CN113884391B - 一种用于测试卫星穿轴低频线缆扭矩的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于测试卫星穿轴低频线缆扭矩的装置，所述装置包括底板、垂直于所述底板安装且相互平行的一对支撑架、以及连接在所述一对支撑架之间的测试主体，所述测试主体绕其自身中心轴线旋转，其中，所述测试主体包括：同轴设置的：绕线直轴、垂直于所述绕线直轴的轴线方向固定在所述绕线直轴上的进线板和固定在所述进线板的后表面上的绕线部，并且其中，所述一对支撑架的每个设置有总线通孔和位于所述总线通孔一旁的总线线夹；所述测试主体的所述进线板上设有进线通孔和分束线夹；所述绕线部形成为中空结构，并包括一体成型的正向测试部、反向测试部和出线区。

Description

一种用于测试卫星穿轴低频线缆扭矩的装置

技术领域

本发明涉及扭矩测量装置领域，具体涉及一种用于测试卫星穿轴低频穿轴线缆扭矩的装置。

背景技术

低频线缆广泛应用于各卫星平台的总装领域，其主要功能在于实现各电子设备间的供电、信号传输等功能。特别地，空间低频线缆的走线方式对于空间可动机构的正常运转至关重要。出于防钩挂、耐辐照、紧凑性等方面的考虑，空间低频电缆根据任务目标不同有时需采用穿旋转机构中心轴的走线方式，例如二维机械可动天线、激光通信跟瞄指向机构等。随着星载可动旋转机构的快速发展以及特殊性，对穿轴线缆在抗弯折、长寿命、大角度运转等方面的可靠性要求越来越高，因此需要在地面测试过程中对低频穿轴电缆进行扭转测试。一般地，线缆自身在扭转时会产生抗扭转力矩和摩擦力矩综合下的阻力矩，与地面情况相比，在轨卫星中使用的低频线缆是在空间高低温交变的特殊环境下，线缆阻力矩随温度变化会不同，将影响驱动电机的输出力矩发生波动，进而影响机构的运行平稳性，甚至造成机构转动卡滞，影响整个机构任务的正常执行。因此，在对卫星平台上的低频穿轴线缆走线设计时，需对绕线状态下的阻力矩进行地面测试，从而保证驱动输出力矩有足够的余量，提升机构运行的平稳性和可靠度。

然而，目前传统的低频电缆网设计仅仅着眼于星上导通绝缘测试，针对可动机构的穿轴线缆的阻力矩测试尚属空白，导致传统的机构在地面测试阶段会因为线缆走线不合理而出现重新设计的情况，进而造成工作反复并影响项目进度的正常进行。而且针对有限角度转动的机构中心穿轴走线大多采用绕线器或导电滑环，但是绕线器存在易钩挂、可靠性差等缺点，导电滑环存在寿命短、重量大、易磨损等不足。随着机构朝向轻量化、高精度、长寿命等方向发展，绕线器和导电滑环的不足将进一步凸显，因此，在轨卫星上采用纯电缆进行穿轴设计执行有限角度的往复运动成为最优选项，线缆阻力矩的地面测试也显得尤为重要。

发明内容

本发明提供了一种用于测试卫星穿轴低频线缆扭矩的装置，该装置能够在简单易行的测试机理下具有较高测试精度。

本发明的技术方案如下：

一种用于测试卫星穿轴低频线缆扭矩的装置，所述装置包括底板、垂直于所述底板安装且相互平行的一对支撑架、以及连接在所述一对支撑架之间的测试主体，所述测试主体绕其自身中心轴线旋转，其中，

所述测试主体包括：同轴设置的：绕线直轴、垂直于所述绕线直轴的轴线方向固定在所述绕线直轴上的进线板和固定在所述进线板的后表面上的绕线部，并且其中，

所述一对支撑架的每个设置有总线通孔和位于所述总线通孔一旁的总线线夹；

所述测试主体的所述进线板上设有进线通孔和分束线夹；所述绕线部形成为中空结构，并包括一体成型的正向测试部、反向测试部和出线区。

进一步地，所述进线板的前表面设有：起始刻线、沿所述进线板的圆周等距间隔布置的12个测试通孔，以及4个指示方位孔，所述4个指示方位孔位于所述12个测试通孔的外周，并且所述4个指示方位孔分别对应0°、90°、180°和270°处的所述测试通孔，其中，对应0°的指示方位孔对应所述起始刻线。

进一步地，所述进线板上的所述进线通孔为槽型孔，所述出线区设置为台阶式的。

进一步地，所述正向测试部和所述反向测试部分别设有固定孔；并且，所述正向测试部与所述反向测试部的外径不同，所述绕线部的后表面设有从所述绕线部的后表面径向向外突出的绕线部止口。

进一步地，所述一对支撑架的每个还包括一体成型的底板连接部和测试主体连接部，所述测试主体连接部位于所述底板连接部的中间并垂直于所述底板连接部，所述总线通孔和所述总线线夹位于所述测试主体连接部的中间处，并且所述测试主体连接部还包括位于所述测试主体连接部上端的轴承座，其中，所述总线通孔在所述测试主体连接部的前表面和后表面处具有倒角。

进一步地，所述底板上设有成阵列排布的多个槽孔，所述一对支撑架的每个的底板连接部上都开设有分别位于所述测试主体连接部两侧的安装孔，每两个所述安装孔之间的间距与所述多个槽孔中的每两个槽孔之间的间距一致，以便通过螺栓贯穿所述安装孔和所述槽孔而将所述一对支撑架的每个固定在所述底板上。

