CN101367441A - 超大型外太空环境模拟实验舱舱门运行机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种超大型外太空环境模拟实验舱舱门运行机构，其特征是：实验舱舱门下部两侧各焊接一个支承柱，各支承柱的下面固联着连接板，每块连接板下表面的中部固联着一个带内球面的半球面副，带外球面的半球面副固联在支承板上，带内球面的半球面副与带外球面的半球面副配合构成一个完整的球面副；每个支承板通过两个滚动导轨支承在相对应的车体上，每个车体通过轴承连接一个传动轴和一个支撑轴，所述传动轴和支撑轴上装有车轮，其中，一组车轮的外轮廓为光滑圆柱面，另一组车轮的外圆柱面上有凹槽，两组车轮的下面是两根轨道。该超大型实验舱舱门的纵向、横向移动均采用滚动方式，因此具有舱体结合面接触良好、密封可靠、磨损轻，结构紧凑、操作维修方便、占地面积小和不占用上部空间等优点。

Description

超大型外太空环境模拟实验舱舱门运行机构

技术领域

本发明涉及一种超大型外太空环境模拟实验舱舱门运行机构。

背景技术

人类对太空、对外层空间的探索已有很长的历史，载人航天工程已经成为美、俄、法、英等许多发达国家，包括一些发展中国家优先发展的领域。我国的航天工程虽然起步较晚，但发展的势头很快，中国人登上月球的日子已经不远了。

外太空的环境对人类来说是非常恶劣的：失重、真空、强紫外线辐射、高温、深冷等，发射进入外太空的各种飞行器必需能适应这样的恶劣环境，故组成外太空飞行器的所有电子仪器、仪表、机械构件及其零部件不仅要求能在外太空的恶劣环境下正常工作，而且要求其具有高灵敏度、准确性、高可靠性和长使用寿命。因此在外太空飞行器的设计、研发过程中必须有能模拟外太空恶劣环境的实验舱，以便对外太空飞行器的所有电子仪器、仪表、机械构件及其零部件的工作性能进行外太空恶劣环境的模拟实验，同时还必须有能对外太空飞行器整机进行外太空恶劣环境模拟实验的大型、超大型实验舱。

外太空飞行器整机外太空环境模拟实验所需的超大型实验舱，一般均做成圆筒状，这种圆筒状超大型实验舱的长度超过30m，直径超过12m。超大型实验舱除舱门外，其余部分一般都采用焊接方法焊成一个整体。超大型实验舱的舱门一般做成壁厚60mm～100mm、直径大于12m、外观上呈半椭球状的盘状体。对超大型实验舱舱门的设计要求是：1、舱门开启、关闭准确；2、舱门开启、关闭过程平稳；3、舱门关闭后其与舱体结合面接触良好、密封可靠；4、舱门开启时占用空间小；5、外形美观大方。由于超大型实验舱舱门体积、重量(40t～70t)庞大、重心高(大于7m)，故超大型实验舱舱门运行机构的设计是一个相当棘手的问题。

发明内容

为了满足外太空环境模拟实验所需的超大型实验舱的需要，本发明提供一种超大型外太空环境模拟实验舱舱门运行机构，

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在超大型实验舱舱门下部的两侧各焊接一个支承柱，支承柱的下面固联着一块连接板，连接板上有四个安装螺杆用的圆柱孔，在连接板下平面的中部固联着一个带有内球面的半球面副，该半球面副与一个带有外球面的半球面副配合构成一个完整的球面副。带有外球面的半球面副固联在一块支承板上，该支承板上还固联着四个螺杆，这四个螺杆的头部刚好穿过连接板上的四个安装螺杆用的圆柱孔，每个螺杆上均安装有两个螺母，一个位于连接板上部，一个位于连接板下部。支承板通过两个滚动导轨支承在一个车体上，车体通过轴承连接两个传动轴，每个传动轴上均有两个车轮，一个车轮的外轮廓为光滑圆柱面，另一个车轮的外圆柱面上有凹槽，车轮的下面是两根轨道。本发明共有两个车体，四根传动轴，在其中两根传动轴上固联着链轮，车体上固联着带电机的减速器(电机与减速器安装成一体)，在减速器输出轴上固联着一个链轮，减速器输出轴上的链轮和传动轴上固联着的链轮通过传动链相连，在固联着链轮的传动轴上还安装着一个制动器。在支承板端部固联着气缸的活塞杆，汽缸缸体固联在车体上。

超大型实验舱舱门沿轨道方向(垂直于超大型实验舱轴线方向)的运动是通过电机旋转，带动减速器、两链轮、传动轴、车轮实现的，电机正转，超大型实验舱舱门左移，电机反转，超大型实验舱舱门右移。

