一种回转式对称采样刷机构的扭矩测试装置的制作方法

本发明涉及应用于小行星采样机构在不同工况下的动态特性参数测量技术领域，特别涉及一种回转式对称采样刷机构的扭矩测试装置。

背景技术：

深空探测是航天领域的重要研究方向，开展深空探测领域的研究活动是空间科学与技术创新的重要途径，而探测小行星是深空探测领域内继月球、火星、星等星体探测后的又一个研究热点。开展小行星探测活动，有利于推动我国空间科学技术的创新与发展，提高我国航天领域的科研水平。

探测小行星并采集其样品，具有重大的科研和经济意义，已成为深空探测领域的研究热点之一。为完成小行星样品的采集，高效、可靠的小行星采样装置是整个采样任务的关键。目前，国内外一些高校和科研机构提出了多种形式的采样装置并研制出原理样机。基于小行星表面为弱引力环境，星壤的粒径、硬度等物理性质不确定，表层地貌形态复杂等前提条件，以适应小行星表面环境及星壤条件、提高采样效率为目标，提出回转式对称采样刷机构的扭矩测试装置用于试验验证与优化设计。

回转式对称采样刷机构是一种可靠简易的采样机构，而对于航空应用的机构构件，要求高度可靠性的同时又要保证轻量化，对于回转机构驱动电机的选择显得至关重要。因此对于整个过程中采样所需扭矩的预测有重要意义。验证结构既要适应不同工况参数，又要适应不同结构参数。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种回转式对称采样刷机构的扭矩测试装置，该装置测试精度高并能测量不同工况和结构的动态扭矩参数。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种回转式对称采样刷机构的扭矩测试装置，包括支撑机身、主体安装支架、扭矩传感器、样品箱、物料箱、旋转驱动机构及采样刷机构；

所述物料箱设置于所述支撑机身的底部；

所述主体安装支架可上下滑动地设置于所述支撑机身上，并且位于所述物料箱的上方，所述扭矩传感器、样品箱、旋转驱动机构及采样刷机构均设置于所述主体安装支架上；

所述样品箱设置于所述采样刷机构的上方，所述采样刷机构用于将所述物料箱内的物料输送至所述样品箱内；

所述旋转驱动机构为两组，并且分别与两个扭矩传感器连接，两个所述扭矩传感器分别与所述采样刷机构的两端传动连接，所述扭矩传感器用于测量工作过程中的扭矩动态变化。

所述采样刷机构包括采样刷托架及平行设置于所述采样刷托架上的两组滚刷，所述采样刷托架与所述主体安装支架连接；两组所述滚刷通过传动机构分别与两个所述扭矩传感器连接。

所述传动机构包括同步带驱动轮、同步带及同步带从动轮，其中同步带驱动轮设置于所述滚刷端部设有的同步带轮轴上，所述同步带从动轮设置于所述扭矩传感器的输出端，并且通过同步带与所述同步带驱动轮传动连接。

