CN110395415A - 一种通用零重力卸载装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通用零重力卸载装置，用于实现星载天线地面模拟展开，本发明针对天线卸载重量大、卸载精度要求高的需求而研制，采用转动代替滑动，采用平衡砝码预先配平公转承载梁相对固定公转单元中心的重力矩。保证其始终处于竖直状态，设计重力适应轴保证随动自转单元轴线自动铅垂，显著提升了卸载的平稳性；本发明通过行星式双转动运动自适应卸载点二维运动，配合卸载索上下运动完成三维空间运动，可以实现重叠类天线以及其它满足该轨迹包罗天线模拟零重力展开，通用性好。安装调试简单，运输方便，适用于多种场合的快速使用。

Description

一种通用零重力卸载装置

技术领域

本发明涉及一种通用零重力卸载装置，用于实现星载天线地面模拟展开，属于天线机构技术领域。

背景技术

可展开重叠天线的研制其展开轨迹及形式如图3、图4。由于该类天线的展开形式复杂，需要对反射器进行质心精准卸载，由于质心卸载需要配重框架对质心进行配置，这样导致天线展开部分重量较大。

现有的滑轨卸载在大质量重力的作用下导致滑轨变形，阻力较大。这样天线在机构驱动下转动时，电机作用在谐波上使其发生弹性变形并逐步加大输出力矩，当力矩大于阻力矩时，天线才能转动，谐波弹性力矩释放后，又会停止转动继续蓄积弹性势能，这样天线展开呈现间歇式转动展开，对产品的安全及测试精度有较大影响，并且不能很好的模拟在轨零重力展开运动，故提出一种通用零重力卸载装置。

现有《一种零重力悬挂式展开试验装置》专利、天线卸载过程中卸载点运动均为直线滑动，天线卸载过程中卸载轨道由于变形较大导致直线度变差使卸载摩擦力增大，当需要卸载重量较大时，使得卸载阻力更大不能满足天线展开要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种通用重力卸载装置，通过行星式双转动运动自适应卸载点二维运动，配合卸载索上下运动完成三维空间运动，应用本装置可以实现重叠类天线以及其它满足该轨迹包罗天线模拟零重力展开。

本发明目的通过如下技术方案予以实现：

本发明提供一种通用零重力卸载装置，包括固定公转单元，公转承载梁，平衡法码，随动自转单元，自转承载梁，固定滑轮，卸载索，随动法码和重力适应轴；

固定公转单元的转动部分能够绕固定部分的轴线转动，固定部分固定在使用位置，转动部分和公转承载梁固定，使得公转承载梁能够绕固定公转单元固定部分绕轴线转动；

公转承载梁的一端连接随动自转单元的固定部分，另一端连接平衡法码；

随动自转单元为转动组件，转动部分固定至自转承载梁的中心处，固定部分通过重力适应轴连接至公转承载梁，通过重力适应轴在加载后随动自转单元自适应至铅垂后，压紧固定至固定至公转承载梁；

自转承载梁的两端均设置固定滑轮；卸载索沿自转承载梁底端一端通过固定滑轮转向为竖直向下作为卸载端，另一端通过固定滑轮转向为竖直向下连接随动法码。

优选的，随动自转单元的固定部分具有连接部，连接部连接在公转承载梁的一端，重力适应轴穿过连接部和公转承载梁的通孔，重力适应轴与通孔为间隙配合，加载后待随动自转单元通过重力适应轴安装在公转承载梁自适应铅垂后，压紧固定部分压紧螺钉使随动自转单元与公转承载梁相对位置固定。

优选的，平衡法码进行重量增减或者位置移动以达到公转承载梁相对其转轴的力矩配平，使得公转承载梁处于水平状态，并且固定平衡砝码配平部分重量，从而保证固定公转单元轴线在转动过程受力始终竖直向下。

优选的，固定公转单元的轴线距离随动自转单元的距离为轴线L1，随动自转单元距离卸载端的水平距离为L2，满足L1+L2≥R，R为天线水平活动范围半径。

优选的，固定公转单元固定部分设置安装法兰面对外连接固定。

优选的，按照天线展开部分重量选择随动法码。

提供一种利用所述的一种通用零重力卸载装置进行零重力试验的方法，包括如下步骤：

(1)对固定公转单元进行平衡力情况下的安装端面水平，使其转轴处于垂直；

(2)根据天线展开部分重量，选择相应重量的随动法码；计算所需平衡法码的重量并进行安装平衡法码；

(3)将卸载索一端悬挂至天线卸载安装点，另一端穿过固定在自转承载梁两端的固定滑轮与随动法码连接进行加载，待随动自转单元通过重力适应轴安装在公转承载梁自动铅垂后，压紧随动自传单元固定部分压紧螺钉；

