CN111486189A - 一种可重复使用的小天体表面附着缓冲机构 - Google Patents

一种可重复使用的小天体表面附着缓冲机构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种可重复使用的小天体表面附着缓冲机构，属于航天技术领域，应用于深空探测，适用于探测器在小天体表面多次、重复附着，可满足探测器对小天体的多点取样、探测需求。附着时，触地组件首先与小天体表面接触，消除附着瞬间的高频冲击，接着触地组件推动滚珠丝杠沿导向槽向上运动，同时滚珠丝杠带动丝杠螺母及输出齿轮转动，在此过程中，电机制动，不发生转动，螺旋弹簧被压缩；离开时，触地组件离开小天体表面，电机转动，通过单向轴承带动输出齿轮、丝杠螺母转动，将滚珠丝杠、螺旋弹簧释放回初始位置。

Description

一种可重复使用的小天体表面附着缓冲机构
技术领域
本发明涉及一种可重复使用的小天体表面附着缓冲机构，属于航天技术领域，应用于深空探测，适用于探测器在小天体表面多次、重复附着，可满足探测器对小天体的多点取样、探测需求。
背景技术
小天体内部蕴含了大量太阳系形成演化的信息和丰富的矿物质，具有极高的科学和经济价值。通过对小天体的探测可以更加深入地了解小天体，可以为人类探索行星系统的形成和演化历史提供线索；可以寻找解决太阳系起源和生命起源等问题的答案；可以开发和利用小天体资源。小天体表面为微重力，附着器在其表面附着时会发生反弹或飘走，为了实现对小天体的附着探测，必须采用新型的附着器，该附着器可以吸收附着时的冲击能量，防止在小天体表面弱引力下发生反弹。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种可重复使用的小天体表面附着缓冲机构，该机构能够吸收附着时的冲击能量，防止在小天体弱引力表面附着时，探测器发生反弹。
本发明的技术解决方案是：
一种可重复使用的小天体表面附着缓冲机构，该附着缓冲机构包括触地组件和储能及释放组件；
所述的触地组件包括四个螺钉、两个球头固定上盖、球头固定下盖、缓冲垫、足垫和四个限位螺钉；
球头固定上盖为空心半圆柱，两个球头固定上盖形成一个整个的空心圆柱；
球头固定下盖为空心圆柱结构；
球头固定上盖通过四个螺钉固定安装在球头固定下盖的上方，球头固定上盖的空心部分与球头固定下盖的空心部分形成一空腔；
滚珠丝杠端部的球头位于球头固定上盖和球头固定下盖形成的空腔内，滚珠丝杠端部的球头能够在空腔内进行转动；
缓冲垫为圆柱形结构，缓冲垫上带有四个连接孔，足垫为盘形结构，表面均匀分布有半球形突起；
球头固定下盖通过限位螺钉与足垫固定连接，球头固定下盖和足垫之间安装有缓冲垫；
限位螺钉中部有台阶，台阶的直径大于螺纹直径而小于螺钉头直径，限位螺钉穿过球头固定下盖、缓冲垫后与足垫连接，球头固定上盖、球头固定下盖以及滚珠丝杠端部的球头通过螺钉连接；
所述的储能及释放组件包括导向槽、滚珠丝杠、两个角接触轴承、支撑架、螺旋弹簧、电机、单向轴承和输出齿轮；
导向槽为一空心圆柱，导向槽的内表面有两个沿轴向的凹槽；
滚珠丝杠的一端带有凸台，滚珠丝杠的一端的凸台与导向槽的凹槽相匹配，即滚珠丝杠的凸台位于导向槽的凹槽内，使得滚珠丝杠能够沿导向槽的凹槽进行上下移动；滚珠丝杠的另一端带有球头，滚珠丝杠的球头位于球头固定上盖和球头固定下盖形成的空腔内；
滚珠丝杠上的丝杠螺母的外表面带有齿轮，丝杠螺母的两端安装角接触轴承，角接触轴承通过支撑架进行支撑固定；
螺旋弹簧的一端固定安装在支撑架上，螺旋弹簧的另一端固定安装在球头固定上盖的顶端；
电机固定安装在支撑架上，电机的输出轴通过单向轴承与输出齿轮同轴连接，输出齿轮与丝杠螺丝母上的齿轮配合。
附着时，触地组件首先与小天体表面接触，消除附着瞬间的高频冲击，接着触地组件推动滚珠丝杠沿导向槽向上运动，同时滚珠丝杠带动丝杠螺母及输出齿轮转动，在此过程中，电机制动，不发生转动，螺旋弹簧被压缩；
离开时，触地组件离开小天体表面，电机转动，通过单向轴承带动输出齿轮、丝杠螺母转动，将滚珠丝杠、螺旋弹簧释放回初始位置(即没有被压缩的状态)。
有益效果
该附着缓冲机构可应用于小天体探测任务，安装在探测器外侧，实现探测器在小天体表面多次附着；
可重复使用的小天体表面附着缓冲机构的核心技术在其附着时，能将冲击能量转化成弹簧势能，并保存，防止机构在弱引力表面发生反弹。其实现方式是通过滚珠丝杠将直线运动转化为转动，采用单向轴承以及电机组件实现丝杠螺母状态保持，继而保持螺旋弹簧的压缩状态，实现储能功能。
