CN112729824A - 一种冷真空环境摩擦测试平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种冷真空环境摩擦测试平台，包括可控温真空箱、常温箱本体、加热片、伺服电机、电机支座、离合器、常温箱底座、常温箱支架、隔热联轴器、测试件、连接法兰、扭矩传感器支座、静止式扭矩传感器、联轴器、隔热板、磁流体密封轴、安装底板、电接插件和温度传感器；本发明可以将伺服电机置于由常温箱底座通过螺栓与常温箱支架固定形成的常温箱内，在既可以满足大扭矩高转速测试要求的情况下，无需真空罐外驱动和加载，使得完成测试时无需定制专用真空罐只需可放下安装平台即可且极大程度的缩短了传动链长度，易于保证同轴度。
Description
技术领域
本发明涉及冷真空环境的驱动加载测试领域，更具体的说，尤其涉及一种冷真空环境摩擦测试平台。
背景技术
现有一适用于航天领域的制动器，设备的目的是使得旋转轴减速直至停止转动。该种制动器的主要工作环境是冷真空，它的主要原理是：利用制动器内的摩擦副产生与阻止旋转轴旋转的扭矩，从而使得目标轴减速直至停止转动。为了研究该制动器的在不同工况、不同环境、不同转向下的性能、寿命等特性需要在地面进行相应的模拟测试。
为完成该制动器的地面模拟测试，需要设计一种冷真空环境摩擦测试平台，该种冷真空环境摩擦测试平台需要完成的测试有：1.不同转速下的制动器打滑测试，该测试中要求达到的转速极高、扭矩较大；2.不同转向下的打滑测试；3.不同温度下的打滑测试。
目前，地面真空驱动加载设备使用真空电机提供转速和转矩，但是其提供的转速和转矩有限。当需要高转速和大转矩的实验条件时，难以满足需求，需要将测试件置于真空箱内，并在真空箱上的2侧均安装磁流体密封轴，在真空箱外部使用高转速大扭矩的伺服电机与一侧磁流体相连，从而驱动测试件；另一侧磁流体密封轴与磁滞制动器等连接，从而对测试件加载。这种方法，势必导致传动链过长，其同轴度难以保证，且所需场地较大；需要定制专用的真空箱，以配合合适的磁流体密封轴，经济效益低。
目前，进行加载打滑实验时，大多采用磁滞制动器提供加载，但是磁滞制动器的原理导致其加载和卸载具有延迟，无法完成瞬间的加载和卸载，从而可能会影响实验的准确性。
目前，尚无在冷真空的环境内设置常温箱的设计。在冷真空环境内，主要考虑常温箱的温度会对测试件的测试温度产生影响，从而影响实验的精确度。在真空环境内无法产生热对流，主要的热传递方式是热传导和热辐射，只需要抑制这两种热传递的方式，可以极大程度的提高实验精确度。
现欲实现制动器的地面模拟测试，需求可以实现大扭矩高转速条件下的实验、传动链短易于保证较高同轴度、加载和卸载的速度快、无需定制真空箱且实验所需场地较小。而现有的地面真空驱动加载设备真空电机无法满足所需的转速和扭矩，而真空箱外部驱动加载所需传动链长，同轴度难以保证，所需场地大，加载和卸载具有一定的延迟，需要定制相应的真空箱。进而提供一种传动链短、同轴度高、所需场地小、实现良好隔热且无需磁滞制动器的一种冷真空环境摩擦测试平台。
发明内容
本发明的目的在于解决现有的地面真空驱动加载设备真空电机存在无法满足所需的转速和扭矩，而真空箱外部驱动加载所需传动链长，同轴度难以保证，所需场地大，加载和卸载具有一定的延迟，需要定制相应的真空箱等问题，提出了一种冷真空环境摩擦测试平台，其传动链短、同轴度高、所需场地小、实现良好隔热且无需磁滞制动器。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种冷真空环境摩擦测试平台，包括可控温真空箱、常温箱本体、加热片、伺服电机、电机支座、离合器、常温箱底座、常温箱支架、隔热联轴器、测试件、连接法兰、扭矩传感器支座、静止式扭矩传感器、联轴器、隔热板、磁流体密封轴、安装底板、电接插件和温度传感器；
