CN107015026B - 一种带温箱卧式单轴石英挠性加速度计测试转台 - Google Patents

Abstract

一种带温箱卧式单轴石英挠性加速度计测试转台，由转台支架组件、密珠轴承组件、俯仰主轴组件、角接触球轴承组件、电机组件、编码器组件和温箱组件7个部分组成；密珠轴承组件通过左支架安装在U型底座上，角接触球轴承组件、电机组件、编码器组件通过右支架安装在U型底座上，俯仰主轴组件将密珠轴承组件和角接触球轴承组件串接为一体，使安装在负载支撑板上的石英挠性加速度计绕俯仰轴旋转；温箱组件通过温箱支架安装在地基上，并且保证俯仰主轴通过温箱内腔，实现石英挠性加速度计恒温测试。具有测试效率高、性能可靠、成本低的特点。

Description

一种带温箱卧式单轴石英挠性加速度计测试转台

技术领域

本发明涉及一种带温箱卧式单轴石英挠性加速度计测试转台，可应用于石英挠性加速度计参数辨识，特别是应用于高低温环境下石英挠性加速度计温度特性模型辨识。

背景技术

石英挠性加速度计的内部构成组件有不同的温度系数，当温度变化剧烈时，石英挠性加速度计的输出相对误差就会变大，严重影响石英挠性加速度计的精度。因此，需要在不同温度区间内测试加速度计的温度特性模型。

石英挠性加速度计的测试方法是利用1g重力加速度在加速度计输入轴分量的变化，来测试加速度计的输出性能参数。通过多点翻滚的方法，改变卧式转台负载支撑板水平面与重力方向的夹角，来实现加速度计输入不同加速度。常用的等角度实验翻滚方法包括两点翻滚，四点翻滚，八点翻滚等。整个测试过程在恒温实验箱内实施，可完成加速度计静态温度模型的参数的辨识。

根据石英挠性加速度计的测试方法可知，带温箱卧式单轴转台作为测试平台，俯仰轴系要达到较高的回转精度，同时也要有精确的定位精度，实现多点翻滚测量。现有的带温箱卧式单轴测试转台，在转台支架左右两端各安装一套角接触球轴承组件，并通过负载支撑轴直接与左主轴和右主轴联接，依靠轴承轴向游隙调整轴向伸缩量，由于温度的大范围变化，会使在恒温箱内的俯仰主轴发生微量的伸长或缩短，并影响俯仰轴系的倾角回转精度，最终影响加速度计的测试精度。

因此，带温箱卧式单轴测试转台的结构形式和材料选用应有所改进，以降低测试环境对石英挠性加速度计测试的干扰，确保所辨识的温度模型参数真实可靠。

发明内容

本发明其目的就在于提供一种带温箱卧式单轴石英挠性加速度计测试转台，具有测试效率高、性能可靠、成本低的特点。

实现上述目的而采取的技术方案，包括U型底座、卧式单轴转台、温箱,U型底座上端设有左支架和右支架构成支架组件, 左支架上设有密珠轴承组件, 密珠轴承组件包括密珠轴承座、密珠轴承保持架、钢球、左主轴和密珠轴承垫片，右支架上设有俯仰主轴组件,俯仰主轴组件包括A右轴套、右陶瓷轴、B右轴套、负载下支撑板、负载上支撑板、负载支撑轴、B左轴套、左陶瓷轴和A左轴套，所述A左轴套连接左主轴, A右轴套连接右主轴, 左主轴经密珠轴承组件连接左支架, 右主轴经角接触球轴承组件连接右支架,所述角接触球轴承组件包括右轴承座、A角接触球轴承、轴承内隔圈、轴承外隔圈、B角接触球轴承、轴承端盖、A轴承锁紧螺母和B轴承锁紧螺母，所述右主轴一端连接电机组件, 电机组件包括力矩电机定子、力矩电机转子和胀紧套，所述电机组件一端设有编码器组件, 编码器组件包括编码器支架、编码器垫片、编码器和编码器锁紧螺母。

