真空低温环境下红外加热笼运动驱动系统的制作方法

本发明属于空间环境模拟领域，具体涉及一种用于真空低温环境下红外加热笼运动的驱动系统。

背景技术：

真空低温环境一般指真空度高达1×10-4pa，温度最低达到约100k。目前在真空低温环境下仅有过平行移动的红外加热笼运动机构，该类机构要求安装空间宽阔，适用于长距离的直线运动。针对安装空间狭小的场合，需要红外加热笼能原位旋转开启/关闭。

红外加热笼运动驱动系统在真空低温环境下工作，实现加热笼的旋转开启/关闭运动。真空低温环境对运动驱动系统提出了苛刻的要求，普通驱动系统和结构难以在该环境下正常工作，国内目前还未有类似应用先例。同时，真空低温环境对运动驱动系统的元器件选择也提出了苛刻要求，普通电机、减速器和行程限位开关等不能在100k的低温环境下工作，同时，元器件材料应在真空下有较低的气体挥发性，对润滑剂的选用也应考虑在真空下不易挥发、不变质、不污染航天器等。因此，为了实现红外加热笼在低温真空环境下的运动驱动，需要针对性地进行驱动系统的研制。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种结构简单，适用于真空低温环境下的红外加热笼运动驱动系统，实现了真空低温环境下热试验用大型红外加热笼精确地旋转开启/关闭运动，且该系统可延伸应用于实现其他片状结构试件在真空低温环境下的运动控制。

本发明的应用于真空低温环境下的红外加热笼运动驱动系统，包括动力系统、传动系统、控制系统和热控系统，动力系统提供动力输出并通过传动系统实现红外加热笼的运动控制，控制系统包括温度控制系统和运动控制系统两部分，温度控制系统主要对热控系统进行目标温度设置并显示当前温度和施加电流情况；运动控制系统由运动控制器驱动电机实现红外加热笼的启停；其中动力系统主要由步进电机、行星减速器、涡轮蜗杆减速器组成，步进电机通过行星减速器带动与其啮合的涡轮蜗杆减速器转动并提出动力输出；传动系统由主体框架、加热笼安装骨架、旋转轴、万向联轴器、若干限位传感器组成，实现红外加热笼的开启/关闭运动，动力系统整体设置在主体框架的底板上，涡轮蜗杆减速器的输出轴通过万向联轴器与竖立的旋转轴联接，从而带动与旋转轴固定连接的红外加热笼安装骨架以及设置在该骨架上的红外加热笼做旋转开启/关闭运动，两个限位传感器分别设置在红外加热笼转动极限位置的0°和90°对应的主体框架上；热控系统是在步进电机和减速器外部粘贴若干数量的薄膜加热片，并使系统保持在工作温度范围内；控制系统控制动力系统和热控系统，动力系统驱动传动系统，最后驱动红外加热笼运动；红外加热笼的位移、速度和限位信号反馈给控制系统，热控系统对动力系统进行温控，并将温度反馈给控制系统，最后形成一个闭环控制。

其中，运动控制部分由运动控制器驱动电机实现系统中各机械部件的启停，还集成有角度监测、限位报警功能。

其中，真空低温环境是指真空度高达1×10^-4pa，温度最低约100k。

其中，红外加热笼为片状薄壁结构，尺寸范围(长×宽)为1000mm×1000mm～3000mm×3000mm。

其中，薄膜加热片包扎有隔热材料，以尽可能减少热量损失，能使系统工作温度保持在20℃±10℃。

进一步地，隔热材料采用双面镀有金属膜的反射屏，屏间置有间隔材料。

其中，红外加热笼运动驱动系统在真空低温环境下工作时，通过真空接插件实现设备内部真空低温环境与外部大气环境间电气系统的连接。

与现有技术相比，本发明的红外加热笼运动驱动系统具有以下改进效果：

(1)适用于真空度高达1×10^-4pa、温度最低达到约100k环境下的运动需求；

(2)适用于不同尺寸的红外加热笼；

(3)加热笼旋转转动角度范围：0°～90°，连续可转动；每次开启/关闭动作完成时间不大于5min；

(4)高可靠性，可连续稳定工作30天。

附图说明

图1为本发明的应用于真空低温环境下的红外加热笼运动驱动系统组成图；

其中，1-动力系统；2-传动系统；3-控制系统；4-热控系统。

图2为本发明的应用于真空低温环境下的红外加热笼运动驱动系统的原理图；

图3为本发明的应用于真空低温环境下的红外加热笼运动驱动系统中动力系统及传动系统结构图。

其中，31-旋转轴；32-限位传感器；33-万向联轴器；34-涡轮蜗杆减速器；5-主体框架；6-步进电机；7-行星减速器；8-限位传感器；9-红外加热笼安装骨架；10-红外加热笼。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但这仅仅是示例性的，并不旨在对本发明的保护范围进行任何限制。