超大型实验舱舱门沿垂直于轨道方向(平行于超大型实验舱轴线方向)的运动是：当向气缸无杆腔通压缩空气时，汽缸的活塞、活塞杆、支承板、螺杆、球面副、连接板、支承柱和超大型实验舱舱门一起向超大型实验舱方向移动；当向气缸有杆腔通压缩空气时，汽缸的活塞、活塞杆、支承板、螺杆、球面副、连接板、支承柱和超大型实验舱舱门一起向远离超大型实验舱方向移动。

本发明的有益效果是：该发明的超大型实验舱舱门的纵向、横向移动均采用滚动方式，故能耗低、磨损轻，同时还具有良好的自位功能故其与超大型实验舱舱体结合面接触良好、密封可靠、结构紧凑、外形美观、操作维修方便、占地面积小和不占用上部空间等优点。

附图说明

图1是超大型外太空环境模拟实验舱舱门运行机构示意图；

图2是超大型外太空环境模拟实验舱舱门运行机构的左视图；

图3是超大型外太空环境模拟实验舱舱门运行机构的A-A剖视图；

图4是超大型外太空环境模拟实验舱舱门运行机构的B-B剖视图。

在图1、图2、图3、图4中，1.实验舱舱门，2.第一支承柱，3.第一带内球面的半球面副，4.第一螺母，5.第二螺母，6.第二螺杆，7.第三螺母，8.第四螺母，9.第五螺母，10.第六螺母，11.第三螺杆，12.第二支承柱，13.第四螺杆，14.第七螺母，15.第八螺母，16.第九螺母，17.第十螺母，18.第二带内球面的半球面副，19.第二带外球面的半球面副，20.第二支承板，21.第四滚动导轨，22.第二车体，23.第四车轮，24.第二气缸，25.第十一螺母，26.第十二螺母，27.第三滚动导轨，28.第三车轮，29.第二连接板，30.第二车轮，31.第二滚动导轨，32.第一带外球面的半球面副，33.第一气缸，34.第一滚动导轨，35.第一车轮，36.第一轨道，37.第一车体，38.第一支承板，39.第十三螺母，40.第十四螺母，41.第一连接板，42.第十五螺母，43.第十六螺母，44.第一螺杆，45.第五螺杆，46.第六螺杆，47.第七螺杆，48.第八螺杆，49.第五车轮，50.第五轴承，51.第六车轮，52.第六轴承，53.第七车轮，54.第三传动轴，55.第八车轮，56.第二轨道，57.第八轴承，58.第二制动器，59.第四链轮，60.第四轴承，61.第四传动轴，62.第二传动链，63.第三链轮，64.第二减速器，65.第三轴承，66.第七轴承，67.第二轴承，68.第二传动轴，69.第一链轮，70.第一减速器，71.第一传动链，72.第一轴承，73.第二链轮，74.第一传动轴，75.第一制动器，76.绝对式编码器。

