CN109178350B - 一种具备拉压双向缓冲功能的伸缩驱动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具备拉压双向缓冲功能的伸缩驱动装置，属于航天机械领域。本发明通过在外筒内部设有压缩吸能材料、在外筒外部设有拉伸吸能材料以及在外筒内部设置的滚珠丝杠及其与拉伸装置、压缩装置相配合的设计，实现了着陆器辅助缓冲装置在着陆过程中的拉压双向吸能以及完成着陆后对着陆器本体的姿态调整功能，有利于扩展着陆器的有效探测范围并增强其作业效率。本发明的结构设计合理、性能可靠、通用化程度高，可满足集拉压缓冲性能于一体的可伸缩驱动装置的功能要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种具备拉压双向缓冲功能的伸缩驱动装置，属于航天机械领域。
背景技术
目前，外星体探测着陆器在着陆后只能维持在缓冲后的状态，不具备主动调节姿态的能力，因而当着陆区域星表地形地貌不平整(倾斜或存在凸起、凹陷)时，着陆器将出现姿态倾斜等不正常的状态且无法主动调整，将会影响后续探测任务的实施。
因此，在我国未来对外星体的着陆探测中，对着陆器实现软着陆后的姿态调整能力和移动能力的提出了要求，以适应更大范围探测任务的需要。考虑到航天任务对软着陆装置的结构质量及包络尺寸要求严格，因此对于研发一种具备着陆缓冲和调姿行走等功能于一体的具备拉压双向缓冲功能的伸缩驱动装置是一项非常有意义的研究内容。
发明内容
为了解决以上现有技术中存在的问题，本发明设计了一种具备拉压双向缓冲功能的伸缩驱动装置，可作为缓冲/行走一体化软着陆机构的驱动/缓冲装置，通过在装置外筒中设置可拉伸缓冲以及可压缩缓冲装置，可以实现拉压缓冲及伸缩运动的目的，解决了现有技术中存在的问题，对于着陆缓冲设备的后期结构设计提供研究基础。
本发明是这样实现的：
一种具备拉压双向缓冲功能的伸缩驱动装置，装置包括外筒，外筒一端设置有万向节；外筒的另一端设置有端盖；
在靠近万向节的一端、外筒内部依次设置有轴承、压缩缓冲材料，压缩缓冲材料后端连接于活塞杆，通过活塞杆将压缩缓冲材料固定在外筒的凸台位置，在装置外筒的内部形成可压缩缓冲装置。压缩缓冲材料能够保证该装置在受到压力时，能更好的实现该装置的缓冲功能。
在外筒内部还设置有滚珠丝杠，所述的滚珠丝杠依次穿过轴承、压缩缓冲材料、活塞杆的内部，且穿过端盖伸出至外筒外部；
滚珠丝杠位于外筒内部的一端，在外筒内部与从动同步带轮连接，位于外筒外部的一端与球铰固定连接；滚珠丝杠上面活动安装有丝杠螺母，并且丝杠螺母与活塞杆端部的内筒边缘轴孔形状相配合，进而实现前后移动，并且防止丝杠螺母在滚珠丝杠自动旋转时而无法实现伸缩功能；活塞杆内部的安装孔内、在沿轴对称方向依次设置有弹簧I和微限位销轴螺栓，通过弹簧I和微限位销轴螺栓以实现对丝杠螺母的限位锁定功能。
端盖在外筒的外部连接有拉伸外罩，端盖与拉伸外罩之间通过螺纹连接在一起。端盖与拉伸外罩组成的内部空腔内安装有拉伸缓冲材料，在外筒的外部形成可拉伸缓冲装置。拉伸缓冲材料能够保证该装置在受到拉力时，能更好的实现该装置的缓冲功能。在拉伸缓冲材料和外筒组成的内部空腔内安装有复位弹簧，当拉伸缓冲材料被拉伸运动压缩后，复位弹簧可以实现对拉伸外罩和端盖的复位操作，进而保证机构的体积不会变化。
