CN113188708B

CN113188708B - 一种滚动汇流环试验装置

Info

Publication number: CN113188708B
Application number: CN202110453990.4A
Authority: CN
Inventors: 宋晨飞; 陈天骅; 张燕燕; 王帅; 逄显娟; 李家伟; 孙逸翔; 张永振
Original assignee: Henan University of Science and Technology
Current assignee: Henan University of Science and Technology
Priority date: 2021-04-26
Filing date: 2021-04-26
Publication date: 2022-12-02
Anticipated expiration: 2041-04-26
Also published as: CN113188708A

Abstract

本发明涉及一种滚动汇流环试验装置。试验装置包括同轴间隔布置的内圈和外圈，内圈和外圈之间形成用于安装弹性环的环形空间，所述内圈和外圈均具有朝向环形空间的沟道，所述外圈的沟道为开口朝向所述环形空间的“V”形沟道；所述内圈和外圈在上下方向上均关于同一镜像面对称布置；内圈和外圈中的其中一个在试验时固定布置而为固定圈，另一个用于受控转动而为转动圈；所述固定圈包括沿所述镜像面对称分体布置的两个部分，两部分的内周壁均倾斜延伸并配合形成所述外圈的沟道；试验装置还包括用于调整外圈两部分的上下相对距离并使两部分始终保持对称布置的调整机构。排除了样品因素从而可以单独研究压缩量对摩擦学性能的影响，试验结果更加准确。

Description

一种滚动汇流环试验装置

技术领域

本发明涉及一种滚动汇流环试验装置。

背景技术

滚动汇流环是一种新型导电旋转关节，由美国NASA率先发明和应用，具有低摩擦系数、低磨损率、低电噪声等优势、滚动汇流环是实现相对旋转机构间的电讯号和功率传输的“单点失效”装置，目前广泛应用于航天器、风电、雷达等高端装备中。滚动汇流环包括内圈、外圈、弹性环以及相应的绝缘结构。弹性环与内外圈之间为弹性接触，其直径大于内外圈间距，依靠弹性环压缩产生的预紧力保持稳定接触。弹性环在运转过程中，与内、外圈共同构成滚动电接触摩擦副，接触力决定了接触稳定性、接触电阻和摩擦磨损等性能。

为了保证滚动汇流环的合理设计和高可靠性运行，必须研究弹性环预紧力对其各项性能的影响规律。为获得具有不同弹性压缩量的弹性环，进而根据材料力学计算相应的预紧力，现有技术的做法是设计不同尺寸、不同形状的内外圈结构以及弹性环来实现。但这种方法存在以下明显的弊端：获取不同的预紧力需要更换不同的内外圈和/或弹性环，无法判断试验结果是由预紧力变化引起的还是由结构因素引起的，导致试验结果无法真实反应预紧力改变所带来的性能变化，试验结果不准确；进行多个预紧力试验时，需要加工多种样品，造成较大浪费，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种滚动汇流环试验装置，以解决现有技术中的试验方法试验结果不准确、试验成本较高的技术问题。

为实现上述目的，本发明所提供的真空灭弧室的技术方案是：一种滚动汇流环试验装置，包括：

同轴间隔布置的内圈和外圈，定义内圈和外圈的轴线沿上下方向延伸，内圈和外圈之间形成用于安装弹性环的环形空间，所述内圈和外圈均具有朝向环形空间的沟道，所述外圈的沟道为开口朝向所述环形空间的“V”形沟道；

所述内圈和外圈在上下方向上均关于同一镜像面对称布置；

内圈和外圈中的其中一个在试验时固定布置而为固定圈，另一个用于受控转动而为转动圈；

所述固定圈包括沿所述镜像面对称分体布置的两个部分，两部分的内周壁均倾斜延伸并配合形成所述外圈的沟道；

调整机构，用于调整外圈两部分的上下相对距离并使两部分始终保持对称布置，两部分相对移动时可改变弹性环的压缩程度。

有益效果：通过调整固定圈上下部分之间的间距能够改变弹性环的压缩量，不需要更换弹性环样品和/或内外圈，排除了样品因素从而可以单独研究压缩量对摩擦学性能的影响，试验结果更加准确。通过调整固定圈上下部分的间距能够装卡多种类型的弹性环，同一弹性环也能够实现不同压缩量的调整，节约了成本。

优选地，所述调整机构包括绕固定圈的周向均布的至少两个调整单元。

优选地，滚动汇流环试验装置包括底座，所述调整单元包括二爪卡盘，二爪卡盘包括上下排布的上卡爪和下卡爪，外圈的两部分分置在上卡爪和下卡爪上。通过二爪卡盘保证了固定圈两部分可以同步移动，且移动距离保证一致，使用更加方便，而且二爪卡盘的调整为连续调整，可以将弹性环的压缩量调整到任意想要的状态。

