一種快加速離心場下雙環境試驗設備的製作方法
2023-10-11 20:22:24
一種快加速離心場下雙環境試驗設備的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種快加速離心場下雙環境試驗設備，包括機座、驅動系統、主旋動系統和自旋動系統，驅動系統包括伺服電機和減速器，驅動系統與主旋動系統連接，主旋動系統包括旋轉支撐件、第一聯軸器、主集流環、配重塊和自旋動系統，伺服電機的轉軸與減速器的輸入端連接，減速器的輸出軸與旋轉支撐件連接，旋轉支撐件上設置有自旋電機支架，所述自旋電機支架設置在所述旋轉支撐件的旋轉軸心上，所述配重塊設置在所述旋轉支撐件上一側用以平衡所述旋轉支撐件旋轉軸心兩側的不平衡力。本實用新型能夠模擬出快加速同時具有雙環境試驗條件，具有結構轉動慣量小，安裝、維護和使用方便特點。
【專利說明】一種快加速離心場下雙環境試驗設備
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種離心模擬實驗裝置，尤其涉及一種快加速離心場下雙環境試驗設備。
【背景技術】
[0002]離心模擬試驗技術在不同的行業如國防、醫療、土工等方面研究中得到廣泛應用，並快速發展的新興技術，而離心試驗設備則是實現這一技術的重要試驗平臺。
[0003]離心試驗設備根據用途主要有土工離心機、精密離心機、例行試驗機、載人離心機等，均是利用試驗設備的轉臂或轉盤高速運轉產生徑向離心場，實現離心模擬實驗。
[0004]上述離心試驗設備一般只實現離心場單環境模擬，無法滿足特殊產品(試件)所需的快加速徑向離心場下同時自旋的雙環境模擬功能。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的在於解決上述問題而提供一種結構緊湊，性能穩定，成本低廉的快加速離心場下雙環境試驗設備。
[0006]本實用新型通過以下技術方案來實現上述目的:
[0007]本實用新型包括機座、驅動系統、主旋動系統和自旋動系統，所述驅動系統包括伺服電機和減速器，所述驅動系統與所述主旋動系統連接，所述主旋動系統包括旋轉支撐件、第一聯軸器、主集流環、配重塊和自旋動系統，所述伺服電機的轉軸與所述減速器的輸入端連接，所述減速器的輸出軸與所述旋轉支撐件連接，所述自旋電機支架設置在所述旋轉支撐件的旋轉軸心上，所述自旋電機支架的上端設置支架轉軸，所述支架轉軸與第一聯軸器的一端連接，所述第一聯軸器的另一端與所述主集流環的轉子端連接，所述配重塊設置在所述旋轉支撐件上一側，以使所述主旋動系統質心靠近其旋轉中心，從而防止所述主旋動系統在離心場下出現較大不平衡力，所述伺服電機驅動所述主旋動系統旋轉，從而可實現快加速離心環境模擬，所述自旋動系統安裝在所述旋轉支撐件上用於固定試件並使所述試件繞所述自旋電機的軸線旋轉，從而實現自旋環境的模擬。
[0008]進一步地，所述自旋動系統包括自旋電機、第二聯軸器、自旋集流環、夾具聯接軸、夾具和軸承，所述自旋電機的轉軸與所述第二聯軸器的一端連接，所述第二聯軸器的另一端與所述夾具聯接軸的一端連接，所述夾具聯接軸的另一端與所述夾具的一端連接，所述夾具的另一端與所述軸承連接，所述軸承通過軸承座與所述旋轉支撐件連接，所述第二聯軸器與所述夾具聯接軸之間設置有所述自旋集流環。
[0009]進一步地，所述旋轉支撐件為鋁合金材料轉臂式結構。
[0010]具體地，所述自旋電機套裝在所述自旋電機支架內，並通過所述第一支座固定安裝在所述旋轉支撐件上。
[0011]作為優選，所述第一聯軸器和所述第二聯軸器均為彈性膜片聯軸器。
[0012]進一步地，所述機座上設有機室門。[0013]具體地，所述減速器的輸出軸上設置有過渡套並通過脹套與所述旋轉支撐件連接，所述旋轉支撐件內設置有加強套並與所述脹套連接。
[0014]本實用新型的有益效果在於:
[0015]本實用新型能夠模擬出快加速和雙環境試驗條件，結構轉動慣量小，安裝、維護和使用方便。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型的硬體結構示意圖。
[0017]圖2是本實用新型的剖視圖。
[0018]圖3是本實用新型所述支架結構示意圖。
