CN106516180B - 真空低温环境下的液氮制冷热沉的运行机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真空低温环境下的液氮制冷热沉的运行机构，主要由导轨及支撑系统、驱动系统、热沉动框架、热沉进出液软管组成，实现大型活动热沉在真空低温环境下的开合运动。热沉运行机构采用上轨道驱动方式，由步进电机经两级减速器带动热沉运行机构运行，将电机及驱动装置、减速器、圆形导轨均悬挂在容器的支撑系统上，由上侧导轨承受框架及热沉的重量。热沉动框架的运动规律采用加速—减速—加速的梯形运动规律，使起动和停止阶段具有较好的缓冲性能，整个运行过程中有较长的加速时间和减速时间，从而减少其运行时的加速度及动载荷。

Description

真空低温环境下的液氮制冷热沉的运行机构

技术领域

本发明属于空间环境模拟器技术领域，具体涉及一种大型空间环境模拟器内真空、低温环境下实现两片热沉开合运动的热沉运动机构。

背景技术

航天器在发射之前需要进行充分的空间环境试验来验证航天器的可靠性。空间环境主要指空间的真空(负压环境，环境压力在10^-5～10^-7Pa)、冷黑(无光照和低温环境，温度在-100～-270℃)等环境，空间环境的获得主要通过空间环境模拟器，其主要用于航天器的热试验(包括热真空和热平衡)。采用带有太阳模拟器的空间环境模拟器进行热试验时，需要将一束模拟太阳光照射到试件表面上，因此需要在环绕试验件周围的热沉(一种通过液氮制冷的黑色金属板，用于模拟空间冷黑环境)上制作一个可开合的光通道。在模拟太阳辐照工况时打开活动热沉，即打开光通道模拟太阳照射；在模拟太空冷黑环境时闭合活动热沉，即关闭光通道模拟太空冷黑环境。由于热沉一般采用金属材质，且内部通过液氮，其质量较大，在运行过程中对其运动的平稳和可靠性具有很高要求。此外，热沉运行机构的使用环境为真空、冷黑环境对所有部件提出苛刻的环境要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在真空低温环境下液氮制冷热沉能够平稳、可靠开闭的运行机构。

本发明采用了如下的技术方案：

一种真空低温环境下液氮制冷热沉的运行机构，包括带有太阳模拟器的空间环境模拟器，空间环境模拟器提供真空低温环境，在模拟太阳辐照工况时打开液氮制冷热沉，即打开光通道模拟太阳照射；在模拟太空冷黑环境时闭合活动热沉，即关闭光通道模拟太空冷黑环境；在空间环境模拟器内部设置导轨支撑系统，分为上下两部分，上部为上导轨吊架，下部为下导轨托架，上导轨采用“工”字形圆弧导轨，吊装于上导轨吊架下侧，起到承重和导向作用；下导轨采用“T”字形圆弧导轨，安装于下导轨托架上侧，只起到导向作用，在上导轨上安装驱动系统中的热沉挂架，以用于连接热沉动框架，并在热沉挂架上安装减速器及驱动电机用于提供驱动力，在热沉动框架下侧安装驱动系统中的导向滚轮，用于运动过程导向，以保证热沉运行时不摇摆。

其中，液氮制冷热沉设置在热沉动框架上，热沉下端连接热沉进液软管，上端连接热沉出液软管。

其中，下导轨的轨道弧度与上导轨弧度相同。

其中，液氮制冷热沉由一对对称设置的液氮制冷黑色金属板构成，可通过在上下轨道滑动实现开合。

其中，所述驱动系统包括从动轮、主动轮，二级减速齿轮、一级减速箱、驱动电机、热沉动框架上吊杆、热沉动框架下导向杆，导向轮和减速器挂架，其中，主动轮、从动轮安装于减速器挂架上使其悬挂于“工”字形上导轨上，驱动电机通过一级减速箱和二级减速齿轮驱动主动轮为整个机构提供动力，热沉动框架与减速器挂架通过热沉动框架上吊杆连接带动热沉运动，热沉动框架与导向轮通过热沉动框架下导向杆连接使其沿“T”字形下导轨弧线运动。