所述采样刷机构还包括罩设于所述滚刷上方的采样罩，所述采样罩的上端为锥形结构，且上端口与所述样品箱连通。

所述样品箱的底部设有进料口，所述进料口的两侧设有挡料板，所述挡料板用于防止所述样品箱内的物料回流至所述采样刷机构内。

所述样品箱的顶部设有导流板，所述导流板为倒锥形结构，且位于所述进料口的上方，所述导流板用于分流物料至所述样品箱的两侧腔体内。

所述样品箱的进料口两侧腔体底部均设有落料板，可通过移除落料板，使样品物料回流到物料箱内。

所述支撑机身上设有可沿竖直方向滑动的悬停托块，所述悬停托块用于托举所述主体安装支架，且可使所述主体安装支架停留在所述支撑机身行程内的任意位置。

所述支撑机身上沿竖直方向设有直线导轨，所述主体安装支架与所述直线导轨滑动连接。

所述旋转驱动机构包括伺服电机和减速器，其中伺服电机的输出端与所述减速器的输入轴连接，所述减速器的输出轴与所述扭矩传感器连接。

本发明的优点及有益效果是：

1.本发明利用型材作为支撑结构，方便于采样罩和样品箱的更换，为后期的优化设计方案验证提供了方便；

2.本发明的对称式回转采样刷可以方便安装多种不同型号的刷毛，有一定互换性，节约制造成本；

3.本发明大大降低了测试的复杂程度，操作简单，容易准确的获取采样过程所需扭矩的测试信号；

4.利用该装置可以获得不同工况参数和结构参数下的所需的扭矩，从而建立结合面特性参数数据库，对数据库中数据进一步拟合，为不同工况选择合理的电机提供数据依据。

附图说明

图1为本发明回转式对称采样刷机构的扭矩测试装置的结构示意图；

图2为本发明中支撑机身的结构示意图；

图3为本发明回转式对称采样刷机构的扭矩测试装置去掉支撑机身后的结构示意图；

图4为本发明中采样刷机构的结构示意图；

图5为本发明中滚刷的爆炸示意图；

图6为本发明中样品箱与采样罩的爆炸示意图；

图7为本发明中样品箱与采样罩的剖视图。

图中：1为支撑机身，2为主体安装支架，3为扭矩传感器，4为样品箱，5为采样罩，6为物料箱，7为轴承座，8为直线导轨，9为悬停托块，10为伺服电机，11为电机安装托板，12为同步带，13为减速器，14为采样刷托架，15为采样刷轴，16为滚刷，17为同步带驱动轮，18为同步带轮轴，19为落料板，20为导流板，21为挡料板，22为采样刷轴承座。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

如图1所示，本发明提供的一种回转式对称采样刷机构的扭矩测试装置，包括支撑机身1、主体安装支架2、扭矩传感器3、样品箱4、物料箱6、旋转驱动机构及采样刷机构，其中物料箱6设置于支撑机身1的底部，主体安装支架2可上下滑动地设置于支撑机身1上，并且位于物料箱6的上方，扭矩传感器3、样品箱4、旋转驱动机构及采样刷机构均设置于主体安装支架2上；样品箱4设置于采样刷机构的上方，采样刷机构用于将物料箱6内的物料输送至样品箱4内；旋转驱动机构为两组，并且分别与两个扭矩传感器3连接，两个扭矩传感器3分别与采样刷机构的两端传动连接，扭矩传感器3用于测量工作过程中的扭矩动态变化。

如图2所示，本发明的实施例中，支撑机身1上沿竖直方向设有直线导轨8，主体安装支架2与直线导轨8滑动连接；支撑机身1上还设有可沿竖直方向滑动的多个悬停托块9，悬停托块9可通过螺栓与支撑机身1相对固定。悬停托块9用于托举主体安装支架2，且可使主体安装支架2停留在支撑机身1行程内的任意位置。

如图3所示，本发明的实施例中，旋转驱动机构包括伺服电机10和减速器13，其中伺服电机10安装在电机安装托板11上并且输出端与减速器13的输入轴连接，减速器13的输出轴与扭矩传感器3连接。

如图4-5所示，采样刷机构包括采样刷托架14及平行设置于采样刷托架14上的两组滚刷16，采样刷托架14与主体安装支架2连接；两组滚刷16通过传动机构分别与两个扭矩传感器3连接。

进一步地，滚刷16的两端设有采样刷轴15，采样刷轴15与采样刷托架14上设有的采样刷轴承座22转动连接。

本发明的实施例中，传动机构包括同步带驱动轮17、同步带12及同步带从动轮，其中同步带驱动轮17设置于滚刷16端部的同步带轮轴18上，同步带轮轴18与一采样刷轴15连接。同步带从动轮设置于扭矩传感器3的输出端，并且通过同步带12与同步带驱动轮17传动连接。

进一步地，采样刷机构还包括罩设于滚刷16上方的采样罩5，采样罩5的上端为锥形结构，且上端口与样品箱4的底部连通。

如图6-7所示，样品箱4的底部设有进料口，进料口的两侧设有挡料板21，从而使样品箱4的内部形成两个腔体，挡料板21用于防止样品箱4内的物料回流至采样刷机构内。

进一步地，样品箱4的顶部设有导流板20，导流板20为倒锥形结构，且位于样品箱4底部的进料口上方，导流板20用于分流物料至样品箱4的两侧腔体内。

进一步地，样品箱4的进料口两侧腔体底部均设有落料板19，可通过移除落料板19，使样品物料回流到物料箱6内。

本发明的实施例中，落料板19、导流板20及挡料板21均安装于样品箱4内可自由移动，采样罩5位于样品箱4正下方。

本发明的工作原理是：

伺服电机10与减速器13相连，起到减速增加扭矩的作用，其后连接扭矩传感器3用于测量工作过程中的扭矩动态变化，随后通过同步带12、同步带轮17传递给滚刷16带动其旋转。

将模拟样品放置于物料箱6内，通过调节悬停托块9的位置使主体安装支架2停留在固定位置，伺服电机10驱动滚刷16旋转且带动物料箱6内的物料向上进入样品箱4内。采样罩5、导流板20、挡料板21均可更换，更换不同的样式用于优化验证，可通过移除落料板19，使样品直接回流到物料箱6内，节省时间提高试验效率。

本发明测量方便、结构清晰、操作简单，可以模仿实际工况测得回转式对称采样刷机构所需扭矩，对研究回转式对称采样刷机构部动态特性及确定合理的电机型号有重要作用。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。