端盖两侧设置有安装孔，在安装孔内沿轴对称方向依次安装有封闭螺栓、弹簧II和限位销轴，可以实现对活塞杆的限位作用，以提高其结构稳定性。钢丝绳穿过依次封闭螺栓、弹簧II固定在限位销轴上，可以通过拉动钢丝绳调节限位销轴伸缩运动。活塞杆穿过直线轴承并通过限位销轴卡住其轴肩位置，和压缩缓冲材料一起限制住活塞杆的往复运动。
进一步，所述的从动同步带轮通过轴端盖和端盖紧固螺栓固定在滚珠丝杠的端部；所述的从动同步带轮与同步带连接，同步带伸出至外筒；所述的从动同步带轮通过同步带与外筒外部的主动同步带轮连接，进而实现运动的传输功能。
进一步，所述的外筒外部侧壁、近万向节一端设置有电机安装支架；在电机安装支架上通过螺栓固定连接有伺服电机和减速机，伺服电机和减速机之间通过螺栓连接固定；主动同步带轮安装在减速机轴上。
进一步，所述的限位销轴通过弹簧II压紧在端盖内孔的限位孔位置，通过手动调节封闭螺栓调整弹簧II弹力；所述的封闭螺栓、调整弹簧II、限位销轴均设置为四组。可以根据弹力需要，手动调节好弹簧II对限位销轴的压力，进而保证限位销轴的结构敏感度符合设计要求。
进一步，所述的端盖在与外筒连接处设置有安装孔，直线轴承通过四套直线轴承紧固螺钉固定在端盖安装孔内。
进一步，所述的外筒内部依次设置有两组轴承，在外筒的轴承安装孔内安装有两个角接触球轴承；滚珠丝杠与角接触球轴承的内孔配合安装在一起，进而实现自由转动的功能。
进一步，所述的万向节与外筒通过万向节紧固螺栓连接。
进一步，所述的球铰与活塞杆之间通过螺栓固定连接。通过螺栓连接并固定在一起，防止松动。
进一步，所述的活塞杆端部设置为的延长筒，并延长连接至端盖。在活塞杆端部做一个比较长的延长筒，以避免压缩缓冲材料对丝杠运动产生影响。
进一步，所述外筒结构为了降低加工生产成本及其结构质量，采用多级螺纹连接方式串联在一起，以保证结构强度要求及结构稳定性。
本发明与现有技术的有益效果在于：
1、本发明通过在装置外筒的内部设有可压缩缓冲装置以及在外筒的外部设有可拉伸缓冲装置，以及滚珠丝杠的设计、滚珠丝杠与拉伸装置、压缩装置的配合，实现了对着陆器辅缓冲机构受到拉力或者压力过程中，结构的拉压缓冲性能的缓冲性能，而且也实现了对拉压缓冲性能于一体的可伸缩装置，实现了拉压缓冲及伸缩运动的目的；
2、本发明的装置集拉压缓冲性能于一体，因此，可作为缓冲/行走一体化软着陆机构的驱动/缓冲装置；考虑到着陆后整器的姿态调整的因素，设计成可伸缩装置解决了现有技术中不能使着陆器在着陆区域有效移动及位姿调整的问题，也能够解决现有技术中缺乏相应的软着陆机构机动性不足的缺陷，对于着陆缓冲设备的后期结构设计提供了一定的研究意义；
3、本发明的结构设计合理，作业质量好，作业可靠，通用化程度高，完全满足了集拉压缓冲性能于一体的可伸缩结构的性能要求。
附图说明
图1是本发明一种具备拉压双向缓冲功能的伸缩驱动装置的结构剖视图；
图2是本发明的丝杠螺母和活塞杆安装结构示意图；
图3是本发明的可拉伸缓冲装置的局部结构安装示意图；
图4是本发明的丝杠螺母初始及限位后结构示意图；
