模拟空间环境谐波减速器传动性能测试系统技术方案

本实用新型专利技术公开了模拟空间环境谐波减速器传动性能测试系统，由传动测试单元和空间环境模拟单元两部分构成，将谐波减速器的传动性能测试与高真空、高温、低温和高低温交变等空间环境模拟优化集成而成，以实现空间润滑技术处理后的谐波减速器在模拟空间环境中运转时的传动精度、传动扭矩、传动效率以及运转寿命的测试与考察，为空间飞行器用谐波减速器的润滑技术、谐波减速器机型与运转参数之间的选型匹配提供必要的测试及研究依据。

【技术实现步骤摘要】
模拟空间环境谐波减速器传动性能测试系统
本技术涉及一种模拟空间环境谐波减速器传动性能测试系统，属于空间机械的润滑

技术介绍
我国航天领域应用的谐波传动减速器（以下简称谐波减速器）主要包括空间飞行器的展开、驱动、精密指向、精密扫描、机械臂等关键转动单元。谐波减速器在空间高真空、高温、低温和高低温交变等特殊环境中运行，尤其是空间运动机构在无备份件的特殊条件下还需谐波减速器在高精度、长寿命、高可靠润滑工况下为空间飞行器服务。因此谐波减速器润在空间环境中应用的滑材料及技术将是空间润滑学科的重要研究领域，为此必须在地面实验室建立有效模拟空间环境中谐波减速器传动性能的测试系统，才能为研究空间飞行器用谐波减速器的传动特性、润滑方案、空间润滑材料的评价与筛选提供测试平台。空间飞行器用谐波减速器的润滑技术通常包括液体、固体、固-液复合润滑材料及技术等。空间润滑技术处理后的谐波减速器还要依据空间机构的实际应用工况，筛选出谐波减速器机型与运转参数最佳匹配方案才能为空间飞行器所应用。该测试系统能为应用于空间飞行器中的谐波减速器提供必要的基础测试参数则是本测试系统又一重要工程应用价值所在。
技术实现思路
本技术的目的是提供模拟空间环境谐波减速器传动性能测试系统。该测试系统为研究空间飞行器用谐波减速器的传动特性、润滑方案和润滑材料的评价与筛选提供测试平台。本技术是将谐波减速器的传动性能测试与高真空、高温、低温和高低温交变等空间环境模拟优化集成而成，以实现空间润滑技术处理后的谐波减速器在模拟空间环境中运转时的传动精度、传动扭矩、传动效率以及运转寿命的测试与考察，为空间飞行器用谐波减速器的润滑技术、谐波减速器机型与运转参数之间的选型匹配提供必要的测试及研究依据。本技术中的传动性能测试系统主要由传动测试单元和空间环境模拟单元两部分构成。本技术中的传动测试单元是以步进电机为驱动源，由步进电机通过各连接位置的十字滑块联轴器和刚性联轴器来带动真空室外扭矩测试仪、谐波减速器输入端磁流体密封轴、真空室内谐波减速器输入端光电编码器Ⅰ以及谐波减速器输入轴转动。通过谐波减速器内部波发生器、柔轮、刚轮三者之间的减速传动将转动传递给谐波减速器输出轴，由谐波减速器输出轴带动真空室内输出端光电编码器Ⅱ、输出端磁流体密封轴及真空室外磁粉制动器转动。谐波减速器输出端所加载负载是通过调节磁粉制动器供电电源的电流、电压值来控制磁粉制动器的载荷输出。并由磁粉制动器力臂的另一端作用在测试平台Ⅰ下部安装的压力传感器上，由压力传感器测出谐波减速器输出轴带动磁粉制动器顺时或逆时针运转时力臂作用于传感器的力值，通过力臂与作用力乘积（L×F=M）计算出磁粉制动器的输出力矩。本技术中的谐波减速器传动精度测试是在常温、常压和谐波减速器输出端空载或负载条件下，由光电编码器Ⅰ、光电编码器Ⅱ和真空室外角位显示仪a、角位显示仪b完成转角测试。且通过谐波减速器输入、输出端测出实际转角与理论转角差值（Δϕ=ϕ0−ϕi/i式中ϕ0输出轴实际转角；ϕi输入轴实际转角；i谐波传动比）计算出谐波减速器在不同测试条件下的传动精度。本技术中的谐波减速器传动扭矩、传动效率、运转寿命测试是在模拟空间环境高真空、高温、低温和高低温交变条件下，在不连接光电编码器Ⅰ、光电编码器Ⅱ并通过十字滑块联轴器将输入端磁流体密封轴、输出端磁流体密封轴与谐波减速器输入轴、输出轴直接相连接的状态下进行的。