专利名称：一种轻型质量特性框架结构装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及框架结构装置，具体地，涉及ー种轻型质量特性框架结构装置。
背景技术：
卫星质量特性是通过对卫星各个舱段及卫星整星的质量特性测试，获得准确的舱段与整星的质量特性数据，从而提高卫星整星质量特性数据的精度，为运载火箭和卫星姿态控制分系统提供精确的输入数据，并为地面其他试验提供基础数据。国内外測量卫星质量特性的试验装置主要采用卫星质量特性测试エ装(俗称L型梁)、框式エ装、垂直エ装和其它エ装组合进行试验的，而L型梁、框式エ装、垂直エ装和其它组合エ装都是用铝合金和不锈钢材料制作的。为了提高转动惯量測量精度，有必要用ー种轻型的质量特性框架结构装置来替代，以满足測量和提高转动惯量測量精度的需要。目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明要解决的技术问题是针对L型エ装和框式エ装重量重引起转动惯量測量精度不高的情况，提供ー种轻型质量特性框架结构装置来替代。根据本发明的ー个方面，提供ー种轻型质量特性框架结构装置，包括内框架、外框架、旋转调节机构、支撑机构、升降调节机构11、支架12、支撑架13、以及电机14，其中，所述内框架的两端分别通过旋转调节机构、支撑机构连接所述外框架，所述升降调节机构11、支架12安装于所述内框架，所述支撑架13、电机14安装于所述外框架。优选地，所述内框架包括4根内框架斜杆1、2根转轴连接杆3、2根内框架横杆10、以及12件连接接头2，相邻的转轴连接杆3和内框架横杆10之间通过连接接头2和内框架斜杆I连接，所述2根转轴连接杆3分别连接所述旋转调节机构、支撑机构。优选地，所述外框架包括2根外框架竖杆7、外框架斜杆8、外框架横杆9、以及连接接头2，相邻的所述外框架横杆9与外框架竖杆7之间通过所述外框架斜杆8和连接接头2连接，所述2根外框架竖杆7分别连接所述旋转调节机构、支撑机构。优选地，旋转调节机构包括蜗轮4、锁紧螺母5、蜗杆系统6、主轴16、圆柱滚子轴承NJ型17、内隔离套18、轴承座19、大锁紧螺母20、第一压紧板21、六角螺栓22、平垫圈23、弹簧垫圈24，其中，蜗杆系统6连接蜗轮4，轴承座19通过六角螺栓22、平垫圈23、弹簧垫圈24连接于外框架竖杆7上，圆锥滚子轴承NJ型17、内隔离套18安装于轴承座19，第一压紧板21安装于轴承座19上，蜗轮4安装于主轴16上，大锁紧螺母20锁紧蜗轮4，锁紧螺母5紧固主轴16与外框架竖杆。优选地，所述支撑机构包括锁紧螺母5、圆锥滚子轴承NJ型17、连接轴25、短隔离套26、短轴承座27、第二压紧板28、外六角螺栓29、连接板30，其中，连接轴25连接于所述外框架竖杆7与转轴连接杆3之间，短轴承座27通过六角螺栓22、平垫圈23、弹簧垫圈24连接于转轴连接杆3上，圆锥滚子轴承NJ型17、短隔离套26安装于短轴承座27，连接板30通过外六角螺栓29、平垫圈23、弹簧垫圈24与外框架竖杆7连接，锁紧螺母5安装于连接轴25，第二压紧板28安装于短轴承座27。优选地，所述蜗杆系统包括C级六角螺母31、型弹簧垫圈32、C级平垫圈33、平键34、轴承支架35、铜套36、51000型推力球轴承37、蜗杆38，其中，所述C级六角螺母31、型弹簧垫圈32、C级平垫圈33依次连接紧固蜗杆38，51000型推力球轴承37安装于轴承支架35，所述铜套36与轴承支架35采用过盈配合连接，蜗杆38与铜套36采用动配合连接，电机14的输出轴与蜗杆38通过平键34连接。优选地，所述主轴16、轴承座19、短轴承座27、以及蜗杆38中的任一个部件采用如下方法加工制成胚件先按图纸的外形要求进行粗加工，为了防止变形，放加工余量Imm 2mm，然后进行调质处理，使材料的组织结构成为回火索式体组织，提高机体的強度、塑性和韧性；经调质处理后，再进行半精加工，在加工过程中放磨削余量0. 2_ 0. 