优选地，调整单元还包括安装在二爪卡盘驱动孔上的微分头。通过微分头来驱动二爪卡盘动作，精度更高，更加容易控制各二爪卡盘的移动距离保持相同。

优选地，所述外圈的两部分与二爪卡盘之间可拆相连。

优选地，所述外圈的两部分上相背的一侧分体固设有或一体成型有凸台，所述外圈的外周面抵靠在上卡爪和下卡爪上，所述凸台与二爪卡盘可拆相连。外圈外周面抵靠在上卡爪和下卡爪上，保证外圈对弹性环有足够的约束力。

附图说明

图1为本发明所提供的滚动汇流环试验装置的结构示意图(未显示内圈)；

图2为本发明所提供的滚动汇流环试验装置使用时的剖视图；

图3为图1中二爪卡盘与外圈的装配示意图；

附图标记说明：

100、底座；200、外圈；201、外圈上部分；202、外圈下部分；203、外圈上内周壁；204、外圈下内周壁；205、外圈沟道；300、二爪卡盘；301、上卡爪；302、下卡爪；400、微分头；500、凸台；600、销轴；700、内圈；701、内圈沟道；800、弹性环。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“设有”应做广义理解，例如，“设有”的对象可以是本体的一部分，也可以是与本体分体布置并连接在本体上，该连接可以是可拆连接，也可以是不可拆连接。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本发明所提供的滚动汇流环试验装置的具体实施例：

如图1至图3所示，本实施例的滚动汇流环试验装置不需要频繁更换内外圈和弹性环就可以实现弹性环压缩量的连续改变，试验结果更加准确、成本更低且能够实现预紧力连续可调。

滚动汇流环试验装置包括外圈200和内圈700，外圈200和内圈700同轴套装在一起，定义外圈200、内圈700的轴线沿上下延伸方向，则外圈200和内圈700在上下方向上的镜像面为同一水平面。

外圈200和内圈700同轴套装，两者之间形成有环形空间，该环形空间内用来安装弹性环800，弹性环800的外径尺寸要小于外圈200、内圈700之间的间距，从而对弹性环800进行压缩而产生预紧力。外圈200有朝向环形空间的外圈沟道205，内圈700有朝向环形空间的内圈沟道701，如图2所述，外圈沟道205和内圈沟道701均为开口朝向环形空间的“V”形，弹性环800被压紧在外圈沟道205和内圈沟道701之间。

本实施例中，如图2和图3所示，外圈200为分体式结构，外圈200包括沿镜像面对称布置的上下两部分，两部分分别为外圈上部分201和外圈下部分202。外圈上部分201和外圈下部分202关于镜像面对称布置，外圈上部分201有外圈上内周壁203，外圈下部分202有外圈下内周壁204，外圈上内周壁203和外圈下内周壁204均倾斜延伸，并配合形成外圈沟道205。当改变外圈上部分201和外圈下部分202之间的上下间距时，弹性环800中与外圈沟道205的接触的位置会发生改变，从而能够改变弹性环800压缩量。

为调节外圈上部分201和外圈下部分202的间距并且保证外圈上部分201和外圈下部分202保持关于镜像面对称布置，如图1、图2和图3所示，滚动汇流环试验装置包括调整机构，调整机构包括底座100，底座100上绕内圈700、外圈200的轴线均布有三个二爪卡盘300，二爪卡盘300包括沿上下方向排布的上卡爪301和下卡爪302，上卡爪301与外圈上部分201固定相连，下卡爪302与外圈下部分202固定相连，固定方式相同，以上卡爪301与外圈上部分201的固定方式来说明。在外圈上部分201的上方一体成型有凸台500，外圈上部分201的外周抵在上卡爪301上，在凸台500和上卡爪301上均开设有销孔，销轴600贯穿凸台500并穿入上卡爪301，在实际使用时，对应于同一个凸台500可以布置多个销轴600。或者，其他实施例中，将销轴改变为螺栓、螺钉等结构。其他实施例中，凸台可以采用分体固设的方式安装在外圈上部分和外圈下部分上，具体可以采用螺栓、螺钉相连的方式。

二爪卡盘300的结构为现有常规结构，其包括驱动孔，当手柄插入到驱动孔并旋转时能够驱动上卡爪301和下卡爪302同步相背移动。本实施例中，为避免底座100对下卡爪302的移动造成干涉，底座100与下卡爪302之间有一定的间距。本实施例中，在二爪卡盘300的驱动孔处插装有微分头400，微分头400的结构为现有结构，通过旋转微分头400能够驱动上卡爪301和下卡爪302上下移动，而且微分头400的精度较高，方便精准控制。

