利要求7所述的电动转台，导电环传输的供电信号是由控制系统中的供电模块经由穿墙接插件、电缆、定环接插件、滑环、连接线输送至参试产品，导电环传输的测量信号经由滑环、定环上的接插件、电缆、穿墙法兰上的接插件引出至模拟室舱外，连接控制系统中的数据采集模块。

9.如权利要求1所述的电动转台，其中，控制系统负责将供电信号输送给导电环，并将导电环传输的测量信号进行处理，控制系统通过这角度、扭矩传感器测量的扭矩和角度数值，控制转台的转动角度并判断转台的状态是否正常。

10.如权利要求1所述的电动转台，其中，为保证不破坏空间环境模拟室的工作状态，所有的轴承均采用自润滑或无润滑零件，在齿轮咬合部位使用二硫化钼进行润滑。