通过扭矩测试仪实时监测不同负载、转速、温度及真空度条件下谐波减速器的运转扭矩、传动效率、转动寿命等参数来判断谐波减速器工作面经空间润滑材料及技术处理后的工作状况。本技术中的空间环境模拟单元由真空室、热沉、真空抽气机组、真空计量四部分构成。本技术中的真空室是以卧式圆柱体真空室为主体，真空室固定安装于测试平台Ⅰ上，真空室一端密封另一端装有真空室大门。真空室内部由用于控温的热沉和室内测试平台Ⅱ构成，热沉由降温液氮储罐和紫铜板加热腔体组成；液氮储罐是由双层不锈钢焊接隔层结构的卧式圆筒组成，筒体上部安装有进液氮口和出液氮口且通过法兰与真空室筒体相连。低温环境是通过向液氮储罐内充入液氮以冷却筒体获得低温；高温环境是通过紫铜板腔体内均匀分布的加热丝和温度传感器、真空电缆、电极法兰和真空室外温控电路构成来获得高温。由液氮冷却和电加热的交替进行实现真空室内高、低温交变环境温度的调控。真空室上装有进液氮口、出液氮口、航空插座Ⅰ、航空插座Ⅱ、电极法兰、输入端磁流体密封轴、输出端磁流体密封轴以及进放气阀门。真空室内两组温度传感器通过信号电缆以及安装于真空室上的航空插座Ⅰ分别与真空室外智能温控仪和温度巡检仪相连接，分别检测热沉和谐波减速器温度。本技术中的真空抽气机组主要由真空插板阀、分子泵、电磁阀及机械泵组成。真空插板阀与真空室下方的法兰连接，真空插板阀另一侧法兰与分子泵连接，再通过波纹管将分子泵与电磁阀及机械泵相连接。本技术中的真空计量由安装于真空室底部的电阻规管和电离规管通过信号电缆与复合真空测试仪相连接构成。本技术中的测试数据实时采集、空间环境模拟的自动控制由安装测控软件的工业计算机完成。工业计算机通过多串口卡上的RS（RecommendedStandard推荐性标准）485通讯端口分别对下位机中各个仪表包括扭矩显示仪、直流电源、PLC(ProgrammableLogicController可编程逻辑控制器)、智能温控仪、温度循检仪、复合真空计、角位显示仪a、角位显示仪b进行实时通讯；通过采集各仪表数据并由计算机给各下位机发送控制指令，以实现各仪表数据的实时采集和测试设备的有效控制及管理。本技术中的测试系统具有下列优点：1、将谐波减速器传动性能测试与空间环境模拟优化集成，为研究空间飞行机构用谐波减速器的传动特性、润滑方案、空间润滑材料评价与筛选提供研究及测试平台。2、为空间飞行器用谐波减速器机型与运转参数最佳匹配方案的筛选提供了测试平台。3、为空间飞器关键转动单元的可靠运行提供了重要的技术支撑与保障。附图说明图1是本技术的谐波减速器传动测试单元示意图。图2是本技术的空间环境模拟单元示意图。图3是本技术的电器控制示意图。图4是谐波减速器在全寿命周期6.0×106r内传动效率随输入端转动圈数的变化情况。图中：1-支撑平台Ⅰ，2-步进电机，3-电机支架，4-十字滑块联轴器Ⅰ，5-扭矩测试仪，6-测试平台Ⅰ，7-十字滑块联轴器Ⅱ，8-输入端磁流体密封轴，9-真空室，10-电极法兰，11-加热腔体，12-液氮储罐，13-三维微调平台支架Ⅰ，14-三维微调平台Ⅰ，15-十字滑块联轴器Ⅲ，16-光电编码器Ⅰ，17-刚性联轴器Ⅰ，18-测试平台Ⅱ，19-谐波减速器，20-谐波减速器支架，21-刚性联轴器Ⅱ，22-三维微调平台支架Ⅱ，23-三维微调平台Ⅱ，24-光电编码器Ⅱ，25-十字滑块联轴器Ⅳ，26-航空插座Ⅰ，27-航空插座Ⅱ，28-输出端磁流体密封轴，29-十字滑块联轴器Ⅴ，30-磁粉制动器支架，31-磁粉制动器，32-支撑平台Ⅱ，33-力臂，34-压力传感器，35-机械泵，36-电磁阀，37-波纹管，38-进放气阀门，39-真空室大门，40-进液氮口，41-出液氮口，42-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.