所述可控温真空箱通过螺栓与真空箱端盖固定连接，可控温真空箱自带温度调节和实现真空环境功能，能够在可控温真空箱内部实现冷真空环境；可控温真空箱的内部底面上设置有安装底板；
所述扭矩传感器支座通过螺丝固定在安装底板上；静止式扭矩传感器的一端固定在扭矩传感器支座上，静止式扭矩传感器的另一端通过连接法兰连接联轴器的一端；所述联轴器的另一端连接测试件的一端，测试件固定在隔热板上，隔热板固定在安装底板上；
所述测试件的另一端通过隔热联轴器连接磁流体密封轴，磁流体密封轴的另一端通过离合器连接伺服电机；所述伺服电机的输出轴、离合器、磁流体密封轴、隔热联轴器和静止式扭矩传感器的轴线在一条直线上；
所述常温箱本体和常温箱底座共同构成密封的常温箱，常温箱本体固定在常温箱底座上，常温箱底座通过常温箱支架安装在安装底板上，所述伺服电机通过电机支座安装在常温箱本体上，伺服电机、离合器和磁流体密封轴均设置在所述常温箱本体和常温箱底座构成的常温箱内部，磁流体密封轴的输出轴穿过常温箱底座、常温箱支架和隔热联轴器后连接测试件；
所述电接插件设置在常温箱底座的侧面，所述加热片和温度传感器均设置在常温箱内部，加热片对常温箱内部进行加热，温度传感器监控常温箱内的温度。
进一步的，所述可控温真空箱的一个侧面上设置有真空箱端盖。
进一步的，所述扭矩传感器支座两侧设有加强筋。扭矩传感器支座通过螺丝与安装底板连接。
进一步的，所述静止式扭矩传感器与扭矩传感器支座的连接为螺栓连接，故可以保证静止式扭矩传感器工作于静止状态，不会产生回转运动。
进一步的，所述隔热板由隔热材料加工而成。隔热板可以减少安装底板对测试件的热传导。
进一步的，所述隔热联轴器由隔热材料制成，隔热联轴器能够有效减少传动链对测试件的热传导。隔热联轴器的一个侧面直接固定在磁流体密封轴的侧壁上。
进一步的，所述磁流体密封轴的一个侧壁通过螺栓固定在常温箱底座上，磁流体密封轴与离合器的连接为键槽连接。
进一步的，所述伺服电机通过螺栓固定在电机支座上。
进一步的，所述加热片通过强力黏合剂固定在伺服电机的外壁上。
进一步的，所述温度传感器通过螺丝固定在常温箱底座的底面上。
进一步的，所述可控温真空箱内部底面为水平面，所述安装底板直接放置在可控温真空箱内部底面上。即所述安装底板通过重力放置在可控温真空箱上。
进一步的，所述常温箱底座的正反两面均设置有加强筋，常温箱底座上设置有与常温箱本体相配合的回字配合面，常温箱本体整体呈方形的主体，常温箱本体的开口端与常温箱底座上的回字配合面配合实现常温箱的密闭性能。常温箱底座和常温箱本体的内外均涂有隔热辐射涂料，以减少热辐射对测试件的影响。
本发明的有益效果在于：
1.本发明可以将伺服电机置于由常温箱底座通过螺栓与常温箱支架固定形成的常温箱内，在既可以满足大扭矩高转速测试要求的情况下，无需真空罐外驱动和加载，使得完成测试时无需定制专用真空罐只需可放下安装平台即可且极大程度的缩短了传动链长度，易于保证同轴度；
2、本发明设计了隔热联轴器、隔热板以及常温箱后盖和常温箱底座。在冷真空的测试环境中，常温箱会对测试件产生温度影响，真空条件下的热传递方式主要是热传导和热辐射，隔热联轴器和隔热板均有隔热材料制成，抑制了常温箱对测试件的热传导，减小了实验误差。常温箱后盖和常温箱底座内外均涂有防辐射涂层，极大程度了热辐射对测试件的影响，减小了实验误差；
3、本发明设计了加热片和温度传感器，当工作在冷真空环境中时，通过加热片对由常温箱底座通过螺栓与常温箱支架固定形成的常温箱内部进行加热，确保伺服电机等原件工作在适宜的温度，并可通过温度传感器实时监控常温箱内部温度，便于对加热片的开启与否进行实时调节；
