本發(fā)明涉及在高低溫和交變溫度環(huán)境下的一種軸系剛度和摩擦力矩性能退化試驗(yàn)裝置，具體涉及一種關(guān)節(jié)精密軸系剛度和摩擦力矩性能退化試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

空間探索、開發(fā)和利用逐步深入，航天技術(shù)發(fā)展迅猛。航天特種裝備的功能逐漸多樣化和專一化，結(jié)構(gòu)也日漸復(fù)雜化。由于空間環(huán)境的嚴(yán)酷性、苛刻性和在軌維護(hù)的困難性，要求航天特種機(jī)構(gòu)的具有高精度和高可靠性；空間特種裝備關(guān)節(jié)精密軸系工作于空間環(huán)境，各種故障因素，包括高低溫、交變溫度、工作載荷、裝配過盈量、初始預(yù)緊力及服役延時(shí)等都將影響其可靠性，進(jìn)而影響機(jī)構(gòu)的功能和精度可靠性，決定著艱巨和復(fù)雜航天任務(wù)的成敗。

在空間溫度作用下，由于組成機(jī)構(gòu)的零部件膨脹系數(shù)的差異性，導(dǎo)致其熱效應(yīng)缺乏一致性，配合表面擠壓協(xié)調(diào)或產(chǎn)生間隙分離，從而導(dǎo)致預(yù)緊力過大或不足，引起空間軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)振動(dòng)或卡死。在初始預(yù)緊和工作載荷的耦合作用下，軸系剛度發(fā)生變化并可能引起軸系精度失效。隨著在軌服役時(shí)間的延長(zhǎng)，空間軸承固體潤(rùn)滑膜磨損逐漸加劇，導(dǎo)致工作間隙增大引發(fā)精度失效。在特殊的工作環(huán)境中，空間精密軸系的失效模式和失效機(jī)理與地面環(huán)境中的軸系有很大的差異。目前大規(guī)模在空間進(jìn)行試驗(yàn)探究空間精密軸系失效模式不現(xiàn)實(shí)，急需在地面先通過理論分析和試驗(yàn)?zāi)M環(huán)境對(duì)空間精密軸承的影響及失效機(jī)理進(jìn)行研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在通過小型化設(shè)計(jì)，提供一種軸系可更換、可局部改裝、可局部或整體進(jìn)行環(huán)境溫變處理、可在地面模擬環(huán)境中對(duì)關(guān)節(jié)精密軸系剛度和摩擦力矩性能退化進(jìn)行研究的試驗(yàn)裝置。

本發(fā)明目的通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種關(guān)節(jié)精密軸系剛度性能退化試驗(yàn)裝置，其包括驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)裝置、轉(zhuǎn)臺(tái)軸系、被測(cè)軸系、被測(cè)軸系固定加載裝置、微位移測(cè)量裝置、機(jī)架，所述驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)裝置包括步進(jìn)電機(jī)、聯(lián)軸器、轉(zhuǎn)臺(tái)空心軸、電機(jī)架，所述步進(jìn)電機(jī)通過聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)臺(tái)空心軸相連，并通過電機(jī)架與所述機(jī)架固連；所述轉(zhuǎn)臺(tái)軸系包括轉(zhuǎn)臺(tái)軸系鎖緊螺母、轉(zhuǎn)臺(tái)空心軸、支撐座、支撐軸承、密封端蓋、固定板、連接座，所述支撐座與支撐軸承外圈配合，支撐座上端與密封端蓋固接，支撐座下端與所述機(jī)架相連，所述支撐軸承內(nèi)圈與轉(zhuǎn)臺(tái)軸系鎖緊螺母和轉(zhuǎn)臺(tái)空心軸配合，所述固定板與連接座連接并固定在轉(zhuǎn)臺(tái)空心軸上；所述被測(cè)軸系上端與加載護(hù)帽連接，下端通過螺釘連接在連接座上，被測(cè)軸系軸承座和轉(zhuǎn)臺(tái)空心軸一起旋轉(zhuǎn)；所述被測(cè)軸系固定加載裝置包括緊定螺釘、加載護(hù)帽、加載力傳感器、導(dǎo)向帽、導(dǎo)向套、加載螺母、加載螺栓、加載上板、上支柱、上板，所述加載護(hù)帽通過緊定螺釘固定在被測(cè)軸系上端，所述導(dǎo)向帽插入導(dǎo)向套，所述加載力傳感器與導(dǎo)向帽、加載護(hù)帽螺紋連接，所述加載螺栓旋入加載螺母，加載螺栓底部抵靠在導(dǎo)向帽上，所述加載螺母和導(dǎo)向套固定連接在加載上板上，所述加載上板通過上支柱與上板連接，所述上板與所述機(jī)架相連；所述被測(cè)軸系固定加載裝置對(duì)被測(cè)軸系施加軸向載荷，通過改變加載螺栓在加載螺母中的旋入量改變施加載荷的大小，通過導(dǎo)向套、導(dǎo)向帽、加載力傳感器、加載護(hù)帽和緊定螺釘將軸向載荷傳遞到被測(cè)軸系主軸上，通過所述加載力傳感器獲得所施加軸向載荷的大?。凰鑫⑽灰茰y(cè)量裝置包括電渦流傳感器探頭和信號(hào)傳輸單元，所述電渦流傳感器探頭和信號(hào)傳輸單元通過器件固定架固定在轉(zhuǎn)臺(tái)空心軸上，所述微位移測(cè)量裝置用于測(cè)量軸向載荷下的被測(cè)軸系主軸相對(duì)于軸承座的微小位移量，微小位移量信號(hào)通過電渦流傳感器探頭測(cè)得，并通過信號(hào)傳輸單元以無線傳輸方式傳送到外部接收器。