图中各标号：1-外筒、2-角接触球轴承、3-滚珠丝杠、4-压缩缓冲材料、5-丝杠螺母、6-活塞杆、7-紧定螺钉、8-弹簧I、9-微限位销轴螺栓、10-拉伸外罩、11-拉伸缓冲材料、12-端盖、13-封闭螺栓、14-弹簧II、15-限位销轴、16-球铰、17-复位弹簧、18-直线轴承紧固螺钉、19-直线轴承、20-伺服电机、21-减速机、22-电机安装支架、23-主动同步带轮、24-同步带、25-从动同步带轮、26-轴端盖、27-端盖紧固螺栓、28-万向节、29-万向节紧固螺栓、30-钢丝绳。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚，明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当指出此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明的一可伸缩装置，包括外筒1、角接触球轴承2、滚珠丝杠3、压缩缓冲材料4、丝杠螺母5、活塞杆6、紧定螺钉7、弹簧I8、微限位销轴螺栓9、拉伸外罩10、拉伸缓冲材料11、端盖12、封闭螺栓13、弹簧II14、限位销轴15、球铰16、复位弹簧17、直线轴承紧固螺钉18、直线轴承19、伺服电机20、减速机21、电机安装支架22、主动同步带轮23、同步带24、从动同步带轮25、轴端盖26、端盖紧固螺栓27、万向节28、万向节紧固螺栓29，钢丝绳30。
外筒1一端设置有万向节28；外筒1的另一端设置有端盖12，外筒1结构采用多级螺纹连接方式串联在一起。在靠近万向节28一端、外筒1内部依次设置有轴承、压缩缓冲材料4，压缩缓冲材料4后端连接于活塞杆6，压缩缓冲材料4能够保证该装置在受到压力时，能更好的实现该装置的缓冲功能。在外筒(1)内部还设置有滚珠丝杠3，滚珠丝杠3依次穿过轴承、压缩缓冲材料4、活塞杆6的内部，且穿过端盖12伸出至外筒1外部。两个角接触球轴承2安装在外筒的轴承安装孔内；滚珠丝杠3与角接触球轴承2的内孔配合安装在一起，进而实现自由转动的功能。
电机安装支架22与外筒1连接在一起；伺服电机20和减速机21之间通过螺栓连接固定在一起，通过螺栓连接固定在电机安装支架22上；主动同步带轮23安装在减速机21轴上；从动同步带轮25通过轴端盖26和端盖紧固螺栓27固定在滚珠丝杠3的端部；主动同步带轮23、和从动同步带轮25之间通过同步带24连接在一起，进而实现运动的传输功能；万向节28一端的安装孔通过万向节紧固螺栓29固定在外筒1端部的安装孔内。
如图2所示，滚珠丝杠3上面活动安装有丝杠螺母5，并且丝杠螺母5与活塞杆6端部的内筒边缘轴孔形状相配合，防止丝杠螺母5出现滚珠丝杠3自动旋转而无法实现伸缩功能。在活塞杆6内部有四套沿轴对称方向的紧定螺钉7将四套弹簧I8和微限位销轴螺栓9限制在安装孔内，以实现对丝杠螺母5的限位锁定功能；
如图3所示，端盖12在外筒1的外部连接有拉伸外罩10，端盖12与拉伸外罩10之间通过螺纹连接在一起；拉伸缓冲材料11安装在端盖12与拉伸外罩10组成的内部空腔内，拉伸缓冲材料11能够保证该装置在受到拉力时，能更好的实现该装置的缓冲功能；复位弹簧17安装在拉伸缓冲材料11和外筒1组成的内部空腔内，当拉伸缓冲材料11被拉伸运动压缩后，复位弹簧17可以实现对拉伸外罩10和端盖12的复位操作，进而保证机构的体积不会变化。四套封闭螺栓13、弹簧II14和限位销轴15沿轴对称方向安装在端盖12对应的安装孔内，其中限位销轴15通过弹簧II14压紧在端盖12内孔的限位孔位置,通过手动调节封闭螺栓13调整弹簧II14弹力的大小；四根钢丝绳30穿过四个封闭螺栓13和四个弹簧II14分别固定在四套限位销轴15上，可以通过拉动四根钢丝绳30调节四套限位销轴15伸缩运动。