專利名稱：一種輕型質量特性框架結構裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及框架結構裝置，具體地，涉及ー種輕型質量特性框架結構裝置。
背景技術：
衛星質量特性是通過對衛星各個艙段及衛星整星的質量特性測試，獲得準確的艙段與整星的質量特性數據，從而提高衛星整星質量特性數據的精度，為運載火箭和衛星姿態控制分系統提供精確的輸入數據，并為地面其他試驗提供基礎數據。國內外測量衛星質量特性的試驗裝置主要采用衛星質量特性測試エ裝(俗稱L型梁)、框式エ裝、垂直エ裝和其它エ裝組合進行試驗的，而L型梁、框式エ裝、垂直エ裝和其它組合エ裝都是用鋁合金和不銹鋼材料制作的。為了提高轉動慣量測量精度，有必要用ー種輕型的質量特性框架結構裝置來替代，以滿足測量和提高轉動慣量測量精度的需要。目前沒有發現同本發明類似技術的說明或報道，也尚未收集到國內外類似的資料。
發明內容
針對現有技術中的缺陷，本發明要解決的技術問題是針對L型エ裝和框式エ裝重量重引起轉動慣量測量精度不高的情況，提供ー種輕型質量特性框架結構裝置來替代。根據本發明的ー個方面，提供ー種輕型質量特性框架結構裝置，包括內框架、外框架、旋轉調節機構、支撐機構、升降調節機構11、支架12、支撐架13、以及電機14，其中，所述內框架的兩端分別通過旋轉調節機構、支撐機構連接所述外框架，所述升降調節機構11、支架12安裝于所述內框架，所述支撐架13、電機14安裝于所述外框架。優選地，所述內框架包括4根內框架斜桿1、2根轉軸連接桿3、2根內框架橫桿10、以及12件連接接頭2，相鄰的轉軸連接桿3和內框架橫桿10之間通過連接接頭2和內框架斜桿I連接，所述2根轉軸連接桿3分別連接所述旋轉調節機構、支撐機構。優選地，所述外框架包括2根外框架豎桿7、外框架斜桿8、外框架橫桿9、以及連接接頭2，相鄰的所述外框架橫桿9與外框架豎桿7之間通過所述外框架斜桿8和連接接頭2連接，所述2根外框架豎桿7分別連接所述旋轉調節機構、支撐機構。優選地，旋轉調節機構包括蝸輪4、鎖緊螺母5、蝸桿系統6、主軸16、圓柱滾子軸承NJ型17、內隔離套18、軸承座19、大鎖緊螺母20、第一壓緊板21、六角螺栓22、平墊圈23、彈簧墊圈24，其中，蝸桿系統6連接蝸輪4，軸承座19通過六角螺栓22、平墊圈23、彈簧墊圈24連接于外框架豎桿7上，圓錐滾子軸承NJ型17、內隔離套18安裝于軸承座19，第一壓緊板21安裝于軸承座19上，蝸輪4安裝于主軸16上，大鎖緊螺母20鎖緊蝸輪4，鎖緊螺母5緊固主軸16與外框架豎桿。優選地，所述支撐機構包括鎖緊螺母5、圓錐滾子軸承NJ型17、連接軸25、短隔離套26、短軸承座27、第二壓緊板28、外六角螺栓29、連接板30，其中，連接軸25連接于所述外框架豎桿7與轉軸連接桿3之間，短軸承座27通過六角螺栓22、平墊圈23、彈簧墊圈24連接于轉軸連接桿3上，圓錐滾子軸承NJ型17、短隔離套26安裝于短軸承座27，連接板30通過外六角螺栓29、平墊圈23、彈簧墊圈24與外框架豎桿7連接，鎖緊螺母5安裝于連接軸25，第二壓緊板28安裝于短軸承座27。