使用时，在镜像面上沿内圈700和外圈200的径向轴建立X坐标，上下方向建立Y坐标，形成X-Y正交坐标系；在初始状态下外圈沟道205中外圈上内周壁203和外圈下内周壁204紧密结合，外圈沟道205中外圈上内周壁203和外圈下内周壁204的边缘交界处定义为(0，0)；在X-Y正交坐标系中，外圈沟道205的轮廓已知，用Y＝f(X)描述，初始状态下f(0)＝0，f(X₀)＝d/2，d为弹性环800在上下方向上的厚度，此时弹性环800的压缩量最大，X₀为弹性环800的压缩量最大时在弹性环800与外圈沟道205接触处的X坐标位置；弹性环800装卡后的最大压缩量由配副几何结构决定，记为δ_max。使用时，保证所有微分头400读数变化均为ΔL时，卡爪在垂直方向上的运动量(上卡爪301和下卡爪302的总和)Δh＝k×ΔL，此时f(X₁)＝d/2-Δh/2,X₁为弹性环800在X坐标的新位置，弹性环800松弛量Δδ＝(X₀)-(X₁)，此时弹性环800的压缩量δ＝δ_max-Δδ。使用时，通过转动内圈700、固定外圈200来摩擦学性能进行检测。

本实施例中，每一个二爪卡盘300以及二爪卡盘300上的微分头400形成一个调整单元，本实施例中调整机构共有均布的三个调整单元。

本实施例中，内圈700在使用时受控旋转而为转动圈，外圈200在使用时固定布置而为固定圈，由于外圈200为固定圈，调整单元布置在外圈200的外侧，布置空间较大。其他实施例中，转动圈为外圈，固定圈为内圈，此时需要将调整单元布置在内圈的内侧。

本实施例中，二爪卡盘与外圈的两部分之间可拆相连，其他实施例中二爪卡盘与外圈的固定方式可以进行改变，比如可以进行胶粘或焊接等。

本实施例中，调整单元包括微分头，通过微分头的转动精准控制上卡爪和下卡爪的移动。其他实施例中，调整单元不再包括微分头，采用普通的手柄转动来驱动上卡爪和下卡爪，为了各二爪卡盘移动距离一致，调整完成后进行测量。其他实施例中，调整单元可以包括电动卡盘，通过电控的方式来驱动两个卡爪相对移动。或者，其他实施例中，调整单元可以为以下结构：调整结构包括与固定圈的两部分分别固定相连的螺杆，两个螺杆的螺纹旋向相反，还包括与两个螺杆螺纹配合的套筒，通过转动套筒能够同时驱动固定圈的两部分相对同步移动，套筒转动安装在架体上，而架体固定安装在基座上。

本实施例中，调整单元为无级调整，其他实施例中，调整单元可以为有级调整，比如在基座上固定架体，在架体上沿上下方向设置一排多个穿孔，在固定圈两部分上固定销轴，通过将销轴穿入不同高度的穿孔中，能够改变固定圈两部分之间的间距。虽然无法实现无级调整，但是不需要频繁更换内外圈和弹性环。

本实施例中，调整机构包括三个调整单元，其他实施例中调整单元的数量可以进行增减，但最少应当有两个。其他实施例中，调整机构可以采用磁吸附的方式，调整机构包括上磁吸盘和下磁吸盘，上磁吸盘吸附固定圈上部分，下磁吸盘吸附固定圈下部分，通过改变上磁吸盘和下磁吸盘之间的间距来改变固定圈上部分和固定圈下部分之间的间距。

最后需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行不需付出创造性劳动的修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种滚动汇流环试验装置，其特征在于：包括：

同轴间隔布置的内圈(700)和外圈(200)，定义内圈(700)和外圈(200)的轴线沿上下方向延伸，内圈(700)和外圈(200)之间形成用于安装弹性环(800)的环形空间，所述内圈(700)和外圈(200)均具有朝向环形空间的沟道，所述外圈(200)的沟道为开口朝向所述环形空间的“V”形沟道；

所述内圈(700)和外圈(200)在上下方向上均关于同一镜像面对称布置；

内圈(700)和外圈(200)中的其中一个在试验时固定布置而为固定圈，另一个用于受控转动而为转动圈；

所述固定圈包括沿所述镜像面对称分体布置的两个部分，两部分的内周壁均倾斜延伸并配合形成所述外圈(200)的沟道；

调整机构，用于调整外圈(200)两部分的上下相对距离并使两部分始终保持对称布置，两部分相对移动时可改变弹性环(800)的压缩程度。

2.根据权利要求1所述的滚动汇流环试验装置，其特征在于：所述调整机构包括绕固定圈的周向均布的至少两个调整单元。

3.根据权利要求2所述的滚动汇流环试验装置，其特征在于：滚动汇流环试验装置包括底座(100)，所述调整单元包括二爪卡盘(300)，二爪卡盘(300)包括上下排布的上卡爪(301)和下卡爪(302)，外圈(200)的两部分分置在上卡爪(301)和下卡爪(302)上。

4.根据权利要求3所述的滚动汇流环试验装置，其特征在于：调整单元还包括安装在二爪卡盘(300)驱动孔上的微分头(400)。

5.根据权利要求3或4所述的滚动汇流环试验装置，其特征在于：所述外圈(200)的两部分与二爪卡盘(300)之间可拆相连。

6.根据权利要求5所述的滚动汇流环试验装置，其特征在于：所述外圈(200)的两部分上相背的一侧分体固设有或一体成型有凸台(500)，所述外圈(200)的外周面抵靠在上卡爪(301)和下卡爪(302)上，所述凸台(500)与二爪卡盘(300)可拆相连。