进一步地，所述绕线直轴的两端通过轴承连接至所述一对支撑架的每个的所述轴承座，使得所述测试主体连接到所述一对支撑架之间，所述轴承为深沟球轴承，所述绕线直轴的两端分别设置有限位凸台，所述限位凸台用于将所述绕线直轴与所述轴承进行卡接，使得所述测试主体绕其自身的中心轴线转动。

进一步地，所述底板、所述一对支撑架、所述绕线直轴、所述进线板和所述绕线部均采用相同的材料制成。

进一步地，所述装置用于在不同温度下对线缆的扭矩进行测试。

进一步地，所述装置还包括：设置在所述装置外部的砝码和鱼线，所述砝码在使用时通过穿过所述正向测试部和所述反向测试部上的固定孔的所述鱼线而连接至所述绕线部，在安装好所述砝码时，由于所述砝码的重力，所述鱼线在竖直向下的方向上与所述绕线部相切；并且所述装置还包括控制设备。

本发明提供的用于测试卫星穿轴低频线缆扭矩的装置具有如下有益效果：

1）将测试环境与线缆实际运转环境等效。本申请提供的测试主体内部具有绕线直轴，并设置为中空结构，因此提供了与实际操作完全相同的旋转机构内腔，保证了测试状态与实际状态的符合性。提高了实验数据的真实可靠性。

2）精准度高。本申请在上述结构下，将驱动电机、支撑主体和外壳等部件进行了相应简化，排除了其他线缆扭矩测试的干扰因素，尤其避免了在测试过程中产生不必要的其他部件之间的扭转力矩，提高了实验数据的精准度。

3）简化装置。采用异体同构设计思想，本申请的装置在进线板和绕线部的出线区设有支撑架进而完成进线、出线和固定功能，而这两组部件采用的是相同构造，无主副之分，加工制造时仅需设计一组工件即可，节省了设计制造的时间和成本。

4）试验方法可靠。轴承内径与直轴外径一致，通过支撑架调整的轴承座、轴承和绕线直轴的限位凸台进行限位，使得测试主体只能沿着绕着绕线直轴的纵向轴线的方向上旋转，进而限制了测试主体的五个自由度，并且在轴承上保持了一定的游隙防止轴承卡死。此外，本申请的装置的测试主体在上述纵向轴线的方向上，无遮挡、无限位，因此线缆测试可以模拟绕轴旋转的角度范围为0-360度。进一步地，在进线板上设置了多个测试通孔，从而模拟旋转一周的多个测试点的扭转力矩分布情况，测试结果准确可靠。

5）无需外部能源输入。本申请提供的装置驱动组件采用鱼线悬吊砝码的形式，悬垂地面，并配合绕线部的正向测试部和反向测试部上的固定孔，利用重力模拟电机的驱动力矩，无需接入外部电机驱动，从而简化了机构设计的复杂性。

6）重量轻、刚度高。本申请的装置的测试主体中间为中空结构，且形成为一体化设计，将整个线缆扭转过程中的进线、驱动、反转、出线等功能均安装在统一结构上（即测试主体上），减少了整个机构的重量和零件个数，降低了测试成本，进一步提高了一体化结构的刚度。

7）高低温试验性能好。本发明除了砝码和鱼线以外，各部分结构组件均采用相同材料制成，通过支撑架一体化设计，降低了各部件之间热膨胀系数不匹配的影响，避免了测试机构因为材料不一致而在高低温环境下对测试精度的不利影响；进一步简化了装置的设计制造难度。

8）易加工、易装调。本发明采用易于一体化成型的材料，充分使用现有铸造工艺和/或成型工艺和/或车铣刨磨等加工工艺，快速加工本申请的装置的基本结构。在轴心对准方面，采用统一车刀加工可以使得进线板和绕线部同轴心，进线板与绕线部外缘配合，从而保证了进线板、绕线直轴和绕线部这三个部件处于同轴心的位置，并且没有复杂的传动机构和热控结构加入，进一步避免了额外装调应力的引入，保证了旋转精度，降低了装调难度。

附图说明

图1为根据本发明一些实施方式的装置的立体图。

图2为根据本发明一些实施方式的装置沿图1中线A-A’在垂直于底板的方向上的截面图。

图3为根据本发明一些实施方式的装置在测试过程中连接砝码后的示意图。

图4为根据本发明一些实施方式的进线板的平面示意图。

图5为根据本发明一些实施方式的绕线直轴和进线板的整体立体图，在该实施方式中，绕线直轴和进线板一体成型。

图6为根据本发明一些实施方式的绕线直轴和进线板的整体的平正视图。

图7为根据本发明一些实施方式的绕线部的中空结构的立体图。

图8为根据本发明一些实施方式的图7中绕线部沿着其纵向轴线在竖直方向上的截面图。

图9为根据本发明一些实施方式的装置的整体线缆走向的示意图。

图10为根据本发明一些实施方式的装置的整体线缆走向的立体图。以及

图11为根据本发明一些实施方式的装置的总线线夹的示意图。

应当理解的是，附图不必按比例绘制，呈现了说明本公开的基本原理的各种特征稍微简化的表示。包括例如特定尺寸、定向、位置和形状的如本文中公开的本发明的特定设计特征将部分地由特别预定的应用和使用环境来确定。