所述導(dǎo)向套與導(dǎo)向帽的連接采用U型槽形式，二者可產(chǎn)生相對(duì)軸向移動(dòng)但不能產(chǎn)生周向相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。

所述信號(hào)傳輸單元包括按環(huán)形分布安裝在所述器件固定架上的電源、電渦流傳感器前置器、穩(wěn)壓模塊、AD轉(zhuǎn)換器、無線傳輸模塊，所述器件固定架固定在所述轉(zhuǎn)臺(tái)空心軸上。

所述被測(cè)軸系在安裝尺寸許可范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)替換，完成不同被測(cè)軸系的測(cè)量。

在所述上板和連接座之間安裝止轉(zhuǎn)銷軸禁止轉(zhuǎn)臺(tái)空心軸和機(jī)架之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，在被測(cè)軸系主軸和軸承座不發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)下完成靜態(tài)軸系剛度的測(cè)量。

一種關(guān)節(jié)精密軸系摩擦力矩性能退化試驗(yàn)裝置，其包括驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)裝置、轉(zhuǎn)臺(tái)軸系、被測(cè)軸系、摩擦力矩測(cè)量裝置、機(jī)架，所述驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)裝置包括步進(jìn)電機(jī)、聯(lián)軸器、轉(zhuǎn)臺(tái)空心軸、電機(jī)架，所述步進(jìn)電機(jī)通過聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)臺(tái)空心軸相連，并通過電機(jī)架與所述機(jī)架固連；所述轉(zhuǎn)臺(tái)軸系包括轉(zhuǎn)臺(tái)軸系鎖緊螺母、轉(zhuǎn)臺(tái)空心軸、支撐座、支撐軸承、密封端蓋、固定板、連接座，所述支撐座與支撐軸承外圈配合，支撐座上端與密封端蓋固接，支撐座下端與所述機(jī)架相連，所述支撐軸承內(nèi)圈與轉(zhuǎn)臺(tái)軸系鎖緊螺母和轉(zhuǎn)臺(tái)空心軸配合，所述固定板與連接座連接并固定在轉(zhuǎn)臺(tái)空心軸上；所述被測(cè)軸系上端與加載護(hù)帽連接，下端通過螺釘連接在連接座上，被測(cè)軸系的軸承座和轉(zhuǎn)臺(tái)空心軸一起旋轉(zhuǎn)；所述摩擦力矩測(cè)試裝置所測(cè)試的摩擦力矩?cái)?shù)據(jù)通過測(cè)力方式獲得，通過偏置力的方式獲得摩擦力矩的力值，其包括緊定螺釘、加載護(hù)帽、上板、連接線、測(cè)量力傳感器、傳感器固定板、傳感器支架，所述加載護(hù)帽通過緊定螺釘與被測(cè)軸系主軸固連，所述測(cè)量力傳感器通過連接線連接緊定螺釘末端，所述測(cè)量力傳感器通過傳感器固定板、傳感器支架固定在上板上，所述上板與機(jī)架固連。

