CN113776824A - 应用于空间环境试验的高精度动态微小摩擦力矩测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了应用于空间环境试验的高精度动态微小摩擦力矩测试系统，包括真空容器与被测件，所述真空容器内表壁通过温控底板固定安装有驱动机构，所述驱动模块外侧配合有轴系机构，所述真空容器内表壁固定安装有穿墙插头以及用于数据转移的数据采集装置，所述真空容器内部还固定安装有传感器机构，所述真空容器外联有高低温系统与抽真空系统。本发明中，在被测产品进行空间环境试验时(真空度≤1×10‑3Pa；热沉温度：‑173℃～+150℃；被测件温度‑50℃～+80℃)，实现了微小摩擦力矩的高精度动态测试，有效避免了由于抽真空变形和高低温变形引入的干扰误差，满足产品设计验证及适应空间环境能力、寿命等考核试验。
Description
技术领域
本发明涉及空间环境试验技术领域，尤其涉及应用于空间环境试验的高精度动态微小摩擦力矩测试系统。
背景技术
旋转关节属于航天器活动机构的重要部件，其性能直接影响航天器在空间环境中的应用效果，在地面上进行充分的空间环境试验验证是机构研制的重要环节，是对设计结果正确性、产品可靠性的最终检验。空间环境试验可以实现模拟真空、冷黑、外热流等三个基本参数。在试验过程中，对旋转关节等轴系旋转类产品进行实时动态力矩测试以及寿命考核。
小型中低速旋转关节类的产品摩擦力矩小，一般小于0.1N·m；测试精度高，优于0.2％FS或0.002Nm；转速：0.1r/s～2r/s可调；角度反馈精度：优于2°，该类型摩擦力矩测试之前只能在常压常温环境中进行，测试结果无法反映出实际的使用状态，而不能实现在真空、高低温环境下的测试，故而亟待提出一种应用于空间环境试验的高精度动态微小摩擦力矩测试系统来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决的上述问题，而提出的应用于空间环境试验的高精度动态微小摩擦力矩测试系统。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
应用于空间环境试验的高精度动态微小摩擦力矩测试系统，包括真空容器与被测件，所述真空容器内表壁通过温控底板固定安装有驱动机构，所述驱动模块外侧配合有轴系机构，所述真空容器内表壁固定安装有穿墙插头以及用于数据转移的数据采集装置，所述真空容器内部还固定安装有传感器机构，所述真空容器外联有高低温系统与抽真空系统。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述轴系机构、驱动机构、与传感器机构均能在真空度≤1×10-3Pa、热沉温度-173℃～+150℃与被测件温度-50℃～+80℃的状况下正常工作。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述轴系机构由联轴器、过渡连接轴组成，以完成被测件和传动机构的无障碍连接。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述驱动机构由真空步进电机、真空旋转变压器与联轴器组成，其中真空步进电机及真空旋转变压器放置在真空下能够正常使用。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述传感器机构包括温度传感器、位置传感器、角度传感器与力矩传感器。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述真空容器内部固定安装有热控组件，可以有针对性的实现对被测件、轴系机构、驱动机构、传感器的温度控制，保证系统在高低温环境下正常使用。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明中，在被测产品进行空间环境试验时(真空度≤1×10-3Pa；热沉温度：-173℃～+150℃；被测件温度-50℃～+80℃)，实现了微小摩擦力矩的高精度动态测试，有效避免了由于抽真空变形和高低温变形引入的干扰误差，满足产品设计验证及适应空间环境能力、寿命等考核试验。
附图说明
图1为本发明中系统结构示意图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
