一種空間轉(zhuǎn)臺(tái)軸系預(yù)緊力的熱微調(diào)節(jié)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種空間轉(zhuǎn)臺(tái)軸系預(yù)緊力的熱微調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括執(zhí)行模塊、控制模塊、采集模塊以及工控機(jī)；控制模塊、采集模塊的信號(hào)輸入端分別與執(zhí)行模塊的信號(hào)輸出端電連接；控制模塊的信號(hào)輸出端與執(zhí)行模塊的信號(hào)輸入端電連接；控制模塊、工控機(jī)的信號(hào)輸入端分別與采集模塊的信號(hào)輸出端電連接。本實(shí)用新型在地面環(huán)境和空間環(huán)境中均可以使用；在地面環(huán)境中，可以彌補(bǔ)現(xiàn)有軸系預(yù)緊力施加方法的弊端；當(dāng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)裝配完成后，如果軸系預(yù)緊力與設(shè)定的預(yù)緊力出現(xiàn)偏差，不可能將運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)重新拆裝，可以通過該熱微調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行微調(diào)節(jié)；在空間環(huán)境，由于空間轉(zhuǎn)臺(tái)的失重，軸系預(yù)緊力發(fā)生變化，可通過該熱微調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。
【專利說(shuō)明】一種空間轉(zhuǎn)臺(tái)軸系預(yù)緊力的熱微調(diào)節(jié)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于空間有效載荷領(lǐng)域，涉及一種空間轉(zhuǎn)臺(tái)軸系預(yù)緊力的熱微調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]空間轉(zhuǎn)臺(tái)軸系的軸承一般為角接觸球軸承，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高、可同時(shí)承受軸向和徑向載荷，一般常采用背對(duì)背安裝，提供剛性相對(duì)較高的軸承配置，并且可以承受傾覆力矩。
[0003]空間轉(zhuǎn)臺(tái)軸承在正常工作狀態(tài)下都要預(yù)加一定的軸向載荷，其主要目的是提高軸承的旋轉(zhuǎn)精度、減小高速下滾動(dòng)體的滑動(dòng)，提高軸承剛性，減小支承的軸向和徑向的竄動(dòng)量，提高軸承阻尼、降低噪聲以及提高軸承使用壽命等；軸承的預(yù)緊力越大，摩擦力也越大，電機(jī)需要的驅(qū)動(dòng)力也越大；反之，軸承的預(yù)緊力減小，摩擦力變小，電機(jī)需要的驅(qū)動(dòng)力也變??；如果軸承的摩擦力太大，電機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩不夠，可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)臺(tái)軸系卡死，因此要選取合適的預(yù)緊力施加。
[0004]現(xiàn)有的施加預(yù)緊力的通用做法是通過修切軸承內(nèi)隔圈和外隔圈的高度差來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過研磨軸承內(nèi)外隔圈的高度獲得軸系需要施加的預(yù)緊力。
[0005]但是，當(dāng)空間轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)入太空軌道后，由于空間力學(xué)環(huán)境的特殊性,在太空中運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)處于失重狀態(tài)下，軸系預(yù)緊力較之地面發(fā)生變化；但由于使用環(huán)境的特殊性，使得空間轉(zhuǎn)臺(tái)軸系的預(yù)緊力在空間環(huán)境中無(wú)法進(jìn)行調(diào)整；因此需要一種能夠?qū)臻g轉(zhuǎn)臺(tái)軸承合適的施加預(yù)緊力，且能夠保持空間轉(zhuǎn)臺(tái)軸承在地面、失重狀態(tài)以及其它環(huán)境條件下合理的調(diào)節(jié)預(yù)緊力的系統(tǒng)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]為了解決上述【背景技術(shù)】所存在的技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種空間轉(zhuǎn)臺(tái)軸系預(yù)緊力的熱微調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
