一种一维转台地面试验用重力补偿装置
阅读说明：本技术 一种一维转台地面试验用重力补偿装置 (Gravity compensation device for one-dimensional turntable ground test ) 是由 王振宇 张亚涛 李治国 黄静 郝伟 于 2021-07-22 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种地面试验设备,尤其涉及一种一维转台地面试验用重力补偿装置,该装置包括锥形联轴器、气浮轴承、压力传感器以及安装平台；气浮轴承的定子与安装平台连接,气浮轴承的转子上装有压力传感器,压力传感器与一维转台的转子的下端通过锥形联轴器连接,一维转台的转子的上端用于安装外部负载。该设备的使用使得一维转台的角接触轴承不再受到外部载荷重力的影响,延长了角接触轴承的使用寿命,同时利用压力传感器能够准确的获悉气浮轴承用于抵消一维转台重力的反作用的大小,确保了地面试验的可靠性。(The invention relates to ground test equipment, in particular to a gravity compensation device for a ground test of a one-dimensional turntable, which comprises a conical coupling, an air bearing, a pressure sensor and a mounting platform, wherein the conical coupling is arranged on the conical coupling; the stator of the air bearing is connected with the mounting platform, the rotor of the air bearing is provided with a pressure sensor, the pressure sensor is connected with the lower end of the rotor of the one-dimensional rotary table through a conical coupler, and the upper end of the rotor of the one-dimensional rotary table is used for mounting an external load. The use of the equipment ensures that the angular contact bearing of the one-dimensional turntable is not influenced by the gravity of an external load any more, prolongs the service life of the angular contact bearing, and simultaneously, the pressure sensor can accurately learn the size of the reaction of the air bearing for offsetting the gravity of the one-dimensional turntable, thereby ensuring the reliability of a ground test.)
技术领域
本发明涉及一种地面试验设备，尤其涉及一种一维转台地面试验用重力补偿装置。
背景技术
空间机构的相关地面试验是发射前的重要考核流程，而在地面进行试验和调试过程中，重力作用会对试验结果产生很大的影响。因此，基于微低重力模拟技术的地面试验是航天任务成功的重要保障。
目前，微低重力模拟技术的地面试验采用的重力补偿方法主要包括水浮法、悬吊法、气浮法等。
对于一维转台而言水浮法局限性大，悬吊法结构复杂，气浮法通过气浮轴承把转动部件支撑起来使之与基座分离，降低旋转过程中摩擦力，实现微低重力或者零重力的状态，是目前比较常用的一种试验方式。
一维转台的旋转轴系包括定子壳体、转子以及设置定子和转子之间的角接触轴承；目前采用气浮法进行微低重力模拟技术的地面试验时，定子壳体与气浮轴承直接连接，转子与外部负载连接。但是采用这种连接方式会导致角接触轴承受到外部负载的重力影响，导致角接触轴承使用寿命大大缩短。
发明内容
为了解决采用气浮法进行微低重力模拟技术的地面试验时，一维转台中角接触轴承受到外部负载的重力影响，导致角接触轴承使用寿命大大缩短的问题，本发明提供了一种一维转台地面试验用重力补偿装置。
本发明采用的技术方案是：
提供了一种一维转台地面试验用重力补偿装置，其特征在于：包括锥形联轴器、气浮轴承、压力传感器以及安装平台；
气浮轴承的定子与安装平台连接，气浮轴承的转子上装有压力传感器，压力传感器与一维转台的转子的下端通过锥形联轴器连接，一维转台的转子的上端用于安装外部负载。
进一步地，上述安装平台为三维移动平台，包括用于调节气浮轴承沿垂直方向移动的升降机构、用于调节气浮轴承在水平面上移动的二维调心机构。
进一步地，上述升降机构包括基座、支腿、导杆、螺杆以及底板；
基座的下方设有多个支腿；
导杆至少有三根，且至少三根导杆的上端均固定于底板上，下端均穿过基座后悬置；
螺杆与所述基座螺纹连接，螺杆上端与底板接触，螺杆下端作为螺杆旋转的驱动部，并且螺杆位于至少三根导杆之间。
进一步地，上述二维调心机构包括横向滑台底座、横向滚珠导轨、横向滚珠滑块、纵向滑台底座、纵向滚珠导轨、纵向滚珠滑块以及纵向滚珠滑台；
横向滑台底座为两个，且平行固定安装在所述底板上；
横向滚珠导轨为两个，安装两个横向滑台底座之间；