有益效果

与现有技术相比本发明具有以下优点。

1．在固定端安装力矩电机和角度编码器，可以提高轴系的测角精度；在自由端采用“开放式”密珠轴系设计，允许俯仰轴系在轴向上左右微小移动，以适应俯仰主轴在轴向的伸长或缩短，并且能够保证轴系的回转精度；

2．在温箱内部的支撑轴，选用膨胀系数较小的“陶瓷轴”，以减小俯仰主轴因温度变化而引起的伸缩量，同时也隔离了金属之间的接触，降低温度传导速度；

3．温箱内部负载支撑轴和负载支撑板，选用“不锈钢”材料，并采用对称式结构；在温度的影响下，这样作的特点是可以使零件在各个方向上的尺寸变化一致；并且可以方便的更换负载支撑板，以满足不同型号测试需要；

4．负载支撑板采用上下两层布置，每个支撑板的安装面都可以安装待测石英挠性加速度计，可以提高测试效率，节约人工成本。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详述。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的结构立体示意图。

具体实施方式

一种带温箱卧式单轴石英挠性加速度计测试转台，包括U型底座1、卧式单轴转台、温箱12, 如图1、图2所示,U型底座1上端设有左支架2和右支架31构成支架组件, 左支架2上设有密珠轴承组件, 密珠轴承组件包括密珠轴承座7、密珠轴承保持架6、钢球9、左主轴11和密珠轴承垫片8，右支架31上设有俯仰主轴组件, 俯仰主轴组件包括A右轴套33、右陶瓷轴34、B右轴套35、负载下支撑板36、负载上支撑板37、负载支撑轴38、B左轴套39、左陶瓷轴41和A左轴套42，所述A左轴套42连接左主轴11, A右轴套33连接右主轴13, 左主轴11经密珠轴承组件连接左支架2, 右主轴13经角接触球轴承组件连接右支架31,所述角接触球轴承组件包括右轴承座15、A角接触球轴承16、轴承内隔圈26、轴承外隔圈17、B角接触球轴承18、轴承端盖19、A轴承锁紧螺母20和B轴承锁紧螺母21，所述右主轴13一端连接电机组件, 电机组件包括力矩电机定子22、力矩电机转子23和胀紧套24，所述电机组件一端设有编码器组件, 编码器组件包括编码器支架30、编码器垫片25、编码器28和编码器锁紧螺母27。

所述钢球9设有5组,5组钢球9镶嵌在密珠轴承保持架6的固定孔内，密珠轴承保持架6套入左主轴11，每个钢球9与左主轴11外圆单点接触；密珠轴承座7套在密珠轴承保持架6的外部，每个钢球9与密珠轴承座7内圆单点接触；密珠轴承止推板4安装在左主轴11的左侧。

所述A左轴套42的左端面和B左轴套39右端面钻有螺纹孔，A左轴套42和B左轴套39与左陶瓷轴41的配合面开有沟槽，以存储固定胶水,A左轴套42和B左轴套39用胶水固定在左陶瓷轴41的两端；A右轴套33和B右轴套35用胶水固定在右陶瓷轴34的两端。

所述A右轴套33的右端面和B右轴套35左端面钻有螺纹孔，A右轴套33和B右轴套35与右陶瓷轴34的配合面开有沟槽，以存储固定胶水。

所述负载支撑轴38的左右两端分别用螺钉与B左轴套39和B右轴套35固定；所述负载支撑轴38的上下两端面分别用螺钉固定负载上支撑板37和负载下支撑板36。

所述密珠轴承垫片8安装在左支架2和密珠轴承座7之间，并且留有1mm的配磨量，适应俯仰主轴轴向尺寸误差。

所述左陶瓷轴41间隔在左主轴11和负载支撑轴38之间，右陶瓷轴34间隔在右主轴13和负载支撑轴38之间，可降低温度向外部传输的速度。

所述左堵头40的材料为多孔海绵，石英挠性加速度计的线缆从多孔海绵的开孔处穿过，同时可减缓温度向外部的传导速度；右堵头32的材料为聚四氟乙烯，固定在右主轴13内孔处，使温箱12与外部隔离。