優選地，所述蝸桿系統包括C級六角螺母31、型彈簧墊圈32、C級平墊圈33、平鍵34、軸承支架35、銅套36、51000型推力球軸承37、蝸桿38，其中，所述C級六角螺母31、型彈簧墊圈32、C級平墊圈33依次連接緊固蝸桿38，51000型推力球軸承37安裝于軸承支架35，所述銅套36與軸承支架35采用過盈配合連接，蝸桿38與銅套36采用動配合連接，電機14的輸出軸與蝸桿38通過平鍵34連接。優選地，所述主軸16、軸承座19、短軸承座27、以及蝸桿38中的任一個部件采用如下方法加工制成胚件先按圖紙的外形要求進行粗加工，為了防止變形，放加工余量Imm 2mm，然后進行調質處理，使材料的組織結構成為回火索式體組織，提高機體的強度、塑性和韌性；經調質處理后，再進行半精加工，在加工過程中放磨削余量0. 2_ 0. 3_，為了提高耐磨性和穩定性，在精加工之前采用氮化處理，經氮化處理后的加工件表面硬度達到HR77， 具有很強的耐磨性，同時提高其疲勞強度，最后在有配合要求處進行磨削加工。優選地，所述軸承支架35選用整體一次澆鑄成型的ZL203鑄鋁，軸承支架35加工完畢后進行冷硬處理，冷硬處理是在40%硫酸溶液中，溫度在2°C的情況下，經過2小時通電陽極化處理后，使零件表面生成一層耐腐蝕氧化膜。優選地,所述內框架斜桿I為碳釬維-樹脂復合材料,截面尺寸200_X130mm厚8mm,在內框架斜桿I的ニ端各有ー塊長方形外形尺寸250mmX 180mm厚15mm的連接板,連接板與內框架斜桿的連接處有R5mm的圓角。優選地，蝸桿38與銅套36配合間隙為0. 015mm。與現有技術相比，本發明可以實現內框、外框在長度和寬度ニ個方向移動和調節，減輕了質量特性測量エ裝的重量，從而提高了衛星轉動慣量測量的精度。本發明具有的有益效果1、提高了衛星的安全。2、由于エ裝自身的重量輕了，轉動慣量減少了 60%，提高了衛星轉動慣量測量精度。3、適應不同體積大小的衛星的使用。4、操作過程方便、可以節省試驗的時間和人力。
通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯圖1為根據本發明提供的輕型質量特性框架結構裝置的結構示意圖；圖2為圖1所示輕型質量特性框架結構裝置的旋轉調節機構的結構示意圖；圖3為圖1所示輕型質量特性框架結構裝置的支撐機構的結構示意圖；圖4為圖1所示輕型質量特性框架結構裝置的蝸桿系統機構的結構示意圖；圖5為主軸加工的具體エ藝流程圖。圖中1為內框架斜桿，2為連接接頭，3為轉軸連接桿，4為蝸輪，5為鎖緊螺母，6為蝸桿系統，7為外框架豎桿，8為外框架斜桿，9為外框架橫桿，10為內框架橫桿，11為升降調節機構，12為支架，13為支撐架，14為電機,15為配重,16為主軸，17為圓錐滾子軸承NJ型，18為內隔離套，19為軸承座，20為大鎖緊螺母，21為第一壓緊板，22為六角螺栓，23為平墊圈，24為彈簧墊圈，25為連接軸，26為短隔離套，27為短軸承座，28為第二壓緊板，29為外六角螺栓，30為連接板，31為C級六角螺母，32為型彈簧墊圏，33為C級平墊圏，34為平鍵，35為軸承支架，36為銅套，37為51000型推力球軸承，38為蝸桿。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一歩理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發明的保護范圍。