CN109060401A - 一种用于小行星环境的岩石破碎取样器 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于小行星环境的岩石破碎取样器，属于空间探测技术领域，特别是涉及一种用于小行星环境的岩石破碎取样器。解决了传统采样器存在采集小行星表层及次表层样本时难以采集岩石样本、采集样本碎屑化、能耗大、体积大、质量大、结构复杂的问题。它包括蜗状凸轮、中心转轮、滚针轴承和冲击单元。它主要用于岩石的破碎工作。

Description

一种用于小行星环境的岩石破碎取样器

技术领域

本发明属于空间探测技术领域，特别是涉及一种用于小行星环境的岩石破碎取样器。

背景技术

小行星是围绕太阳运行的岩石或金属天体，是46亿年前太阳系初期形成的行星体。随着深空探测技术的发展，在国内外逐渐开始重视小行星的探测、开发。探测小行星可以探索太空资源，牵引航天及深空探测技术发展，建立行星防御体系，乃至成为揭示太阳系起源及演化等重大科学问题的关键。因此，对小行星进行深空探测有十分重大的科学意义。研究表明最普遍的是C型小行星，似于碳质球粒陨石，C型小行星类富含碳质，可能含有20％的水，同时包含多种与生命有关的重要有机分子，这有可能成为探索地球生命起源的线索。

现有技术中的星表采样方式主要有钻取式、冲击式、抓铲式、接触即离式、和复合式等。其中，钻取式采样方式的研究最为普遍，可以采集大量深层松散土壤样本，并保持样本层理信息，但不便采集表层土壤样本及岩石样本，且能耗较大。抓取式可对表层松散土壤，但无法破碎岩石样本。接触即离式，是通过弹射具有一定初速度的投射弹剧烈碰撞星表，收集飞溅的样本，但采集样本碎屑化。复合式采集方式是集成多种采样方法进行工作，可满足采样量、采样深度、采样种类和保持样品层理信息等要求，但相应地会造成体积大、质量大、结构复杂和能耗大等问题。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的问题，提出一种用于小行星环境的岩石破碎取样器。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于小行星环境的岩石破碎取样器，它包括蜗状凸轮、中心转轮、滚针轴承和冲击单元，所述中心转轮同轴安装于蜗状凸轮内，所述滚针轴承沿蜗状凸轮内侧均布，所述中心转轮沿圆心方向上设置有与冲击单元配合的滑槽，所述冲击单元包括储能弹簧、冲击振子、防撞缓冲块、凸轮滚子和挡板，所述滑槽底部安装储能弹簧，所述冲击振子与储能弹簧接触并安装于滑槽开口处一侧，所述挡板固定连接于滑槽开口处，所述挡板上开设有供冲击振子通过的孔，所述防撞缓冲块安装于滑槽内并与挡板固定连接，所述凸轮滚子对称设置于冲击振子两侧并与滚针轴承配合连接。

更进一步的，所述冲击单元数量为至少三组。

更进一步的，所述滑槽数量与冲击单元个数相同，沿中心转轮圆心方向均匀布置。

更进一步的，所述冲击振子与储能弹簧为滑动连接。

更进一步的，所述挡板通过螺栓固定连接于滑槽开口处。

更进一步的，所述蜗状凸轮与外部装置机架固定连接。

更进一步的，所述中心转轮轴心处与外部装置的转动轴连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明冲击岩石等对象时，无需提供轴向压力，可通过调整冲击速度优化反射功，减小反射功对系统的扰动，释放冲击振子时，中心转轮及支撑系统充当平衡质量，该质量远大于冲击振子质量，支撑系统扰动小，具有低反力破碎岩石的优点；本发明蜗状凸轮外侧布置，压力角小，冲击振子和蜗状凸轮上分别装配凸轮滚子和滚针轴承，二者间动摩擦系数小，具有低能耗破碎岩石的优点；本发明冲击频率的提升不受自身结构限制，旋冲实现非法向冲击与作用点相位的传播，且冲击振子直接作用于岩石样本，提高了破岩效果，加快了诱导裂纹的扩展，避免冲击传递环节能量损失，具有高效率的破碎岩石的优点；本发明可得到岩石颗粒样本，可保存一定的样本层理成分信息，解决了现有技术中样本碎屑化的问题，所采集的岩石样本具有更大科研价值；本发明机构体积小，机构简单，可靠性高。

