一种陀螺电机用高精度反力矩测试装置的制作方法

1.本发明属于陀螺电机测试技术领域，涉及一种陀螺电机用高精度反力矩测试装置。


背景技术：

2.陀螺电机在航天、航空、航海、武器以及各种精密仪器领域都有广泛的应用，电机常由转子、定子、轴承三部分组成，通电后，转子高速旋转，提供所需要的角动量，定子作为不动部分与外部件连接，轴承作为核心部件支撑转子高速旋转。在电机生产装配、验收试验、例行试验、交付使用、质量监控、可靠性评估及新产品开发等环节中，对电机性能进行检测必不可少。通过测试结果来判断电机轴承是否合格，电机是否满足使用要求。
3.在电机性能测试方面，常用性能评价指标是惯性时间、触地摩擦力矩，传统测试方法使用秒表来测试惯性时间，存在测试误差大、操作繁琐的问题。使用滚珠轴承力矩测试仪来测试触地摩擦力矩，由于滚珠轴承自身存在较大的阻力矩，为测试结果带来较大干扰，存在测试精度低的问题。因此，需要设计一种能够全面、高精度测量陀螺电机性能的测量装置，通过该装置可以高精度、简易化测试待测电机的起动加速力矩、风阻力矩、轴承摩擦力矩及同步时间、惯性时间等电机性能参数，可对电机性能进行判断。