模拟空间环境谐波减速器传动性能测试系统，其特征在于该系统由传动测试单元和空间环境模拟单元两部分构成；所述传动测试单元传动输入部分由安装于真空室（9）外的步进电机（2）为驱动源，其安装于真空室（9）外支撑平台Ⅰ（1）的电机支架（3）上；步进电机（2）转轴则通过十字滑块联轴器Ⅰ（4）与安装于支撑平台Ⅰ（1）的扭矩测试仪（5）输入轴相连接，扭矩测试仪（5）输出轴则通过十字滑块联轴器Ⅱ（7）与安装于真空室（9）外的谐波减速器（19）输入端磁流体密封轴（8）相连接；真空室（9）和支撑平台Ⅰ（1）均固定于测试平台Ⅰ（6）上；谐波减速器（19）输入端磁流体密封轴（8）在真空室（9）内一端则通过十字滑块联轴器Ⅲ（15）与光电编码器Ⅰ（16）转轴相连接，光电编码器Ⅰ（16）转轴另一端则通过刚性联轴器Ⅰ（17）与谐波减速器（19）输入轴相连接；光电编码器Ⅰ（16）安装于三维微调平台Ⅰ（14），三维微调平台Ⅰ（14）固定于三维微调平台支架Ⅰ（13），三维微调平台支架Ⅰ（13）固定于真空室（9）内测试平台Ⅱ（18）；谐波减速器（19）固定于谐波减速器支架（20），谐波减速器支架（20）固定于真空室内测试平台Ⅱ（18）；所述传动测试单元传动输出部分是由真空室（9）内谐波减速器（19）输出轴通过刚性联轴器Ⅱ（21）与光电编码器Ⅱ（24）转轴相连接，光电编码器Ⅱ（24）转轴另一端通过十字滑块联轴器Ⅳ（25）与安装于真空室（9）上的输出端磁流体密封轴（28）相连接；光电编码器Ⅱ（24）安装于三维微调平台Ⅱ（23），三维微调平台Ⅱ（23）固定于三维微调平台支架Ⅱ（22），三维微调平台支架Ⅱ（22）固定于真空室（9）内测试平台Ⅱ（18）；真空室（9）外输出端磁流体密封轴（28）一端则通过十字滑块联轴器Ⅴ（29）与磁粉制动器支架（30）上的磁粉制动器（31）转轴相连接；磁粉制动器（31）上安装有力臂（33），力臂（33）的另一端作用在测试平台Ⅰ（6）下部安装的两只压力传感器（34）上；磁粉制动器支架（30）固定于支撑平台Ⅱ（32），支撑平台Ⅱ（32）则固定于测试平台Ⅰ（6）；光电编码器Ⅰ（16）、光电编码器Ⅱ（24）分别通过信号电缆及安装于真空室上的航空插座Ⅱ（27）分别与真空室外角位显示仪a、角位显示仪b相连接；所述空间环境模拟单元由真空室、热沉、真空抽气机组、真空计量四部分构成；真空室是以卧式圆柱体真空室（9）为主体，真空室（9）固定安装于测试平台Ⅰ（6）上，真空室（9）一端密封另一端装有真空室大门（39）；真空室（9）内部由用于控温的热沉和室内测试平台Ⅱ（18）构成，热沉由降温液氮储罐（12）和紫铜板加热腔体（11）组成；液氮储罐（12）是由双层不锈钢焊接隔层结构的卧式圆筒组成，筒体上部安装有进液氮口（40）和出液氮口（41）且通过法兰与真空室（9）筒体相连；真空室（9）上装有进液氮口（40）、出液氮口（41）、航空插座Ⅰ（26）、航空插座Ⅱ（27）、电极法兰（10）、输入端磁流体密封轴（8）、输出端磁流体密封轴（28）以及进放气阀门（38）；真空室（9）内两组温度传感器通过信号电缆以及安装于真空室（9）上的航空插座Ⅰ（26）分别与真空室（9）外智能温控仪和温度巡检仪相连接，分别检测热沉和谐波减速器（19）温度；真空抽气机组主要由真空插板阀（44）、分子泵（45）、电磁阀（36）及机械泵（35）组成；真空插板阀（44）与真空室（9）下方的法兰连接，真空插板阀（44）另一侧法兰与分子泵（45）连接，再通过波纹管（37）将分子泵（45）与电磁阀（36）及机械泵（35）相连接；真空计量由安装于真空室底部的电阻规管（42）和电离规管（43）通过信号电缆与复合真空测试仪相连接构成。...