其中，减速器挂架用于安装和固定从动轮、主动轮、二级减速齿轮、一级减速箱、驱动电机以及热沉动框架上吊杆。

其中，上下轨道的轨道形状与所述空间环境模拟器为同心圆。

其中，所述真空低温环境是指负压环境的环境压力在10^-5～10^-7Pa、无光照且温度在-100～-270℃。

其中，液氮制冷热沉及热沉动框架的运动规律采用加速—减速—加速的梯形运动顺序。

本发明解决了用于空间环境航天器内携带较大重量热沉平稳、可靠开闭的运行机构设计难点，为航天器能够采用具有最真实模拟太空环境(太阳辐照、真空、冷黑环境)的空间环境模拟器进行试验得到保障。

附图说明

图1a为本发明的真空低温环境下液氮制冷热沉的运行机构结构正视图；

图1b为本发明的真空低温环境下液氮制冷热沉的运行机构结构侧视图；

图1c为本发明的真空低温环境下液氮制冷热沉的运行机构结构俯视图；

其中，100为导轨及支撑系统；200为驱动系统；300为热沉动框架；400为热沉进出液软管；

图2a为本发明的一实施方式的热沉运动机构导轨及支撑系统正视图；

图2b为本发明的一实施方式的热沉运动机构导轨及支撑系统侧视图；

其中，101为上导轨吊架；102为上导轨；103为下导轨托架；104为下导轨；

图3a为本发明的一实施方式的热沉运动机构驱动系统正视图；

图3b为本发明的一实施方式的热沉运动机构驱动系统侧视图；

其中，201为从动轮，202为主动轮；203为二级减速齿轮；204为一级减速箱；205为驱动电机；206为热沉动框架上吊杆；207为热沉动框架下导向杆；208为导向轮；209为减速器挂架。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

参照图1a-图1c、图2a-图2b和图3a-图3b，示出了真空低温环境下热沉运动机构组成结构图。所述机构包括导轨及支撑系统100、驱动系统200、热沉动框架300和热沉进出液软管400，其中所述导轨及支撑系统包括上导轨吊架101，上导轨102，下导轨托架103和下导轨104；所述驱动系统包括从动轮201，主动轮202，二级减速齿轮203、一级减速箱204、驱动电机205、热沉动框架上吊杆206、热沉动框架下导向杆207，导向轮208和减速器挂架209。

导轨及支撑系统100，用于支撑热沉重量并使热沉沿弧形轨道运行，安装于真空容器内部，可采用焊接方式连接，其中上导轨吊架101承担整个系统重量，包括热沉、热沉动框架300、热沉进出液软管400、驱动系统200及上导轨101总重量，下导轨托架103只承担下导轨104重量，其中上导轨与上导轨吊架及下导轨与下导轨托架均可采用焊接方式连接；

驱动系统200，整套系统中共采用四套相同的驱动系统200用于连接热沉动框架和导轨，每两套驱动系统200连接一个热沉动框架300，使其可沿导轨及支撑系统100的弧形轨道运动，其中驱动系统200由从动轮201，主动轮202，二级减速齿轮203、一级减速箱204、驱动电机205、热沉动框架上吊杆206、热沉动框架下导向杆207，导向轮208和减速器挂架209组成，从动轮201、主动轮202安装于减速器挂架209上使其悬挂于“工”字形上导轨102上，驱动电机205通过一级减速箱204和二级减速齿轮203驱动主动轮202为整个运动机构提供动力，热沉动框架300与减速器挂架209通过热沉动框架上吊杆206连接带动热沉运动，热沉动框架300与导向轮208通过热沉动框架下导向杆207连接使其沿“T”字形下导轨弧线运动。

热沉动框架300，用于安装、固定热沉，其中热沉动框架300上端连接至驱动系统200中热沉动框架上吊杆206上，热沉动框架300下端连接至驱动系统200中热沉动框架下导向杆207，使热沉动框架及热沉沿导轨及支撑系统100弧形轨道运动；

热沉进出液软管400，用于连接热沉进出液口，能够在热沉打开和关闭到位以及运动过程中不间断供液。

所述导轨及支撑系统100包括：

上导轨吊架101，安装于空间环境模拟器内侧上部，用于安装、固定上导轨，需承受热沉、热沉动框架、驱动系统和导轨重量；

上导轨102，采用“工”字形弧形轨道，工字形上册固定于上导轨吊架，下侧安装驱动系统，轨道形状与所安装空间环境模拟器为同心圆，半径略小于热沉半径，使活动热沉位于热沉内部；