技术实现要素：

4.本发明的技术解决问题：实现陀螺电机性能测试，提供一种陀螺电机用高精度反力矩测试装置，用于检测陀螺电机的动态力矩特性，包括陀螺状态的和装在工装内的电机。
5.本发明的技术方案是：一种陀螺电机用高精度反力矩测试装置,该装置包括上盖板、转接工装、壳体、气浮轴承、力矩器传感器组合件、下平板、电源接插件、上位机；
6.壳体为圆柱形，沿轴向上端和下端各有一个同轴的阶梯圆柱形通孔，上端阶梯圆柱形通孔用于安装气浮轴承，气浮轴承与壳体采用过盈配合限位保证同轴度采用螺母锁紧保证紧固，下端阶梯圆柱形通用用于向上固定安装力矩器传感器组合件底座，采用过盈配合限位保证同轴度采用螺母锁紧保证紧固，壳体底部与固定安装在下平板中部，壳体顶部安装上盖板，上盖板中心带有通孔，气浮轴承采用外定子内转子结构，外定子为圆柱形，转子轴上端从上盖板中心通孔伸出，用于与转接工装固定连接，转接工装上安装接线柱，转子轴下端与力矩器传感组件的转子固定连接，在力矩器传感组件转子与转子轴连接后，将软导线组件顶盖安装与转子轴上；
7.在上述陀螺电机用高精度反力矩测试装置中，力矩器传感器组件包括力矩器、角度传感器和底座，力矩器定子与传感器定子小间隙胶接于同一底座上，矩器定子与传感器定子的同轴度要求优于0.02mm，以提高力矩器定子与传感器定子同轴度，底座过盈安装于壳体上，力矩器转子与传感器转子固定连接，力矩器转子与传感器转子同轴度要求优于0.02mm，安装在气浮轴承转子轴上，在外力作用下同步转动，实现角度与力矩的同步测量；
8.装置测试时，待测陀螺电机安装与转接工装上，电机三相引出线连接于转接工装
接线柱，当电源接插件外端接通外通部电源时，为待测陀螺电机供电，电机转子受电机定子电磁力矩的作用开始转动，同时电机转子对电机定子也施加反作用力矩，因电机定子是刚性地固定在测试仪的气浮轴承转子轴上，这个反力矩也作用在气浮轴承转子轴上，气浮轴承转子轴受力后开始转动一个角度θ，传感器敏感气浮轴承转子轴的旋转角度，输出信号电压u，经电子线路产生反馈电流i传给力矩器，在浮子轴上形成一个平衡力矩完成力反馈闭路，后经力矩器换算成电压信号，后以电信号形式传输给上位机。
9.在上述陀螺电机用高精度反力矩测试装置中，气浮轴承采用静压气浮轴承，轴承间隙小于0.05mm，在供气压力为2个大气压时，轴承各点干扰力矩小于8
×
10-4
mnm，轴承承载能力10kg以上，保证反力矩测试装置高精度测试性能
10.在上述陀螺电机用高精度反力矩测试装置中，转接工装外边缘均布3个接线柱安装孔，接线柱与af导线相连，气浮轴承转子轴为中空结构，导线从转子轴中部穿过，在测试时与气浮轴承转子一起旋转，导线与接线柱通过螺栓螺母连接，螺栓螺母垫片采用聚酰亚胺玻璃布板，避免接线柱与转接工装短路，导线利用热缩套管进行绝缘处理。
11.在上述陀螺电机用高精度反力矩测试装置中，软导线组件包括顶盖、软导线、软导线底座，顶盖与软导线底座结构相同，软导线焊接在顶盖、底座焊点上，顶盖与气浮轴承转子轴利用螺纹结构相连，其上部分焊点与af导线焊接，部分焊点与力矩器传感器组合件中的力矩器转子、传感器转子引出线相连，底座与下平板利用螺纹结构连接，底座焊点通过导线与矩形连接器及电源接插件相连，软导线起电路过渡作用，故在焊接时注意软导线组件顶盖与底座焊点的一一对应，在安装顶盖与底座时，要保证软导线处理不受力状态，矩形连接器及电源接插件通过底座焊点、软导线、顶盖焊点后实现为力矩器转子、传感器转子供电及待测陀螺电机供电，利用软导线结构可避免气浮轴承转子轴旋转时由于供电引出线的存在引起干扰力矩，提高了反力矩测试仪精度，传感器定子、力矩器定子引出线不经过软导线组件，直接焊接于矩形连接器上；
12.在上述陀螺电机用高精度反力矩测试装置中，气源组件由压力表、压力调节器和压力表支架组成，压力调节器用于调节气压大小，要求压力表显示值在0.5大气压以上，压力值过小气浮轴承无法工作，外端与外部气源通过管路相连，内端与气浮轴承通过管路相连，形成联通气路，用于为气浮轴承供气。
13.陀螺电机用高精度反力矩测试装置还包括上平板、左支撑件、右支撑件、前支撑件、后支撑件、前面板、后面板；
14.下平板为矩形结构，在前部、后部、左部、右部有矩形凸起结构并均布4个螺纹孔，用于和支撑件连接，中部有环形凹槽并均布螺纹孔，下平板与壳体、气源组件、前支撑件、后支撑件、左支撑件、右支撑件通过螺纹连接固定；
15.上平板为矩形结构，中部有圆形通过，露出转接工装，上平板底面有与下平板相同的矩形凸起结构并均布4个螺纹孔，与左支撑件、右支撑件、前支撑件、后支撑件通过螺纹连接；
16.前面板为u型结构，后面板为矩形结构，前面板与左支撑件、右支撑件连接，后面板与后支撑件连接，前面板、后面板、上平板和下平板构成上有通孔的长方体结构空间，将反力矩测试装置固定在改空间内。
17.在上述陀螺电机用高精度反力矩测试装置中，左支撑件、前支撑件、后支撑件中部
轴向有通孔，以减重零件重量，通孔为矩形，易于加工。右支撑件为l形结构在长方体结构空间内隔出仪器空间，用于安装气源组件。
18.在上述陀螺电机用高精度反力矩测试装置中，防尘罩为桶形结构，孔径稍大于上平板中部的孔径，放置于上平板上，用以保护反力矩测试装置内部。
19.本发明相对于现有技术的有益技术效果是：
20.(1)、装置可用于测试陀螺电机从启动到停转全流程反力矩，且装置可正置，右侧置、左侧置，对电机进行多方向测试；
21.(2)、测试精度高，装置采用高精度气浮轴承，自身干扰力矩小，敏感度高，测试结果准确；
