一种磁流体密封轴在热真空环境下摩擦力矩的测试方法

摘要

一种磁流体密封轴在热真空环境下摩擦力矩的测试方法，真空罐两侧同轴设置两个磁流体密封轴，在真空罐内设有专用轴，所述专用轴的两端与磁流体密封轴连接，两个磁流体密封轴真空罐外部分各安装一根转矩传感器；同步采集两个转矩传感器的转矩值。输入轴与输出轴转矩差值就是两个磁流体密封轴作为一根整体在热真空环境下测试总的摩擦力矩。更换输出轴，通过3次同样的测量方法获得三组摩擦力矩值，利用简单的数学计算获得每个磁流体密封轴的摩擦力矩值。本发明提供一种能有效测量摩擦力矩的磁流体密封轴在热真空环境下摩擦力矩的测试方法。

权利要求

1.一种磁流体密封轴在热真空环境下摩擦力矩的测试方法，其特征在于：真空罐两侧同轴设置两个磁流体密封轴，在真空罐内设有专用轴，所述专用轴的两端与磁流体密封轴连接，两个磁流体密封轴真空罐外部分各安装一根转矩传感器；所述测试方法包括以下步骤：步骤1：第一根磁流体密封轴连接驱动机构，第二根磁流体密封轴连接负载，记录两个转矩传感器的力矩差；再将第二根磁流体密封轴连接驱动机构，第一根磁流体密封轴连接负载，再记录两个转矩传感器的力矩差，将两次测量得到的力矩差求平均得到两个磁流体密封轴的摩擦力矩和Nab；设第一根磁流体密封轴的摩擦力矩为Na，第二根磁流体密封轴的摩擦力矩为Nb，则：Nab＝Na+Nb

步骤2：第一根磁流体密封轴连接驱动机构，第三根磁流体密封轴连接负载，记录两个转矩传感器的力矩差；再将第三根磁流体密封轴连接驱动机构，第一根磁流体密封轴连接负载，再记录两个转矩传感器的力矩差，将两次测量得到的力矩差求平均得到两个磁流体密封轴的摩擦力矩和Nac；设第三根磁流体密封轴的摩擦力矩为Nc，则：Nac＝Na+Nc

步骤3：第二根磁流体密封轴连接驱动机构，第三根磁流体密封轴连接负载，记录两个转矩传感器的力矩差；再将第三根磁流体密封轴连接驱动机构，第二根磁流体密封轴连接负载，再记录两个转矩传感器的力矩差，将两次测量得到的力矩差求平均得到两个磁流体密封轴的摩擦力矩和Nbc；则：Nbc＝Nb+Nc

步骤4：解三元一次方程组获得：

至此，得第一根磁流体密封轴、第二根磁流体密封轴和第三根磁流体密封轴在热真空环境下的摩擦力矩值。

说明书

一种磁流体密封轴在热真空环境下摩擦力矩的测试方法

技术领域

[0001] 本发明涉及磁流体密封轴在热真空环境下参数测试领域，尤其是一种摩擦力矩的测试方法。

背景技术

[0002] 热真空试验是指在空间的真空、冷黑和太阳辐射环境，即在规定的真空和热循环条件下验证机构或装置的功能和性能的一种试验。通常将被测机构或装置放入真空罐内，通过专用热真空设备实现所需的环境。在热真空试验中，机构或装置的力矩测试往往是很重要的一个指标。

[0003] 由于被测机构或装置在热真空环境中，由于普通传感器在热真空环境下无法正常使用，因此常温常压下很容易做到的测量就非常困难。常用的测试方法是通过磁流体密封轴将力矩传递到真空罐外部，在真空罐外，即常温常压环境下装传感器进行测试。

[0004] 磁流体密封轴采用磁性流体作为密封，具有传统密封方式所不能比拟的优点。密封装置由永磁体、磁极、磁回路、磁性流体和轴组成。磁极与旋转轴之间的间隙成为密封间隙，在其内部充入磁性流体。永磁体的磁场经过密封间隙。由于极尖下磁场最强，因而磁性流体集中于极尖处，在密封间隙内形成液体“O”形密封环。从而将环两边隔开，起到密封的作用。磁场中的磁流体受到磁场力的作用，在无外力作用时，磁性流体将保持在磁场最强的区域内。在外力的作用下，磁性流体的位置和形状将发生变化，引起磁场力的变化，磁场力与外力相平衡。使磁性流体处于新的平衡状态。现有技术中不能有效测量摩擦力矩。

发明内容

[0005] 为了克服已有的磁流体密封轴在热真空环境下无法测量摩擦力矩的不足，本发明提供一种能有效测量摩擦力矩的磁流体密封轴在热真空环境下摩擦力矩的测试方法。

[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

[0007] 一种磁流体密封轴在热真空环境下摩擦力矩的测试方法，真空罐两侧同轴设置两个磁流体密封轴，在真空罐内设有专用轴，所述专用轴的两端与磁流体密封轴连接，两个磁流体密封轴真空罐外部分各安装一根转矩传感器；所述测试方法包括以下步骤：

[0008] 步骤1：一根磁流体密封轴连接驱动机构，另一根磁流体密封轴连接负载，记录两个转矩传感器的力矩差；再将另一根磁流体密封轴连接驱动机构，一根磁流体密封轴连接负载，再记录两个转矩传感器的力矩差，将两次测量得到的力矩差求平均得到两个磁流体密封轴的摩擦力矩和Nab；设一根磁流体密封轴的摩擦力矩为Na，另一根磁流体密封轴的摩擦力矩为Nb，则：