实施例

在轴系结构设计方面，采用疏导的方式，将轴系的右端支撑部分设计为固定端，不允许轴向的窜动；并在固定端安装力矩电机和角度编码器，为轴系旋转提供驱动力矩和角度位置反馈信号；轴系的左端支撑部分设计为自由端，允许轴系在轴向伸长或缩短，适应轴系热胀冷缩的变化量。

在主轴材料选用方面，在温箱内部的主轴，选用了非金属陶瓷轴，以减小伸缩量的变化，同时也能降低金属之间温度的传导速度；负载支撑轴和负载支撑板，选用“不锈钢”材料，满足实际使用要求，但是毛坯料要经过多次锻造，以提高材料密度在整体上的一致性的；在精密加工前进行多次热处理，释放材料多余的应力。

一种带温箱卧式单轴石英挠性加速度计测试转台，如图1、图2所示，包括：U型底座1、左支架2、左支架端盖3、密珠轴承止推板4、线缆支架5、密珠轴承保持架6、密珠轴承座7、密珠轴承垫片8、钢球9、左支架防尘盖10、左主轴11、温箱12、右主轴13、右支架防尘盖14、右轴承座15、A角接触球轴承16、轴承外隔圈17、B角接触球轴承18、轴承端盖19、A轴承锁紧螺母20、B轴承锁紧螺母21、力矩电机定子22、力矩电机转子23、胀紧套24、编码器垫片25、轴承内隔圈26、编码器锁紧螺母27、编码器28、右支架端盖29、编码器支架30、右支架31、右堵头32、A右轴套33、右陶瓷轴34、B右轴套35、负载下支撑板36、负载上支撑板37、负载支撑轴38、B左轴39、左堵头40、左陶瓷轴41、A左轴套42。

左支架2和右支架31分别安装在U型底座1的上端面，组成支架组件。密珠轴承座7、密珠轴承保持架6、钢球9、左主轴11和密珠轴承垫片8，组成密珠轴承组件。A右轴套33、右陶瓷轴34、B右轴套35、负载下支撑板36、负载上支撑板37、负载支撑轴38、B左轴套39、左陶瓷轴41和A左轴套42，组成俯仰主轴组件。右轴承座15、A角接触球轴承16、轴承内隔圈26、轴承外隔圈17、B角接触球轴承18、轴承端盖19、右主轴13、A轴承锁紧螺母20和B轴承锁紧螺母21，组成角接触球轴承组件。力矩电机定子22、力矩电机转子23和胀紧套24，组成电机组件。编码器支架30、编码器垫片25、编码器28和编码器锁紧螺母27，组成编码器组件。

5组钢球9镶嵌在密珠轴承保持架6的固定孔内，密珠轴承保持架6套入左主轴11，每个钢球9与左主轴11外圆单点接触；密珠轴承座7套在密珠轴承保持架6的外部，每个钢球9与密珠轴承座7内圆单点接触；密珠轴承止推板4安装在左主轴11的左侧。

左主轴11可以沿轴向左右微小移动，可释放俯仰主轴轴向的伸缩量；密珠轴承止推板4防止俯仰轴系向右大范围移动，左主轴11轴肩防止俯仰轴系大范围向作移动。

A左轴套42和B左轴套39用胶水固定在左陶瓷轴41的两端；A右轴套33和B右轴套35用胶水固定在右陶瓷轴34的两端。

A左轴套42的左端面和B左轴套39右端面钻有螺纹孔，A左轴套42和B左轴套39与左陶瓷轴41的配合面开有沟槽，以存储固定胶水。

A右轴套33的右端面和B右轴套35左端面钻有螺纹孔，A右轴套33和B右轴套35与右陶瓷轴34的配合面开有沟槽，以存储固定胶水。

负载支撑轴38的左右两端分别用螺钉与B左轴套39和B右轴套35固定。

负载支撑轴38的上下两端面分别用螺钉固定负载上支撑板37和负载下支撑板36。

A角接触球轴承16和B角接触球轴承18与右轴承座15配合，轴承内隔圈26和轴承外隔圈17安装在A角接触球轴承16和B角接触球轴承18之间，并且轴承外隔圈17比轴承内隔圈26厚，以调整角接触球轴承的预紧量。