所述被測(cè)軸系的安裝采用懸臂結(jié)構(gòu)，懸臂結(jié)構(gòu)通過對(duì)成對(duì)安裝的支撐軸承施加適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力獲得足夠的剛度。

所述傳感器支架通過螺栓與上板連接，傳感器支架可相對(duì)水平移動(dòng)；所述傳感器固定板通過螺栓與傳感器支架連接，傳感器固定板可相對(duì)豎直移動(dòng)，通過調(diào)整水平和豎直移動(dòng)實(shí)現(xiàn)安裝在傳感器固定板上的測(cè)量力傳感器與緊定螺釘末端對(duì)準(zhǔn)，減小測(cè)量誤差。

所述被測(cè)軸系在安裝和調(diào)整尺寸許可范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)替換，完成不同被測(cè)軸系的測(cè)量。

本發(fā)明的有益效果是：在交變溫度下的軸系剛度和摩擦力矩性能退化試驗(yàn)裝置在被測(cè)空間精密軸系軸向載荷和軸承初始預(yù)緊力作用下，承受高低溫和交變溫度、延時(shí)磨損作用下，測(cè)量軸系的剛度變化曲線，研究軸系剛度性能退化規(guī)律。無載荷作用時(shí)，軸系承受高低溫和交變溫度、延時(shí)磨損作用，測(cè)量軸系的摩擦力矩變化曲線，研究軸系摩擦力矩性能退化規(guī)律。

本發(fā)明可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)需要進(jìn)行個(gè)性化組裝。被測(cè)軸系能夠安裝在連接座上并且尺寸范圍允許安裝在加載護(hù)帽和連接座之間的，均可實(shí)現(xiàn)替換，完成不同被測(cè)軸系剛度的測(cè)量；被測(cè)軸系能夠安裝在連接座上并且尺寸范圍允許通過傳感器固定板和傳感器支架的調(diào)整實(shí)現(xiàn)測(cè)量力傳感器與緊定螺釘末端對(duì)準(zhǔn)，均可實(shí)現(xiàn)替換，完成不同被測(cè)軸系摩擦力矩的測(cè)量。

本發(fā)明試驗(yàn)裝置應(yīng)用于模擬極端條件下特種裝備關(guān)節(jié)精密軸系隨著服役時(shí)間的延長(zhǎng)剛度特性和摩擦力矩特性退化規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究，研究數(shù)據(jù)將對(duì)特種裝備運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的研發(fā)設(shè)計(jì)及應(yīng)用，奠定必要的理論驗(yàn)證和技術(shù)參考；為航天機(jī)構(gòu)的在線控制和精度補(bǔ)償提供必要的指導(dǎo)和支持。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的關(guān)節(jié)精密軸系剛度性能退化試驗(yàn)裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是關(guān)節(jié)精密軸系剛度性能退化試驗(yàn)裝置的轉(zhuǎn)臺(tái)軸系電器件安裝示意圖。

圖3是關(guān)節(jié)精密軸系剛度性能退化試驗(yàn)裝置的止轉(zhuǎn)銷軸安裝示意圖。

圖4是本發(fā)明的關(guān)節(jié)精密軸系摩擦力矩性能退化試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-步進(jìn)電機(jī)、2-聯(lián)軸器、3-轉(zhuǎn)臺(tái)軸系鎖緊螺母、4-轉(zhuǎn)臺(tái)空心軸、5-支撐座、6-支撐軸承、7-密封端蓋、8-外殼、9-固定板、10-連接座、11-被測(cè)軸系、12-電渦流傳感器探頭、13-緊定螺釘、14-加載護(hù)帽、15-加載力傳感器、16-導(dǎo)向帽、17-導(dǎo)向套、18-加載螺母、19-加載螺栓、20-六角薄螺母、21-加載上板、22-六角螺母、23-六角螺栓、24-墊圈、25-上支柱、26-緊定螺釘、27-六角薄螺母、28-上板、29-下支柱、30-六角螺母、31-六角螺栓、32-墊圈、33-六角螺母、34-六角螺栓、35-下板、36-內(nèi)六角螺釘、37-墊圈、38-電機(jī)架、39-底座、40-電渦流傳感器前置器、41-器件固定架、42-AD轉(zhuǎn)換器、43-無線傳輸模塊、44-穩(wěn)壓模塊、45-電源、46-止轉(zhuǎn)銷軸、47-連接線、48-測(cè)量力傳感器、49-傳感器固定板、50-傳感器支架。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1：