(4)开始当前天线的展开试验。

优选的，所需平衡法码的重量计算方法为：

设平衡法码到固定公转单元的距离为L3，待悬挂法配平后，平衡法码的需增加的重量为2倍的随动法码乘以L1载除以L3，设计L3＝2×L1，因此平衡法码需增加的重量和随动法码的重量相等。

优选的，步骤(2)中对固定公转单元进行垂直调整的方法为：采用水平尺测量公转承载梁的上表面的水平度，当水平度满足要求，表明固定公转单元垂直度满足要求。

优选的，天线展开时卸载点驱动卸载索沿垂直地面方向自由运动，实现竖直方向的随动；当天线卸载点水平运动时，卸载索随卸载点运动，使得自转承载梁绕随动自转单元轴线转动；由于卸载点运动轨迹不是纯圆轨迹，所以当卸载点转动轨迹离开自转承载梁绕随动自转单元轴线转动轨迹后，会驱动公转承载梁绕固定公转单元轴线转动。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明针对天线卸载重量大、卸载精度要求高的需求而研制，采用转动代替滑动，采用平衡砝码预先配平公转承载梁相对固定公转单元中心的重力矩。保证其始终处于竖直状态，设计重力适应轴保证随动自转单元轴线自动铅垂，显著提升了卸载的平稳性；

(2)另外针对现有卸载装置安装接口多，安装调试时间长的问题，本装置安装调试简单，运输方便，适用于多种场合的快速使用。

(3)本发明通过行星式双转动运动自适应卸载点二维运动，配合卸载索上下运动完成三维空间运动，可以实现重叠类天线以及其它满足该轨迹包罗天线模拟零重力展开，通用性好。

附图说明

图1一种通用零重力卸载装置行星式运动示意图；

图2卸载点水平运动范围示意图；

图3重叠天线展开卸载点水平投影轨迹示意图；

图4重叠天线结构示意图；

图5为随动自转单元结及重力适应轴结构示意图；

图6为固定公转单元结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种行星式轨迹零重力卸载装置10，包括固定公转单元1，公转承载梁2，平衡法码3，随动自转单元4，自转承载梁5，固定滑轮6，卸载索7，随动法码8，重力适应轴9等。

结合图6，固定公转单元1的固定部分固定在工作位置，转动部分固定在公转承载梁2上，转动部分能够绕单元轴线转动。

公转承载梁2为方管型材，其一端连接随动自转单元4的固定部分，另一端连接平衡法码3；固定公转单元1的轴线距离随动自转单元4的距离为轴线L1。

自转承载梁5为方管型材，两端均设置固定滑轮6，中心和随动自转单元4转动部分连接，随动自转单元4距离卸载端的水平距离为L2。卸载索7沿自转承载梁5底端一端通过固定滑轮6转向为竖直向下卸载端，另一端通过固定滑轮6转向为竖直向下连接随动法码8。卸载端的卸载索7吊载在天线的过质心位置。

结合图5，随动自转单元4为转动组件，固定部分通过重力适应轴9固定至公转承载梁2；转动部分固定至自转承载梁5。随动自转单元4固定部分具有连接部，连接部包覆在公转承载梁2的一端，重力适应轴9穿过连接部和公转承载梁2的通孔对二者进行连接，重力适应轴9与通孔为间隙配合，可以小范围转动，待随动自转单元4通过重力适应轴9安装在公转承载梁2在重力作用下自动铅垂后，压紧自传单元固定部分压紧螺钉使其随动自转单元4固定部分与公转承载梁2相对位置固定。

本发明的具体使用方法如下：

(1)根据天线展开部分重量，选择相应重量的随动法码8；计算所需平衡法码3的重量并进行安装配重。

设平衡法码3到固定公转单元3的距离为L3,待悬挂法配平该装置本身后，平衡法码3的需增加的重量为2倍的随动法码8乘以L1载除以L3,通常设计L3＝2×L1，所以平衡法码3需增加的重量通常和随动法码8的重量相等。