4、本发明设计了由常温箱底座通过螺栓与常温箱支架固定形成的常温箱。当真空电机无法提供满足实验所需的力矩、转速、精度时，使得无法在真空条件下工作的伺服电机也可以置于真空箱内，无需进行罐外加载驱动，减小了实验所需的场地大小；
5、本发明设计了离合器、扭矩传感器支座和静止式扭矩传感器。一般实验中采用电机带动测试件转动，然后磁滞制动器加载实现打滑实验，而磁滞制动器加载存在一段时间的延迟，会影响实验数据。本发明中当电机达到实验所需转速时，通过离合器接合，实现对测试件的瞬间驱动加载，而扭矩传感器支座与安装底板固定，故可以保证静止式扭矩传感器工作于静止状态，不会产生回转运动取代了一般实验中采用磁滞制动器加载，实现瞬间达到打滑实验的目的，消除了加载时间。
附图说明
图1是本发明一种冷真空环境摩擦测试平台的剖视结构示意图。
图2是本发明真空箱内部结构的主视图。
图3是本发明真空箱内部结构的轴测图。
图4是本发明常温箱底座的结构示意图。
图中，1-可控温真空箱、2-常温箱本体、3-加热片、4-伺服电机、5-电机支座、6-离合器、7-常温箱底座、8-常温箱支架、9-隔热联轴器、10-测试件、11-连接法兰、12-真空箱端盖、13-扭矩传感器支座、14-静止式扭矩传感器、15-联轴器、16-隔热板、17-磁流体密封轴、18-安装底板、19-电连接件、20-温度传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1～4所示，一种冷真空环境摩擦测试平台，包括可控温真空箱1、常温箱本体2、加热片3、伺服电机4、电机支座5、离合器6、常温箱底座7、常温箱支架8、隔热联轴器9、测试件10、连接法兰11、扭矩传感器支座13、静止式扭矩传感器14、联轴器15、隔热板16、磁流体密封轴17、安装底板18、电接插件19和温度传感器20。
所述可控温真空箱1通过螺栓与真空箱端盖12固定连接，可控温真空箱1自带温度调节和实现真空环境功能，能够在可控温真空箱1内部实现冷真空环境；可控温真空箱1的内部底面上设置有安装底板18。
所述扭矩传感器支座13通过螺丝固定在安装底板18上；静止式扭矩传感器14的一端固定在扭矩传感器支座13上，静止式扭矩传感器14的另一端通过连接法兰11连接联轴器15的一端；所述联轴器15的另一端连接测试件10的一端，测试件10固定在隔热板16上，隔热板16固定在安装底板18上。
所述测试件10的另一端通过隔热联轴器9连接磁流体密封轴17，磁流体密封轴17的另一端通过离合器6连接伺服电机4；所述伺服电机4的输出轴、离合器6、磁流体密封轴17、隔热联轴器9和静止式扭矩传感器14的轴线在一条直线上。
所述常温箱本体2和常温箱底座7共同构成密封的常温箱，常温箱本体2固定在常温箱底座7上，常温箱底座7通过常温箱支架8安装在安装底板18上，所述伺服电机4通过电机支座5安装在常温箱本体2上，伺服电机4、离合器6和磁流体密封轴17均设置在所述常温箱本体2和常温箱底座7构成的常温箱内部，磁流体密封轴17的输出轴穿过常温箱底座7、常温箱支架8和隔热联轴器9后连接测试件10。
所述电接插件19设置在常温箱底座7的侧面，所述加热片3和温度传感器20均设置在常温箱内部，加热片3对常温箱内部进行加热，温度传感器20监控常温箱内的温度。
所述可控温真空箱1的一个侧面上设置有真空箱端盖12。
所述扭矩传感器支座13两侧设有加强筋。扭矩传感器支座13通过螺丝与安装底板18连接。
所述静止式扭矩传感器14与扭矩传感器支座13的连接为螺栓连接。
所述隔热板16由隔热材料加工而成。
所述隔热联轴器9由隔热材料制成。