具体实施方式

图1、图2、图3、图4是本发明公开的一个实施例，在超大型外太空环境模拟实验舱舱门1的下部左侧固联着第一支承柱2，在超大型外太空环境模拟实验舱舱门1的下部右侧固联着第二支承柱12，第一支承柱2与第一连接板41固联，第二支承柱12与第二连接板29固联。在第一连接板41上有四个圆柱孔，在第二连接板29上也有四个圆柱孔。第一连接板41的下平面中部固联第一带内球面的半球面副3，第二连接板29的下平面中部固联第二带内球面的半球面副18，第一带内球面的半球面副3与第一带外球面的半球面副32相配合构成一个完整的球面副，第二带内球面的半球面副18与第二带外球面的半球面副19相配合亦构成一个完整的球面副。第一带外球面的半球面副32固联在第一支承板38的上平面中部，第二带外球面的半球面副19固联在第二支承板20的上平面中部。在第一支承板38上平面的四个角部位置分别固联着第一螺杆44、第二螺杆6、第五螺杆45、第六螺杆46，第一螺杆44、第二螺杆6、第五螺杆45、第六螺杆46的头部刚好穿过第一连接板41上的四个圆柱孔。在第二连接板29上平面的四个角部位置分别固联着第三螺杆11、第四螺杆13、第七螺杆47、第八螺杆48，第三螺杆11、第四螺杆13、第七螺杆47、第八螺杆48的头部刚好穿过第二连接板29上的四个圆柱孔。在第一螺杆44上安装第十三螺母39和第十五螺母42，第十三螺母39位于第一连接板41的下方，第十五螺母42位于第一连接板41的上方。在第二螺杆6上安装第一螺母4和第三螺母7，第三螺母7位于第一连接板41的下方，第一螺母4位于第一连接板41的上方。在第五螺杆45上安装第十四螺母40和第十六螺母43，第十四螺母40位于第一连接板41的下方，第十六螺母43位于第一连接板41的上方。在第六螺杆46上安装第二螺母5和第四螺母8，第四螺母8位于第一连接板41的下方，第二螺母5位于第一连接板41的上方。在第三螺杆11上安装第五螺母9和第十一螺母25，第十一螺母25位于第二连接板29的下方，第五螺母9位于第二连接板29的上方。在第四螺杆13上安装第七螺母14和第九螺母16，第九螺母16位于第二连接板29的下方，第七螺母14位于第二连接板29的上方。在第七螺杆47上安装第六螺母10和第十二螺母26，第十二螺母26位于第二连接板29的下方，第六螺母10位于第二连接板29的上方。在第八螺杆48上安装第八螺母15和第十螺母17，第十螺母17位于第二连接板29的下方，第八螺母15位于第二连接板29的上方。第一支承板38通过第一滚动导轨34和第二滚动导轨31支承在第一车体37上，第二支承板20通过第三滚动导轨27和第四滚动导轨21支承在第二车体22。在第一车体37上通过第一轴承72和第五轴承50支承第一传动轴74，在第一车体37上通过第二轴承67和第六轴承52支承第二传动轴68。在第二车体22上通过第三轴承65和第七轴承66支承第三传动轴54，在第二车体22上通过第四传动轴61和第八轴承57支承第四传动轴61。在第一传动轴74的两个轴端上分别固联第一车轮35和第五车轮49，在第二传动轴68的两个轴端上分别固联第二车轮30和第六车轮51，在第三传动轴54的两个轴端上分别固联第三车轮28和第七车轮53，在第四传动轴61的两个轴端上分别固联第四车轮23和第八车轮55。在第一传动轴74上还固联着第二链轮73和第一制动器75。在第四传动轴61上还固联着第四链轮59和第二制动器58。在第一车体37上安装着第一减速器70，在第一减速器70的输出轴上固联第一链轮69，第一链轮69和第二链轮73通过第一传动链71形成运动连接。在第二车体22上安装着第二减速器64，在第二减速器64输出轴上固联第三链轮63，第三链轮63和第四链轮59形成运动连接。第五车轮49、第六车轮51、第七车轮53、第八车轮55支承在第二轨道56上，第一车轮35、第二车轮30、第三车轮28、第四车轮23支承在第一轨道36上。绝对式编码器76与第五车轮49固联。

第一减速器70、第二减速器64都是电机直联型摆线针轮行星减速器(电机与减速器联结为一个整体)。

超大型实验舱舱门1沿平行于第一轨道36方向(垂直于超大型实验舱轴线方向)的运动实现过程为：第一减速器70的旋转运动(由电机驱动)经过第一链轮69、第一传动链71、第二链轮73、第一传动轴74使第一车轮35和第五车轮49旋转，从而使超大型实验舱舱门移动；当第一减速器70正转时，超大型实验舱舱门左移，当第一减速器70反转时，超大型实验舱舱门右移。第一制动器75、第二制动器58是常开式制动器，即通电制动，断电松开，当超大型实验舱舱门1向左或向右移动到指定位置时，绝对式编码器76发出制动信号，电机断电，第一制动器75、第二制动器58同时得电制动，超大型实验舱舱门1停止运动。

由第二减速器64、第三链轮63、第二传动链62、第四传动轴61、第四车轮23和第八车轮55构成的传动系统也能实现超大型实验舱舱门的左右移动，但该套系统为备用传动系统，只有当第一减速器70、第一链轮69、第一传动链71、第二链轮73、第一传动轴74、第一车轮35和第五车轮49组成的传动系统发成故障时才使用。

超大型实验舱舱门1沿垂直于第一轨道36方向(平行于超大型实验舱轴线方向)的运动是：当向第一气缸33和第二气缸24的无杆腔同时通压缩空气时，第一气缸33和第二气缸24的活塞、活塞杆、第一支承板38、第二支承板20和与第一支承板38、第二支承板20相连的所有构件(包括超大型实验舱舱门1)一起向超大型实验舱方向移动；当向第一气缸33和第二气缸24的有杆腔通压缩空气时，第一气缸33和第二气缸24的活塞、活塞杆、第一支承板38、第二支承板20和与第一支承板38、第二支承板20相连的所有构件(包括超大型实验舱舱门1)一起向远离超大型实验舱方向移动。