[0009] Nab＝Na+Nb

[0010] 步骤2：一根磁流体密封轴连接驱动机构，再一根磁流体密封轴连接负载，记录两个转矩传感器的力矩差；再将再一根磁流体密封轴连接驱动机构，一根磁流体密封轴连接负载，再记录两个转矩传感器的力矩差，将两次测量得到的力矩差求平均得到两个磁流体密封轴的摩擦力矩和Nac；设再一根磁流体密封轴的摩擦力矩为Nc，则：

[0011] Nac＝Na+Nc

[0012] 步骤3：另一根磁流体密封轴连接驱动机构，再一根磁流体密封轴连接负载，记录两个转矩传感器的力矩差；再将再一根磁流体密封轴连接驱动机构，另一根磁流体密封轴连接负载，再记录两个转矩传感器的力矩差，将两次测量得到的力矩差求平均得到两个磁流体密封轴的摩擦力矩和Nbc；则：

[0013] Nbc＝Nb+Nc

[0014] 步骤4：解三元一次方程组获得：

[0015]

[0016] 至此，得一根磁流体密封轴、另一根磁流体密封轴和再一根磁流体密封轴在热真空环境下的摩擦力矩值。

[0017] 本发明的技术构思为：真空罐外安装传感器测试的力矩值包含了磁流体密封轴的摩擦力矩在内。磁流体密封轴的摩擦力矩来自于两方面，一方面是采用磁流体密封所产生的力矩，另一方面是固定磁流体密封轴两端各有一根轴承所产生的摩擦力矩。在常温常压和热真空环境下的摩擦力矩是会产生变化的，由于热真空环境下罐内无法安装传感器，这就决定了在热真空环境下的磁流体密封轴产生的摩擦力矩值无法通过实验的方法直接获取。

[0018] 本发明采用的方法是利用真空罐两侧同轴的两个磁流体密封轴来实现。利用一根金属杆直接连接两个磁流体密封轴，在两个磁流体密封轴真空罐外部分各安装一根高精度转矩传感器，其中一根轴作为输入轴作驱动，另一根作为输出轴接负载，真空罐工作在试验所需的热真空环境，同步采集两个转矩传感器的转矩值。输入轴与输出轴转矩差值就是两个磁流体密封轴作为一根整体在热真空环境下测试总的摩擦力矩。更换输出轴，通过3次同样的测量方法获得三组摩擦力矩值，利用简单的数学计算获得每个磁流体密封轴的摩擦力矩值。

[0019] 本发明的有益效果主要表现在：能有效测量摩擦力矩。

附图说明

[0020] 图1是磁流体密封轴在热真空环境下的示意图。

具体实施方式

[0021] 下面结合附图对本发明作进一步描述。

[0022] 参照图1，一种磁流体密封轴在热真空环境下摩擦力矩的测试方法，真空罐两侧同轴设置两个磁流体密封轴，在真空罐内设有专用轴，所述专用轴的两端与磁流体密封轴连接，两个磁流体密封轴真空罐外部分各安装一根转矩传感器。

[0023] 1为真空罐，13和23为两个磁流体密封轴，2为连接轴，通过柔性联轴器12和22连接在一起。13左侧通过柔性联轴器14连接到高精度转矩传感器15，23右侧通过柔性联轴器24连接到高精度转矩传感器25。

[0024] 磁流体密封轴在热真空环境下摩擦力矩的测试方法的实施步骤如下：

[0025] 两个磁流体密封轴，轴A和轴B分别安装在图1中13和23位置，定义在热真空环境下轴A的摩擦力矩Na，轴B的摩擦力矩为Nb。首先以A轴作为驱动(转矩传感器15左侧连接驱动机构)，B轴为负载端(矩传感器25右侧连接加载机构)，记录转矩传感器15与转矩传感器25的力矩差。再以B轴作为驱动(转矩传感器25右侧连接驱动机构)，A轴为负载端(矩传感器15左侧连接加载机构)，记录转矩传感器25与转矩传感器15的力矩差，将两次测量得到的力矩差求平均得到磁流体密封轴A和磁流体密封轴B轴的摩擦力矩和。设磁流体密封轴A的摩擦力矩为Na磁流体密封轴B的摩擦力矩为Nb，本次测试结果为Nab。
则：

[0026] Nab＝Na+Nb

[0027] 第2步：

[0028] 将磁流体密封轴B更换为将磁流体密封轴C，重复第1步试验，又可获得A轴和C轴的总的摩擦力矩Nac，其中

[0029] Nac＝Na+Nc

[0030] Nc为磁流体密封轴C的摩擦力矩。

[0031] 第3步：

[0032] 将磁流体密封轴A更换为将磁流体密封轴B，重复第1步试验，又可获得B轴和C轴的总的摩擦力矩Nbc，其中

[0033] Nbc＝Nb+Nc

[0034] 第4步：

[0035] 解三元一次方程组获得

[0036]

[0037] 至此，Na、Nb和Nc都可通过试验及数据处理获得，即可得到轴A、B和C每个磁流体密封轴在热真空环境下的摩擦力矩值。