[發明專利]一種彈性滾環滾動摩擦實時受力檢測裝置及方法

有效

• 申請號: 202011348834.3
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112556908B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 宋晨飛;陳天驊;逄顯娟;張燕燕;王帥;李家偉;孫逸翔;張永振
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 賈東東

本發明涉及一種彈性滾環滾動摩擦實時受力檢測裝置及方法，檢測裝置包括主動回轉件、外環、X向測力機構、X向局部支撐件、Y向測力機構及Y向局部支撐件，使用時，將彈性滾環對應放置在主動回轉件和外環之間，由相應局部支撐件向外環提供局部支撐，由X向測力機構檢測彈性滾環頂壓外環的X向作用力，由Y向測力機構檢測彈性滾環頂壓外環的Y向作用力，在旋轉軸帶著內環回轉時，驅使彈性滾環環繞內環公轉的同時自轉，模擬彈性滾環的實際工作狀態，并根據同步采集到的扭矩和作用力數據，計算彈性滾環受到的實時摩擦力和壓縮力。本實施例所提供的檢測裝置結構簡單，方便檢測彈性滾環滾動過程中實時受到的摩擦力和壓縮力。

技術領域

本發明屬于滾動摩擦試驗領域，具體涉及一種彈性滾環滾動摩擦實時受力檢測裝置及方法。

背景技術

導電旋轉關節是運動部件之間電能傳輸和電信號傳遞的唯一通道，廣泛存在于雷達、空間太陽能帆板驅動機構、風電變槳系統、控制力矩陀螺等高端裝備中。其導電部位由金屬或碳等導電材料接觸形成，在旋轉摩擦過程中完成電流輸送，因而稱之為載流摩擦副。

載流摩擦副屬于“單點失效”部件，其摩擦/導電性能是整機能源和信號傳輸的瓶頸，載流摩擦副摩擦磨損失效或導電失效均會導致整個系統功率下降或功能喪失。高可靠性的載流摩擦副是雷達、航天器等高端裝備安全運行的前提。

受滾動軸承的啟發，基于滾動摩擦低摩擦系數、低磨損率的先天優勢，上世紀80年代美國航空航天局(NASA)設計制造了彈性滾環導電旋轉關節，并滿足了“自由號”空間站的高功率電能傳輸需求，這種滾動導電關節的主體由內、外導電環以及多個彈性滾環構成，彈性滾環采用薄壁彈性結構，依靠自身彈性變形產生的預緊力與內外環穩定接觸，傳導滾動力矩和電流。整體結構如授權公告號為CN105226477B的中國發明專利中公開了一種滾動電旋轉傳輸裝置，其包括軸體部分、殼體部分以及位于兩者之間的環體部分，其中，環體部分由若干個完全相同的環路滾動摩擦副軸向疊加而成，每個環路滾動摩擦副由內導電環、外導電環、柔性環、惰輪、導軌和絕緣墊圈組成，其中，內導電環的外周面設置內導電環環槽，外導電環的內周面設置外導電環環槽，在內導電環跟隨軸體部分回轉過程中，柔性環在圍繞內導電環公轉的情況下同時圍繞自身中心軸線自傳，實現柔性環與內導電環環槽、外導電環環槽滾動摩擦配合，以在轉動過程中實現導電傳輸。

目前，研究者開展了大量的彈性滾環載流摩擦研究探索，中國電子科技集團公司第三十八研究所為獲得可靠電接觸和足夠的抗結構疲勞性，設計了合適的工作壓力及結構參數，總結了彈性環的詳細設計流程，并對彈性環的表面處理及裝配技術進行了簡要概述。西安交通大學團隊從電接觸角度出發，通過實驗研究了鍍層、氣氛、電流強度等條件下滾環的電接觸性能，進行了5A、60A電流傳輸試驗。上海宇航工程研究所對空間大功率長壽命滾環電傳輸裝置技術進行了理論分析、樣機研制，并開展了10⁵轉性能測試，充分驗證了滾環導電的優勢。

目前試驗中的已知載荷為初始載荷，由彈性環幾何尺寸、材料彈性模量和壓縮量決定，其可以獲取彈性滾環滾動時的實時導電特性、實時扭矩，但無法檢測彈性滾環滾動時的實時載荷。而在長期服役過程中彈性滾環存在疲勞現象，進而導致接觸力逐漸衰退，最終影響彈性滾環載流摩擦接觸狀態和服役性能。因此，有必要開發一種彈性滾環滾動摩擦實時受力檢測裝置和方法，能夠方便快速地獲得滾動過程中彈性滾環的實時壓縮受力情況，為研究彈性滾環彈性失效、服役性能及其衰退機制提供試驗手段。

發明內容

本發明的目的在于提供一種彈性滾環滾動摩擦實時受力檢測裝置，以能夠方便快速地獲得彈性滾環的實時壓縮力；同時，本發明還提供一種彈性滾環滾動摩擦實時受力檢測方法，以能夠方便快速地獲得彈性滾環的實時壓縮力。

為實現上述目的，本發明所提供的彈性滾環滾動摩擦實時受力檢測裝置的技術方案是：一種彈性滾環滾動摩擦實時受力檢測裝置，包括：

主動回轉件，其外周面上設有外環槽，用于與待檢測的彈性滾環滾動摩擦配合；