CN112171224B - 一种火箭发动机自动翻转对接装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种火箭发动机自动翻转对接装置，包括可移动式底座机构、单自由度多连杆机构、用于放置目标物体的框架式动平台和电机丝杆驱动机构，单自由度多连杆机构和电机丝杆驱动机构分别安装在可移动式底座机构上，框架式动平台安装在单自由度多连杆机构上，通过单自由度多连杆机构与可移动式底座机构相连，电机丝杆驱动机构带动单自由度多连杆机构，实现框架式动平台的90度翻转，将目标物体由竖直状态翻转至水平状态，框架式动平台处于水平状态时，多连杆机构处于死点位置。与现有技术相比，本发明具有可靠性高，受力状态好，缩减工作空间，提高空间利用率等优点。

Description

一种火箭发动机自动翻转对接装置

技术领域

本发明涉及火箭发动机对接装置技术领域，尤其是涉及一种火箭发动机自动翻转对接装置。

背景技术

翻转装置的使用非常广泛，大型设备组件的安装、转移都需要将设备进行90°的翻转，由水平翻转到竖直，或者竖直状态到水平状态，但是由于相关设备体型较大，在翻转过程中要求翻转稳定，承载能力强，这就使得设计发明一种高可靠性的翻转装置是非常必须的。例如航空航天中的火箭发动机，在装配过程中，需要将发动机放置于水平姿态，与水平放置的火箭筒段进行对接装配，需要从吊装的竖直姿态翻转至水平状态，且在翻转完成后需要保持稳定可靠，翻转装置需要载荷能力强的特征。

现有的翻转对接装置存在结构稳定性差、整体尺寸大、受力状态差等缺点，因此，一种结构简单、受力状态好、可靠性高、适应于大型组件翻转过程稳定的翻转对接装置亟待出现。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可靠性高，受力状态好，缩减工作空间，提高空间利用率的火箭发动机自动翻转对接装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种火箭发动机自动翻转对接装置，包括可移动式底座机构、单自由度多连杆机构、用于放置目标物体的框架式动平台和电机丝杆驱动机构；所述的单自由度多连杆机构和电机丝杆驱动机构分别安装在可移动式底座机构上；所述的框架式动平台安装在单自由度多连杆机构上，通过单自由度多连杆机构与可移动式底座机构相连；所述的电机丝杆驱动机构带动单自由度多连杆机构，实现框架式动平台的度翻转，将目标物体由竖直状态翻转至水平状态；所述的框架式动平台处于水平状态时，多连杆机构处于死点位置。

优选地，所述的可移动式底座机构包括底座、滚轮和轨道；所述的轨道铺设在设定区域内；所述的滚轮安装在底座底部；所述的底座通过滚轮与轨道活动连接。

更加优选地，所述的滚轮的数量为至少四个，均安装在底座的底部，放置在左右对称分布的轨道上。

更加优选地，所述的框架式动平台包括底层框架单元和上层框架单元；所述的底层框架单元与上层框架单元相连；所述的上层框架单元为n层框架结构，其中n≥1。

更加优选地，所述的电机丝杆驱动机构包括电机、轴承座、丝杆、滑块、导轨和联轴器；所述的电机固定安装在底座上；所述的丝杆通过轴承座安装在底座上；所述的丝杆通过联轴器与电机的动力输出轴相连；所述的滑块与导轨滑动连接，同时滑块还与丝杆的螺母固定连接。

更加优选地，所述的电机丝杆驱动机构的数量为两个，两个电机丝杆驱动机构分别安装在底座上，对称分布在底座的两个内侧。

更加优选地，所述的单自由度多连杆机构包括第一支链单元、第二支链单元和第三支链单元；

所述的第一支链单元的一端与底座相连，另一端与与框架式动平台的底层框架单元相连；

所述的第二支链单元的一端与电机丝杆驱动机构相连，另一端与框架式动平台的底层框架单元相连；

所述的第三支链单元的一端与底座相连，另一端与上层框架单元相连。

更加优选地，所述的第一支链单元包括第一H型连杆、第一转动关节、第二转动关节、第三转动关节和第二H型连杆；

所述的第一H型连杆的一端通过第一转动关节与底座相连，另一端通过第二转动关节与第二H型连杆相连；

所述的第二H型连杆的一端通过第二转动关节与第一H型转动连杆相连，另一端通过第三转动关节与框架式动平台的底层框架单元相连。

更加优选地，所述的第二支链单元包括第四转动关节；所述的框架式动平台的底层框架单元通过第四转动关节与电机丝杆驱动机构的滑块相连。

更加优选地，所述的第三支链单元包括第三H型连杆、第五转动关节和第六转动关节；所述的第三H型连杆的一端通过第五转动关节与框架式动平台的上层框架单元相连，另一端通过第六转动关节与底座相连。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、可靠性高，受力状态好：本发明中的火箭发动机自动翻转对接装置当装置翻转至水平状态时，单自由度多连杆机构处于死点位置，装置的受力状态好，保证了装置在水平位置时工作状态的稳定性，避免设备在收到干扰时火箭发动机失去水平；在结构上为左右两套相同连杆对称布置，提高了整个装置的可靠性，以便于更可靠地完成翻转操作；同时，连杆采用H型连杆设计，增大了连杆的承载能力和抗形变能力，进一步提高了装置的可靠性。

二、缩减工作空间，提高空间利用率：本发明中的火箭发动机自动翻转对接装置通过对多连杆机构几何参数进行设计，实现在翻转至水平状态时，单自由度多连杆机构处于死点位置，缩小了装置的整体尺寸，缩减了工作空间，提高了空间的利用率。