(2)完成卸载装置的调平，对固定公转单元1进行平衡力情况下的垂直调整。调整时可以采用水平尺调整固定公转单元固定部分法兰端面使其水平。

(3)将卸载索7一端悬挂至天线卸载安装点，另一端穿过固定在自转承载梁5两端的固定滑轮6与随动法码8连接进行加载，待随动自转单元4通过重力适应轴9安装在公转承载梁2自动铅垂后，压紧自传单元固定部分压紧螺钉使其相对位置固定。

(4)开始当前天线的展开试验。天线展开时卸载点驱动卸载索7沿垂直地面方向可以自由运动。当天线卸载点水平运动时，卸载索7就会随卸载点的运动而动，进而使得安装在随动自转单元4的自转承载梁5绕随动自转单元4轴线转动。由于卸载点运动轨迹不是纯圆轨迹，所以当卸载点转动轨迹离开自转承载梁5绕随动自转单元4轴线转动轨迹后，会驱动公转承载梁2绕固定公转单元1轴线转动对其轨迹进行合成，这样该装置随卸载点最大运动范围为以固定公转单元1为中心，两个转动单元轴距L1加上固定滑轮到二级单元的距离L2之和为半径(L1+L2)的一个圆内。

(5)完成当前天线的展开试验，返回步骤(3)更换下一天线的展开试验。

工作时先根据天线展开部分重量，选择相应重量的随动法码8,卸载索7穿过固定在自转承载梁5两端的固定滑轮6,一端悬挂天线卸载安装点。另一端和随动法码8连接。这样天线展开过程中卸载点随天线展开驱动卸载索7在垂直地面方向可以自由运动。由于重叠类天线展开时卸载点在垂直地面的方向以及水平方向形成一个三维运动，所以还需进行水平范围运动。当天线卸载点在水平运动时，卸载点就会随天线展开方向随动，进而使得安装在随动自传单元4的自转承载梁5绕随动自传单元4轴线转动。由于卸载点运动轨迹不是纯圆弧轨迹，所以当卸载点转动轨迹离开自转承载梁5绕随动自传单元4轴线转动的圆弧轨迹后，安装在公转承载梁2的随动自传单元4会驱动公转承载梁2绕固定公转单元1轴线转动。这样该装置自适应卸载点的最大运动范围为以固定公转单元1为中心，两个转动单元轴距L1加上固定滑轮6到随动自传单元4轴线的距离L2之和为半径(L1+L2)的一个圆内。

本装置通过公转承载梁2绕固定公转单元1转动和自转承载梁5绕随动自转单元4转动的行星式运动可适应卸载点水平范围内任意二维运动，通过自转承载梁5两端的固定滑轮6完成卸载点重力方向的垂直自由运动。通过双转动代替正交滑动运动使得摩擦力大幅减小，克服了滑动过程由于动静摩擦力切换导致的阻力瞬间变化而引起的晃动，从而显著提高天线展开平稳性。

本装置通过对安装在公转承载梁2的平衡法码3进行重量增减或者位置移动以达到公转承载梁2相对其转轴的力矩配平，从而保证固定公转单元1轴线在转动过程受力始终竖直向下。解决了因外力矩引起的倾斜变形，提高了固定公转单元1的转动平顺性。

本装置通过设计自转承载梁5两端固定滑轮6距离随动自转单元4轴线距离相等，使得自转承载梁5相对随动自转单元4轴线力矩平衡，这样随动自转单元4受到恒定铅垂力的作用。从而使工作负载情况下由于随动自转单元4横定铅垂力引起的公转承载梁2变形导致的随动自转单元4轴线倾斜通过重力适应轴9进行一次性偏差补偿后固定，使得随动自转单元4在整个卸载过程始终固定在竖直状态，可以解决因为卸载承载较大而引起卸载装置变形导致的阻力大幅增大问题，无需人工进行垂直调整操作，简化了操作过程。

本装置通过固定公转单元1的安装法兰面对外连接固定，安装时只需调整其安装面水平即可，安装调试简单，装置结构简单体积较小，重量轻，运输方便，适应于多种场合的快速使用。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种通用零重力卸载装置，其特征在于：包括固定公转单元(1)，公转承载梁(2)，平衡法码(3)，随动自转单元(4)，自转承载梁(5)，固定滑轮(6)，卸载索(7)，随动法码(8)和重力适应轴(9)；