在图中，贯穿附图的几个图，附图标记是指本发明的相同或等同的部分。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的各种实施方式，其实施例在附图中说明并在下面描述。尽管将连同本发明的示例性实施方式来描述本发明，但应当理解的是，本说明书并不旨在将本发明限制于那些示例性实施方式。另一方面，本发明旨在不仅仅覆盖本发明的示例性实施方式，还旨在覆盖各种替代物、修饰物、等同无和其他实施方式，其可以包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内。

以下，将参照附图详细描述本本发明的示例性实施方式。本发明的示例性实施方式中描述的特定结构和功能仅仅是出于说明性的目的。根据本发明的构思的实施方式可以以各种形式实施，并且应当理解的是，它们不应当被解释为受示例性实施方式中描述的示例性实施方式的限制，但包括本发明的精神和范围中包括的全部修饰物、等同物或替代物。

应当理解的是，尽管术语“第一”、“第二”等可以在本文中用于描述各种元件，但这些元件不应当由这些术语限制。这些术语仅用于区分一个元件与另一个元件。例如，下面讨论的第一元件可以被称为第二元件，而不会脱离本发明的教导。类似地，第二元件也可以被称为第一元件。

将理解的是，当元件被称为“耦接”或“连接”至另一元件时，它可以是直接耦接或连接至其他元件，或者其二者之间可以存在介中元件。相反，应当理解的是，当元件被称为“直接耦接”或“直接连接”至另一元件，则不存在介中元件。解释元件之间的关系的其他表达，诸如“之间”、“直接之间”、“邻近于”、或“直接邻近于”应当以相同的方式来解释。

贯穿说明书，本文所使用的专业术语是仅是为了描述各种示例性实施方式，且并不旨在于限制。将进一步理解的是，术语“包括”、“包含”、“具有”等，当在示例性实施方式中使用时，特指所陈述的部件、步骤、操作或元件的存在，但不排除其一个或多个其他部件、步骤、操作或元件的存在或添加。

应当理解的是，本申请所使用的指向性词语，如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“内”、“外”等均是以附图为参照进行的描述，也就是说，在本申请中，除非另有特别说明，否则将进线的方向定义为前方，而相对的，出线的方向定义为后方，出于从绕线部的角度考虑，贴近进线板的方向则为前方，而远离进线板的方向则为后方。

下面参考附图来对本发明的用于测试卫星穿轴低频线缆扭矩的装置（下文中，出于简洁的目的，有时也将用于测试卫星穿轴低频线缆扭矩的装置简称为装置）进行详细描述。参见图1和图2，在本申请一些实施方式中，用于测试卫星穿轴低频线缆扭矩的装置包括底板100、垂直于底板100安装且相互平行的一对支撑架200，以及通过轴承400连接在一对支撑架200之间的测试主体300，该测试主体300可以绕其自身的中心轴线旋转。本申请提供的装置采用与实际应用过程中的应用主体完全相同的旋转机构，能够保证测试状态与实际状态的符合性，在与实际应用相同的条件下对线缆扭矩进行测试，从而保证测试数值的准确性。

在上述测试主体连接部210的中间位置处设置有总线通孔212和总线线夹213，也就是说，上述一对支撑架200的每个设置有总线通孔212和位于总线通孔212一旁的总线线夹213。如图11所示，该总线线夹213为U型夹，并采用双螺钉固定，整体形状类似拱桥型，该U型夹能够避免总线在进入测试主体后发生不必要的旋转而影响线缆自身扭矩的测试。

本申请通过在这一对支撑架上设置上述总线通孔212，可以使得线缆从支撑架的总线通孔212进入到测试主体300处，从而模拟真实卫星上载荷总线缆在前端结构的总进线孔，并且真实卫星的总进线孔附近会有线夹对入孔处的总线线缆进行固定，防止穿轴的线缆在轴系转动过程中，前后端的线束无约束而造成损伤及钩挂。这样的真实模拟结构使得线缆处于与真实卫星穿轴相同的布置环境下，进而能够提高测试的真实性和准确度。

在本申请一些实施方式中，上述一对支撑架200采用加强筋设计，并且该一对支撑架200的每个包括一体成型的底板连接部220和测试主体连接部210，测试主体连接部210位于底板连接部220的中间并垂直于底板连接部220，具体地，底板连接部220用于与底板100进行连接，在连接后，底板连接部220平行于底板100，由此，测试主体连接部210从底板连接部220的中间处沿垂直底板100的方向向上延伸。

具体地，上述总线通孔212和总线线夹213位于上述测试主体连接部210的中间处，并且一对支撑架200的每个的测试主体连接部210还包括位于该测试主体连接部210上端的轴承座211。轴承座211的径向内侧安装有轴承400，通过该轴承400可以连接有测试主体300（将在下文详细描述测试主体的结构及与支撑架的具体连接方式）。

在本申请的一些实施方式中，总线通孔212在测试主体连接部210的前表面和后表面处具有倒角（未示出）。进一步地，底板上设有多个槽孔110，这些槽孔110可以呈阵列分布。相应地，一对支撑架200的每个的底板连接部220上都开设有分别位于测试主体连接部210的两侧的安装孔221，即该安装孔221设有两排，多个安装孔221中的每两个安装孔之间的间距与多个槽孔110中的每两个槽孔之间的间距一致，以便通过螺栓贯穿该安装孔和槽孔而将支撑架固定在底板上（图1中示出了固定后的情况）。也就是说，为了将支撑架200固定在底板100上，支撑架200的底板连接部220设有一定数量的与底板100的槽孔110相对应的安装孔221。

