CN108195513B - 多点布站式气浮转动惯量测试台 - Google Patents

多点布站式气浮转动惯量测试台 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多点布站式气浮转动惯量测试装置，是在现有单体气浮轴承惯量测试台上的大型航天器的托架伸出部分底部四周设置多台辅助支撑气浮台，以对托架的任意位置进行支撑，从而减小托架的变形，大幅降低托架的重量和自身转动惯量，提高单体气浮轴承惯量测试台的有效测量范围。

Description

多点布站式气浮转动惯量测试台
技术领域
本发明属于航天器总装测试技术领域，具体而言，本发明涉及一种大型航天器垂直于长度方向的转动惯量(横轴转动惯量)测试装置，以提高单体气浮轴承惯量测试承载能力，同时也涉及一种该转动惯量测试台进行测量的方法，本发明主要用于轨道车辆、火箭箭体等领域中使用，完成相关产品的转动惯量测试。
背景技术
目前，大型试件转动惯量测试时，主要采用单体气浮轴承惯量测试台，在测量大型试件横轴转动惯量时，必须使用质量、体积很大的托架，其中，大型试件1的圆柱两端停放在托架3的圆弧形铝托上，托架支撑在单体气浮轴承惯量测试台2上。然而，这种大型试件横轴惯量测试方法存在很大问题，具体如下：
1)托架自身重量、转动惯量较大：为保证试件小变形，必须提高托架的刚度。因此，托架自重很大，托架转动惯量大，大约是试件自身惯量的25％。这降低了单体气浮轴承惯量测试台有效承载能力，造成承载能力不足的困难。
2)试件对单体气浮轴承惯量测试台的偏心力矩较大，虽然进行了托架偏心力矩影响的冗余设计，但是，冗余设计不足情况仍然会发生。试件的偏心力矩大于单体气浮轴承惯量测试台的最大许用偏心力矩，试件横轴转动惯量测试无法进行。
发明内容
本发明解决的技术问题是：针对现在转动惯量测试装置的问题，利用现有单体气浮轴承惯量测试台和测试托架，在托架适当位置增加辅助支撑气浮台，可以提高转动惯量测试系统的承载能力60％以上，提高转动惯量测试系统最大许用偏心力矩3倍以上。
本发明的技术解决方案：
本发明的多点布站式气浮转动惯量测试台，包括单体气浮轴承惯量测试台、托架以及多台辅助支撑气浮台，托架的圆弧形铝托用于支撑设置大型航天器试件的圆柱两端，托架与单体气浮轴承惯量测试台进行紧固连接，保证了试件的机械坐标系与单体气浮轴承惯量测试台的位置关系，其特征在于，多台辅助支撑气浮台分别放置于托架底部，以用于辅助支撑纵长托架延伸出惯量测试台部分的底部，辅助支撑气浮台与托架底部之间安装钢球，形成线接触，保证托架的变形不会影响辅助支撑气浮台的扭摆运动。
其中，大型试件的外形近似于两端是圆锥台，中间是圆柱体的结构形式。
其中，紧固连接通过定位销和连接螺栓进行紧固。
其中，多台辅助支撑气浮台分别放置于托架伸出部分底部的四个角处进行支撑。
进一步地，辅助支撑气浮台由钢球、秤重传感器、丝杆升降机、气浮上盘、气浮下盘、水平仪安装支架、水平度调节丝杆、万向脚轮和转接板组成，钢球位于秤重传感器顶部的转接板的球窝中，球心位于丝杆升降机的丝杆轴线上，秤重传感器上部固定连接到转接板，下部与丝杆升降机固定连接；丝杆升降机底部与气浮上盘紧固连接，气浮上盘与气浮下盘之间没有连接，其间通入压缩空气，气浮下盘中部安装有2个方向互相垂直的水平仪安装支架，水平仪支架用于设置水平仪以测量气浮上盘的水平度，气浮下盘底部设置3套万向脚轮，万向脚轮位于同一个圆周上且成120°分布，万向脚轮实现辅助支撑气浮台在地面上进行移动。
进一步地，气浮下盘底部安装3套水平度调节丝杆，水平度调节丝杆位于同一个圆周上且成120°分布，与3套万象脚轮成间隔排列。