[0007]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是:
[0008]本實(shí)用新型提供一種空間轉(zhuǎn)臺(tái)軸系預(yù)緊力的熱微調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特殊之處在于:包括執(zhí)行模塊、控制模塊、采集模塊以及工控機(jī)；
[0009]所述控制模塊、采集模塊的信號(hào)輸入端分別與執(zhí)行模塊的信號(hào)輸出端電連接；
[0010]所述控制模塊的信號(hào)輸出端與執(zhí)行模塊的信號(hào)輸入端電連接；
[0011]所述控制模塊、工控機(jī)的信號(hào)輸入端分別與采集模塊的信號(hào)輸出端電連接。
[0012]所述執(zhí)行模塊包括加熱片、熱敏電阻以及力傳感器；所述執(zhí)行模塊用于對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)軸系進(jìn)行加熱且感應(yīng)轉(zhuǎn)臺(tái)軸系的預(yù)緊力和溫度；
[0013]所述控制模塊包括溫度控制器和電源控制器；所述控制模塊用于控制執(zhí)行模塊加熱片的溫度且對(duì)整個(gè)執(zhí)行模塊進(jìn)行供電；
[0014]所述采集模塊為信號(hào)數(shù)據(jù)采集處理器；所述采集模塊用以采集執(zhí)行模塊中熱敏電阻、力傳感器的溫度和預(yù)緊力的電信號(hào)，通過A/D轉(zhuǎn)換器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并分別將溫度數(shù)字量傳輸給控制模塊、溫度和預(yù)緊力數(shù)字量傳輸?shù)焦た貦C(jī)；
[0015]所述工控機(jī)為終端接收器用以接收采集模塊傳輸?shù)臏囟取㈩A(yù)緊力的數(shù)字量數(shù)據(jù)，并進(jìn)行儲(chǔ)存和顯示；
[0016]上述加熱片、熱敏電阻以及力傳感器均設(shè)置在轉(zhuǎn)臺(tái)軸系的內(nèi)側(cè)壁上且加熱片、熱敏電阻、力傳感器均至少設(shè)置一個(gè)；
[0017]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn):
[0018]I)本實(shí)用新型的空間轉(zhuǎn)臺(tái)軸系預(yù)緊力的熱微調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在地面環(huán)境和空間環(huán)境中均可以使用；在地面環(huán)境中，可以彌補(bǔ)現(xiàn)有軸系預(yù)緊力施加方法的弊端；當(dāng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)裝配完成后，如果軸系預(yù)緊力與設(shè)定的預(yù)緊力出現(xiàn)偏差，不可能將運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)重新拆裝，可以通過該熱微調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行微調(diào)節(jié)；在空間環(huán)境，由于空間轉(zhuǎn)臺(tái)的失重，軸系預(yù)緊力發(fā)生變化，可通過該熱微調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整；
