CN108267256A - 一种高低温微扭矩测试装置和方法 - Google Patents

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秦俊杰
孟炜杰
全齐全
赵曾
仉恒毅
姜禄华
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    • G01L5/24—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for determining value of torque or twisting moment for tightening a nut or other member which is similarly stressed

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Abstract

本发明公开了一种高低温微扭矩测试装置和方法，其中，该测试装置包括：测试台架、第一安装支座、第二安装支座、旋转夹持机构、固定夹持机构、高低温箱、扭矩传感器、伺服电机、第一联轴器和第二联轴器；高低温箱安装在测试台架上；固定夹持机构安装在高低温箱内，旋转夹持机构通过第一联轴器与扭矩传感器的测试端连接；第一安装支座和第二安装支座垂直设置在测试台架上；扭矩传感器和伺服电机分别安装在第一安装支座和第二安装支座上；扭矩传感器的辅助端通过第二联轴器与伺服电机的输出轴连接。通过本发明实现了封口装置‑40～+250℃下10～15Nmm微扭矩的精确测试。

Description

一种高低温微扭矩测试装置和方法
技术领域
本发明属于深空探测技术领域，尤其涉及一种高低温微扭矩测试装置和方法。
背景技术
我国探月三期钻取采样装置通过采用软质取芯技术，将着陆点钻取目标区域内深度约2米的月壤样品钻取至取芯机构，在月球钻取采样过程中，随钻进的深入，所采集的月壤样品不断进入取芯筒，到达指定钻进深度后停止钻进。钻进完成后提拉取芯筒，使封口装置在弹性作用下通过扭转变形将包覆月壤样品的软质取芯筒密闭，保证取芯筒内月壤不散落。封口装置的密闭能力直接影响月壤样品的采集量，是钻取采样器的关键部件和单点失效环节。
该封口装置为高弹性合金开式结构8字型构型，其在-40℃～+250℃下的扭转力矩是样品密闭效果的关键参数，而这一参数量级较小，不大于15Nmm，现有测试方法或技术无法实现-40～+250℃宽温域下的微扭矩测量，需要开发测试装置及测试方法对封口装置高低温下的微扭矩进行测试，以保证产品满足型号要求。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种高低温微扭矩测试装置和方法，实现封口装置-40～+250℃下10～15Nmm微扭矩的精确测试。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种高低温微扭矩测试装置，包括：测试台架、第一安装支座、第二安装支座、旋转夹持机构、固定夹持机构、高低温箱、扭矩传感器、伺服电机、第一联轴器和第二联轴器；
高低温箱安装在测试台架上；
固定夹持机构安装在高低温箱内，旋转夹持机构通过第一联轴器与扭矩传感器的测试端连接；其中，封口装置测试件通过所述固定夹持机构和旋转夹持机构进行夹持；
第一安装支座和第二安装支座垂直设置在测试台架上；
扭矩传感器和伺服电机分别安装在第一安装支座和第二安装支座上；
扭矩传感器的辅助端通过第二联轴器与伺服电机的输出轴连接；
第一联轴器、扭矩传感器、第二联轴器和伺服电机串联。
在上述高低温微扭矩测试装置中，还包括：控制及数据采集系统；
控制及数据采集系统，用于驱动伺服电机旋转，使通过第一联轴器、扭矩传感器和第二联轴器与伺服电机串联的旋转夹持机构从0度开始旋转，并保持设定时间；以及，对扭矩传感器的输出数据进行采集，得到封口装置测试件的微扭矩测试结果。
在上述高低温微扭矩测试装置中，还包括：由电热丝和低温冷却液构成的温度调节装置；
温度调节装置，用于对高低温箱的箱体内温度的调节。
在上述高低温微扭矩测试装置中，封口装置测试件为高弹性合金开式结构8字型构型。
相应的，本发明还公开了一种高低温微扭矩测试方法，包括：
将封口装置测试件的顶端通过固定夹持机构进行夹持，以使封口装置测试件位于高低温箱内；以及，将封口装置测试件的底部通过旋转夹持机构进行夹持；
启动控制及数据采集系统，通过控制及数据采集系统驱动伺服电机旋转，使通过第一联轴器、扭矩传感器和第二联轴器与伺服电机串联的旋转夹持机构从0度开始旋转，并保持设定时间；
对扭矩传感器的输出数据进行采集，得到封口装置测试件的微扭矩测试结果。
在上述高低温微扭矩测试方法中，启动控制及数据采集系统，通过控制及数据采集系统驱动伺服电机旋转，使通过第一联轴器、扭矩传感器和第二联轴器与伺服电机串联的旋转夹持机构从0度开始旋转，并保持设定时间，包括：
启动控制及数据采集系统，通过控制及数据采集系统驱动伺服电机旋转，使通过第一联轴器、扭矩传感器和第二联轴器与伺服电机串联的旋转夹持机构从0度开逐渐旋转至90度并保持3秒钟。
在上述高低温微扭矩测试方法中，还包括：
通过温度调节装置对高低温箱的箱体内温度进行调节，以使高低温箱的箱体内温度满足设定温度范围。