其中，气浮下盘中部两相对垂直的侧面上设置两个方向互相垂直的水平仪安装支架。
其中，传感器的受力点连线与丝杆升降机的丝杆轴线同轴。
其中，通过水平仪的读数，调节水平度调节丝杆，将多台辅助支撑气浮台的气浮上盘的水平度都调节到0.02mm/m范围内，保证由托架连接在一起的多台辅助支撑气浮台的气浮上盘与单体气浮轴承惯量测试台的上气浮台面一起进行无阻尼的扭摆运动。
其中，所有的固定连接通过使用螺栓进行紧固。
使用上述测试装置进行试件横轴转动惯量测试的方法如下：
(1)托架安装并固定到单体气浮轴承惯量测试台后，利用万向脚轮，将辅助支撑气浮台移动到托架的适当位置；
(2)在水平仪安装支架上安装水平仪，操作水平度调节丝杆调节辅助支撑气浮台的水平度；
(3)操作丝杆升降机，将钢球与托架接触，并根据秤重传感器的读数，控制钢球与托架接触力度，使辅助支撑气浮台受力总和在托架自重的50％～60％之间，辅助支撑气浮台之间受力均匀度优于10％；
(4)在辅助支撑气浮台和单体气浮轴承惯量测试台之间同时通入一定压力的压缩空气，控制单体气浮轴承惯量测试台，使托架产生无阻尼扭摆运动，测量托架空载状态的扭摆运动周期，记作T0；
(5)试件安装到托架后，根据秤重传感器的读数，操作丝杆升降机，控制钢球与托架接触力度，使辅助支撑气浮台受力总和在托架和试件总重的50％～60％之间，辅助支撑气浮台之间受力均匀度优于10％；
(6)在辅助支撑气浮台和单体气浮轴承惯量测试台之间同时通入一定压力的压缩空气，控制单体气浮轴承惯量测试台，使托架和试件产生无阻尼扭摆运动，测量托架加载状态的扭摆运动周期，记作Td；
(7)根据下列公式可以计算出试件横轴惯量Iz
式中：K单体气浮轴承惯量测试台的机械常数。
本发明与传统技术相比的优点在于：
(1)通过在托架适当位置安装辅助支撑气浮台的方式，提高了系统惯量测试的测试能力，直接提高了系统惯量的测试能力。
(2)提高了转动惯量测试台的抗偏心力矩的能力。
(3)实现了托架设计的轻量化，在托架变形最大的位置，安装辅助支撑气浮台，有效减小了托架的变形，托架设计的轻量化设计成为可能，间接提高了惯量测试台的测试能力。
(4)本发明不需要经过任何改变，可以直接与其它单体气浮轴承惯量测试台或托架配合使用，达到扩展系统测试能力的目的，实现了单体气浮轴承惯量测试台测试能力扩展的通用化。
附图说明
图1本发明的多点布站式气浮转动惯量测试台的结构示意图；
其中，1为试件；2为单体气浮轴承惯量测试台；3为托架；4为辅助支撑气浮台；
图2本发明的气浮转动惯量测试装置中辅助支撑气浮台的结构示意图；
其中，5为钢球；6为秤重传感器；7为丝杆升降机；8为气浮上盘；9为气浮下盘；10为水平仪安装支架；11为水平度调节丝杆；12为万向脚轮；13为转接板。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的多点布站式气浮转动惯量测试台的结构进行详细说明，这些说明仅仅是示例性的，并不旨在对本发明的保护范围进行任何限制。参见图1，图1显示了本发明的多点布站式气浮转动惯量测试台的结构示意图，其中本发明的多点布站式气浮转动惯量测试台包括：1台单体气浮轴承惯量测试台2、多台辅助支撑气浮台4，以及1套托架3，单体气浮轴承惯量测试台和托架是现有的测试设备和测试工装，不是本发明的内容，为了更好地了解本发明的主要内容，这里仅作简要介绍。单体气浮轴承惯量测试台主要由气浮上台面、气浮下台面和十字弹簧组成。气浮上台面提供与托架的连接接口，并且在其上定义了惯量台坐标系；十字弹簧连接了气浮上台面和气浮下台面，是惯量台的扭摆运动的执行结构；托架3主要由2个铝托和床身组成。铝托用于安装试件；床身提供与惯量测试台的接口，并确定大型试件机械坐标系与惯量测试台坐标系的转换关系。