【技术特征摘要】
1.模拟空间环境谐波减速器传动性能测试系统，其特征在于该系统由传动测试单元和空间环境模拟单元两部分构成；所述传动测试单元传动输入部分由安装于真空室（9）外的步进电机（2）为驱动源，其安装于真空室（9）外支撑平台Ⅰ（1）的电机支架（3）上；步进电机（2）转轴则通过十字滑块联轴器Ⅰ（4）与安装于支撑平台Ⅰ（1）的扭矩测试仪（5）输入轴相连接，扭矩测试仪（5）输出轴则通过十字滑块联轴器Ⅱ（7）与安装于真空室（9）外的谐波减速器（19）输入端磁流体密封轴（8）相连接；真空室（9）和支撑平台Ⅰ（1）均固定于测试平台Ⅰ（6）上；谐波减速器（19）输入端磁流体密封轴（8）在真空室（9）内一端则通过十字滑块联轴器Ⅲ（15）与光电编码器Ⅰ（16）转轴相连接，光电编码器Ⅰ（16）转轴另一端则通过刚性联轴器Ⅰ（17）与谐波减速器（19）输入轴相连接；光电编码器Ⅰ（16）安装于三维微调平台Ⅰ（14），三维微调平台Ⅰ（14）固定于三维微调平台支架Ⅰ（13），三维微调平台支架Ⅰ（13）固定于真空室（9）内测试平台Ⅱ（18）；谐波减速器（19）固定于谐波减速器支架（20），谐波减速器支架（20）固定于真空室内测试平台Ⅱ（18）；所述传动测试单元传动输出部分是由真空室（9）内谐波减速器（19）输出轴通过刚性联轴器Ⅱ（21）与光电编码器Ⅱ（24）转轴相连接，光电编码器Ⅱ（24）转轴另一端通过十字滑块联轴器Ⅳ（25）与安装于真空室（9）上的输出端磁流体密封轴（28）相连接；光电编码器Ⅱ（24）安装于三维微调平台Ⅱ（23），三维微调平台Ⅱ（23）固定于三维微调平台支架Ⅱ（22），三维微调平台支架Ⅱ（22）固定于真空室（9）内测试平台Ⅱ（18）；真空室（9）外输出端磁流体密封轴（28）一端则通过十字滑块联轴器Ⅴ（29）与磁粉制动器支架（30）上的磁粉制动器（31）转轴相连接；磁粉制动器（31）上安装有力臂（33），力臂（33）的另一端作用在测试平台Ⅰ（6）下部安装的两只压力传感器（34）上；磁粉制动器支架（30）固定于支撑平台Ⅱ（32），支撑平台Ⅱ（32）则固定于测试平台Ⅰ（6）；光电编码器Ⅰ（16）、光电编码器Ⅱ（24）分别通过信号电缆及安装于真空室上的航空插座Ⅱ（27）分别与真空室外角位显示仪a、角位显示仪b相连接；所述空间环境模拟单元由真空室、热沉、真空抽气机组、真空计量四部分构成；真空室是以卧式圆柱体真空室（9）为主体，真空室（9）固定安装于测试平台Ⅰ（6）上，真空室（9）一端密封另一端装有真空室大门（39）；真空室（9）内部由用于控温的热沉和室内测试平台Ⅱ（18）构成，热沉由降温液氮储罐（12）和紫铜板加热腔体（11）组成；液氮储罐（12）是由双层不锈钢焊接隔层结构的卧式圆筒组成，筒体上部安装有进液氮口（40）和出液氮口（41）且通过法兰与真空室（9）筒体相连；真空室（9）上装有进液氮口（40）、出液氮口（41）、航空插座Ⅰ（26）、航空插座Ⅱ（27）、电极法兰（10）、输入端磁流体密封轴（8）、输出端磁流体密封轴（28）以及进放气阀门（38）；真空室（9）内两组温度传感器通过信号电缆以及安装于真空室（9）上的航空插座Ⅰ（26）分别与真空室（9）外智能温控仪和温度巡检仪相连接，分别检测热沉和谐波减速器（19）温度；真空抽...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨军，胡明，高晓明，姜栋，王德生，伏彦龙，王琴琴，翁立军，孙嘉奕，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：新型
国别省市：甘肃,62