用螺钉将轴承端盖19固定在右轴承座15右侧，并用轴承端盖19的端面压紧B角接触球轴承18的外圈。

右主轴13与A角接触球轴承16和B角接触球轴承18内圈配合；A轴承锁紧螺母20和B轴承锁紧螺母21依次旋紧在右主轴13的右端，将角接触球轴承对轴向预紧。

密珠轴承垫片8安装在左支架2和密珠轴承座7之间，并且留有1mm的配磨量，适应俯仰主轴轴向尺寸误差。

负载上支撑板37和负载下支撑板36处在温箱12内部空间的中间位置。

负载支撑轴38左右两端开有穿线孔，石英挠性加速度计的信号及电源线从左端孔穿过左堵头40，经左陶瓷轴41、左主轴11、线缆支架5和左支架端盖3的内孔，伸出台体左侧进入石英挠性加速度计测试箱。

左陶瓷轴41间隔在左主轴11和负载支撑轴38之间，右陶瓷轴34间隔在右主轴13和负载支撑轴38之间，可降低温度向外部传输的速度。

左堵头40的材料为多孔海绵，石英挠性加速度计的线缆从多孔海绵的开孔处穿过，同时可减缓温度向外部的传导速度；右堵头32的材料为聚四氟乙烯，固定在右主轴13内孔处，使温箱12与外部隔离。

线缆支架5用螺钉固定在左支架2左端止口处，与密珠轴承止推板4配合使用，可限制俯仰轴系连续旋转。

左支架端盖3和左支架防尘盖10分别用螺钉固定在左支架2的左右两端，防止灰尘进入轴承内部。

右主轴13与A角接触球轴承16和B角接触球轴承18内圈配合。

A轴承锁紧螺母20和B轴承锁紧螺母21依次旋紧在右主轴13的右端。

力矩电机定子22外圆与右支架31配合，并用螺钉固定；用胀紧套24将力矩电机转子23与右主轴13固定。

右支架防尘盖14用螺钉固定在右支架31的左端，右支架端盖29用螺钉固定在编码器支架30的右端，防止灰尘进入轴承内部。

负载支撑轴38左右两端开有穿线孔，石英挠性加速度计的线缆从左端孔穿过左堵头40，经左陶瓷轴41、左主轴11、线缆支架5和左支架端盖3的内孔，伸出台体左侧进入石英挠性加速度计测试箱。

温箱12通过温箱支架放在地基上，俯仰主轴穿过温箱内部，为石英挠性加速度计测试提供恒温环境。

工作原理

左支架和右支架分别安装在U型底座的上端面，组成卧式单轴转台支架组件。密珠轴承座、密珠轴承保持架、钢球、左主轴和密珠轴承垫片，组成密珠轴承组件,整体与左支架配合安装。

右轴承座、角接触球轴承A、轴承内隔圈、轴承外隔圈、角接触球轴承B、轴承端盖、右主轴、轴承锁紧螺母A和轴承锁紧螺母B，组成角接触球轴承组件，整体与右支架配合安装。

力矩电机定子安装在右支架，力矩电机转子和胀紧套安装在右主轴上，驱动右主轴旋转。

编码器法兰面固定在编码器支架上，编码器垫片和编码器锁紧螺母固定在右主轴末端，输出角度信号。

右轴套A、右陶瓷轴、右轴套B、负载下支撑板、负载上支撑板、负载支撑轴、左轴套B、左陶瓷轴和左轴套A，组成俯仰主轴组件，将左主轴和右主轴串接形成一个轴系。

在温箱内的俯仰主轴，因温度升高或降低，导致俯仰主轴伸长或缩短的变化量可以通过左端的密珠轴系来释放，预防轴系整体变形，保证俯仰轴系回转精度。

力矩电机带动俯仰主轴旋转，编码器实时输出角度值给转台控制系统，用来作反馈信号，并在多个测试点定位，完成石英挠性加速度计在恒温箱内的测试。

Claims (4)