3_，为了提高耐磨性和稳定性，在精加工之前采用氮化处理，经氮化处理后的加工件表面硬度达到HR77， 具有很强的耐磨性，同时提高其疲劳强度，最后在有配合要求处进行磨削加工。优选地，所述轴承支架35选用整体一次浇铸成型的ZL203铸铝，轴承支架35加工完毕后进行冷硬处理，冷硬处理是在40%硫酸溶液中，温度在2°C的情况下，经过2小时通电阳极化处理后，使零件表面生成一层耐腐蚀氧化膜。优选地,所述内框架斜杆I为碳钎维-树脂复合材料,截面尺寸200_X130mm厚8mm,在内框架斜杆I的ニ端各有ー块长方形外形尺寸250mmX 180mm厚15mm的连接板,连接板与内框架斜杆的连接处有R5mm的圆角。优选地，蜗杆38与铜套36配合间隙为0. 015mm。与现有技术相比，本发明可以实现内框、外框在长度和宽度ニ个方向移动和调节，减轻了质量特性测量エ装的重量，从而提高了卫星转动惯量测量的精度。本发明具有的有益效果1、提高了卫星的安全。2、由于エ装自身的重量轻了，转动惯量減少了 60%，提高了卫星转动惯量測量精度。3、适应不同体积大小的卫星的使用。4、操作过程方便、可以节省试验的时间和人力。


通过阅读參照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显图1为根据本发明提供的轻型质量特性框架结构装置的结构示意图；图2为图1所示轻型质量特性框架结构装置的旋转调节机构的结构示意图；图3为图1所示轻型质量特性框架结构装置的支撑机构的结构示意图；图4为图1所示轻型质量特性框架结构装置的蜗杆系统机构的结构示意图；图5为主轴加工的具体エ艺流程图。图中1为内框架斜杆，2为连接接头，3为转轴连接杆，4为蜗轮，5为锁紧螺母，6为蜗杆系统，7为外框架竖杆，8为外框架斜杆，9为外框架横杆，10为内框架横杆，11为升降调节机构，12为支架，13为支撑架，14为电机,15为配重,16为主轴，17为圆锥滚子轴承NJ型，18为内隔离套，19为轴承座，20为大锁紧螺母，21为第一压紧板，22为六角螺栓，23为平垫圈，24为弹簧垫圈，25为连接轴，26为短隔离套，27为短轴承座，28为第二压紧板，29为外六角螺栓，30为连接板，31为C级六角螺母，32为型弹簧垫圏，33为C级平垫圏，34为平键，35为轴承支架，36为铜套，37为51000型推力球轴承，38为蜗杆。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一歩理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。根据本发明提供的轻型质量特性框架结构装置的装配图如图1所示，所述轻型质 量特性框架结构装置主要由内框架斜杆1、连接接头2、转轴连接杆3、蜗轮4、锁紧螺母5、蜗杆系统6、外框架竖杆7、外框架斜杆8、外框架横杆9、内框架横杆10、升降调节机构11、支架12、支撑架13、电机14、配重15等部件组成。所述的内框架斜杆I共有4根，材料是碳钎維-树脂复合材料。该材料具有比强度高、抗疲劳性好、减振性能好、高温性能好及成型エ艺好。内框架斜杆I的截面尺寸200mmX 130mm厚8mm,在内框架斜杆I的ニ端各有一块长方形外形尺寸250mmX 180mm厚15mm的连接板。连接板与内框架斜杆的连接处有R5mm的圆角，R5mm的圆角增强了连接处的强度。所述的连接接头2共有12件，材料也是碳钎维-树脂复合材料。在连接接头的ニ端各有ー块长方形外形尺寸250mmX 180mm厚15mm的连接板。连接板与连接接头的连接处有R5mm的圆角，R5mm的圆角增强了连接处的强度。通过用16组M12的钛合金螺栓连接件来连接内框架斜杆和转轴连接杆，同时也可以用来连接其它杆件。所述的转轴连接杆3共有2件，材料也是碳钎維-树脂复合材料。连接方法也是通过用16组M12的钛合金螺栓连接件来连接的。所述的蜗轮4采用铸造铜合金(ZCuA18Mnl3Fe3)抗拉强度为650MPa ;屈服強度650MPa;布氏硬度1665HBS。