附图说明

图1为本发明所述的一种用于小行星环境的岩石破碎取样器结构示意图

图2为本发明所述的一种用于小行星环境的岩石破碎取样器局部剖面图

图3为本发明所述的一种用于小行星环境的岩石破碎取样器局部放大图

1：蜗状凸轮，2：中心转轮，3：滚针轴承，4：冲击单元，4-1：储能弹簧，4-2：冲击振子，4-3：防撞缓冲块，4-4：凸轮滚子，4-5：挡板，4-6：螺栓

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。

参见图1-3说明本实施方式，一种用于小行星环境的岩石破碎取样器，它包括蜗状凸轮1、中心转轮2、滚针轴承3和冲击单元4，所述中心转轮2同轴安装于蜗状凸轮1内，所述滚针轴承3沿蜗状凸轮1内侧均布，所述中心转轮2沿圆心方向上设置有与冲击单元4配合的滑槽，所述冲击单元4包括储能弹簧4-1、冲击振子4-2、防撞缓冲块4-3、凸轮滚子4-4和挡板4-5，所述滑槽底部安装储能弹簧4-1，所述冲击振子4-2与储能弹簧4-1接触并安装于滑槽开口处一侧，所述挡板4-5固定连接于滑槽开口处，所述挡板4-5上开设有供冲击振子4-2通过的孔，所述防撞缓冲块4-3安装于滑槽内并与挡板4-5固定连接，所述凸轮滚子4-4对称设置于冲击振子4-2两侧并与滚针轴承3配合连接。

本发明所述蜗状凸轮1与外部装置机架固定连接，中心转轮2轴心处与外部装置的转动轴连接，由转动轴提供驱动力，使中心转轮2绕转动轴顺时针旋转，工作时，本发明位于岩石样本上方，当本发明从图2所示位置开始工作时，储能弹簧4-1处于压缩状态，当冲击振子4-2脱离蜗状凸轮1的约束，储能弹簧4-1开始恢复初始长度，弹性储能转化为冲击振子4-2的动能，冲击振子4-2在储能弹簧4-1的作用力下向下运动，直至与防撞缓冲块4-3接触，防撞缓冲块4-3被压缩，吸收一部分冲击振子的动能，起到缓冲作用，此时冲击振子4-2开始减速，冲击振子4-2运动到挡板4-5处为最大行程，在中心转轮2持续旋转过程中，冲击振子4-2会碰撞位于本发明下方的岩石样本，完成一次岩石破碎冲击。中心转轮2继续旋转，冲击振子4-2将与蜗状凸轮1接触，受蜗状凸轮1约束，冲击振子4-2向中心转轮2滑槽底部运动，储能弹簧4-1开始被压缩，当中心转轮2继续旋转，冲击振子4-2运动到图2所示位置时，将开始重复岩石破碎冲击工作。本发明设计有六组冲击单元4，中心转轮2旋转一圈，本发明所述一种用于小行星环境的岩石破碎取样器完成六次岩石破碎冲击工作。

本发明可安装于小行星星表探测器的破岩取样机构中，对小行星星表的岩石破碎取样。本发明也可安装于地球环境的岩石破碎装置中，用于地上或底下的岩石破碎工作。

以上对本发明所提供的一种用于小行星环境的岩石破碎取样器，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种用于小行星环境的岩石破碎取样器，其特征在于：它包括蜗状凸轮(1)、中心转轮(2)、滚针轴承(3)和冲击单元(4)，所述中心转轮(2)同轴安装于蜗状凸轮(1)内，所述滚针轴承(3)沿蜗状凸轮(1)内侧均布，所述中心转轮(2)沿圆心方向上设置有与冲击单元(4)配合的滑槽，所述冲击单元(4)包括储能弹簧(4-1)、冲击振子(4-2)、防撞缓冲块(4-3)、凸轮滚子(4-4)和挡板(4-5)，所述滑槽底部安装储能弹簧(4-1)，所述冲击振子(4-2)与储能弹簧(4-1)接触并安装于滑槽开口处一侧，所述挡板(4-5)固定连接于滑槽开口处，所述挡板(4-5)上开设有供冲击振子(4-2)通过的孔，所述防撞缓冲块(4-3)安装于滑槽内并与挡板(4-5)固定连接，所述凸轮滚子(4-4)对称设置于冲击振子(4-2)两侧并与滚针轴承(3)配合连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于小行星环境的岩石破碎取样器，其特征在于：所述冲击单元(4)数量为至少三组。

3.根据权利要求2所述的一种用于小行星环境的岩石破碎取样器，其特征在于：所述滑槽数量与冲击单元个数相同，沿中心转轮(2)圆心方向均匀布置。

4.根据权利要求1所述的一种用于小行星环境的岩石破碎取样器，其特征在于：所述冲击振子(4-2)与储能弹簧(4-1)为滑动连接。

5.根据权利要求1所述的一种用于小行星环境的岩石破碎取样器，其特征在于：所述挡板(4-5)通过螺栓(4-6)固定连接于滑槽开口处。

6.根据权利要求1所述的一种用于小行星环境的岩石破碎取样器，其特征在于：所述蜗状凸轮(1)与外部装置机架固定连接。

7.根据权利要求1所述的一种用于小行星环境的岩石破碎取样器，其特征在于：所述中心转轮(2)轴心处与外部装置的转动轴连接。