所述磁流体密封轴17的一个侧壁通过螺栓固定在常温箱底座7上，磁流体密封轴17与离合器6的连接为键槽连接。
所述伺服电机4通过螺栓固定在电机支座5上。
所述温度传感器20通过螺丝固定在常温箱底座7的底面上。
所述可控温真空箱1内部底面为水平面，所述安装底板18直接放置在可控温真空箱1内部底面上。
本发明可以进行不同转速下的制动器打滑测试，具体步骤如下：
步骤1.1：安装完成后，调节可控温真空箱1使其内部温度达到实验所需并抽出空气实现冷真空环境；
步骤1.2：启动加热片3对由常温箱底座7通过螺栓与常温箱本体2固定形成的常温箱进行加热，并通过温度传感器20对其内部温度实时监控，实验过程中当温度低于最低阈值时启动加热片3；
步骤1.3：启动伺服电机4达到实验所需的最低转速；
步骤1.4：启动离合器6，伺服电机4的扭矩通过离合器6传递给磁流体密封轴17，磁流体密封轴17通过隔热联轴器9将扭矩传递给测试件10，因为扭矩传感器支座13与安装底板18固定，故可以保证静止式扭矩传感器14工作于静止状态，不会产生回转运动，从而对测试件10进行打滑测试，静止式扭矩传感器14将实时数据传递给数据处理软件；
步骤1.5：关闭离合器6，调节伺服电机4转速至下一个所需速度；
步骤1.6：重复步骤1.4和步骤1.5，直至实验完成。
本发明可以进行不同转向下的打滑测试，具体步骤如下：
步骤2.1：安装完成后，调节可控温真空箱1使其内部温度达到实验所需并抽出空气实现冷真空环境；
步骤2.2：启动加热片3对由常温箱底座7通过螺栓与常温箱本体2固定形成的常温箱进行加热，并通过温度传感器20对其内部温度实时监控，实验过程中当温度低于最低阈值时启动加热片3；
步骤2.3：启动伺服电机4，正转达到实验所需的转速；
步骤2.4：启动离合器6，伺服电机4的扭矩通过离合器6传递给磁流体密封轴17，磁流体密封轴17通过隔热联轴器9将扭矩传递给测试件10，因为扭矩传感器支座13与安装底板18固定，故可以保证静止式扭矩传感器14工作于静止状态，不会产生回转运动，从而对测试件10进行打滑测试，静止式扭矩传感器14将实时数据传递给数据处理软件；
步骤2.5：通过关闭开启离合器6，进行多组实验；
步骤2.6：关闭离合器6，调节伺服电机4使其反转并使转速实验所需转速；
步骤2.7：在伺服电机不同转速下重复上述步骤2.4和步骤2.5，完成实验。
本发明可以进行不同温度下的打滑测试，具体步骤如下：
步骤3.1：安装完成后，调节可控温真空箱1使其内部温度达到最高的实验所需温度并抽出空气实现冷真空环境；
步骤3.2：启动加热片3对由常温箱底座7通过螺栓与常温箱本体2固定形成的常温箱进行加热，并通过温度传感器20对其内部温度实时监控，实验过程中当温度低于最低阈值时启动加热片3；
步骤3.3：启动伺服电机4，达到实验所需的转速；
步骤3.4：启动离合器6，伺服电机的4扭矩通过离合器6传递给磁流体密封轴17，磁流体密封轴17通过隔热联轴器9将扭矩传递给测试件10，因为扭矩传感器支座13与安装底板18固定，故可以保证静止式扭矩传感器14工作于静止状态，不会产生回转运动，从而对测试件10进行打滑测试，静止式扭矩传感器14将实时数据传递给数据处理软件；
步骤3.5：通过关闭开启离合器6，进行多组实验；
步骤3.6：关闭离合器6，调节真空箱1使真空箱的温度达到下一实验温度；
步骤3.7启动加热片3对由常温箱底座7通过螺栓与常温箱支架8固定形成的常温箱进行加热，使其温度高于阈值；
步骤3.8：重复上述步骤3.4至步骤3.7，直至完成实验。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。
Claims (10)