根據本發明提供的輕型質量特性框架結構裝置的裝配圖如圖1所示，所述輕型質 量特性框架結構裝置主要由內框架斜桿1、連接接頭2、轉軸連接桿3、蝸輪4、鎖緊螺母5、蝸桿系統6、外框架豎桿7、外框架斜桿8、外框架橫桿9、內框架橫桿10、升降調節機構11、支架12、支撐架13、電機14、配重15等部件組成。所述的內框架斜桿I共有4根，材料是碳釬維-樹脂復合材料。該材料具有比強度高、抗疲勞性好、減振性能好、高溫性能好及成型エ藝好。內框架斜桿I的截面尺寸200mmX 130mm厚8mm,在內框架斜桿I的ニ端各有一塊長方形外形尺寸250mmX 180mm厚15mm的連接板。連接板與內框架斜桿的連接處有R5mm的圓角，R5mm的圓角增強了連接處的強度。所述的連接接頭2共有12件，材料也是碳釬維-樹脂復合材料。在連接接頭的ニ端各有ー塊長方形外形尺寸250mmX 180mm厚15mm的連接板。連接板與連接接頭的連接處有R5mm的圓角，R5mm的圓角增強了連接處的強度。通過用16組M12的鈦合金螺栓連接件來連接內框架斜桿和轉軸連接桿，同時也可以用來連接其它桿件。所述的轉軸連接桿3共有2件，材料也是碳釬維-樹脂復合材料。連接方法也是通過用16組M12的鈦合金螺栓連接件來連接的。所述的蝸輪4采用鑄造銅合金(ZCuA18Mnl3Fe3)抗拉強度為650MPa ;屈服強度650MPa;布氏硬度1665HBS。該鑄造銅合金有很高的力學性能，強度和硬度很高，有很好的耐磨性能和鑄造性能，合金組織致密、氣密性好。用鑄造銅合金(ZCuA18Mnl3Fe3)制造的蝸輪強度和耐磨性能都非常好，蝸輪4的模數是5，可以承受5000N. M的カ矩。所述的鎖緊螺母5用于緊固連接軸和外框架豎桿，鎖緊螺母5有ニ個，當調整好靠近外框架豎桿的鎖緊螺母后，再用專用扳手將另ー個鎖緊螺母鎖紫。所述的蝸桿系統6下面再敘述。所述的外框架豎桿7、外框架斜桿8、外框架橫桿9、內框架橫桿10材料也是碳釬維-樹脂復合材料。本領域技術人員可以結合現有技術實現所述的升降調節機構11、支架12，在此不予贅述。所述的支撐架13共有2件，材料也是碳釬維-樹脂復合材料。支撐架13的截面尺寸300mmX230mm厚12mm，在連接接頭的ニ端各有ー塊長方形的連接板外形尺寸350mm X 280mm厚20mm。連接方法也是通過用16組M12的鈦合金螺栓連接件將輕型質量特
性框架結構裝置與旋轉圓盤連接。所述的電機14為直流電機，安裝在外框架豎桿7上，如圖4所示，電機14的輸出軸與蝸桿38通過套筒聯軸器和平鍵連接，直流電機的轉動實現整個質量特性內框架的翻轉運動。安裝時需要滿足轉動關節機構與轉動驅動機構軸線同軸的要求。安裝時需要滿足支撐機構與旋轉調節機構軸線同軸的要求，便可以實現內框架的翻轉運動。所述的配重15有若干件，材料是鎢鎳銅(WNi9Cu)合金，鎢的含量為91%，鎳含量為8%，銅含量為1%，配重15的外形尺寸450mmX 150mm厚5mm ；3mm ; Imm三種規格，鎢鎳銅(WNi9Cu)合金的比重為17. 9克/ cm3，三種規格配重的重量分別為6kg ；3. 6kg ；1. 2kg。配重15可以根據實際試驗情況進行配置。 旋轉調節機構結構如圖2所示，旋轉調節機構結構主要由蝸輪4、鎖緊螺母5、蝸桿系統6、主軸16、圓柱滾子軸承NJ型17、內隔離套18、軸承座19、大鎖緊螺母20、第一壓緊板21、六角螺栓22、平墊圈23、彈簧墊圈24等部件組成。