如附图1所示，在本申请的一些实施例中，槽孔110设有六行七列，然而这并不是本申请所要限制的，在具体操作中，可以设置更多或更少的行数和列数从而满足实际需求。相类似地，在该实施例中，安装孔221设有两排，每排设有三个，这六个安装孔221分别对应六个相应位置的槽孔110，当然，在具体操作时，也可以设置更多个安装孔221，以加强对于支撑架200的固定。对此本申请不进行具体限制。这样的布置使得在测试前的安装时，能够根据测试主体的尺寸，方便地调整一对支撑架200之间的距离，方便安装拆卸和调整。

本申请提供的上述一对支撑架200在使用时将总线线缆从总线通孔212穿过，总线线缆能够通过该总线通孔212到达测试主体300处。穿过总线通孔212的总线线缆通过位于总线通孔212一旁的总线线夹213进行固定，从而防止该线缆在测试过程中发生不必要的转动、拉伸等情况。

实际上，上述一对支撑架200的每个的结构和设置都是一样的，且相对于自身均为对称的，也就是说，上述一对支撑架200采用的是相同构造，并无主副之分，加工制造时仅需设计一组工件，重复加工即可，因此，在使用时，不用区分这两个支撑架，可以选择任意一个支撑架作为前方的支撑架（或后方的支撑架），从而便于取用和安装，也可以提供多个待使用的支撑架，在需要安装时任意取用即可，提高了便利性，也节省了设计制造的时间和成本。此外，为了方便描述，贯穿全文，有时会将一对支撑架200简称为支撑架200。

基于上述底板和支撑架，测试主体可以安装到一对支撑架之间，并绕其自身的中心轴线旋转。对此，下面将详细介绍本申请的位于一对支撑架之间的测试主体300。在本申请一些实施方式中，测试主体300包括同轴设置的：绕线直轴320、垂直于该绕线直轴的轴线方向固定在绕线直轴上的进线板310、和固定在进线板310的后表面上的绕线部330。在本文中，为了方便描述，将进线板310所在的平面作为XY轴限定的平面，将与进线板垂直且同轴的绕线直轴320的中心轴线作为Z轴方向，由此建立了XYZ轴三维空间的坐标系。

具体地，该测试主体300实际上是通过绕线直轴320连接并固定到两端的支撑架200上，即绕线直轴320的两端通过轴承400连接至支撑架200的轴承座211上从而将测试主体300连接至支撑架200。具体地，绕线直轴320的两端通过轴承400连接到支撑架200上，该轴承400为深沟球轴承，该轴承400设置在该轴承座211中。具体地，如图2所示，轴承座211形成为侧壁向内凹陷的通孔，即形成了轴承止口（未示出），轴承可以卡接在该轴承止口中。

进一步地，如图6所示，绕线直轴320的两端分别设有限位凸台321，该限位凸台321用于将绕线直轴320与轴承400进行卡接，使得绕线直轴320绕其自身的中心轴线转动，即能够绕Z轴转动。再次参见图2，该限位凸台321的宽度与轴承400的高度相等，这样可以将轴承400直接卡接在该限位凸台321到轴承400的端部的位置中，可以限制轴承400和绕线直轴320之间的相对前后方向上的移动。此外，轴承400的内径与绕线直轴320的外径一致，由此可以限制绕线直轴320相对于轴承400的上下左右四个方向上的移动。

由于上述布置，通过轴承座211、轴承400和绕线直轴320的限位凸台321之间的相互配合，使得绕线直轴320只能在绕Z轴的方向上转动，而在其他的方向上的自由度、即五个自由度上受到限制。由此，测试主体300可以随着绕线直轴320的转动而同轴地转动。此外，基于以上描述的底板100和支撑架200的底板连接部220的安装方式，由于槽孔110与安装孔221的对应，因此Z轴的方向可调，使得轴承400固定前存在一定游隙，从而防止轴承400卡死而导致绕线直轴320无法绕Z轴自由转动，进而影响整个测试主体300的转动。

进一步地，如图6所示，进线板310可以与绕线直轴320一体成型，也可以通过焊接或螺栓固定的方式安装到绕线直轴320上，对此，本申请不进行特别限制，而本实施方式优选采用一体成型的方式，这样的设计使得工艺简化，便于安装。

进一步地，参见图4和图5，进线板310上设有进线通孔311和分束线夹312，在使用时，通过总线通孔212进入的线缆，分成多股分束线缆。出于说明的目的，本申请以穿轴线缆主要包括热控线96根，其中包括温控回路48根和加热回路48根，驱动供电线6根和测角传感器线12根组成为例，对共计114根穿轴线缆的扭矩进行测试。由此将总线束分为三股分束线缆，并分别使用合适的热缩套管约束（关于热缩套管的具体材料，选用本领域常用材料即可，对此本申请不进行特别限制），一股为控温回路线缆（48根）、一股为加热回路线缆（48根）、以及一股为驱动供电线和测角传感器线（共18根）。当然，在实际操作过程中，还可以根据实际情况进行不同的分配，例如分成两股或三股以上的分束线缆，或按照其他的方式进行每股线束的分配等，对此，本申请不进行具体限制。