附图说明
图1一种可重复使用的小天体表面附着缓冲机构示意图；
图2触地组件组成示意图；
图3储能及释放组件组成示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
一种可重复使用的小天体表面附着缓冲机构，该附着缓冲机构包括触地组件1和储能及释放组件2。
所述的触地组件1包括四个螺钉3、两个球头固定上盖4、球头固定下盖5、缓冲垫6、足垫7和四个限位螺钉8。球头固定上盖4为半圆形结构，每个零件上有2个连接孔。球头固定下盖5为圆柱形结构，零件上分别有4个螺纹孔和4个通孔。缓冲垫为圆柱形结构，其上有4个连接孔。足垫7为盘形结构，表面均匀分布有半球形突起。
限位螺钉8中部有台阶，其直径大于螺纹直径而小于螺钉头直径。限位螺钉8穿过球头固定下盖5、缓冲垫6后，与足垫7连接。球头固定上盖、球头固定下盖以及滚珠丝杠端部的球头通过螺钉3连接。
所述的储能及释放组件2包括导向槽9、滚珠丝杠10、角接触轴承11、支撑架12、螺旋弹簧13、电机14、单向轴承15、输出齿轮16；导向槽9为圆柱形结构，其内侧有2个沿轴向的槽。滚珠丝杠10一端为凸起形式，与导向槽配合，使得丝杠可以沿轴向进行移动；另一端为球形结构，与触地组件连接；丝杠螺母中间有齿轮结构，两端安装角接触轴承，电机14与输出齿轮16之间安装有单向轴承15，可沿单方向转动并传递力矩，输出齿轮16与丝杠螺丝母上的齿轮配合。
附着时，触地组件首先与小天体表面接触，消除附着瞬间的高频冲击；接着触地组件推动丝杠沿导向槽9向上运动，丝杠带动丝杠螺母及输出齿轮16转动，在此过程中，电机14通过制动器制动，不发生转动，螺旋弹簧13被压缩后，保持此状态。当需要缓冲机构恢复至初始状态时，电机14转动，通过单向轴承15带动输出齿轮16、丝杠螺母转动，将丝杠、螺旋弹簧13释放回初始位置。
实施例
如图1-图3所示，一种可重复使用的小天体表面附着缓冲机构，该附着缓冲机构包括触地组件1和储能及释放组件2；
所述的触地组件1包括四个螺钉3、两个球头固定上盖4、球头固定下盖5、缓冲垫6、足垫7和四个限位螺钉8；
球头固定上盖4为空心半圆柱，两个球头固定上盖4形成一个整个的空心圆柱；
球头固定下盖5为空心圆柱结构；
球头固定上盖4通过四个螺钉3固定安装在球头固定下盖5的上方，球头固定上盖4的空心部分与球头固定下盖5的空心部分形成一空腔；
滚珠丝杠10端部的球头位于球头固定上盖4和球头固定下盖5形成的空腔内，滚珠丝杠10端部的球头能够在空腔内进行转动；
缓冲垫6为圆柱形结构，缓冲垫6上带有四个连接孔，足垫7为盘形结构，表面均匀分布有半球形突起；
球头固定下盖5通过限位螺钉8与足垫7固定连接，球头固定下盖5和足垫7之间安装有缓冲垫6；
限位螺钉8中部有台阶，台阶的直径大于螺纹直径而小于螺钉头直径，限位螺钉8穿过球头固定下盖5、缓冲垫6后与足垫7连接，球头固定上盖4、球头固定下盖5以及滚珠丝杠10端部的球头通过螺钉3连接；
所述的储能及释放组件2包括导向槽9、滚珠丝杠10、两个角接触轴承11、支撑架12、螺旋弹簧13、电机14、单向轴承15和输出齿轮16；
导向槽9为一空心圆柱，导向槽9的内表面有两个沿轴向的凹槽；
滚珠丝杠10的一端带有凸台，滚珠丝杠10的一端的凸台与导向槽9的凹槽相匹配，即滚珠丝杠10的凸台位于导向槽9的凹槽内，使得滚珠丝杠10能够沿导向槽9的凹槽进行上下移动；滚珠丝杠10的另一端带有球头，滚珠丝杠10的球头位于球头固定上盖4和球头固定下盖5形成的空腔内；
滚珠丝杠10上的丝杠螺母的外表面带有齿轮，丝杠螺母的两端安装角接触轴承11，角接触轴承11通过支撑架12进行支撑固定；
螺旋弹簧13的一端固定安装在支撑架12上，螺旋弹簧13的另一端固定安装在球头固定上盖4的顶端；
电机14固定安装在支撑架12上，电机14的输出轴通过单向轴承15与输出齿轮16同轴连接，输出齿轮16与丝杠螺丝母上的齿轮配合。
附着时，触地组件1首先与小天体表面接触，消除附着瞬间的高频冲击，接着触地组件1推动滚珠丝杠10沿导向槽9向上运动，同时滚珠丝杠10带动丝杠螺母及输出齿轮16转动，在此过程中，电机14制动，不发生转动，螺旋弹簧13被压缩；
离开时，触地组件1离开小天体表面，电机14转动，通过单向轴承15带动输出齿轮16、丝杠螺母转动，将滚珠丝杠10、螺旋弹簧13释放回初始位置(即没有被压缩的状态)。