所述的主軸16是本發明所提供裝置的重要部件，選用強度高并具有足夠塑性和韌性的牌號為40Cr (GB702-86)優質碳素結構鋼制成。為了加強主軸16的強度、耐磨性和韌性等要求，發明在エ藝上作了大膽的創新。頂桿先按圖紙的外形要求進行粗加工，為了防止變形，放加工余量1_ 2_，然后進行調質處理，使材料的組織結構成為回火索式體組織，提高機體的強度、塑性和韌性。經調質處理后，再進行半精加工，在加工過程中放磨削余量0. 2mm 0. 3mm，為了提高耐磨性和穩定性，在精加工之前采用氮化處理，經氮化處理后的頂桿表面硬度(即洛氏硬度)達到HR77，具有很強的耐磨性，同時提高其疲勞強度(提高25%左右)。最后在有配合要求處進行磨削加工。具體エ藝流程如圖5所示。所述的內隔離套18選用強度高，并具有足夠塑性和韌性的牌號為45 (GB702-86)的優質碳素結構鋼制成。所述的軸承座19也是本發明所提供裝置的重要部件，選用強度高并具有足夠塑性和韌性的牌號為40Cr (GB702-86)優質碳素結構鋼制成，要求與主軸16 —祥，這里不再作詳細介紹。所述的旋轉調節機構通過一對圓錐滾子軸承NJ型17減少了轉動主軸端面和外框架的摩擦，一對圓錐滾子軸承支撐主軸的兩端，實現了主軸的轉動并提高了該機構的剛度，圓錐滾子軸承與主軸連接采用過盈配合，軸圈的內孔為基孔制，基本偏差為下偏差，偏差值為零；主軸采用m6基孔制的過盈配合；圓錐滾子軸承和軸承座19的連接采用過渡配合，軸承座19的外圓為基軸制，基本偏差為上偏差，偏差值為零；主軸表面粗糙度要求優于1.6 u m,軸肩表面粗糙度要求優于3. 2 ii m。旋轉調節機構系統的安裝是將軸承座19用六角螺栓22、平墊圈23、彈簧墊圈24連接到外框架豎桿7上。再將圓錐滾子軸承NJ型17、內隔離套18安裝到軸承座19，然后將第一壓緊板21裝到軸承座19上，最后將蝸輪4安裝到主軸16上再用大鎖緊螺母20鎖緊蝸輪4，大鎖螺母20有ニ個，當調整好靠近蝸輪4的大鎖緊螺母后再用專用扳手將另ー個大鎖緊螺母鎖紫。支撐機構結構如圖3所示，支撐機構主要由轉軸連接桿3、鎖緊螺母5、外框架豎桿7、圓錐滾子軸承NJ型17、連接軸25、短隔離套26、短軸承座27、第二壓緊板28、外六角螺栓29、連接板30等部件組成。所述的連接軸25與主軸16的要求一祥，這里不再作詳細介紹。所述的短隔離套26選用強度高，并具有足夠塑性和韌性的牌號為45 (GB702-86)的優質碳素結構鋼制成。所述的短軸承座27是本發明所提供裝置的重要部件，選用強度高并具有足夠塑性和韌性的牌號為40Cr (GB702-86)優質碳素結構鋼制成，要求與主軸16 —祥，這里不再作詳細介紹。支撐機構結構的安裝是將短軸承座27用六角螺栓22、平墊圈23、彈簧墊圈24連接到轉軸連接桿3上，再將圓錐滾子軸承NJ型17、短隔離套26安裝到短軸承座27，最后將連接板30用外六角螺栓29、平墊圈23、彈簧墊圈24與外框架豎桿7連接。蝸桿系統結構如圖4所示，蝸桿系統結構主要由C級六角螺母31、型彈簧墊圈32、C級平墊圈33、平鍵34、軸承支架35、銅套36、51000型推力球軸承37、蝸桿38等部件組成。