超大型实验舱舱门1的外形尺寸庞大，由于运输等原因，实验舱舱门1的各工作面只能在使用现场加工，故其加工精度(特别是位置精度)和表面质量较低，因此欲保证超大型实验舱舱门1关闭时，超大型实验舱舱门1与超大型实验舱舱体结合面接触良好、密封可靠，超大型实验舱舱门运行机构必须具有自位功能。所谓自位功能就是如果超大型实验舱舱门1接合面与舱体结合面只在某个局部接触时，超大型实验舱舱门1能实现两个自由度的小角度摆动，从而使超大型实验舱舱门1的结合面和超大型实验舱舱体结合面全面接触。本发明中超大型实验舱舱门1自位功能是采用下述方式实现的：如图2所示，W是超大型实验舱舱门1所受重力，重心位于两个球铰连心线的内侧(即超大型实验舱舱门1重心到舱体结合面的距离小于两个球铰连心线到舱体结合面的距离)，超大型实验舱舱门1重心到两个球铰连心线的距离为L。这样超大型实验舱舱门1的重力是由两个球铰(第一带内球面的半球面副3、第一带外球面的半球面副32、第二带内球面的半球面副18、第二带外球面的半球面副19)和四个螺母螺杆(第十四螺母40、第五螺杆45、第四螺母8、第六螺杆46、第十二螺母26、第七螺杆47、第十螺母17、第八螺杆48)承受的，而第十三螺母39、第十五螺母42、第十六螺母43、第一螺母4、第二螺母5、第三螺母7的端面与第一连接板41的相应表面不接触，它们之间有10mm～20mm的间距，第五螺母9、第六螺母10、第七螺母14、第八螺母15、第九螺母16、第十一螺母25的端面与第二连接板29的相应表面也不接触，它们之间也有10mm～20mm的间距。这样当超大型实验舱舱门1接合面与舱体结合面开始接触时一定是两个结合面的最高点首先接触，随着超大型实验舱舱门1继续前移，两结合面在铅垂方向就能全面接触。超大型实验舱舱门1在水平方向的自位由于两个球铰均能实现自由转动，故实现起来很容易。

调整第十四螺母40、第四螺母8的端面到第一连接板41上平面的距离和第十二螺母26、第十螺母17的端面到第二连接板29上平面的距离即可调整超大型实验舱舱门1的倾斜角度。

调整第十三螺母39、第十五螺母42、第十六螺母43、第一螺母4、第二螺母5、第三螺母7的端面与第一连接板41的相应表面的间距大小和第五螺母9、第六螺母10、第七螺母14、第八螺母15、第九螺母16、第十一螺母25的端面与第二连接板29的相应表面的间距大小便可事先预定超大型实验舱舱门1在铅垂方向的自位摆角的大小。

Claims (6)

1.一种超大型外太空环境模拟实验舱舱门运行机构，其特征是：实验舱舱门下部两侧各焊接一个支承柱，各支承柱的下面固联着连接板，每块连接板下表面的中部固联着一个带内球面的半球面副，带外球面的半球面副固联在支承板上，带内球面的半球面副与带外球面的半球面副配合构成一个完整的球面副；每个支承板通过两个滚动导轨支承在相对应的车体上，每个车体通过轴承连接一个传动轴和一个支撑轴，所述传动轴和支撑轴上装有车轮，其中，一组车轮的外轮廓为光滑圆柱面，另一组车轮的外圆柱面上有凹槽，两组车轮的下面是两根轨道。

2.根据权利要求1所述的超大型外太空环境模拟实验舱舱门运行机构，其特征是：每个连接板上有四个安装螺杆用的圆柱孔，每个支承板上固联四个螺杆，四个螺杆的头部刚好穿过连接板上的四个安装螺杆用的圆柱孔，每个螺杆上均安装有两个螺母，一个位于连接板上部，一个位于连接板下部。

3.根据权利要求1所述的超大型外太空环境模拟实验舱舱门运行机构，其特征是：每个车体的传动轴上固联的链轮与减速器输出轴上固联的链轮通过传动链相连。

4.根据权利要求1或3所述的超大型外太空环境模拟实验舱舱门运行机构，其特征是：每个车体上安装带电机的减速器，所述减速器与电机安装成一体结构。

5.根据权利要求3所述的超大型外太空环境模拟实验舱舱门运行机构，其特征是：固联链轮的传动轴上装有制动器。

6.根据权利要求1或5所述的超大型外太空环境模拟实验舱舱门运行机构，其特征是：支承板的端部固联着气缸的活塞杆，汽缸缸体固联在车体上。

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