[0019]2)本實(shí)用新型實(shí)施方便，并通過直接測(cè)量獲得更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行準(zhǔn)確的控制。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本實(shí)用新型空間轉(zhuǎn)臺(tái)軸系預(yù)緊力的熱微調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為本實(shí)用新型空間轉(zhuǎn)臺(tái)軸系預(yù)緊力的熱微調(diào)節(jié)系統(tǒng)整體應(yīng)用結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3為本實(shí)用新型空間轉(zhuǎn)臺(tái)軸系預(yù)緊力的熱微調(diào)節(jié)方法流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本實(shí)用新型提供一種空間轉(zhuǎn)臺(tái)軸系預(yù)緊力的熱微調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括執(zhí)行模塊、控制模塊、采集模塊以及工控機(jī)；控制模塊、采集模塊的信號(hào)輸入端分別與執(zhí)行模塊的信號(hào)輸出端電連接；控制模塊的信號(hào)輸出端與執(zhí)行模塊的信號(hào)輸入端電連接；控制模塊、工控機(jī)的信號(hào)輸入端分別與采集模塊的信號(hào)輸出端電連接。
[0024]執(zhí)行模塊包括加熱片、熱敏電阻以及力傳感器；執(zhí)行模塊用于對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)軸系進(jìn)行加熱且感應(yīng)轉(zhuǎn)臺(tái)軸系的預(yù)緊力和溫度；控制模塊包括溫度控制器和電源控制器；控制模塊用于控制執(zhí)行模塊加熱片的溫度且對(duì)整個(gè)執(zhí)行模塊進(jìn)行供電；采集模塊為信號(hào)數(shù)據(jù)采集處理器；采集模塊用以采集執(zhí)行模塊中熱敏電阻、力傳感器的溫度和預(yù)緊力的電信號(hào)，通過A/D轉(zhuǎn)換器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并分別將溫度數(shù)字量傳輸給控制模塊、溫度和預(yù)緊力數(shù)字量傳輸?shù)焦た貦C(jī)；工控機(jī)為終端接收器用以接收采集模塊傳輸?shù)臏囟?、預(yù)緊力的數(shù)字量數(shù)據(jù)，并進(jìn)行儲(chǔ)存和顯示。
[0025]加熱片、熱敏電阻以及力傳感器均設(shè)置在轉(zhuǎn)臺(tái)軸系的內(nèi)側(cè)壁上且加熱片、熱敏電阻、力傳感器均至少設(shè)置一個(gè)。
[0026]本實(shí)用新型提供一種空間轉(zhuǎn)臺(tái)軸系預(yù)緊力的熱微調(diào)節(jié)方法，包括以下步驟:
[0027]I】開啟熱微調(diào)節(jié)系統(tǒng)，進(jìn)行初始運(yùn)行，并設(shè)定溫度控制器的預(yù)設(shè)溫度閾值；
[0028]2】進(jìn)行傳 感感應(yīng)；通過執(zhí)行模塊的熱敏電阻感應(yīng)轉(zhuǎn)臺(tái)軸系的溫度T、力傳感器感應(yīng)轉(zhuǎn)臺(tái)軸系的預(yù)緊力F ;
[0029]3】將步驟2中溫度T和預(yù)緊力F電信號(hào)傳輸?shù)讲杉K；[0030]4】將采集模塊接收到的溫度T、預(yù)緊力F電信號(hào)進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換并輸出:
[0031]4.1】采集模塊通過A/D轉(zhuǎn)換器，將溫度T、預(yù)緊力F電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并將溫度T數(shù)字量傳送給控制模塊；
[0032]4.2】同時(shí)將步驟4.1中的溫度T、預(yù)緊力F數(shù)字量傳輸?shù)焦た貦C(jī)；
[0033]5】開啟加熱片的達(dá)林頓管，重復(fù)步驟2至步驟4的操作，直至控制模塊的溫度控制器接收到的溫度T數(shù)字量與預(yù)設(shè)溫度閾值一致為止；
[0034]并計(jì)算每一固定單位時(shí)間內(nèi)的溫度差值Δ?\、Λ T2、…ΔΤη以及每一固定單位時(shí)間內(nèi)的溫度差值Λ !\、ΛΤ2、…Λ Tn所對(duì)應(yīng)的的預(yù)緊力差值A(chǔ)Fp AF2,…AFn; [0035]6】待控制模塊的溫度控制器接收到的溫度T數(shù)字量與預(yù)設(shè)溫度閾值保持一致且相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，則關(guān)閉加熱片的達(dá)林頓管；若控制模塊的溫度控制器接收到的溫度T數(shù)字量低于預(yù)設(shè)溫度閾值，則重復(fù)步驟5操作。