在上述高低温微扭矩测试方法中，设定温度范围为：-40～+250℃。
本发明具有以下优点：
(1)本发明不局限于常规高低温微扭矩测试设备的温度范围及扭矩范围测试能力，能够在-40～+250℃及其他拓展温度要求范围内，精确测试Nmm级微扭矩，保证封口装置具有合理弹性扭转刚度，满足月面取样封口密闭的功能性能要求。
(2)本发明对扭矩测试零部件的接口灵活，温度范围、扭矩范围均可调节，空间及民用延伸性好，应用前景广阔。
附图说明
图1是本发明实施例中一种高低温微扭矩测试装置的结构框图；
图2是本发明实施例中一种封口装置测试件的结构示意图；
图3是本发明实施例中一种高低温微扭矩测试方法的步骤流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公共的实施方式作进一步详细描述。
参照图1，示出了本发明实施例中一种高低温微扭矩测试装置的结构框图。在本实施例中，所述高低温微扭矩测试装置，包括：测试台架1、第一安装支座2、第二安装支座3、旋转夹持机构4、固定夹持机构5、高低温箱6、扭矩传感器7、伺服电机8、第一联轴器9和第二联轴器10。
如图1，高低温箱安装在测试台架上；固定夹持机构安装在高低温箱内，旋转夹持机构通过第一联轴器与扭矩传感器的测试端连接；第一安装支座和第二安装支座垂直设置在测试台架上；扭矩传感器和伺服电机分别安装在第一安装支座和第二安装支座上；扭矩传感器的辅助端通过第二联轴器与伺服电机的输出轴连接。其中，封口装置测试件通过所述固定夹持机构和旋转夹持机构进行夹持。
在本发明的一优选实施例中，如图1，所述高低温微扭矩测试装置，还可以包括：控制及数据采集系统11。其中，控制及数据采集系统，用于驱动伺服电机旋转，使通过第一联轴器、扭矩传感器和第二联轴器与伺服电机串联的旋转夹持机构从0度开始旋转，并保持设定时间；以及，对扭矩传感器的输出数据进行采集，得到封口装置测试件的微扭矩测试结果。
在本发明的一优选实施例中，如图1，所述高低温微扭矩测试装置，还可以包括：由电热丝和低温冷却液构成的温度调节装置12。其中，温度调节装置，用于对高低温箱的箱体内温度的调节。
在本实施例中，可以通过控制电热丝的发热实现对高低温箱内环境温度的升高。例如，电热丝可以采用36V直流电源供电，欧姆龙温控器接收安装在高低温箱内的温度传感器反馈回的温度信号，通过比例-积分-微分控制器调节实现对电热丝的电源通断控制，从而达到控制加热温度的目的。此外，还可以通过设置欧姆龙温控器设置所需加热温度。
在本实施例中，可以通过低温冷却液实现对高低温箱内环境温度的下降。例如，通过循环泵实现低温冷却液在高低温箱内外的循环，从而降低高低温箱内的温度。此外，还可以根据温度传感器检测到的高低温箱内的温度值适当调节循环泵的温度设定值，以使温度稳定。
在本发明的一优选实施例中，参照图2，示出了本发明实施例中一种封口装置测试件的结构示意图。如图2，封口装置测试件具体可以为高弹性合金开式结构8字型构型。
在本发明的一优选实施例中，扭矩传感器可以选择高精度的Vibrac TQ10扭矩传感器；联轴器可选用超弹性联轴器；高低温箱体可以采用微晶玻璃陶瓷材料制作，微晶玻璃陶瓷是一种耐高温绝缘材料，同时又是能在超低温领域广泛使用的耐腐蚀电绝缘材料，它的使用范围在-200℃～800℃，同时它的热导率仅为1.71W/m·k，这在做低温试验时可以起到很好的保温效果。
基于上述实施例，本发明还公开了一种高低温微扭矩测试方法。参照图3，示出了本发明实施例中一种高低温微扭矩测试方法的步骤流程图。在本实施例中，所述高低温微扭矩测试方法，包括：
步骤101，将封口装置测试件的顶端通过固定夹持机构进行夹持，以使封口装置测试件位于高低温箱内；以及，将封口装置测试件的底部通过旋转夹持机构进行夹持。
在本实施例中，如图3，封口装置测试件的夹持区域包括：夹持区域①(封口装置测试件的顶端)和夹持区域②(封口装置测试件的底部)。其中，固定夹持机构对应于夹持区域①，旋转夹持机构对应于夹持区域②。
步骤102，启动控制及数据采集系统，通过控制及数据采集系统驱动伺服电机旋转，使通过第一联轴器、扭矩传感器和第二联轴器与伺服电机串联的旋转夹持机构从0度开始旋转，并保持设定时间。
在本实施例中，可以启动控制及数据采集系统，通过控制及数据采集系统驱动伺服电机旋转，使通过第一联轴器、扭矩传感器和第二联轴器与伺服电机串联的旋转夹持机构从0度开逐渐旋转至90度并保持3秒钟。
步骤103，对扭矩传感器的输出数据进行采集，得到封口装置测试件的微扭矩测试结果。
在本发明的一优选实施例中，所述高低温微扭矩测试方法，还可以包括：通过温度调节装置对高低温箱的箱体内温度进行调节，以使高低温箱的箱体内温度满足设定温度范围。优选的，设定温度范围为：-40～+250℃。
综上所述，本发明不局限于常规高低温微扭矩测试设备的温度范围及扭矩范围测试能力，能够在-40～+250℃及其他拓展温度要求范围内，精确测试Nmm级微扭矩，保证封口装置具有合理弹性扭转刚度，满足月面取样封口密闭的功能性能要求。其次，本发明对扭矩测试零部件的接口灵活，温度范围、扭矩范围均可调节，空间及民用延伸性好，应用前景广阔。
本说明中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (8)