所述的軸承支架35選用整體一次澆鑄成型的ZL203鑄鋁，為了確保臺面的硬度及提高其剛度，軸承支架35加工完畢后進行冷硬處理，冷硬處理是在40%硫酸溶液中，溫度在20C的情況下，經過2小時通電陽極化處理后，使零件表面生成一層耐腐蝕氧化膜，經過冷硬陽極化處理，表面硬度可達到RC45以上，用小刀子刻劃也不會產生劃傷。同時經過冷硬陽極化處理后表面的光潔度也提高5微米。所述的銅套36選用牌號為ZCuZn40Pb2的鉛黃銅，銅套36的外徑與軸承支架35的連接采用過盈配合，軸承支架35內孔為基孔制，基本偏差為下偏差，偏差值為零；銅套36的外徑采用m6基孔制的過渡配合。所述的蝸桿38是本發明所提供裝置的重要部件，選用強度高并具有足夠塑性和韌性的牌號為40Cr (GB702-86)優質碳素結構鋼制成，要求與主軸16 —祥，這里不再作詳細介紹。蝸桿38與銅套36采用動配合，配合間隙為0. 015mm。以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變形或修改，這并不影響本發明的實質內容。
權利要求
1.一種輕型質量特性框架結構裝置，其特征在于，包括內框架、外框架、旋轉調節機構、支撐機構、升降調節機構(11)、支架(12)、支撐架(13)、以及電機(14)，其中，所述內框架的兩端分別通過旋轉調節機構、支撐機構連接所述外框架，所述升降調節機構(11)、支架 (12)安裝于所述內框架，所述支撐架(13)、電機(14)安裝于所述外框架。
2.根據權利要求1所述的輕型質量特性框架結構裝置，其特征在于，所述內框架包括4 根內框架斜桿(I)、2根轉軸連接桿(3 )、2根內框架橫桿(10 )、以及12件連接接頭(2 )，相鄰的轉軸連接桿(3)和內框架橫桿(10)之間通過連接接頭(2)和內框架斜桿(I)連接，所述 2根轉軸連接桿(3)分別連接所述旋轉調節機構、支撐機構。
3.根據權利要求2所述的輕型質量特性框架結構裝置，其特征在于，所述外框架包括2 根外框架豎桿(7)、外框架斜桿(8)、外框架橫桿(9)、以及連接接頭(2)，相鄰的所述外框架橫桿(9 )與外框架豎桿(7 )之間通過所述外框架斜桿(8 )和連接接頭(2 )連接，所述2根外框架豎桿(7)分別連接所述旋轉調節機構、支撐機構。
4.根據權利要求3所述的輕型質量特性框架結構裝置，其特征在于，旋轉調節機構包括蝸輪(4)、鎖緊螺母(5)、蝸桿系統(6)、主軸(16)、圓柱滾子軸承NJ型(17)、內隔離套(18)、軸承座(19)、大鎖緊螺母(20)、第一壓緊板(21)、六角螺栓(22)、平墊圈(23)、彈簧墊圈(24 )，其中，蝸桿系統(6 )連接蝸輪(4 )，軸承座(19 )通過六角螺栓(22 )、平墊圈(23 )、彈簧墊圈(24)連接于外框架豎桿(7)上，圓錐滾子軸承NJ型(17)、內隔離套(18)安裝于軸承座(19)，第一壓緊板(21)安裝于軸承座(19)上，蝸輪(4)安裝于主軸(16)上，大鎖緊螺母 (20)鎖緊蝸輪(4)，鎖緊螺母(5)緊固主軸(16)與外框架豎桿。
5.根據權利要求3所述的輕型質量特性框架結構裝置，其特征在于，所述支撐機構包括鎖緊螺母(5)、圓錐滾子軸承NJ型(17)、連接軸(25)、短隔離套(26)、短軸承座(27)、第二壓緊板(28)、外六角螺栓(29)、連接板(30)，其中，連接軸(25)連接于所述外框架豎桿(7)與轉軸連接桿(3)之間，短軸承座(27)通過六角螺栓(22)、平墊圈(23)、彈簧墊圈(24) 連接于轉軸連接桿(3)上，圓錐滾子軸承NJ型(17)、短隔離套(26)安裝于短軸承座(27)， 連接板(30)通過外六角螺栓(29)、平墊圈(23)、彈簧墊圈(24)與外框架豎桿(7)連接，鎖緊螺母(5)安裝于連接軸(25)，第二壓緊板(28)安裝于短軸承座(27)。