参见图1，图1是本发明,应用于真空低温环境下的红外加热笼运动驱动系统组成图，包括动力系统1、传动系统2、控制系统3和热控系统4，动力系统1提供动力输出并通过传动系统2实现红外加热笼的运动控制，控制系统3包括温度控制系统和运动控制系统两部分，温度控制系统主要对热控系统进行目标温度设置并显示当前温度和施加电流情况；运动控制系统由运动控制器驱动电机实现系统各部件红外加热笼的启停；热控系统4是在动力系统各部件的外部粘贴若干数量的薄膜加热片，并使系统保持在工作温度范围内。

图2显示了本发明的应用于真空低温环境下的红外加热笼运动驱动系统的原理图，其中，控制系统是整个驱动系统的操作和监控平台，包括温度控制系统和运动控制系统两部分，温度控制系统主要对热控系统进行目标温度设置并显示当前温度和施加电流情况。运动控制系统由以太网接口独立式四轴运动控制器、电源和控制方式等组成，除了能够驱动电机实现机械系统的启停外，还集成了角度监测、限位报警等功能。此外，本发明的驱动系统依次通过控制系统对动力系统以及传动系统的控制实现对红外加热笼的运动控制，并根据位移、速度和限位等反馈信号确保红外加热笼定位精确，安全可靠。进一步地，控制系统控制动力系统和热控系统，动力系统驱动传动系统，最后驱动红外加热笼运动；红外加热笼的位移、速度和限位信号反馈给控制系统；热控系统对动力系统进行温控，并将温度反馈给控制系统，最后形成一个闭环控制。

具体而言，图3给出了本发明一实施方式的应用于真空低温环境下的红外加热笼运动驱动系统中动力系统及传动系统结构图。其中，应用于真空低温环境下的红外加热笼运动驱动系统包括：动力系统和传动系统，其中动力系统1包括涡轮蜗杆减速器34、步进电机6、行星减速器7；涡轮蜗杆减速器34、步进电机6、行星减速器7分别设置在传动系统的水平设置的主体框架5上，传动系统包括限位传感器32、万向联轴器33、主体框架5、限位传感器8、红外加热笼安装骨架9、红外加热笼10，其中，动力系统1安装在主体框架5的底板上，涡轮蜗杆减速器34的输出轴通过万向联轴器33与旋转轴31联接，从而带动红外加热笼安装骨架9和红外加热笼10做旋转开启/关闭运动；限位传感器32和8分别安装在加热笼转动极限位置的0°和90°对应的主体框架5上。真空接插件及电缆满足在真空低温环境下的使用要求。步进电机选用进口真空耐高温步进电机，行星减速器选用同厂配套真空减速器，工作环境温度为-20～+200℃，真空度可达10^-7pa；蜗轮蜗杆减速器采用精密研配的蜗轮蜗杆结构，主体材料为铝合金，同时表面做阳极氧化发黑，可以任意正向和反向旋转且空回极小。热控系统是在步进电机和减速器外部粘贴专用的薄膜加热片和测温铂电阻，并包扎隔热材料，以尽可能减少热量损失，能使系统工作温度保持在20℃±10℃。由薄膜加热片、铂电阻、隔热材料组成。隔热材料采用双面镀有金属膜的反射屏，屏间置有间隔材料。

当外加热笼运动驱动系统在真空低温环境下工作时，通过真空接插件实现设备内部真空低温环境与外部大气环境间电气系统的连接。真空接插件及电缆满足在真空低温环境下的使用要求。控制系统加热电源、控温仪等放置在外部的大气环境，电脑放置在操作间，通过软件远程控制红外加热笼运动驱动系统工作。

尽管上文对本发明专利的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明专利的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明专利的保护范围之内。