端盖12安装的4组封闭螺栓13能够根据实际需要，手动调节好弹簧II14对限位销轴15的压力，进而保证限位销轴15的结构敏感度符合设计要求。球铰16与活塞杆6之间通过螺栓连接并固定在一起；直线轴承19通过四套直线轴承紧固螺钉18固定在端盖12安装孔内。在活塞杆6端部做一个比较长的延长筒，以避免压缩缓冲材料4对丝杠运动产生影响；活塞杆6穿过直线轴承19并通过限位销轴15卡住其轴肩位置，和压缩缓冲材料4一起限制住活塞杆6的往复运动。
如图4所示，压缩缓冲材料4安放在外筒1内部，活塞杆6将压缩缓冲材料4固定在外筒1的凸台位置，丝杠螺母5安装在滚珠丝杠3上面，并且与活塞杆6端部的内筒边缘轴孔形状相配合在一起，进而实现前后移动。根据需要，滚珠丝杠3转动推进丝杠螺母5能够活塞杆6内部向前移动，丝杠螺母5运动到微限位销轴螺栓9位置，微限位销轴螺栓9锁定丝杠螺母5，此时丝杠螺母5和活塞杆6之间实现了连接。
本发明的工作原理为：
当球铰16受到外部拉伸载荷时，球铰16将力传给活塞杆6，活塞杆6开始运动，活塞杆6上的轴肩部，受到限位销轴15的限位，进而活塞杆6施加力给限位销轴15，限位销轴15受力带动端盖12，由于拉伸外罩10和端盖12之间通过螺纹连接在一起，因此拉伸外罩10被同时带动压缩复位弹簧17和拉伸缓冲材料11，拉伸到位后，此时，四根钢丝绳30同时将四套限位销轴15拉回到端盖12内腔中，解除对活塞杆6的限位作用。复位弹簧17将拉伸外罩10和端盖12弹回到原位。完成了一次拉伸缓冲功能。此时伺服电机20带动减速机21通过主动同步带轮23、同步带24和从动同步带轮25将动力传输到滚珠丝杠3转动，进而推进丝杠螺母5开始在在活塞杆6内部向前移动，直到丝杠螺母5运动到微限位销轴螺栓9位置，微限位销轴螺栓9锁定丝杠螺母5，此时丝杠螺母5和活塞杆6之间实现了连接，进而可以带动活塞杆6和球铰16往返运动，实现伸缩运动。
当球铰16受到外部压缩载荷时，球铰16将力传给活塞杆6，活塞杆6开始运动，活塞杆6后端的平面结构会沿外筒1移动压缩压缩缓冲材料4，完成了一次压缩缓冲功能，此时，四根钢丝绳30同时将四套限位销轴15拉回到端盖12内腔中，解除对活塞杆6的限位作用。复位弹簧17将拉伸外罩10和端盖12弹回到原位。完成了一次拉伸缓冲功能。此时伺服电机20带动减速机21通过主动同步带轮23、同步带24和从动同步带轮25将动力传输到滚珠丝杠3转动，进而推进丝杠螺母5开始在在活塞杆6内部向前移动，直到丝杠螺母5运动到微限位销轴螺栓9位置，微限位销轴螺栓9锁定丝杠螺母5，此时丝杠螺母5和活塞杆6之间实现了连接，进而可以带动活塞杆6和球铰16往返运动，实现伸缩运动。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种具备拉压双向缓冲功能的伸缩驱动装置，其特征在于，所述的装置包括外筒（1），外筒（1）一端设置有万向节（28）；外筒（1）的另一端设置有端盖（12）；
在所述的万向节（28）一端、外筒（1）内部依次设置有轴承、压缩缓冲材料（4），所述的压缩缓冲材料（4）后端连接于活塞杆（6），通过活塞杆（6）将压缩缓冲材料（4）固定在外筒（1）的凸台位置；
在外筒（1）内部还设置有滚珠丝杠（3），所述的滚珠丝杠（3）依次穿过轴承、压缩缓冲材料（4）、活塞杆（6）的内部，且穿过端盖（12）伸出至外筒（1）外部；