大型航天器试件1的圆柱两端停放在托架3的圆弧形铝托上。托架3与单体气浮轴承惯量测试台2通过定位销和连接螺栓进行紧固连接，保证了大型航天器试件1的机械坐标系与单体气浮轴承惯量测试台2的位置关系。多台辅助支撑气浮台4分别放置于托架3的适当位置(比如托架3底部的4个角)。辅助支撑气浮台4与托架3之间安装钢球5，形成线接触，保证托架的变形不会影响辅助支撑气浮台的扭摆运动。
其中，辅助支撑气浮台的结构示意图如图2所示。辅助支撑气浮台4由钢球5、秤重传感器6、丝杆升降机7、气浮上盘8、气浮下盘9、水平仪安装支架10、水平度调节丝杆11、和万向脚轮12和转接板13组成，钢球5位于秤重传感器6顶部的转接板13的球窝中，球心位于丝杆升降机7的丝杆轴线上。秤重传感器6上部使用螺栓固定连接到转接板13，下部与丝杆升降机7使用螺栓固定连接。称重传感器6的受力点连线与丝杆升降机7的丝杆轴线同轴。丝杆升降机7底部与气浮上盘8使用螺栓紧固连接。气浮上盘8与气浮下盘9之间没有连接，其间可以通入压缩空气，在气浮上盘8和气浮下盘9形成气膜，保证气浮上盘8可以在气浮下盘9上无阻尼移动。气浮下盘9中部两相对垂直的侧面上安装有2个方向互相垂直水平仪安装支架10，水平仪安装支架10的上平面与气浮上盘8的上表面保证平行。水平仪支架10上安装水平仪后，可以测量出气浮上盘8的水平度。气浮下盘9底部安装3套水平度调节丝杆11，这3套水平度调节丝杆11位于同一个圆周上，并且成120°分布。通过水平仪的读数，调节水平度调节丝杆11，将多台辅助支撑气浮台4的气浮上盘8的水平度都调节到0.02mm/m范围内。保证由托架连接在一起的多台辅助支撑气浮台的气浮上盘8与单体气浮轴承惯量测试台2的上气浮台面一起进行无阻尼的扭摆运动。气浮下盘9底部安装3套万向脚轮12，这3套万向脚轮12位于同一个圆周上，并且成120°分布，与3套水平度调节丝杆11成间隔排列万向脚轮12可以实现辅助支撑气浮台在地面上进行移动。
使用多点布站式气浮转动惯量测试装置，进行试件横轴转动惯量测试的实施方式如下：
(1)托架安装并固定到单体气浮轴承惯量测试台后，利用万向脚轮，将辅助支撑气浮台移动到托架的适当位置；
(2)在水平仪安装支架上安装水平仪，操作水平度调节丝杆调节辅助支撑气浮台的水平度；
(3)操作丝杆升降机，将钢球与托架接触，并根据秤重传感器的读数，控制钢球与托架接触力度，使辅助支撑气浮台受力总和在托架自重的50％～60％之间，辅助支撑气浮台之间受力均匀度优于10％；
(4)在辅助支撑气浮台和单体气浮轴承惯量测试台之间同时通入一定压力的压缩空气，控制单体气浮轴承惯量测试台，使托架产生无阻尼扭摆运动，测量托架空载状态的扭摆运动周期，记作T0；
(5)试件安装到托架后，根据秤重传感器的读数，操作丝杆升降机，控制钢球与托架接触力度，使辅助支撑气浮台受力总和在托架和试件总重的50％～60％之间，辅助支撑气浮台之间受力均匀度优于10％；
(6)在辅助支撑气浮台和单体气浮轴承惯量测试台之间同时通入一定压力的压缩空气，控制单体气浮轴承惯量测试台，使托架和试件产生无阻尼扭摆运动，测量托架加载状态的扭摆运动周期，记作Td；
(7)根据下列公式可以计算出试件横轴惯量Iz
式中：K单体气浮轴承惯量测试台的机械常数。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，相关技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.多点布站式气浮转动惯量测试台，包括单体气浮轴承惯量测试台、托架以及多台辅助支撑气浮台，托架的圆弧形铝托用于支撑设置大型航天器试件的圆柱两端，托架与单体气浮轴承惯量测试台进行紧固连接，保证了试件的机械坐标系与单体气浮轴承惯量测试台的位置关系，其中，多台辅助支撑气浮台分别放置于托架底部，以用于辅助支撑纵长托架延伸出惯量测试台部分的底部，辅助支撑气浮台与托架底部之间安装钢球，形成线接触，保证托架的变形不会影响辅助支撑气浮台的扭摆运动。