两个横向滚珠导轨上均安装有横向滚珠滑块；
每个横向滚珠滑块上均安装纵向滑台底座；
两个纵向滑台底座之间安装有纵向滚珠导轨；
纵向滚珠导轨上安装纵向滚珠滑块；纵向滚珠滑块上安装纵向滚珠滑台，纵向滚珠滑台与气浮轴承定子连接。
进一步地，上述螺杆的上端为球面。
进一步地，上述螺杆的下端设置有驱动电机。
进一步地，上述锥形联轴器轴端安装于压力传感器，锥形联轴器座端安装于一维转台的转子下端。
本发明的有益效果在于：
1、本发明采用锥形联轴器将一维转台的转子与气浮轴承进行连接，使得一维转台的角接触轴承不再受到外部载荷重力的影响，延长了角接触轴承的使用寿命，同时利用压力传感器能够准确的获悉气浮轴承用于抵消一维转台重力的反作用的大小，确保了地面试验的可靠性。
2、本发明采用升降台、二维调心机构组成的用于安装气浮轴承的安装平台，实现了气浮轴承和一维转台能够自动对心，确保了两者装配的同轴度，确保了地面试验的可靠性。
附图说明
图1本发明提供的重力补偿装置的实施例示意图。
附图标记如下：
1-锥形联轴器、11-锥形联轴器座端、12-锥形联轴器轴端；
2-压力传感器；
3-气浮轴承；
4-二维调心机构、41-横向滑台底座、42-横向滚珠导轨、43-横向滚珠滑块、44-纵向滑台底座、45-纵向滚珠导轨、46-纵向滚珠滑块、47-纵向滚珠滑台；
5-升降机构、51-基座、52-支腿、53-导杆、54-螺杆、55-底板；
6-转子、7-定子、8-角接触轴承。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图、基本实现原理以及具体实施例对本发明提出的一种一维转台地面试验用重力补偿装置作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是：附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的；其次，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分；再次，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
基本实现原理
由于现有气浮法进行微低重力模拟技术的地面试验时，一维转台的定子壳体与气浮轴承直接连接，转子与外部负载连接，使得定子壳体和转子之间的角接触轴承会受到外部负载重力的影响，角接触轴承的寿命会大幅度缩短，本发明采用了一种一维转台地面试验用重力补偿装置，该装置主要包括锥形联轴器、气浮轴承、压力传感器以及安装平台；气浮轴承的定子与安装平台连接，气浮轴承的转子上装有压力传感器，压力传感器与一维转台的转子的下端通过锥形联轴器连接，一维转台的转子的上端用于安装外部负载。正是由于转子直接于气浮轴承相连，而定子壳体不与气浮轴承接触，因此角接触轴承不会受到外部负载重力的影响，角接触轴承的使用寿命得以保证，并且由于采用了压力传感器可直接获得重力卸载状态，实用性大大增强。
实施例
图1给出一种一维转台地面试验用重力补偿装置的具体结构，包括锥形联轴器1、压力传感器2、气浮轴承3、二维调心机构4以及升降机构5；
一维转台旋转轴系包括内部的转子6、外部的定子7以及转子6和定子7之间的角接触轴承8；
一维转台旋转轴系的转子6下端设置有用于与压力传感器2对接的锥形联轴器1，压力传感器2与气浮轴承3的转子连接，气浮轴承3的定子与二维调心机构4连接，二维调心机构4设置在升降机构5上；
重力补偿装置的装配过程如下：首先，通过锥形联轴器座端11安装在一维转台的转子6上，再将锥形联轴器轴端12与压力传感器2连接，然后把压力传感器2安装在气浮轴承3的转子上，接着将气浮轴承3的定子与二维调心机构4相连，最后把二维调心机构4与升降机构5连接起来。
重力补偿装置的使用过程为：先给气浮轴承3通入高压气体，开启升降机构5使气浮轴承3上升，锥形联轴器座端11和锥形联轴器轴端12开始对接，通过压力传感器2采集的压力值判断载荷卸载状态，当压力值达到需要卸载的重力时，升降机构5停止上升。在气浮轴承3上升过程中如果气浮轴承3与一维转台的转子6不同心，这时锥形联轴器座端11会对锥形联轴器轴端12产生法向作用力，使气浮轴承3在二维调心机构4的带动下自动调整位置，进而确保气浮轴承3与一维转台的转子6同轴。
本实施例中的升降机构5具体包括基座51、支腿52、导杆53、螺杆54以及底板55；基座51的下方设有多个支腿52；导杆53至少有三根，且至少三根导杆53的上端均固定于底板51上，下端均穿过基座51后悬置；螺杆54与所述基座51螺纹连接，螺杆54上端与底板55接触(为了是螺杆转动灵活，所述螺杆的上端为球面)，螺杆54下端作为螺杆54旋转的驱动部，并且螺杆54位于至少三根导杆53之间。驱动螺杆54旋转的方式可以是通过扳手扳动螺杆下端使其旋转，也可以是在螺杆下端设置驱动电机使其旋转。
本实施例中的二维调心机构4包括横向滑台底座41、横向滚珠导轨42、横向滚珠滑块43、纵向滑台底座44、纵向滚珠导轨45、纵向滚珠滑块46以及纵向滚珠滑台47；横向滑台底座41为两个，且平行固定安装在所述底板55上；横向滚珠导轨42为两个，安装两个横向滑台底座41之间；两个横向滚珠导轨42上均安装有横向滚珠滑块43；每个横向滚珠滑块43上均安装纵向滑台底座44；两个纵向滑台底座44之间安装有纵向滚珠导轨45；纵向滚珠导轨45上安装纵向滚珠滑块46；纵向滚珠滑块46上安装纵向滚珠滑台47，纵向滚珠滑台47与气浮轴承3定子连接。
旋转螺杆54时，在导杆53的导向作用下底板垂直上升或下降，从而二维调心机构4上升或者下降；当横向滚珠滑台44受到横向力时会带动固定在其底面上的横向滚珠滑块43沿横向滚珠导轨42移动，达到消除横向偏心的目的。当纵向滚珠滑台47受到纵向力时会带动固定在其底面上的纵向滚珠滑块46沿纵向滚珠导轨45移动，达到消除纵向偏心的目的。