由此，在本申请的该实施方式中，进线板上设有三个进线通孔311，在本申请的一些实施方式中，上述进线通孔311为槽型孔，具体地，这三个槽型孔的构成的整体的环形中心在转动轴心处（即与测试主体的转动轴心一致）。其优势在于，分线线缆穿过槽型孔后，在轴系扭转（无论正转反转）过程中，受到穿轴孔的磨损更小，该位置的阻力矩也更小。而槽型孔能够进一步减小线缆在测试过程中受到的摩擦阻力，槽型孔相比简单的圆形孔、三角孔或六边形孔等均有此优势。

基于上述设置的三个进线通孔311对应地设置有三个分束线夹312，经过总线通孔212进入的总线线缆在分成三股分束线缆后，采用辫子式编织方法进行编织，并用热塑套管约束，而在本申请的一些其他实施方式中，还可以采用其他编织方法，对此，本申请不进行特别限制。将三股分束线缆分别从上述三个进线通孔311穿入到绕线部之前，并用分束线夹312固定。本申请的优选采用分束线夹312为软铝制造的U型夹，参见图1和图4，分束线夹312的一端设有螺钉通孔，可以通过螺钉将分束线夹312固定在进线板310上。与总线线夹213不同的是，分束线夹312采用单螺钉固定，这是因为通过分束线夹312进行固定的线缆总直径要小于通过总线线缆固定的总线线缆的直径，因此，仅需一个螺钉即可进行固定，从而进一步减少装置的零部件数量，进而减小整体重量。当然，根据实际需要，分束线夹312也可以采用其他耐弯折弹性好的材料制成，并且还可以使用焊接、胶粘等方式对分束线夹312进行固定，对此，本申请不进行特别限制，只要能够使得分束线缆在测试过程中，不会发生除了扭转以外的位移即可。

进一步地，进线板310的前表面设有：起始刻线313、沿进线板310的圆周等间隔布置的12个测试通孔314，以及4个指示方位孔315。具体地，在一些实施方式中，该测试通孔314也可以称为测试点。

具体地，上述12个测试通孔314由于等距布置在进线板的圆周上，因此在0-360°的范围内，出于说明的目的，将在从垂直于底板100的方向上最上方的测试通孔314起进行设置，在0°、30°、60°、120°、150°、180°、210°、240°、270°、300°、330°和360°上进行测试（如图4所示），当然0°对应的测试通孔的上述位置仅仅是出于说明的目的，根据具体操作情况可以将0°设置在其他的测试通孔处。这样的布置，使得本申请提供的装置可以模拟真实使用过程中旋转一周的12个测试点的扭力矩分布情况，更加贴近线缆在真实情况下产生的扭力矩，提高了测试精准性。当然，在一些其他的实施方式中，还可以设置多于或少于12个的测试通孔，从而调整测试的具体角度，对此本申请不进行特别限制，但是本申请优选采用12个测试通孔，以在每隔30°的角度上对线缆的扭力矩进行测试。

与上述测试通孔314相对应的，4个指示方位孔315位于12个测试通孔314的外周，并且这4个指示方位孔315分别对应0°、90°、180°和270°处的测试通孔314；该对应0°的指示方位孔315对应起始刻线313。起始刻线313可以刻在进线板上，通过激光刻蚀或者机械雕刻的方法等，对此，本申请不进行特别限制。

如图3和图5所示，在插入线缆之前，转动测试主体，将起始刻线转动至于底板平行的位置，测试时从该起始刻线313处开始进行测试，也就是说，起始刻线实际上是线缆扭转测试开始的位置，根据起始刻线的转动位置，可以快速确定测试主体的转向及旋转角度。在该实施方式中，当起始刻线平行于底板的位置时，则可以快速获取起始刻线与底板的夹角，从而快速记录测试主体的转动角度。由此，根据起始刻线313的转动位置对测试主体的旋向进行记录，快捷方便。此外，在测试的实际状况下，在开始测试时，也可以将起始刻线设置在垂直于底板的位置，此时，测试人员可以记录起始刻线相对于竖直方向的转动角度。对此，本申请不进行特别限制，只要方便测试人员记录即可。

进一步地，如图9所示，线缆通过上述进线板310的进线通孔311进入绕线部330后，该中空结构能够容纳待测试的穿轴线缆，容纳在该中空结构的线缆在绕线部330的中空内腔中进行绕线。在卫星穿轴低频线缆的实际使用过程中，轴系机构运转过程一般由驱动电机实施，而在地面的测试过程中，很难安装同样的驱动电机。为此，绕线部330的该中空结构提供了与实际应用主体完全相同的旋转机构内腔，如图7所示，从而在此环境下进行线缆阻力矩测试功能，保证了测试状态与实际状态的高度符合。

下面将结合图7至图10所示对绕线部330进行详细描述。具体地，该绕线部330包括一体成型的正向测试部331、反向测试部332和出线区335。关于正向测试部331和反向测试部332的设置是按照上述XYZ坐标体系，即以进线板310所在的平面作为XY平面，以绕线直轴320的中心轴线所在的方向作为Z轴方向。此时，遵循右手螺旋定则，右手握Z轴，拇指指向进线板，其他四指指向弯曲的方向则为正向测试部331的绕线方向，反之则为反向测试部332的绕线方向。