2.如权利要求1所述的多点布站式气浮转动惯量测试台，其中，大型试件的外形两端是圆锥台，中间是圆柱体的结构形式。
3.如权利要求1所述的多点布站式气浮转动惯量测试台，其中，紧固连接通过定位销和连接螺栓进行紧固。
4.如权利要求1所述的多点布站式气浮转动惯量测试台，其中，多台辅助支撑气浮台分别放置于托架伸出部分底部的四个角处进行支撑。
5.如权利要求1-4任一项所述的多点布站式气浮转动惯量测试台，其中，辅助支撑气浮台由钢球、秤重传感器、丝杆升降机、气浮上盘、气浮下盘、水平仪安装支架、水平度调节丝杆、万向脚轮和转接板组成，钢球位于秤重传感器顶部的转接板的球窝中，球心位于丝杆升降机的丝杆轴线上，秤重传感器上部固定连接到转接板，下部与丝杆升降机固定连接；丝杆升降机底部与气浮上盘紧固连接，气浮上盘与气浮下盘之间没有连接，其间通入压缩空气，气浮下盘中部安装有2个方向互相垂直的水平仪安装支架，水平仪支架用于设置水平仪以测量气浮上盘的水平度，气浮下盘底部设置3套万向脚轮，万向脚轮位于同一个圆周上且成120°分布，万向脚轮实现辅助支撑气浮台在地面上进行移动。
6.如权利要求5所述的多点布站式气浮转动惯量测试台，其中，气浮下盘底部安装3套水平度调节丝杆，水平度调节丝杆位于同一个圆周上且成120°分布，与3套万象脚轮成间隔排列。
7.如权利要求5所述的多点布站式气浮转动惯量测试台，其中，气浮下盘中部两相对垂直的侧面上设置两个方向互相垂直的水平仪安装支架。
8.如权利要求1所述的多点布站式气浮转动惯量测试台，其中，传感器的受力点连线与丝杆升降机的丝杆轴线同轴。
9.如权利要求1所述的多点布站式气浮转动惯量测试台，其中，通过水平仪的读数，调节水平度调节丝杆，将多台辅助支撑气浮台的气浮上盘的水平度都调节到0.02mm/m范围内，保证由托架连接在一起的多台辅助支撑气浮台的气浮上盘与单体气浮轴承惯量测试台的上气浮台面一起进行无阻尼的扭摆运动。
10.使用权利要求1-9任一项所述测试装置进行试件横轴转动惯量测试的方法，包括以下步骤：
（1）将托架固定到单体气浮轴承惯量测试台后，利用万向脚轮，将辅助支撑气浮台移动到托架的适当位置；
（2）在水平仪安装支架上安装水平仪，操作水平度调节丝杆调节辅助支撑气浮台的水平度；
（3）操作丝杆升降机，将钢球与托架接触，并根据秤重传感器的读数，控制钢球与托架接触力度，使辅助支撑气浮台受力总和在托架自重的50%~60%之间，辅助支撑气浮台之间受力均匀度优于10%；
（4）在辅助支撑气浮台和单体气浮轴承惯量测试台之间同时通入一定压力的压缩空气，控制单体气浮轴承惯量测试台，使托架产生无阻尼扭摆运动，测量托架空载状态的扭摆运动周期，记作T0；
（5）试件安装到托架后，根据秤重传感器的读数，操作丝杆升降机，控制钢球与托架接触力度，使辅助支撑气浮台受力总和在托架和试件总重的50%~60%之间，辅助支撑气浮台之间受力均匀度优于10%；
（6）在辅助支撑气浮台和单体气浮轴承惯量测试台之间同时通入一定压力的压缩空气，控制单体气浮轴承惯量测试台，使托架和试件产生无阻尼扭摆运动，测量托架加载状态的扭摆运动周期，记作Td ；
（7）根据下列公式可以计算出试件横轴惯量Iz
式中：K 单体气浮轴承惯量测试台的机械常数。
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