6.根據權利要求4所述的輕型質量特性框架結構裝置，其特征在于，所述蝸桿系統包括C級六角螺母(31)、型彈簧墊圈(32)、C級平墊圈(33)、平鍵(34)、軸承支架(35)、銅套(36)、51000型推力球軸承(37)、蝸桿(38)，其中，所述C級六角螺母(31)、型彈簧墊圈 (32)、C級平墊圈(33)依次連接緊固蝸桿(38)，51000型推力球軸承(37)安裝于軸承支架 (35),所述銅套(36)與軸承支架(35)采用過盈配合連接，蝸桿(38)與銅套(36)采用動配合連接，電機(14)的輸出軸與蝸桿(38)通過平鍵(34)連接。
7.根據權利要求4、5、6中任一項所述的輕型質量特性框架結構裝置，其特征在于，所述主軸(16)、軸承座(19)、短軸承座(27)、以及蝸桿(38)中的任一個部件采用如下方法加工制成胚件先按圖紙的外形要求進行粗加工，為了防止變形，放加工余量Imm 2_，然后進行調質處理，使材料的組織結構成為回火索式體組織，提高機體的強度、塑性和韌性；經調質處理后，再進行半精加工，在加工過程中放磨削余量O. 2mm O. 3mm，為了提高耐磨性和穩定性，在精加工之前采用氮化處理，經氮化處理后的加工件表面硬度達到HR77，具有很強的耐磨性，同時提高其疲勞強度，最后在有配合要求處進行磨削加工。
8.根據權利要求6所述的輕型質量特性框架結構裝置，其特征在于，所述軸承支架(35)選用整體一次澆鑄成型的ZL203鑄鋁，軸承支架(35)加工完畢后進行冷硬處理，冷硬處理是在40%硫酸溶液中，溫度在20C的情況下，經過2小時通電陽極化處理后，使零件表面生成一層耐腐蝕氧化膜。
9.根據權利要求2所述的輕型質量特性框架結構裝置，其特征在于，所述內框架斜桿(I)為碳釬維-樹脂復合材料，截面尺寸200mmX 130mm厚8mm,在內框架斜桿(I)的二端各有一塊長方形外形尺寸250mmX 180mm厚15mm的連接板，連接板與內框架斜桿的連接處有 R5mm的圓角。
10.根據權利要求6所述的輕型質量特性框架結構裝置，其特征在于，蝸桿(38)與銅套(36)配合間隙為O.015_。
全文摘要
本發明提供了一種輕型質量特性框架結構裝置，包括內框架、外框架、旋轉調節機構、支撐機構、升降調節機構11、支架12、支撐架13、以及電機14，其中，所述內框架的兩端分別通過旋轉調節機構、支撐機構連接所述外框架，所述升降調節機構11、支架12安裝于所述內框架，所述支撐架13、電機14安裝于所述外框架。本發明可以實現內框、外框在長度和寬度二個方向移動和調節，減輕了質量特性測量工裝的重量，從而提高了衛星轉動慣量測量的精度。
文檔編號G01M1/10GK103017977SQ20121052145
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月6日 優先權日2012年12月6日
發明者顧義暢, 周恩杰, 莫慧一, 徐水湧 申請人:上海裕達實業公司