[0019]圖中:1_驅動系統，2-主旋動系統，3-自旋動系統，4-第一彈性膜片聯軸器，5-機室門，6-主集流環，7-機室底板，8-機座，9-伺服電機，10-減速器，11-過渡套，12-脹套，13-配重塊，14-電機插頭支架，15-自旋電機支架，151-支架轉軸，16-自旋電機，17-第二彈性膜片聯軸器，18-自旋集流環，19-夾具聯接軸，20-夾具，21-試件，22-軸承，23-軸承座，24-轉臂，25-第一支座26-第二支座，27-加強套。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖對本實用新型作進一步說明:
[0021]如圖1和2所示，在本實施例中，本實用新型包括機座8、驅動系統I和主旋動系統2，驅動系統I包括伺服電機9和減速器10、驅動系統I與主旋動系統2連接，主旋動系統2包括轉臂24、第一彈性膜片聯軸器4、主集流環6、配重塊13和自旋動系統3，伺服電機9的轉軸與減速器10的輸入端連接，減速器10的輸出軸與轉臂24連接，自旋電機支架15設置在轉臂24的旋轉軸心上，自旋電機支架15的上端設置支架轉軸151，支架轉軸151與第一彈性膜片聯軸器4的一端連接，第一彈性膜片聯軸器4的另一端與主集流環6的轉子端連接，配重塊13設置在轉臂24上一側用以使主旋動系統2質心靠近其旋轉中心，從而防止主旋動系統2在離心場下出現較大不平衡力，自旋動系統3安裝在轉臂24上，用於固定試件21並使試件21繞自旋電機16軸線旋轉，從而實現自旋環境模擬。
[0022]如圖2所示，自旋動系統2包括自旋電機16、第二彈性膜片聯軸器17、自旋集流環18、夾具聯接軸19、夾具20和軸承22，自旋電機16的轉軸與第二彈性膜片聯軸器17的一端連接，第二彈性膜片聯軸器17的另一端與夾具聯接軸19的一端連接，第二聯軸器17與夾具聯接軸19之間設置有自旋集流環18，夾具聯接軸19的另一端與夾具20的一端連接，夾具20的另一端與軸承22連接，軸承22通過軸承座23與轉臂24連接。
[0023]主集流環6和自旋集流環18是屬於精密電器裝置，可以實現兩個相對旋轉機構的動力、信號及數據不間斷傳輸，主集流環6的定子輸出線纜與設備控制系統聯接，主集流環6轉子輸出線纜一部分與自旋電機16聯接，以提供自旋電機16驅動電源和控制信號，並將自旋電機16運行狀態信號通過主集流環6反饋到設備控制系統，主集流環6轉子其餘輸出線纜與自旋集流環18定子聯接，自旋集流環18轉子輸出線纜與夾具內試件測試傳感器聯接，從而可實現雙環境試驗條件下對試驗信息的傳輸監測。
[0024]轉臂24為鋁合金材料的轉臂，為獲得主旋動系統2快加速性能，轉臂24轉動慣量應儘量小，在轉臂24主要結構尺寸確定的條件下，選用鋁合金材料，除可保證其剛強度要求外，還可有效減小轉臂24的質量，從而減小其轉動慣量。
[0025]如圖3所示，自旋電機16套裝在自旋電機支架15內並通過第一支座25固定安裝在轉臂24上，支架轉軸151下端與自旋電機支架15上端均為半方孔，通過螺釘聯接後，中部形成一個與自旋電機16外形尺寸相同的完整方孔。自旋電機支架15下端的法蘭盤通過螺釘與轉臂24聯接後，將自旋電機16套裝入自旋電機支架15半方孔內，再將支架轉軸151通過螺釘與自旋電機支架15聯接夾緊自旋電機16。同時，自旋電機16旋轉軸端面通過螺釘與第一支座25的安裝面聯接，第一支座25下端通過螺釘與轉臂24固定連接，從而將自旋電機16固定安裝在轉臂24上。
[0026]機座8上設有機室門5，機室門5扣合後，與機室底板7形成相對密閉空間，相對密閉空間可以減少氣動消耗，有利於主旋動系統2實現快加速，防止主旋動系統2在高速旋轉運行時，操作不當導致甩出異物傷人或操作人員誤碰轉動體而受傷。
[0027]減速器10的輸出軸上設置有過渡套11並通過脹套12與轉臂24連接，轉臂24內設置有加強套27並與脹套12連接，減速器10的輸出軸設置聯接方式為鍵聯接，緊密鍵聯接不利於精密裝置安裝拆卸，所以優選安裝方便的脹套12聯接，脹套12聯接是利用鎖緊螺釘將內外圈同時脹緊，依靠脹緊摩擦力進行聯接的方式，脹套12需要所聯接配合面為連續光滑圓柱面，所以設置過渡套11內部與減速器10輸出軸進行鍵聯接，過渡套11外圓形成與脹套12聯接的配合脹緊面，另外，轉臂24為鋁合金材料，為防止因脹緊擠壓變形，在轉臂24中心也鑲嵌一個硬度相對較高的lCrl8Ni9Ti不鏽鋼加強套27。