Claims (10)

1.一种可重复使用的小天体表面附着缓冲机构，其特征在于：该附着缓冲机构包括触地组件和储能及释放组件；
所述的触地组件包括两个球头固定上盖、球头固定下盖、缓冲垫和足垫；
球头固定上盖为空心半圆柱，两个球头固定上盖形成一个整个的空心圆柱；
球头固定下盖为空心圆柱结构；
球头固定上盖固定安装在球头固定下盖的上方；
球头固定下盖与足垫固定连接，球头固定下盖和足垫之间安装缓冲垫；
所述的储能及释放组件包括导向槽、滚珠丝杠、两个角接触轴承、支撑架、螺旋弹簧、电机、单向轴承和输出齿轮；
导向槽为一空心圆柱，导向槽的内表面有沿轴向的凹槽；
滚珠丝杠的一端带有凸台，滚珠丝杠一端的凸台与导向槽的凹槽相匹配，滚珠丝杠能够沿导向槽的凹槽进行上下移动；滚珠丝杠的另一端带有球头，滚珠丝杠的球头位于球头固定上盖和球头固定下盖形成的空腔内；
滚珠丝杠上的丝杠螺母的外表面带有齿轮，丝杠螺母的两端安装角接触轴承，角接触轴承通过支撑架进行支撑固定；
螺旋弹簧的一端固定安装在支撑架上，螺旋弹簧的另一端固定安装在球头固定上盖的顶端；
电机固定安装在支撑架上，电机的输出轴通过单向轴承与输出齿轮同轴连接，输出齿轮与丝杠螺丝母上的齿轮配合。
2.根据权利要求1所述的一种可重复使用的小天体表面附着缓冲机构，其特征在于：所述的触地组件还包括四个螺钉，球头固定上盖通过四个螺钉固定安装在球头固定下盖的上方。
3.根据权利要求1所述的一种可重复使用的小天体表面附着缓冲机构，其特征在于：所述的触地组件还包括四个限位螺钉，球头固定下盖通过限位螺钉与足垫固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种可重复使用的小天体表面附着缓冲机构，其特征在于：球头固定上盖的空心部分与球头固定下盖的空心部分形成一空腔，滚珠丝杠端部的球头位于空腔内，滚珠丝杠端部的球头能够在空腔内进行转动。
5.根据权利要求1所述的一种可重复使用的小天体表面附着缓冲机构，其特征在于：缓冲垫为圆柱形结构，缓冲垫上带有四个连接孔。
6.根据权利要求1所述的一种可重复使用的小天体表面附着缓冲机构，其特征在于：足垫为盘形结构，表面均匀分布有半球形突起。
7.根据权利要求3所述的一种可重复使用的小天体表面附着缓冲机构，其特征在于：限位螺钉中部有台阶，台阶的直径大于螺纹直径而小于螺钉头直径。
8.根据权利要求1所述的一种可重复使用的小天体表面附着缓冲机构，其特征在于：导向槽的内表面有两个沿轴向的凹槽。
9.根据权利要求1所述的一种可重复使用的小天体表面附着缓冲机构，其特征在于：附着时，触地组件与小天体表面接触，触地组件推动滚珠丝杠沿导向槽向上运动，同时滚珠丝杠带动丝杠螺母及输出齿轮转动，在此过程中，电机制动，不发生转动，螺旋弹簧被压缩。
10.根据权利要求9所述的一种可重复使用的小天体表面附着缓冲机构，其特征在于：离开时，触地组件离开小天体表面，电机转动，通过单向轴承带动输出齿轮、丝杠螺母转动，将滚珠丝杠、螺旋弹簧释放回初始位置，即没有被压缩的状态。
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