该铸造铜合金有很高的力学性能，強度和硬度很高，有很好的耐磨性能和铸造性能，合金组织致密、气密性好。用铸造铜合金(ZCuA18Mnl3Fe3)制造的蜗轮强度和耐磨性能都非常好，蜗轮4的模数是5，可以承受5000N. M的カ矩。所述的锁紧螺母5用于紧固连接轴和外框架竖杆，锁紧螺母5有ニ个，当调整好靠近外框架竖杆的锁紧螺母后，再用专用扳手将另ー个锁紧螺母锁紫。所述的蜗杆系统6下面再叙述。所述的外框架竖杆7、外框架斜杆8、外框架横杆9、内框架横杆10材料也是碳钎維-树脂复合材料。本领域技术人员可以结合现有技术实现所述的升降调节机构11、支架12，在此不予赘述。所述的支撑架13共有2件，材料也是碳钎维-树脂复合材料。支撑架13的截面尺寸300mmX230mm厚12mm，在连接接头的ニ端各有ー块长方形的连接板外形尺寸350mm X 280mm厚20mm。连接方法也是通过用16组M12的钛合金螺栓连接件将轻型质量特
性框架结构装置与旋转圆盘连接。所述的电机14为直流电机，安装在外框架竖杆7上，如图4所示，电机14的输出轴与蜗杆38通过套筒联轴器和平键连接，直流电机的转动实现整个质量特性内框架的翻转运动。安装时需要满足转动关节机构与转动驱动机构轴线同轴的要求。安装时需要满足支撑机构与旋转调节机构轴线同轴的要求，便可以实现内框架的翻转运动。所述的配重15有若干件，材料是钨镍铜(WNi9Cu)合金，钨的含量为91%，镍含量为8%，铜含量为1%，配重15的外形尺寸450mmX 150mm厚5mm ；3mm ; Imm三种规格，钨镍铜(WNi9Cu)合金的比重为17. 9克/ cm3，三种规格配重的重量分别为6kg ；3. 6kg ；1. 2kg。配重15可以根据实际试验情况进行配置。 旋转调节机构结构如图2所示，旋转调节机构结构主要由蜗轮4、锁紧螺母5、蜗杆系统6、主轴16、圆柱滚子轴承NJ型17、内隔离套18、轴承座19、大锁紧螺母20、第一压紧板21、六角螺栓22、平垫圈23、弹簧垫圈24等部件组成。所述的主轴16是本发明所提供装置的重要部件，选用强度高并具有足够塑性和韧性的牌号为40Cr (GB702-86)优质碳素结构钢制成。为了加强主轴16的強度、耐磨性和韧性等要求，发明在エ艺上作了大胆的创新。顶杆先按图纸的外形要求进行粗加工，为了防止变形，放加工余量1_ 2_，然后进行调质处理，使材料的组织结构成为回火索式体组织，提高机体的強度、塑性和韧性。经调质处理后，再进行半精加工，在加工过程中放磨削余量0. 2mm 0. 3mm，为了提高耐磨性和稳定性，在精加工之前采用氮化处理，经氮化处理后的顶杆表面硬度(即洛氏硬度)达到HR77，具有很强的耐磨性，同时提高其疲劳强度(提高25%左右)。最后在有配合要求处进行磨削加工。具体エ艺流程如图5所示。所述的内隔离套18选用强度高，并具有足够塑性和韧性的牌号为45 (GB702-86)的优质碳素结构钢制成。所述的轴承座19也是本发明所提供装置的重要部件，选用强度高并具有足够塑性和韧性的牌号为40Cr (GB702-86)优质碳素结构钢制成，要求与主轴16 —祥，这里不再作详细介绍。所述的旋转调节机构通过一对圆锥滚子轴承NJ型17減少了转动主轴端面和外框架的摩擦，一对圆锥滚子轴承支撑主轴的两端，实现了主轴的转动并提高了该机构的刚度，圆锥滚子轴承与主轴连接采用过盈配合，轴圈的内孔为基孔制，基本偏差为下偏差，偏差值为零；主轴采用m6基孔制的过盈配合；圆锥滚子轴承和轴承座19的连接采用过渡配合，轴承座19的外圆为基轴制，基本偏差为上偏差，偏差值为零；主轴表面粗糙度要求优于1.6 u m,轴肩表面粗糙度要求优于3. 2 ii m。旋转调节机构系统的安装是将轴承座19用六角螺栓22、平垫圈23、弹簧垫圈24连接到外框架竖杆7上。再将圆锥滚子轴承NJ型17、内隔离套18安装到轴承座19，然后将第一压紧板21装到轴承座19上，最后将蜗轮4安装到主轴16上再用大锁紧螺母20锁紧蜗轮4，大锁螺母20有ニ个，当调整好靠近蜗轮4的大锁紧螺母后再用专用扳手将另ー个大锁紧螺母锁紫。