1. 一种带温箱卧式单轴石英挠性加速度计测试转台，包括U型底座（1）、卧式单轴转台、温箱（12）, 其特征在于,U型底座（1）上端设有左支架（2）和右支架（31）构成支架组件,左支架（2）上设有密珠轴承组件, 密珠轴承组件包括密珠轴承座（7）、密珠轴承保持架（6）、钢球（9）、左主轴（11）和密珠轴承垫片（8），右支架（31）上设有俯仰主轴组件, 俯仰主轴组件包括A右轴套（33）、右陶瓷轴（34）、B右轴套（35）、负载下支撑板（36）、负载上支撑板（37）、负载支撑轴（38）、B左轴套（39）、左陶瓷轴（41）和A左轴套（42），所述A左轴套（42）连接左主轴（11）, A右轴套（33）连接右主轴（13）, 左主轴（11）经密珠轴承组件连接左支架（2）, 右主轴（13）经角接触球轴承组件连接右支架（31）,所述角接触球轴承组件包括右轴承座（15）、A角接触球轴承（16）、轴承内隔圈（26）、轴承外隔圈（17）、B角接触球轴承（18）、轴承端盖（19）、A轴承锁紧螺母（20）和B轴承锁紧螺母（21），所述右主轴（13）一端连接电机组件,电机组件包括力矩电机定子（22）、力矩电机转子（23）和胀紧套（24），所述电机组件一端设有编码器组件, 编码器组件包括编码器支架（30）、编码器垫片（25）、编码器（28）和编码器锁紧螺母（27）;所述钢球（9）设有5组,5组钢球（9）镶嵌在密珠轴承保持架（6）的固定孔内，密珠轴承保持架（6）套入左主轴（11），每个钢球（9）与左主轴（11）外圆单点接触；密珠轴承座（7）套在密珠轴承保持架（6）的外部，每个钢球（9）与密珠轴承座（7）内圆单点接触；密珠轴承止推板（4）安装在左主轴（11）的左侧;所述A左轴套（42）的左端面和B左轴套（39）右端面钻有螺纹孔，A左轴套（42）和B左轴套（39）与左陶瓷轴（41）的配合面开有沟槽，以存储固定胶水,A左轴套（42）和B左轴套（39）用胶水固定在左陶瓷轴（41）的两端；A右轴套（33）和B右轴套（35）用胶水固定在右陶瓷轴（34）的两端;所述A右轴套（33）的右端面和B右轴套（35）左端面钻有螺纹孔，A右轴套（33）和B右轴套（35）与右陶瓷轴（34）的配合面开有沟槽，以存储固定胶水。

2. 根据权利要求1所述的一种带温箱卧式单轴石英挠性加速度计测试转台, 其特征在于,所述负载支撑轴（38）的左右两端分别用螺钉与B左轴套（39）和B右轴套（35）固定；所述负载支撑轴（38）的上下两端面分别用螺钉固定负载上支撑板（37）和负载下支撑板（36）。

3. 根据权利要求1所述的一种带温箱卧式单轴石英挠性加速度计测试转台, 其特征在于，所述密珠轴承垫片（8）安装在左支架（2）和密珠轴承座（7）之间，并且留有1mm的配磨量，适应俯仰主轴轴向尺寸误差。

4. 根据权利要求1所述的一种带温箱卧式单轴石英挠性加速度计测试转台, 其特征在于，所述左陶瓷轴（41）间隔在左主轴（11）和负载支撑轴（38）之间，右陶瓷轴（34）间隔在右主轴（13）和负载支撑轴（38）之间，可降低温度向外部传输的速度。

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