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例1的關(guān)節(jié)精密軸系剛度性能退化試驗(yàn)裝置，其由驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)裝置、轉(zhuǎn)臺(tái)軸系、被測(cè)軸系、被測(cè)軸系固定加載裝置、微位移測(cè)量裝置、機(jī)架等組成。其中，驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)裝置包括步進(jìn)電機(jī)1、聯(lián)軸器2、轉(zhuǎn)臺(tái)空心軸4、電機(jī)架38；轉(zhuǎn)臺(tái)軸系包括轉(zhuǎn)臺(tái)軸系鎖緊螺母3、轉(zhuǎn)臺(tái)空心軸4、支撐座5、支撐軸承6、密封端蓋7、固定板9、連接座10；被測(cè)軸系固定加載裝置包括緊定螺釘13、加載護(hù)帽14、加載力傳感器15、導(dǎo)向帽16、導(dǎo)向套17、加載螺母18、加載螺栓19、加載上板21、上支柱25、上板28；微位移測(cè)量裝置包括電渦流傳感器探頭12和由器件固定架41、電源45、電渦流傳感器前置器40、穩(wěn)壓模塊44、AD轉(zhuǎn)換器42、無線傳輸模塊43等組成的信號(hào)傳輸單元；機(jī)架包括外殼8、下支柱28、下板35、底座39，上述部件通過螺紋連接成整體。步進(jìn)電機(jī)1固定在電機(jī)架38上，通過聯(lián)軸器2帶動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)空心軸4轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)臺(tái)空心軸4在支撐座5和支撐軸承6的支撐下旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，支撐座5通過內(nèi)六角螺栓36和墊片37與下板35固定連接。密封端蓋7通過六角螺栓33和六角螺母34對(duì)支撐軸系進(jìn)行密封，防止大型顆粒物落入軸系造成故障。轉(zhuǎn)臺(tái)空心軸4通過六角螺母30、墊片31、六角螺栓32與固定板9和連接座10固定連接，所述被測(cè)軸系11上端與加載護(hù)帽14連接，下端通過緊定螺釘26固定連接在連接座10上，被測(cè)軸系11軸承座和轉(zhuǎn)臺(tái)空心軸4一起旋轉(zhuǎn)；本發(fā)明被測(cè)軸系11可用不同被測(cè)軸系替換，只要被測(cè)軸系能夠安裝在連接座10上并且尺寸范圍允許安裝在加載護(hù)帽14和連接座10之間的，均可實(shí)現(xiàn)替換，完成不同被測(cè)軸系的測(cè)量。通過被測(cè)軸系固定加載裝置對(duì)被測(cè)軸系施加軸向載荷，通過改變加載螺栓19在加載螺母18中的旋入量改變施加載荷的大小，通過導(dǎo)向套17、導(dǎo)向帽16、加載傳感器15、加載護(hù)帽14和緊定螺釘13將軸向載荷傳遞到被測(cè)軸系的主軸上。加載螺母18和導(dǎo)向套17通過六角螺母22、六角螺栓23和墊片24固定連接在上板28上。通過加載力傳感器15獲得所施加軸向載荷的大小。導(dǎo)向套17和導(dǎo)向帽16的連接采用U型槽形式，二者可產(chǎn)生相對(duì)軸向移動(dòng)但不能發(fā)生周向相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。測(cè)量軸向載荷下的被測(cè)軸系主軸相對(duì)于軸承座的位移通過微位移測(cè)量裝置獲得。在電源45和穩(wěn)壓模塊44的供電條件下，由安裝在固定板9上的電渦流傳感器探頭12獲得位移變化數(shù)據(jù)，通過電渦流傳感器前置器40，AD轉(zhuǎn)換器42，無線傳輸模塊43將微位移數(shù)據(jù)傳輸出來供處理分析。上述電器件通過螺釘安裝在器件固定架41上，如圖2所示，器件固定架41通過螺釘固定在轉(zhuǎn)臺(tái)空心軸4上,電源45、電渦流傳感器前置器40、穩(wěn)壓模塊44、AD轉(zhuǎn)換器42、無線傳輸模塊43按環(huán)形分布安裝在器件固定架41上。本發(fā)明還可以進(jìn)行靜態(tài)軸系剛度的測(cè)量，如圖3所示，通過在上板28和連接座10之間安裝止轉(zhuǎn)銷軸46禁止轉(zhuǎn)臺(tái)和支架之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，在被測(cè)軸系主軸和軸承座不發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)下完成靜態(tài)軸系剛度的測(cè)量。進(jìn)行隨著服役時(shí)間的延長(zhǎng)磨損加劇導(dǎo)致的軸系剛度的變化規(guī)律實(shí)驗(yàn)研究時(shí)，在室溫環(huán)境下，通過扳手調(diào)節(jié)加載螺栓19在加載螺母18中的旋入量改變施加載荷的大小，通過電渦流傳感器探頭12獲得位移變化數(shù)據(jù)，從而獲得軸系的載荷-位移曲線。測(cè)量時(shí)間控制在幾分鐘或十幾分鐘之內(nèi)，以幾小時(shí)或十幾小時(shí)為一個(gè)測(cè)量周期，延時(shí)測(cè)量軸系載荷-位移曲線的變化規(guī)律，獲得隨著服役時(shí)間的延長(zhǎng)磨損加劇導(dǎo)致的軸系剛度的變化規(guī)律。