请参阅图1，应用于空间环境试验的高精度动态微小摩擦力矩测试系统，包括真空容器与被测件，真空容器内表壁通过温控底板固定安装有驱动机构，驱动模块外侧配合有轴系机构，真空容器内表壁固定安装有穿墙插头以及用于数据转移的数据采集装置，真空容器内部还固定安装有传感器机构，真空容器外联有高低温系统与抽真空系统。
在进行空间环境试验时，将被测件、轴系机构、驱动机构、传感器等组装完成后，放入真空容器内。控制及测量信号从真空容器内经过穿墙插头引出到真空容器外，通过数据采集装置实现机构的控制以及数据的转换处理、显示、存储等操作。
针对空间环境(真空、高低温等)特殊性，有效避免由于抽真空变形和高低温变形引入的干扰误差，提高测试的精确度，在结构设计、关键件选型、组装方式都具有独特性。
真空系统用于保障真空容器达到工作所需真空度；高低温系统、热沉、温控底板维持特定的温度环境，使待测试验件达到预定温度目标。在真空度、温度等环境参数达到预定值后(真空度≤1×10-3Pa；热沉温度：-173℃～+150℃；被测件温度-50℃～+80℃)，传动机构开始运行，当传动机构在某一转速稳定后，并长时间稳定运行，实时测量摩擦力矩及相关动态参数。
轴系机构、驱动机构、与传感器机构均能在真空度≤1×10-3Pa、热沉温度-173℃～+150℃与被测件温度-50℃～+80℃的状况下正常工作。
轴系机构由联轴器、过渡连接轴组成，以完成被测件和传动机构的无障碍连接。
轴系机构均采用不锈钢材料，并经过深冷处理。根据温度和连接方式，设计合理的联轴器结构，有效的减少高低温产生的变形误差，满足较宽温区范围内的正常使用。
驱动机构由真空步进电机、真空旋转变压器与联轴器组成，其中真空步进电机及真空旋转变压器放置在真空下能够正常使用。
驱动机构中的电机及相关配件均选用适用于真空低温环境的产品。控制器安装在容器外，通讯及驱动电缆通过真空密封接插件连接远程计算机可通过通讯接口与控制器进行数据交互，实现步进电机在远程计算机组态软件画面中控制、显示等，从而实现自动测试流程。
传感器机构包括温度传感器、位置传感器、角度传感器与力矩传感器。
其中，传感器量程和测量精度满足测试需求(力矩测量范围一般小于0.1N·m；测试精度高，优于0.2％FS或0.002Nm)。选择传感器是需超出被测件指标一定范围，以确保量程覆盖指标的同时保证传感器的精度要求。考虑到整套测试设备中摩擦力矩的不确定性，在测试设备中加入扭力限制器以确保被测件及摩擦力矩传感器不被损坏。
其中，常规的高精度小量程传感器只能在常压环境下使用，在不影响测量精度的前提下，对传感器进行有针对的改进(更换润滑介质、调整材质、除气处理等方法)，保证其能够在真空环境下正常使用。
试验中的热沉温度范围为-173℃～+150℃，真空容器内部固定安装有热控组件，可以有针对性的实现对被测件、轴系机构、驱动机构、传感器的温度控制，保证系统在高低温环境下正常使用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.应用于空间环境试验的高精度动态微小摩擦力矩测试系统，包括真空容器与被测件，其特征在于，所述真空容器内表壁通过温控底板固定安装有驱动机构，所述驱动模块外侧配合有轴系机构，所述真空容器内表壁固定安装有穿墙插头以及用于数据转移的数据采集装置，所述真空容器内部还固定安装有传感器机构，所述真空容器外联有高低温系统与抽真空系统。
2.根据权利要求1所述的应用于空间环境试验的高精度动态微小摩擦力矩测试系统，其特征在于，所述轴系机构、驱动机构、与传感器机构均能在真空度≤1×10-3Pa、热沉温度-173℃～+150℃与被测件温度-50℃～+80℃的状况下正常工作。
3.根据权利要求1所述的应用于空间环境试验的高精度动态微小摩擦力矩测试系统，其特征在于，所述轴系机构由联轴器、过渡连接轴组成，以完成被测件和传动机构的无障碍连接。
4.根据权利要求1所述的应用于空间环境试验的高精度动态微小摩擦力矩测试系统，其特征在于，所述驱动机构由真空步进电机、真空旋转变压器与联轴器组成，其中真空步进电机及真空旋转变压器放置在真空下能够正常使用。
5.根据权利要求1所述的应用于空间环境试验的高精度动态微小摩擦力矩测试系统，其特征在于，所述传感器机构包括温度传感器、位置传感器、角度传感器与力矩传感器。
6.根据权利要求1所述的应用于空间环境试验的高精度动态微小摩擦力矩测试系统，其特征在于，所述真空容器内部固定安装有热控组件，可以有针对性的实现对被测件、轴系机构、驱动机构、传感器的温度控制，保证系统在高低温环境下正常使用。
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