[0036]上述步驟還包括記錄且整理步驟5中溫度差值Λ T對(duì)應(yīng)的預(yù)緊力差值Λ F的變化量規(guī)律，并通過溫度差值△ T調(diào)節(jié)溫度T從而改變軸系預(yù)緊力F。
[0037]還包括步驟7:
[0038]7】將傳輸?shù)焦た貦C(jī)中的溫度數(shù)字量以及預(yù)緊力數(shù)字量進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、顯示、保存。本實(shí)用新型利用材料的熱-結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)如下:
[0039]1、設(shè)計(jì)思路
[0040](I)在軸承外圈安裝部件和軸承內(nèi)圈安裝部件上分別安裝一路加熱回路，每路加熱回路可設(shè)計(jì)由幾片加熱片并聯(lián)或串聯(lián)實(shí)現(xiàn)，加熱回路阻值為RpR2 ；
[0041 ] (2)在軸承外圈安裝部件和軸承內(nèi)圈安裝部件上再分別布置幾個(gè)熱敏電阻用來(lái)感應(yīng)軸承內(nèi)圈和外圈安裝部件的溫度T1、T2…Tn ;
[0042](3)根據(jù)軸系預(yù)緊力傳遞過程，在軸承外隔圈上布置幾個(gè)兩向力傳感器，用來(lái)感應(yīng)軸系預(yù)緊力F及預(yù)緊力變化AF ；
[0043](4)使用采集模塊采集溫度和力的信號(hào)，并且將溫度數(shù)據(jù)發(fā)送到控制模塊，經(jīng)過實(shí)測(cè)溫度數(shù)值和設(shè)定溫度值進(jìn)行比對(duì)，開啟或關(guān)閉加熱回路；
[0044](5)加熱軸承內(nèi)圈或外圈安裝部件，產(chǎn)生溫度差A(yù)T，利用熱-結(jié)構(gòu)特性，從而使軸承內(nèi)圈或外圈安裝部件產(chǎn)生軸向或徑向的接觸應(yīng)力和接觸變形，該接觸應(yīng)力傳遞到軸承上，從而改變軸系的預(yù)緊力F ；
[0045](6)預(yù)緊力F的變化可以從力傳感器上反映，不同的溫度梯度AT對(duì)應(yīng)不同的預(yù)緊力變化AF ；
[0046](7)通過試驗(yàn)獲得一系列的AT1AIV" Λ Tn對(duì)應(yīng)不同的預(yù)緊力變化AF1AF2-AFn，轉(zhuǎn)臺(tái)裝配完成后及發(fā)射進(jìn)入太空后，可通過調(diào)節(jié)AT從而改變軸系預(yù)緊力。
[0047]2、材料選用
[0048]原用的空間轉(zhuǎn)臺(tái)軸系選用的材料很普遍，對(duì)裝置的材料要求不大；但是但是針對(duì)空間環(huán)境中，對(duì)于材料的選用就要符合一些要求，所以軸承內(nèi)圈安裝部件和軸承外圈安裝部件選用的材料可以相同，也可不同，不過選用熱膨脹系數(shù)不同的材料，可以調(diào)節(jié)的范圍較大些；軸承內(nèi)圈安裝部件可選用鋁合金，軸承外圈安裝部件可選用鈦合金，由于鋁合金的熱膨脹系數(shù)約為23.6 X 10-6/oC，而鈦合金的熱膨脹系數(shù)約為8.8 X 10_6/°C，兩者相差2倍，采用該方法可以調(diào)節(jié)的范圍較大。[0049]3、組織架構(gòu)
[0050]本實(shí)用新型系統(tǒng)大體包括兩部分，一部分為軸承安裝部件上布置的執(zhí)行模塊，包括加熱片、熱敏電阻以及力傳感器；第二部分為數(shù)據(jù)采集及處理設(shè)備，包括采集模塊、控制模塊和工控機(jī)組成。
[0051]第一部分的加熱片為經(jīng)過設(shè)計(jì)的阻值為R的加熱片，熱敏電阻及力傳感器都是經(jīng)過標(biāo)定的器件，溫度及力傳感器采集的信號(hào)為電信號(hào)。
[0052]第二部分為數(shù)據(jù)采集及處理設(shè)備，包括采集模塊、控制模塊和工控機(jī)組成。
[0053]采集模塊通過A/D轉(zhuǎn)換器，將溫度、力電信號(hào)模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，將溫度數(shù)字量傳送給控制模塊，同時(shí)將溫度、力數(shù)字量直接傳輸?shù)焦た貦C(jī)存儲(chǔ)、顯示；
[0054]控制模塊根據(jù)溫度數(shù)字量，與預(yù)設(shè)的溫度閾值進(jìn)行比較與判別，根據(jù)判別的結(jié)果，產(chǎn)生相應(yīng)的加熱片開關(guān)機(jī)控制信號(hào)，控制加熱片輸出通道的達(dá)林頓管的截止與導(dǎo)通；