22.(3)、装置使用力矩器传感器组件，并将组件直接与气浮轴承转子相连接，可实时将力矩信号转换为电压信号，电压信号采集简便，采集速度快，实现高频率采集。
23.(4)、装置使用软导线组件将外部供电电源与力矩器转子、传感器转子引出线连接，在气浮轴承转子轴受外力旋转时，软导线仍保持不受力状态，避免引出线直接连接外部供电电源时引入干扰力矩，提高测试设备精度。
附图说明
24.图1本发明实施例中一种陀螺电机用高精度反力矩测试装置的下平板连接示意图。
25.图2是本发明实施例中一种陀螺电机用高精度反力矩测试装置的内部安装结构示意图。
26.图3是本发明实施例中一种陀螺电机用高精度反力矩测试装置的后面板示意图。
27.图4是本发明实施例中一种陀螺电机用高精度反力矩测试装置的外形示意图。
28.图5是本发明实施例中一种陀螺电机用高精度反力矩测试装置的力矩器传感器组件示意图。
29.图6(a)是本发明实施例中一种陀螺电机用高精度反力矩测试装置的软导线组件顶盖示意图。
30.图6(b)是本发明实施例中一种陀螺电机用高精度反力矩测试装置的软导线组件剖视图。
具体实施方式
31.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。
32.一种陀螺电机用高精度反力矩测试装置，包括：上平板、下平板、防尘罩、接线柱、转接工装、上盖板、左支撑件、右支撑件、前支撑件、后支撑件、前面板、后面板、气浮轴承、壳体、力矩器传感器组合件、气源组件、矩形电连接器、气源转接件、电源接插件。
33.如图1所示，下平板中部安装壳体，右下方安装气源组件，前部安装前支撑件，后部安装后支撑件，左部安装左支撑件，右部安装右支撑件，壳体下部安装力矩器传感器组合件，中部安装气浮轴承，前面板与左支撑件、右支撑件连接。
34.所述下平板为矩形结构，在前部、后部、左部、右部有矩形凸起结构并均布4个螺纹
孔，用于和支撑件连接，中部有环形凹槽并均布螺纹孔，下平板与壳体、气源组件、前支撑件、后支撑件、左支撑件、右支撑件通过螺纹连接固定。
35.所述左支撑件、前支撑件、后支撑件为矩形结构并均布8个螺纹孔，中部轴向有矩形通孔以减重零件重量，右支撑件为l形结构，上部及下部各3个螺纹孔。
36.如图2所示，壳体上部安装上盖板，气浮轴承与转接工装连接，转接工装上安装接线柱。
37.所述壳体为圆柱形，沿轴向上端和下端各有一个同轴的阶梯圆柱形通孔，上端阶梯圆柱形通孔用于安装气浮轴承，下端阶梯圆柱形通用用于向上固定安装力矩器传感器组合件底座，壳体底部与固定安装在下平板中部，壳体顶部安装上盖板，上盖板中心带有通孔，转子轴上端从上盖板中心通孔伸出，用于与转接工装固定连接，转接工装上安装接线柱，转子轴下端与力矩器传感组件的转子固定连接，壳体底部为四足结构并有螺纹通孔，与下平板螺纹连接。
38.所述转接工装为圆形，外边缘均布3个接线柱安装孔，气浮轴承转子与转接工装通过螺纹连接，转接工装上安装待测产品，接线柱与af导线相连，气浮轴承转子轴为中空结构，导线从转子轴中部穿过，在测试时与气浮轴承转子一起旋转，导线与接线柱通过螺栓螺母连接。
39.如图3所示，后面板为矩形结构，与后支撑件通过螺纹连接，后面板中部从左向右依次安装矩形电连接器、电源接插件、气源转接件。
40.所述电源接插件与接线柱内端通过af导线相连，导线从气浮轴承中部穿过，在测试时与气浮轴承转子一起旋转，导线与接线柱通过螺栓螺母连接，导线与电源接插件焊接，垫片采用聚酰亚胺玻璃布板绝缘材料，导线通过热缩套管进行绝缘处理，电源接插件外端与外部电源相连。
41.所述气源转接件外端与外部气源相连，内端与气源组件通过管路相连，气源组件与气浮轴承通过管路相连，形成联通气路，气源组件由压力表、压力调节器和压力表支架组成。
42.如图4所示，上平板与左支撑件、右支撑件、前支撑件、后支撑件连接，防尘罩放置于上平板上。
43.所述上平板为矩形结构，中部有圆形通过，露出转接工装，上平板底面有与下平板相同的矩形凸起结构并均布4个螺纹孔，与左支撑件、右支撑件、前支撑件、后支撑件通过螺纹连接；
44.所述前面板为u型结构，中部刻有“反力矩测试仪”，左、右侧端面与左支撑件、右支撑件通过螺纹连接。
45.所述防尘罩为桶形结构，孔径稍大于上平板中部的孔径，放置于上平板上，用以保护反力矩测试装置内部。
46.如图5所示，力矩器传感器组件包括力矩器、角度传感器和底座，力矩器包括转子、定子，角度传感器包括转子、定子，力矩器定子与传感器定子小间隙胶接于同一底座上，力矩器定子与传感器定子同轴度要求优于0.02mm，底座过盈安装于壳体上，力矩器转子与传感器转子固定连接，力矩器转子与传感器转子的同轴度要求优于0.02mm，安装在气浮轴承转子轴上，在外力作用下同步转动；
47.如图6(a)和图6(b)所示，软导线组件包括顶盖、软导线、底座，顶盖与软导线底座结构相同，软导线焊接在顶盖、软导线底座焊点上，顶盖上部分焊点与af导线焊接，部分焊点与力矩器传感器组合件中的力矩器转子、传感器转子引出线相连，底座焊点通过导线与矩形连接器及电源接插件相连，顶盖与底座处于自由状态，软导线不受理，在安装顶盖与底座时，仍要保证软导线处理不受力状态。
48.本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
49.本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。