實(shí)施例2：

本發(fā)明實(shí)施例2的一種關(guān)節(jié)精密軸系摩擦力矩性能退化試驗(yàn)裝置，如圖4所示，其由驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)裝置、轉(zhuǎn)臺(tái)軸系、被測(cè)軸系、摩擦力矩測(cè)量裝置、機(jī)架等組成。其中驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)裝置、轉(zhuǎn)臺(tái)軸系、機(jī)架的結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)臺(tái)獲得旋轉(zhuǎn)動(dòng)力的方式同上述軸系剛度性能退化試驗(yàn)裝置實(shí)施方式，這里不再贅述。被測(cè)軸系11的安裝采用懸臂結(jié)構(gòu)，懸臂結(jié)構(gòu)通過對(duì)成對(duì)安裝的支撐軸承6施加適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力獲得足夠的剛度。摩擦力矩測(cè)試裝置包括緊定螺釘13、加載護(hù)帽14、上板28、連接線47、測(cè)量力傳感器48、傳感器固定板49、傳感器支架50；摩擦力矩?cái)?shù)據(jù)通過測(cè)力方式獲得，加載護(hù)帽14通過緊定螺釘13和被測(cè)軸系主軸固定連接，通過連接線37連接緊定螺釘16末端和測(cè)量力傳感器48，通過偏置力的方式獲得摩擦力矩的力值。傳感器支架50通過螺栓與上板28連接，并可相對(duì)水平移動(dòng)；傳感器固定板49通過螺栓與傳感器支架50連接，并可相對(duì)豎直移動(dòng)。通過調(diào)整水平和豎直移動(dòng)實(shí)現(xiàn)安裝在傳感器固定板49上的測(cè)量力傳感器48與緊定螺釘13末端對(duì)準(zhǔn)，減小測(cè)量誤差。

被測(cè)軸系11能夠安裝在連接座上并且尺寸范圍允許通過傳感器固定板49和傳感器支架50的調(diào)整實(shí)現(xiàn)測(cè)量力傳感器48與緊定螺釘13末端對(duì)準(zhǔn)，均可實(shí)現(xiàn)替換，完成不同被測(cè)軸系摩擦力矩的測(cè)量。

在不加載工況下，將本裝置整體置于溫控箱內(nèi)，電機(jī)1轉(zhuǎn)動(dòng)，改變溫控室內(nèi)的溫度模擬溫度交變，可以獲得交變溫度和服役延時(shí)作用下摩擦力矩的變化規(guī)律，間接驗(yàn)證軸系在溫變環(huán)境下出現(xiàn)預(yù)緊卡死或預(yù)緊不足的現(xiàn)象。