[0055]工控機(jī)負(fù)責(zé)接收采集模塊傳輸過來(lái)的溫度、力數(shù)字量，存儲(chǔ)與顯示。
[0056]4、實(shí)施步驟
[0057](I)首先在軸承外圈安裝部件和軸承內(nèi)圈安裝部件上分別粘貼若干加熱片，將軸承外圈安裝部件上的加熱片并聯(lián)或串聯(lián)獲得加熱回路一的阻值R1 (該阻值應(yīng)為設(shè)計(jì)阻值)，將軸承內(nèi)圈安裝部件上的加熱片并聯(lián)或串聯(lián)獲得加熱回路而的阻值R2 (該阻值應(yīng)為設(shè)計(jì)阻值)；
[0058](2)在軸承外圈安裝部件和軸承內(nèi)圈安裝部件上分別布置幾個(gè)熱敏電阻；
[0059](3)在軸承外隔圈上布置幾個(gè)兩向力傳感器；
[0060](4)使用采集模塊采集溫度和力的信號(hào)，并且將溫度數(shù)據(jù)發(fā)送到控制模塊，經(jīng)過實(shí)測(cè)溫度數(shù)值和設(shè)定溫度值進(jìn)行比對(duì)，開啟或關(guān)閉加熱回路，若供電電壓為U，那么加熱回路I和加熱回路2的加熱功率分別為W1=UVR1, W2=UVr2 ;
[0061](5)通過控制模塊對(duì)軸承內(nèi)圈或外圈安裝部件進(jìn)行加熱，產(chǎn)生溫度差A(yù)T，可觀察力傳感器上的預(yù)緊力F的變化，不同的溫度梯度AT對(duì)應(yīng)不同的預(yù)緊力變化AF;
[0062](6)通過試驗(yàn)獲得一系列的AT1AIV" Λ Tn對(duì)應(yīng)不同的預(yù)緊力變化AF1AF2-AFn，轉(zhuǎn)臺(tái)裝配完成后及發(fā)射進(jìn)入太空后，可通過調(diào)節(jié)AT從而改變軸系預(yù)緊力。
【權(quán)利要求】
1.一種空間轉(zhuǎn)臺(tái)軸系預(yù)緊力的熱微調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于:包括執(zhí)行模塊、控制模塊、采集模塊以及工控機(jī)； 所述控制模塊、采集模塊的信號(hào)輸入端分別與執(zhí)行模塊的信號(hào)輸出端電連接； 所述控制模塊的信號(hào)輸出端與執(zhí)行模塊的信號(hào)輸入端電連接； 所述控制模塊、工控機(jī)的信號(hào)輸入端分別與采集模塊的信號(hào)輸出端電連接； 所述執(zhí)行模塊包括加熱片、熱敏電阻以及力傳感器；所述執(zhí)行模塊用于對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)軸系進(jìn)行加熱且感應(yīng)轉(zhuǎn)臺(tái)軸系的預(yù)緊力和溫度； 所述控制模塊包括溫度控制器和電源控制器；所述控制模塊用于控制執(zhí)行模塊加熱片的溫度且對(duì)整個(gè)執(zhí)行模塊進(jìn)行供電； 所述采集模塊為信號(hào)數(shù)據(jù)采集處理器；所述采集模塊用以采集執(zhí)行模塊中熱敏電阻、力傳感器的溫度和預(yù)緊力的電信號(hào)，通過A/D轉(zhuǎn)換器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并分別將溫度數(shù)字量傳輸給控制模塊、溫度和預(yù)緊力數(shù)字量傳輸?shù)焦た貦C(jī)； 所述工控機(jī)為終端接收器用以接收采集模塊傳輸?shù)臏囟?、預(yù)緊力的數(shù)字量數(shù)據(jù)，并進(jìn)行儲(chǔ)存和顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間轉(zhuǎn)臺(tái)軸系預(yù)緊力的熱微調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于:所述加熱片、熱敏電阻以及力傳感器均設(shè)置在轉(zhuǎn)臺(tái)軸系的內(nèi)側(cè)壁上且加熱片、熱敏電阻、力傳感器均至少設(shè)置一個(gè)。
【文檔編號(hào)】G05D15/01GK203561894SQ201320690337
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2013年11月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月1日
【發(fā)明者】上官愛紅, 李治國(guó), 劉朝暉, 穆猷, 王振宇, 謝友金 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所