1.一种高低温微扭矩测试装置，其特征在于，包括：测试台架、第一安装支座、第二安装支座、旋转夹持机构、固定夹持机构、高低温箱、扭矩传感器、伺服电机、第一联轴器和第二联轴器；
高低温箱安装在测试台架上；
固定夹持机构安装在高低温箱内，旋转夹持机构通过第一联轴器与扭矩传感器的测试端连接；其中，封口装置测试件通过所述固定夹持机构和旋转夹持机构进行夹持；
第一安装支座和第二安装支座垂直设置在测试台架上；
扭矩传感器和伺服电机分别安装在第一安装支座和第二安装支座上；
扭矩传感器的辅助端通过第二联轴器与伺服电机的输出轴连接；
第一联轴器、扭矩传感器、第二联轴器和伺服电机串联。
2.根据权利要求1所述的高低温微扭矩测试装置，其特征在于，还包括：控制及数据采集系统；
控制及数据采集系统，用于驱动伺服电机旋转，使通过第一联轴器、扭矩传感器和第二联轴器与伺服电机串联的旋转夹持机构从0度开始旋转，并保持设定时间；以及，对扭矩传感器的输出数据进行采集，得到封口装置测试件的微扭矩测试结果。
3.根据权利要求1所述的高低温微扭矩测试装置，其特征在于，还包括：由电热丝和低温冷却液构成的温度调节装置；
温度调节装置，用于对高低温箱的箱体内温度的调节。
4.根据权利要求1所述的高低温微扭矩测试装置，其特征在于，封口装置测试件为高弹性合金开式结构8字型构型。
5.一种高低温微扭矩测试方法，其特征在于，包括：
将封口装置测试件的顶端通过固定夹持机构进行夹持，以使封口装置测试件位于高低温箱内；以及，将封口装置测试件的底部通过旋转夹持机构进行夹持；
启动控制及数据采集系统，通过控制及数据采集系统驱动伺服电机旋转，使通过第一联轴器、扭矩传感器和第二联轴器与伺服电机串联的旋转夹持机构从0度开始旋转，并保持设定时间；
对扭矩传感器的输出数据进行采集，得到封口装置测试件的微扭矩测试结果。
6.根据权利要求5所述的高低温微扭矩测试方法，其特征在于，启动控制及数据采集系统，通过控制及数据采集系统驱动伺服电机旋转，使通过第一联轴器、扭矩传感器和第二联轴器与伺服电机串联的旋转夹持机构从0度开始旋转，并保持设定时间，包括：
启动控制及数据采集系统，通过控制及数据采集系统驱动伺服电机旋转，使通过第一联轴器、扭矩传感器和第二联轴器与伺服电机串联的旋转夹持机构从0度开逐渐旋转至90度并保持3秒钟。
7.根据权利要求5所述的高低温微扭矩测试方法，其特征在于，还包括：
通过温度调节装置对高低温箱的箱体内温度进行调节，以使高低温箱的箱体内温度满足设定温度范围。
8.根据权利要求7所述的高低温微扭矩测试方法，其特征在于，设定温度范围为：-40～+250℃。
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