固定公转单元(1)的转动部分能够绕固定部分的轴线转动，固定部分固定在使用位置，转动部分和公转承载梁(2)固定，使得公转承载梁(2)能够绕固定公转单元(1)固定部分绕轴线转动；

公转承载梁(2)的一端连接随动自转单元(4)的固定部分，另一端连接平衡法码(3)；

随动自转单元(4)为转动组件，转动部分固定至自转承载梁(5)的中心处，固定部分通过重力适应轴(9)连接至公转承载梁(2)，通过重力适应轴(9)在加载后随动自转单元(4)自适应至铅垂后，压紧固定至固定至公转承载梁(2)；

自转承载梁(5)的两端均设置固定滑轮(6)；卸载索(7)沿自转承载梁(5)底端一端通过固定滑轮(6)转向为竖直向下作为卸载端，另一端通过固定滑轮(6)转向为竖直向下连接随动法码(8)。

2.根据权利要求1所述的一种通用零重力卸载装置，其特征在于：随动自转单元(4)的固定部分具有连接部，连接部连接在公转承载梁(2)的一端，重力适应轴(9)穿过连接部和公转承载梁(2)的通孔，重力适应轴(9)与通孔为间隙配合，加载后待随动自转单元(4)通过重力适应轴(9)安装在公转承载梁(2)自适应铅垂后，压紧固定部分压紧螺钉使随动自转单元(4)与公转承载梁(2)相对位置固定。

3.根据权利要求1或2所述的一种通用零重力卸载装置，其特征在于：平衡法码(3)进行重量增减或者位置移动以达到公转承载梁(2)相对其转轴的力矩配平，使得公转承载梁(2)处于水平状态，并且固定平衡砝码(3)配平部分重量，从而保证固定公转单元(1)轴线在转动过程受力始终竖直向下。

4.根据权利要求1或2所述的一种通用零重力卸载装置，其特征在于：固定公转单元(1)的轴线距离随动自转单元(4)的距离为轴线L1，随动自转单元(4)距离卸载端的水平距离为L2，满足L1+L2≥R，R为天线水平活动范围半径。

5.根据权利要求1或2所述的一种通用零重力卸载装置，其特征在于：固定公转单元(1)固定部分设置安装法兰面对外连接固定。

6.根据权利要求1所述的一种通用零重力卸载装置，其特征在于：按照天线展开部分重量选择随动法码(8)。

7.利用权利要求2所述的一种通用零重力卸载装置进行零重力试验的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)对固定公转单元(1)进行平衡力情况下的安装端面水平，使其转轴处于垂直；

(2)根据天线展开部分重量，选择相应重量的随动法码(8)；计算所需平衡法码(3)的重量并进行安装平衡法码(3)；

(3)将卸载索(7)一端悬挂至天线卸载安装点，另一端穿过固定在自转承载梁(5)两端的固定滑轮(6)与随动法码(8)连接进行加载，待随动自转单元(4)通过重力适应轴(9)安装在公转承载梁(2)自动铅垂后，压紧随动自传单元固定部分压紧螺钉；

(4)开始当前天线的展开试验。

8.如权利要求7所述的进行零重力试验的方法，其特征在于，所需平衡法码(3)的重量计算方法为：

设平衡法码(3)到固定公转单元(3)的距离为L3，待悬挂法配平后，平衡法码(3)的需增加的重量为2倍的随动法码(8)乘以L1载除以L3，设计L3＝2×L1，因此平衡法码(3)需增加的重量和随动法码(8)的重量相等。

9.如权利要求7所述的进行零重力试验的方法，其特征在于，步骤(2)中对固定公转单元(1)进行垂直调整的方法为：采用水平尺测量公转承载梁(2)的上表面的水平度，当水平度满足要求，表明固定公转单元(1)垂直度满足要求。

10.如权利要求7所述的进行零重力试验的方法，其特征在于，天线展开时卸载点驱动卸载索(7)沿垂直地面方向自由运动，实现竖直方向的随动；当天线卸载点水平运动时，卸载索(7)随卸载点运动，使得自转承载梁(5)绕随动自转单元(4)轴线转动；由于卸载点运动轨迹不是纯圆轨迹，所以当卸载点转动轨迹离开自转承载梁(5)绕随动自转单元(4)轴线转动轨迹后，会驱动公转承载梁(2)绕固定公转单元(1)轴线转动。