支撑机构结构如图3所示，支撑机构主要由转轴连接杆3、锁紧螺母5、外框架竖杆7、圆锥滚子轴承NJ型17、连接轴25、短隔离套26、短轴承座27、第二压紧板28、外六角螺栓29、连接板30等部件组成。所述的连接轴25与主轴16的要求一祥，这里不再作详细介绍。所述的短隔离套26选用强度高，并具有足够塑性和韧性的牌号为45 (GB702-86)的优质碳素结构钢制成。所述的短轴承座27是本发明所提供装置的重要部件，选用强度高并具有足够塑性和韧性的牌号为40Cr (GB702-86)优质碳素结构钢制成，要求与主轴16 —祥，这里不再作详细介绍。支撑机构结构的安装是将短轴承座27用六角螺栓22、平垫圈23、弹簧垫圈24连接到转轴连接杆3上，再将圆锥滚子轴承NJ型17、短隔离套26安装到短轴承座27，最后将连接板30用外六角螺栓29、平垫圈23、弹簧垫圈24与外框架竖杆7连接。蜗杆系统结构如图4所示，蜗杆系统结构主要由C级六角螺母31、型弹簧垫圈32、C级平垫圈33、平键34、轴承支架35、铜套36、51000型推力球轴承37、蜗杆38等部件组成。所述的轴承支架35选用整体一次浇铸成型的ZL203铸铝，为了确保台面的硬度及提高其刚度，轴承支架35加工完毕后进行冷硬处理，冷硬处理是在40%硫酸溶液中，温度在20C的情况下，经过2小时通电阳极化处理后，使零件表面生成一层耐腐蚀氧化膜，经过冷硬阳极化处理，表面硬度可达到RC45以上，用小刀子刻划也不会产生划伤。同时经过冷硬阳极化处理后表面的光洁度也提高5微米。所述的铜套36选用牌号为ZCuZn40Pb2的铅黄铜，铜套36的外径与轴承支架35的连接采用过盈配合，轴承支架35内孔为基孔制，基本偏差为下偏差，偏差值为零；铜套36的外径采用m6基孔制的过渡配合。所述的蜗杆38是本发明所提供装置的重要部件，选用强度高并具有足够塑性和韧性的牌号为40Cr (GB702-86)优质碳素结构钢制成，要求与主轴16 —祥，这里不再作详细介绍。蜗杆38与铜套36采用动配合，配合间隙为0. 015mm。以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
权利要求
1.一种轻型质量特性框架结构装置，其特征在于，包括内框架、外框架、旋转调节机构、支撑机构、升降调节机构(11)、支架(12)、支撑架(13)、以及电机(14)，其中，所述内框架的两端分别通过旋转调节机构、支撑机构连接所述外框架，所述升降调节机构(11)、支架 (12)安装于所述内框架，所述支撑架(13)、电机(14)安装于所述外框架。
2.根据权利要求1所述的轻型质量特性框架结构装置，其特征在于，所述内框架包括4 根内框架斜杆(I)、2根转轴连接杆(3 )、2根内框架横杆(10 )、以及12件连接接头(2 )，相邻的转轴连接杆(3)和内框架横杆(10)之间通过连接接头(2)和内框架斜杆(I)连接，所述 2根转轴连接杆(3)分别连接所述旋转调节机构、支撑机构。
3.根据权利要求2所述的轻型质量特性框架结构装置，其特征在于，所述外框架包括2 根外框架竖杆(7)、外框架斜杆(8)、外框架横杆(9)、以及连接接头(2)，相邻的所述外框架横杆(9 )与外框架竖杆(7 )之间通过所述外框架斜杆(8 )和连接接头(2 )连接，所述2根外框架竖杆(7)分别连接所述旋转调节机构、支撑机构。
4.根据权利要求3所述的轻型质量特性框架结构装置，其特征在于，旋转调节机构包括蜗轮(4)、锁紧螺母(5)、蜗杆系统(6)、主轴(16)、圆柱滚子轴承NJ型(17)、内隔离套(18)、轴承座(19)、大锁紧螺母(20)、第一压紧板(21)、六角螺栓(22)、平垫圈(23)、弹簧垫圈(24 )，其中，蜗杆系统(6 )连接蜗轮(4 )，轴承座(19 )通过六角螺栓(22 )、平垫圈(23 )、弹簧垫圈(24)连接于外框架竖杆(7)上，圆锥滚子轴承NJ型(17)、内隔离套(18)安装于轴承座(19)，第一压紧板(21)安装于轴承座(19)上，蜗轮(4)安装于主轴(16)上，大锁紧螺母 (20)锁紧蜗轮(4)，锁紧螺母(5)紧固主轴(16)与外框架竖杆。