为了区分正向测试部331和反向测试部332，可以将正向测试部331与反向测试部332的外径设置成为不同的，在图8所示的实施方式中，正向测试部331的外径大于反向测试部332的外径。与之不同的，如图10所示，正向测试部331的外径小于反向测试部332的外径。也就是说，正向测试部331和反向测试部332的外径的大小的区别可以防止在测试过程中，两个测试部的相应的鱼线（将在后文描述鱼线的具体设定方式）在转动时发生相互勾连的情况。该正向测试部331和反向测试部332的外径大小可以互换，只要根据上述右手定则进行确定即可。

在本申请一些实施方式中，正向测试部331和反向测试部332分别设有固定孔333，用于固定正向测试部331和反向测试部332与外部的砝码500连接的鱼线510（如图3所示）。使用时，鱼线的一端悬挂有砝码或其他已知质量的重物，鱼线与砝码的具体连接方式本申请不进行特别限制，诸如可以直接缠绕或者采用黏合剂粘结的方式进行连接，只要保证测试过程中砝码不会掉落即可。

此外，鱼线的另一端与绕线部330的固定孔连接，具体地，正绕鱼线的该另一端与正向测试部331的鱼线固定孔333连接，反绕鱼线的该另一端与反向测试部332的鱼线固定孔333连接。关于鱼线与固定孔的连接方式，可以在通过在鱼线的伸入固定孔333的这一端固定有一个垫片（未示出），该垫片可以为长条形，垫片的长度大于固定孔333的直径，而宽度和厚度均小于固定孔333的直径，由此，垫片可以在伸入固定孔333之后卡在固定孔333处的绕线部330的内壁上，从而对鱼线进行固定。此外，鱼线伸入固定孔的一端的固定方式还可以直接通过胶粘剂、卡扣、磁吸连接等方式来执行，对此，本申请不进行特别限制，只要能够将鱼线的一端固定在固定孔中即可，而从固定孔伸出的鱼线可以在绕线部上根据具体情况进行正绕线和反绕线。

基于上述固定好的鱼线，在测试过程中，以正向测试部331为例，将鱼线一端固定到正向测试部331的固定孔333中，随后将固定孔333外的鱼线按照顺时针的方向缠绕到正向测试部331上，如图10所示，缠绕好之后，从上述起始刻线313（图10中未示出）位置开始正向测试。具体地，结合上述进线板上的12个测试点，即，分别在上述12个测试点进行扭矩的测试，测试结束后再将鱼线的一端转而缠绕至反向测试部的固定孔中，从上述起始刻线313位置开始反向测试，同样测试如上所述的12个测试点，进而能够分别记录线缆在正向和反向上的扭力矩。类似地，在进行反向测试时，还可以采用另一根鱼线固定到反向测试部332的固定孔中，随后将固定孔外的鱼线按照逆时针的方向缠绕到反向测试部332上，如图10所示，缠绕好之后，从上述起始刻线313（图10中未示出）的位置开始反向测试。

图10中绕线部外表面的线的示意图代表的是鱼线的绕线方式。并且在本申请的一些实施方式中，该鱼线可以是尼龙材质，或其他结实不易断开的柔性线。对此本申请不进行具体限制，只要能够对上述砝码和绕线部进行连接且测试过程中不会发生断裂即可。

进一步地，绕线部330的后表面设有从绕线部330的后表面径向向外突出的绕线部止口334（参见图8）。该绕线部的后表面是指相对远离进线板的表面。将鱼线缠绕到绕线部330上后，通过设置绕线部止口334，可以使得在测试过程中，防止鱼线在扭转过程中从绕线部上滑落。

如上所述的，绕线部330形成为中空结构，线缆在通过进线板310进入绕线部330之后，卷绕在绕线直轴320上，在测试过程中，需要记录线缆在绕线直轴320上的卷绕方向及卷绕圈数。卷绕的线缆通过绕线部内部从绕线部穿出。因此，绕线部还包括设置在与进线板310相反的方向处的出线区335，如图8和图9所示，图8和图9中虚线框内的部分即为出线区335。该出线区335设置为台阶式的，线缆从该出线区335穿出。具体地，该出线区335即为绕线部330的轴向内侧的台阶孔，该台阶孔采用收口设计，从而防止内部绕线线缆在大角度扭转过程中，线缆从进线板的进线孔处扭出，造成内腔线缆长度不同而使得测试结果失真。

经过上述出线区335的线缆，从绕线部330穿出，随后通过另一个支撑架200上的总线通孔212穿出，并由该另一个支撑架200上的总线线夹213进行固定，从而完成整个装置的线缆走向，具体参见图9。

基于上述结构，本申请提供的装置的测试主体300在整体上、在轴心对准方面，采用同一车刀加工使得进线板和绕线部330同轴心，进一步地，进线板310和绕线部330的外缘配合，进而使得进线板310、绕线部330和绕线直轴320这几个部件均处于同轴心位置。这样的布置使得整个测试主体300没有复杂的传动机构和热控结构的加入，从而避免了额外装调应力的引入，保证了测试的精准度。

此外，在本申请一些实施方式中，底板100、支撑架200、绕线直轴320、进线板310和绕线部330均采用相同的材料制成，该材料优选可以为易于成型的金属材料，采用金属材料的优势在于可以充分使用现有的铸造工艺及车铣刨磨等加工工艺快速加工本发明的基本结构。然而在考虑成本和轻便性的情况下也可以使用耐高温耐低温且易于成型的聚合物材料，对此，本申请不进行特别限制。