1.一种冷真空环境摩擦测试平台，其特征在于：包括可控温真空箱(1)、常温箱本体(2)、加热片(3)、伺服电机(4)、电机支座(5)、离合器(6)、常温箱底座(7)、常温箱支架(8)、隔热联轴器(9)、测试件(10)、连接法兰(11)、扭矩传感器支座(13)、静止式扭矩传感器(14)、联轴器(15)、隔热板(16)、磁流体密封轴(17)、安装底板(18)、电接插件(19)和温度传感器(20)；
所述可控温真空箱(1)通过螺栓与真空箱端盖(12)固定连接，可控温真空箱(1)自带温度调节和实现真空环境功能，能够在可控温真空箱(1)内部实现冷真空环境；可控温真空箱(1)的内部底面上设置有安装底板(18)；
所述扭矩传感器支座(13)通过螺丝固定在安装底板(18)上；静止式扭矩传感器(14)的一端固定在扭矩传感器支座(13)上，静止式扭矩传感器(14)的另一端通过连接法兰(11)连接联轴器(15)的一端；所述联轴器(15)的另一端连接测试件(10)的一端，测试件(10)固定在隔热板(16)上，隔热板(16)固定在安装底板(18)上；
所述测试件(10)的另一端通过隔热联轴器(9)连接磁流体密封轴(17)，磁流体密封轴(17)的另一端通过离合器(6)连接伺服电机(4)；所述伺服电机(4)的输出轴、离合器(6)、磁流体密封轴(17)、隔热联轴器(9)和静止式扭矩传感器(14)的轴线在一条直线上；
所述常温箱本体(2)和常温箱底座(7)共同构成密封的常温箱，常温箱本体(2)固定在常温箱底座(7)上，常温箱底座(7)通过常温箱支架(8)安装在安装底板(18)上，所述伺服电机(4)通过电机支座(5)安装在常温箱本体(2)上，伺服电机(4)、离合器(6)和磁流体密封轴(17)均设置在所述常温箱本体(2)和常温箱底座(7)构成的常温箱内部，磁流体密封轴(17)的输出轴穿过常温箱底座(7)、常温箱支架(8)和隔热联轴器(9)后连接测试件(10)；
所述电接插件(19)设置在常温箱底座(7)的侧面，所述加热片(3)和温度传感器(20)均设置在常温箱内部，加热片(3)对常温箱内部进行加热，温度传感器(20)监控常温箱内的温度。
2.根据权利要求1所述的一种冷真空环境摩擦测试平台，其特征在于：所述可控温真空箱(1)的一个侧面上设置有真空箱端盖(12)。
3.根据权利要求1所述的一种冷真空环境摩擦测试平台，其特征在于：所述扭矩传感器支座(13)两侧设有加强筋。扭矩传感器支座(13)通过螺丝与安装底板(18)连接。
4.根据权利要求1所述的一种冷真空环境摩擦测试平台，其特征在于：所述静止式扭矩传感器(14)与扭矩传感器支座(13)的连接为螺栓连接。
5.根据权利要求1所述的一种冷真空环境摩擦测试平台，其特征在于：所述隔热板(16)由隔热材料加工而成。
6.根据权利要求1所述的一种冷真空环境摩擦测试平台，其特征在于：所述隔热联轴器(9)由隔热材料制成。
7.根据权利要求1所述的一种冷真空环境摩擦测试平台，其特征在于：所述磁流体密封轴(17)的一个侧壁通过螺栓固定在常温箱底座(7)上，磁流体密封轴(17)与离合器(6)的连接为键槽连接。
8.根据权利要求1所述的一种冷真空环境摩擦测试平台，其特征在于：所述伺服电机(4)通过螺栓固定在电机支座(5)上。
9.根据权利要求1所述的一种冷真空环境摩擦测试平台，其特征在于：所述温度传感器(20)通过螺丝固定在常温箱底座(7)的底面上。
10.根据权利要求1所述的一种冷真空环境摩擦测试平台，其特征在于：所述可控温真空箱(1)内部底面为水平面，所述安装底板(18)直接放置在可控温真空箱(1)内部底面上。
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