5.根据权利要求3所述的轻型质量特性框架结构装置，其特征在于，所述支撑机构包括锁紧螺母(5)、圆锥滚子轴承NJ型(17)、连接轴(25)、短隔离套(26)、短轴承座(27)、第二压紧板(28)、外六角螺栓(29)、连接板(30)，其中，连接轴(25)连接于所述外框架竖杆(7)与转轴连接杆(3)之间，短轴承座(27)通过六角螺栓(22)、平垫圈(23)、弹簧垫圈(24) 连接于转轴连接杆(3)上，圆锥滚子轴承NJ型(17)、短隔离套(26)安装于短轴承座(27)， 连接板(30)通过外六角螺栓(29)、平垫圈(23)、弹簧垫圈(24)与外框架竖杆(7)连接，锁紧螺母(5)安装于连接轴(25)，第二压紧板(28)安装于短轴承座(27)。
6.根据权利要求4所述的轻型质量特性框架结构装置，其特征在于，所述蜗杆系统包括C级六角螺母(31)、型弹簧垫圈(32)、C级平垫圈(33)、平键(34)、轴承支架(35)、铜套(36)、51000型推力球轴承(37)、蜗杆(38)，其中，所述C级六角螺母(31)、型弹簧垫圈 (32)、C级平垫圈(33)依次连接紧固蜗杆(38)，51000型推力球轴承(37)安装于轴承支架 (35),所述铜套(36)与轴承支架(35)采用过盈配合连接，蜗杆(38)与铜套(36)采用动配合连接，电机(14)的输出轴与蜗杆(38)通过平键(34)连接。
7.根据权利要求4、5、6中任一项所述的轻型质量特性框架结构装置，其特征在于，所述主轴(16)、轴承座(19)、短轴承座(27)、以及蜗杆(38)中的任一个部件采用如下方法加工制成胚件先按图纸的外形要求进行粗加工，为了防止变形，放加工余量Imm 2_，然后进行调质处理，使材料的组织结构成为回火索式体组织，提高机体的强度、塑性和韧性；经调质处理后，再进行半精加工，在加工过程中放磨削余量O. 2mm O. 3mm，为了提高耐磨性和稳定性，在精加工之前采用氮化处理，经氮化处理后的加工件表面硬度达到HR77，具有很强的耐磨性，同时提高其疲劳强度，最后在有配合要求处进行磨削加工。
8.根据权利要求6所述的轻型质量特性框架结构装置，其特征在于，所述轴承支架(35)选用整体一次浇铸成型的ZL203铸铝，轴承支架(35)加工完毕后进行冷硬处理，冷硬处理是在40%硫酸溶液中，温度在20C的情况下，经过2小时通电阳极化处理后，使零件表面生成一层耐腐蚀氧化膜。
9.根据权利要求2所述的轻型质量特性框架结构装置，其特征在于，所述内框架斜杆(I)为碳钎维-树脂复合材料，截面尺寸200mmX 130mm厚8mm,在内框架斜杆(I)的二端各有一块长方形外形尺寸250mmX 180mm厚15mm的连接板，连接板与内框架斜杆的连接处有 R5mm的圆角。
10.根据权利要求6所述的轻型质量特性框架结构装置，其特征在于，蜗杆(38)与铜套(36)配合间隙为O.015_。
全文摘要
本发明提供了一种轻型质量特性框架结构装置，包括内框架、外框架、旋转调节机构、支撑机构、升降调节机构11、支架12、支撑架13、以及电机14，其中，所述内框架的两端分别通过旋转调节机构、支撑机构连接所述外框架，所述升降调节机构11、支架12安装于所述内框架，所述支撑架13、电机14安装于所述外框架。本发明可以实现内框、外框在长度和宽度二个方向移动和调节，减轻了质量特性测量工装的重量，从而提高了卫星转动惯量测量的精度。
文档编号G01M1/10GK103017977SQ20121052145
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月6日 优先权日2012年12月6日
发明者顾义畅, 周恩杰, 莫慧一, 徐水湧 申请人:上海裕达实业公司