特别的，在本申请一些实施方式中，所述装置用于在不同温度下对线缆的扭矩进行测试。具体地，卫星穿轴线缆在轨常用工作温度会保持在0-50℃的范围内，而线缆的极限工作温度为-30℃至+70℃的范围，由此，需要至少针对以上两个温度段的以下几个温度点进行测试：-30℃、0℃、20℃、50℃、70℃。由于本申请的上述支撑架和测试主体中各部分的材料（除了砝码外的材料）均采用相同材料制成，因此，在不同温度时会避免各部件之间热膨胀系数不匹配的影响，避免了测试机构因为材料不一致而在高低温环境下对测试精度的不利影响。

进一步地，在本申请一些实施方式中，本申请提供的装置还包括设置在装置外部的砝码500和鱼线510，该砝码500在使用时通过穿过正向测试部331和反向测试部332上的固定孔333的鱼线510而连接至绕线部330，在安装好砝码500时，由于砝码500的重力，鱼线510在竖直向下的方向上与绕线部330相切。。并且，本申请的测试时机即为挂砝码时起，到绕线部刚刚开始缓慢启动旋转时为止的而产生的扭力矩。在本申请的另一些实施方式中，该砝码还可以换成其他重量精准可控的其他重块，只要能够方便测量和使用即可，对此，本申请不进行特别限制。

由此，本申请提供的装置还包括控制设备（未示出），用于将每个测试点的序号、砝码重量、绕线部旋向等数据记录至控制设备，再通过控制设备对数据进行处理，从而计算出线缆的扭矩值。具体地，该控制设备例如可以包括设置在所述装置上的感应设备以及设置在装置外部的数据处理设备。感应装置可以用于感应测试时测试主体的转动方向和转动角度，从而将数据传输到外部的数据处理装置中进行进一步的数据处理。该感应装置例如可以安装在起始刻度处或者在轴承处，或者还可以是设置在装置外部的红外线感应装置，从而对测试主体的转动角度进行监控并记录，对于感应装置的形式和位置本申请不进行特别限制，只要在不增加线缆的扭矩的情况下对上述变量进行感应即可即可，例如不会增加摩擦扭矩、重力扭矩等。该感应装置可以通过蓝牙或WiFi等方式连接至外部的数据处理装置。

本发明提供的装置在使用时，可以将上述安装在底板上的结构连同底板一起安装到测试平台（未示出）上，测试平台放置在底板的底部并设置有与底板连接的安装孔，此时，底板上设有与安装孔相互配合的安装通孔，从而将底板连同通过支撑架连接的测试主体一起固定在测试平台上。然而，上述底板和测试平台还可以通过卡槽的方式进行固定，此时，测试平台上可以设置有与底板的形状及尺寸相对应的卡槽，底板可以卡接在测试平台的卡槽中，并在使用过程中，不会发生二者的相对移动。根据实际测试情况，还可以设置其他合适的连接方式，对此，本申请不进行特别限制，只要在测试过程中，二者不会发生相对的滑移、晃动等对测试结果会产生干扰的情况，保证稳固连接即可。

基于上述结构，本申请将绕线直轴、进线板和绕线部形成为一体化的设计，将整个线缆扭转过程中的驱动、反转、出线等功能安装在同一结构上，减少了整个机构的重量和零件个数，降低了测试成本，提高了一体化结构的刚度，避免不必要的扭矩的产生。本申请提供了与实际在轨的线缆相同的使用环境，将测试效果等效简化，即采用与实际应用主体完全相同的旋转机构来执行阻力矩测试，保证了测试状态与实际状态的符合性，简化了驱动电机、支撑主体外壳等部件，排除了测试过程中的干扰因素，确保了测试实验数据的真实可靠。

以下，基于上述对发明提供的用于测试线缆扭矩的装置的结构的详细描述，结合下面的实施例，介绍本申请的装置的使用方法，即使用本申请的装置进行卫星穿轴线缆扭矩测试的测试方法。

如上所述，为了便于描述，以某测试项目为例，以穿轴线缆包括热控线包括热控线96根，其中包括温控回路48根和加热回路48根，驱动供电线6根和测角传感器线12根组成。由此将总线束分为三股分束线缆，并分别使用合适的热缩套管约束，形成为：一股为控温回路线缆（48根）、一股为加热回路线缆（48根）、以及一股为驱动供电线和测角传感器线（共18根）。线缆的具体规格如下表所示：

并且，如上所述，卫星穿轴线缆在轨常用工作温度会保持在0-50℃的范围内，并且，线缆的极限工作温度为-30℃至+70℃的范围，由此，需要针对以上两个温度段的以下几个温度点进行测试：-30℃、0℃、20℃、50℃、70℃（当然在不同情况下还可以设置更多的温度测试点）。测试方法采用吊砝码方法进行测试，测试方法的具体操作步骤如下：

1）无线缆穿轴的装置的摩擦力矩测试：将装置固定在测试平台上，测试示意图如图2和图3所示，将鱼线缠绕至本发明绕线部的正向测试部，从起始刻线位置开始正向测试，共测试12个点，每个测试点的测试时机为挂砝码时起，到本发明的装置的测试主体刚刚缓慢启动旋转时为止，将每个测试点的序号、砝码重量、测试主体的旋向等数据传输至控制设备，直至12个测试点完成测试。随后将鱼线缠绕至本发明绕线部的反向测试部，从起始刻线位置开始反向测试，如上操作，直至12个测试点完成测试，并将数据传输至控制设备，通过砝码重量和旋转半径计算根据如下公式得到上述12个测试点的正向和反向的启动摩擦力矩：