下导轨托架103，安装于空间环境模拟器内侧下部，用于安装、固定下导轨，不承重，起导向作用；

下导轨104，采用“T”字形弧形轨道，倒置安装于下导轨托架上侧，轨道弧度与上导轨弧度相同。

所述驱动系统200包括：

从动轮201，与主动轮同轴，为承重轮；

主动轮202，与从动轮同轴，为承重轮，轮外侧加工有二级传动齿轮，与二级减速齿轮啮合，传导驱动力；

二级减速齿轮203，与主动轮齿轮啮合，安装于一级减速器输出轴上；

一级减速箱204，安装于减速器挂架上，为行星齿轮减速器，输出轴安装二级减速齿轮，输入轴安装驱动电机；

驱动电机205，采用交流步进电机，安装于一级减速箱上；

热沉动框架上吊杆206，用于吊装热沉动框架上部；

热沉动框架下导向杆207，用于固定热沉动框架下部；

导向轮208，使热沉动框架下部沿弧形轨道运动；

减速器挂架209，用于安装、固定从动轮、主动轮、二级减速齿轮、一级减速箱、驱动电机、热沉动框架上吊杆等零件。

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种真空低温环境下液氮制冷热沉的运行机构，包括带有太阳模拟器的空间环境模拟器，空间环境模拟器提供真空低温环境，在模拟太阳辐照工况时打开液氮制冷热沉，即打开光通道模拟太阳照射；在模拟太空冷黑环境时闭合活动热沉，即关闭光通道模拟太空冷黑环境；在空间环境模拟器内部设置导轨支撑系统，分为上下两部分，上部为上导轨吊架，下部为下导轨托架，上导轨采用“工”字形圆弧导轨，吊装于上导轨吊架下侧，起到承重和导向作用；下导轨采用“T”字形圆弧导轨，安装于下导轨托架上侧，只起到导向作用，在上导轨上安装驱动系统中的热沉挂架，以用于连接热沉动框架，并在热沉挂架上安装减速器及驱动电机用于提供驱动力，在热沉动框架下侧安装驱动系统中的导向滚轮，用于运动过程导向，以保证热沉运行时不摇摆。

2.如权利要求1所述的运行机构，其中，液氮制冷热沉设置在热沉动框架上，热沉下端连接热沉进液软管，上端连接热沉出液软管。

3.如权利要求1所述的运行机构，其中，下导轨的轨道弧度与上导轨弧度相同。

4.如权利要求1所述的运行机构，其中，液氮制冷热沉由一对对称设置的液氮制冷黑色金属板构成，可通过在上下导轨滑动实现开合。

5.如权利要求1所述的运行机构，其中，所述驱动系统包括从动轮、主动轮、二级减速齿轮、一级减速箱、驱动电机、热沉动框架上吊杆、热沉动框架下导向杆、导向滚轮和减速器挂架，其中，主动轮、从动轮安装于减速器挂架上使整个运行机构悬挂于“工”字形上导轨上，驱动电机通过一级减速箱和二级减速齿轮驱动主动轮为整个运行机构提供动力，热沉动框架与减速器挂架通过热沉动框架上吊杆连接带动热沉运动，热沉动框架与导向滚轮通过热沉动框架下导向杆连接使整个运行机构沿“T”字形下导轨弧线运动。

6.如权利要求5所述的运行机构，其中，减速器挂架用于安装和固定从动轮、主动轮、二级减速齿轮、一级减速箱、驱动电机以及热沉动框架上吊杆。

7.如权利要求1所述的运行机构，其中，上下导轨的导轨形状与所述空间环境模拟器为同心圆。

8.如权利要求1所述的运行机构，其中，所述真空低温环境是指负压环境的环境压力在10^-5~10^-7Pa、无光照且温度在-100~-270℃。

9.如权利要求1-8任一项所述的运行机构，其中，液氮制冷热沉及热沉动框架的运动规律采用加速—减速—加速的梯形运动顺序。