所述的滚珠丝杠（3）位于外筒（1）内部的一端与从动同步带轮（25）连接，位于外筒（1）外部的一端与球铰（16）固定连接；
所述的滚珠丝杠（3）上面活动安装有丝杠螺母（5），并且丝杠螺母（5）与活塞杆（6）端部的内筒边缘轴孔形状相配合；所述的活塞杆（6）内部的安装孔内、在沿轴对称方向依次设置有弹簧I（8）和微限位销轴螺栓（9），通过弹簧I（8）和微限位销轴螺栓（9）对丝杠螺母（5）的限位锁定；
所述的端盖（12）在外筒（1）的外部连接有拉伸外罩（10），所述的端盖（12）与拉伸外罩（10）组成的内部空腔内安装有拉伸缓冲材料（11）；在拉伸缓冲材料（11）和外筒（1）组成的内部空腔内安装有复位弹簧（17）；
所述的端盖（12）两侧设置有安装孔，所述的安装孔内沿轴对称方向依次安装有封闭螺栓（13）、弹簧II（14）和限位销轴（15）；钢丝绳（30）穿过依次封闭螺栓（13）、弹簧II（14）固定在限位销轴（15）上。
2.根据权利要求1所述的一种具备拉压双向缓冲功能的伸缩驱动装置，其特征在于，所述的从动同步带轮（25）通过轴端盖（26）和端盖紧固螺栓（27）固定在滚珠丝杠（3）的端部；所述的从动同步带轮（25）与同步带（24）连接，同步带（24）伸出至外筒（1）；所述的从动同步带轮（25）通过同步带（24）与外筒（1）外部的主动同步带轮（23）连接。
3.根据权利要求2所述的一种具备拉压双向缓冲功能的伸缩驱动装置，其特征在于，所述的外筒（1）外部的近万向节（28）一端设置有电机安装支架（22）；在所述的电机安装支架（22）上通过螺栓固定连接有伺服电机（20）和减速机（21），伺服电机（20）和减速机（21）之间通过螺栓连接固定；主动同步带轮（23）安装在减速机（21）轴上。
4.根据权利要求1所述的一种具备拉压双向缓冲功能的伸缩驱动装置，其特征在于，所述的限位销轴（15）通过弹簧II（14）压紧在端盖（12）内孔的限位孔位置，通过手动调节封闭螺栓（13）调整弹簧II（14）弹力；所述的封闭螺栓（13）、调整弹簧II（14）、限位销轴（15）均设置为四组。
5.根据权利要求1所述的一种具备拉压双向缓冲功能的伸缩驱动装置，其特征在于，所述的端盖（12）在与外筒（1）连接处设置有安装孔，直线轴承（19）通过四套直线轴承紧固螺钉（18）固定在端盖（12）安装孔内。
6.根据权利要求1所述的一种具备拉压双向缓冲功能的伸缩驱动装置，其特征在于，所述的外筒（1）内部依次设置有两组轴承，在外筒（1）的轴承安装孔内安装有两个角接触球轴承（2）；滚珠丝杠（3）与角接触球轴承（2）的内孔配合安装。
7.根据权利要求1所述的一种具备拉压双向缓冲功能的伸缩驱动装置，其特征在于，所述的万向节（28）与外筒（1）通过万向节紧固螺栓（29）连接。
8.根据权利要求1所述的一种具备拉压双向缓冲功能的伸缩驱动装置，其特征在于，所述的球铰（16）与活塞杆（6）之间通过螺栓固定连接。
9.根据权利要求1所述的一种具备拉压双向缓冲功能的伸缩驱动装置，其特征在于，所述的活塞杆（6）端部设置为的延长筒，并延长连接至端盖（12）。
10.根据权利要求1所述的一种具备拉压双向缓冲功能的伸缩驱动装置，其特征在于，所述的外筒（1）结构采用多级螺纹连接方式串联。
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