M=F×L；

其中，M（N·m）为正向或反向启动摩擦力矩，F（N）为砝码重量，L（m）为正向或反向的旋转半径。

随后，将计算结果记录在上述控制设备中。上述数据可以绘制成表格的形式。

2）接入线缆：将待测线缆接入本发明提供的装置中，如上所述，热控线分为两束，控温回路线和加热回路线各48根，驱动供电线及测角传感线合为一束共18根，每束线缆采用辫子式编织法，用热缩套管约束。记录每束线缆插入进线通孔的序号和线缆在绕线部中放置的状态，包括线缆在绕线部内的总长度、线缆旋向、线缆缠绕圈数。

3）线缆扭转力矩测试：使用与步骤1）中相同的测试方法，分别测试正向和反向12个测试点的力矩，测试时从起始刻线位置开始，为简洁起见，不再赘述上述方法，测试结束后，将测试结果传输至控制设备，计算各测试点的扭转力矩，结果与上述无线缆穿轴的装置的摩擦力矩测试的测试结果进行汇总并记录在上述表格中。

4）扭转力矩的计算：用上述步骤3）中的扭转力矩结果减去步骤1）中的摩擦力矩，即得到实际状态下的线缆扭矩。

5）不同温度下的扭转力矩测试：分别在-30℃、0℃、20℃、50℃和70℃的温度下，采用步骤3）中的方法测试线缆扭转力矩，测试结束后将测试结果减去步骤1）中的摩擦力矩，即获得不同温度下的实际扭转力矩。

上述提供的利用本申请的装置进行的实际线缆扭转力矩的测试方法，提供了与实际应用过程中相同的运转环境，从而进一步提高线缆扭转力矩的测试精准度。且无需加入复杂的传动机构和热控装置，简化了测试方法，避免了其他应力的引入，降低了测试难度。

已经出于说明和描述的目的而呈现了本发明特定示例性实施方式的前述描述。并不旨在将其排除或将本发明限制于所公开的精确形式，并且显然地，鉴于以上教导，许多修饰和改变是可行的。选择并描述示例性实施方式以解释本发明的某些原理和它们的实际应用，以便使得本领域的其他技术人员能够制作或利用本发明各种示例性实施方式，及其各种替代物和修饰物。其目的是本发明的范围将由本发明所附的权利要求书及其等同物来定义。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于测试卫星穿轴低频线缆扭矩的装置，其特征在于，所述装置包括底板、垂直于所述底板安装且相互平行的一对支撑架、连接在所述一对支撑架之间的测试主体、设置在所述装置外部的砝码和鱼线、以及控制设备，其中，所述测试主体绕其自身中心轴线旋转，并且其中，

所述测试主体包括：同轴设置的：绕线直轴、垂直于所述绕线直轴的轴线方向固定在所述绕线直轴上的进线板和固定在所述进线板的后表面上的绕线部，并且其中，

所述一对支撑架的每个设置有总线通孔和位于所述总线通孔一旁的总线线夹；

所述测试主体的所述进线板上设有进线通孔和分束线夹；所述绕线部形成为中空结构，并包括一体成型的正向测试部、反向测试部和出线区；

所述进线板的前表面设有：起始刻线、沿所述进线板的圆周等距间隔布置的12个测试通孔，以及4个指示方位孔，所述4个指示方位孔位于所述12个测试通孔的外周，并且所述4个指示方位孔分别对应0°、90°、180°和270°处的所述测试通孔，其中，对应0°的指示方位孔对应所述起始刻线；

所述正向测试部和所述反向测试部分别设有固定孔；并且，所述正向测试部与所述反向测试部的外径不同，所述绕线部的后表面设有从所述绕线部的后表面径向向外突出的绕线部止口；并且其中

所述砝码在使用时通过穿过所述正向测试部和所述反向测试部上的固定孔的所述鱼线而连接至所述绕线部，在安装好所述砝码时，由于所述砝码的重力，所述鱼线在竖直向下的方向上与所述绕线部相切。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述进线板上的所述进线通孔为槽型孔，所述出线区设置为台阶式。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述一对支撑架的每个还包括一体成型的底板连接部和测试主体连接部，所述测试主体连接部位于所述底板连接部的中间并垂直于所述底板连接部，所述总线通孔和所述总线线夹位于所述测试主体连接部的中间处，并且所述测试主体连接部还包括位于所述测试主体连接部上端的轴承座，其中，所述总线通孔在所述测试主体连接部的前表面和后表面处具有倒角。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述底板上设有成阵列排布的多个槽孔，所述一对支撑架的每个的底板连接部上都开设有分别位于所述测试主体连接部两侧的安装孔，每两个所述安装孔之间的间距与所述多个槽孔中的每两个槽孔之间的间距一致，以便通过螺栓贯穿所述安装孔和所述槽孔而将所述一对支撑架的每个固定在所述底板上。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述绕线直轴的两端通过轴承连接至所述一对支撑架的每个的所述轴承座，使得所述测试主体连接到所述一对支撑架之间，所述轴承为深沟球轴承，所述绕线直轴的两端分别设置有限位凸台，所述限位凸台用于将所述绕线直轴与所述轴承进行卡接，使得所述测试主体绕其自身的中心轴线转动。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的装置，其特征在于，所述底板、所述一对支撑架、所述绕线直轴、所述进线板和所述绕线部均采用相同的材料制成。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置用于在不同温度下对线缆的扭矩进行测试。

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