[0028]本實用新型的工作流程如下:首先啟動伺服電機9(高速交流伺服電機)，驅動系統中伺服電機9帶動前端的減速器10 (1=5行星齒輪減速器)，通過減速器10獲得足夠大轉矩，減速器10輸出軸上的過渡套11通過脹套12與主旋動系統2聯接，使主旋動系統2獲得加速轉矩，實現主旋動系統2在0.3s內試件21位置處達到50g (加速度上升、下降斜率在50g/0.3s?50g/20s內可調)，同時通過主集流環6提供啟動信號及動力電源，啟動轉臂24上的自旋電機16 (額定轉速為3000r/min的交流伺服電機)，自旋電機16輸出軸通過第二彈性膜片聯軸器17將自旋電機16輸出扭矩傳遞給夾具聯接軸19，帶動夾具20及夾具20內試件21旋轉，使夾具20上的試件21獲得轉速為300r/min?2000r/min的雙環境試驗條件，穿過自旋集流環18轉子中心孔的夾具聯接軸19通過緊釘螺釘帶動自旋集流環18轉子旋轉，自旋集流環18定子線纜與主集流環6的轉子線纜聯接使測試信號實現雙環境下的傳輸獲得試驗數據。
[0029]以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制。儘管參照實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，都不脫離本實用新型技術方案的精神和範圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求範圍當中。
【權利要求】
1.一種快加速離心場下雙環境試驗設備，包括機座和驅動系統，所述驅動系統包括伺服電機和減速器，其特徵在於:還包括主旋動系統，所述主旋動系統包括旋轉支撐件、第一聯軸器、主集流環、配重塊和自旋動系統，所述伺服電機的轉軸與所述減速器的輸入端連接，所述減速器的輸出軸與所述旋轉支撐件連接，所述旋轉支撐件上設置有自旋電機支架，所述自旋電機支架設置在所述旋轉支撐件的旋轉軸心上，所述自旋電機支架的上端設置支架轉軸，所述支架轉軸與所述第一聯軸器的一端連接，所述第一聯軸器的另一端與所述主集流環的轉子端連接，所述配重塊設置在所述旋轉支撐件上一側用以平衡所述旋轉支撐件旋轉軸心兩側的不平衡力，所述自旋轉動系統安裝在所述旋轉支撐件上用於固定試件並使所述試件旋轉。
2.根據權利要求1所述的一種快加速離心場下雙環境試驗設備，其特徵在於:所述自旋轉動系統包括自旋電機、第二聯軸器、自旋集流環、夾具聯接軸、夾具和軸承，所述自旋電機的轉軸與所述第二聯軸器的一端連接，所述第二聯軸器的另一端與所述夾具聯接軸的一端連接，所述夾具聯接軸的另一端與所述夾具的一端連接，所述夾具的另一端與所述軸承連接，所述軸承通過軸承座與所述旋轉支撐件連接，所述第二聯軸器與所述夾具聯接軸之間設置有所述自旋集流環。
3.根據權利要求2所述的一種快加速離心場下雙環境試驗設備，其特徵在於:所述自旋電機套裝在所述自旋電機支架內並通過第一支座固定安裝在所述旋轉支撐件上。
4.根據權利要求1、2或3所述的一種快加速離心場下雙環境試驗設備，其特徵在於:所述旋轉支撐件為鋁合金材料的轉臂。
5.根據權利要求2所述的一種快加速離心場下雙環境試驗設備，其特徵在於:所述第一聯軸器和所述第二聯軸器均為彈性膜片聯軸器。
6.根據權利要求1所述的一種快加速離心場下雙環境試驗設備，其特徵在於:所述機座上設有機室門。
7.根據權利要求1所述的一種快加速離心場下雙環境試驗設備，其特徵在於:所述減速器的輸出軸上設置有過渡套並通過脹套與所述旋轉支撐件連接，所述旋轉支撐件內設置有加強套並與所述脹套連接。
8.根據權利要求1所述的一種快加速離心場下雙環境試驗設備，其特徵在於:所述第一聯軸器為彈性膜片聯軸器。
【文檔編號】G01D21/00GK203550991SQ201320585138
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年9月22日 優先權日:2013年9月22日
【發明者】趙寶忠, 羅昭宇, 吳文凱, 趙玉虎, 林明, 蔣春梅, 趙世鵬 申請人:中國工程物理研究院總體工程研究所