附图说明

图1为本发明中火箭发动机自动翻转对接装置的结构示意图；

图2为本发明中火箭发动机自动翻转对接装置处于水平工作状态时的结构示意图；

图3为本发明中火箭发动机自动翻转对接装置的轴测图；

图4为本发明中火箭发动机自动翻转对接装置进行翻转前的结构示意图；

图5为本发明中火箭发动机自动翻转对接装置进行翻转中的结构示意图；

图6为本发明中火箭发动机自动翻转对接装置进行翻转后的结构示意图。

图中标号所示：

1、第一H型连杆，2、电机，3、轴承座，4、丝杆，5、滑块，6、导轨，7、联轴器，8、框架式动平台，9、第三H型连杆，10、目标物体，11、底座，12、第一转动关节，13、第二转动关节，14、第三转动关节，15、第四转动关节，16、第五转动关节，17、第六转动关节，18、滚轮19、轨道，20、第二H型连杆，801、底层框架单元，802、上层框架单元。

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、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

一种火箭发动机自动翻转对接装置，其结构如图1、图2和图3所示，包括：可移动式底座机构、单自由度多连杆机构、用于放置目标物体10的框架式动平台8和电机丝杆驱动机构，单自由度多连杆机构和电机丝杆驱动机构分别安装在可移动式底座机构上，框架式动平台8安装在单自由度多连杆机构上，通过单自由度多连杆机构与可移动式底座机构相连。

电机丝杆驱动机构带动单自由度多连杆机构，实现框架式动平台8的90度翻转，将目标物体10由竖直状态翻转至水平状态，框架式动平台8处于水平状态时，如图4所示，第一支链单元的两个连杆处于共线状态，多连杆机构处于死点位置。

可移动式底座机构包括底座11、滚轮18和轨道19，轨道19铺设在设定区域内，滚轮18安装在底座11底部，底座11通过滚轮18与轨道19活动连接。本实施例中的滚轮18的数量至少为四个，分别安装在底座11的底部，放置在左右对称分布的轨道19上。

本实施例中的框架式动平台8包括底层框架单元801和上层框架单元802，底层框架单元801与上层框架单元802相连，上层框架单元802为n层框架结构，其中n≥1。

电机丝杆驱动机构包括电机2、轴承座3、丝杆4、滑块5、导轨6和联轴器7，电机2固定安装在底座11上，丝杆4通过轴承座3安装在底座11上，丝杆4通过联轴器7与电机2的动力输出轴相连，滑块5与导轨6滑动连接，同时滑块5还与丝杆4的螺母固定连接。本实施例中电机丝杆驱动机构的数量为两个，两个电机丝杆驱动机构分别安装在底座11上，对称分布在底座11的两个内侧。

单自由度多连杆机构为一个六连杆机构，自由度为1，包括第一支链单元、第二支链单元和第三支链单元，第一支链单元位于整个装置的后端，第一支链单元的一端与底座11相连，另一端与与框架式动平台8的底层框架单元801相连；

第二支链单元位于整个装置的中部，第二支链单元的一端与电机丝杆驱动机构相连，另一端与框架式动平台8的底层框架单元801相连，第三支链单元的一端与底座11相连，另一端与上层框架单元802相连。

第一支链单元包括第一H型连杆1、第一转动关节12、第二转动关节13、第三转动关节14和第二H型连杆20，第一H型连杆1的一端通过第一转动关节12与底座11相连，另一端通过第二转动关节13与第二H型连杆20相连，第二H型连杆20的一端通过第二转动关节13与第一H型转动连杆1相连，另一端通过第三转动关节14与框架式动平台8的底层框架单元801相连。

第二支链单元包括第四转动关节15，框架式动平台8的底层框架单元801通过第四转动关节15与电机丝杆驱动机构的滑块5相连。

第三支链单元包括第三H型连杆9、第五转动关节16和第六转动关节17，第三H型连杆9的一端通过第五转动关节16与框架式动平台8的上层框架单元802相连，另一端通过第六转动关节17与底座11相连。

当滑块5在电机的驱动下前后移动时，在三个支链单元的支撑和约束下，框架式动平台8实现90度的俯仰翻转，配合滚轮18、轨道19的运动，整个装置可以实现目标物体10的翻转对接过程，具体的翻转过程如图4、图5和图6所示。

为了提高整个装置的可靠性，对单自由度多连杆机构进行参数设计，当目标物体10翻转至90度水平状态时，第一支链单元的两个连杆处于共线状态，机构位于死点位置，对外载荷具有高可靠的承载能力，适合于重载目标物的翻转操作。在结构上翻转装置为左右两套完全相同的六杆机构对称布置，相同的连杆通过中间结构件刚性连接，即形成H型连杆结构，提高整体的稳定性和承载可靠性；用于固定目标物的动平台为框架结构，减小整体重量，框架结构上安装与目标物固定连接的接口，用于提高装置的稳定性。

参数的设计过程具体为：设计参数为第一H型连杆1、第二H型连杆20、第三H型连杆9的长度参数，以及第一转动关节12、第六转动关节17的位置参数，参数需满足的约束条件如下：当目标物处于翻转90°后的水平状态时，第一H型连杆1、第二H型连杆20处于平面共线状态，第五转动关节16和第四转动关节15的连线处于水平状态，第三转动关节14和第四转动15的连线处于竖直状态，根据这些约束条件，可以求解得到对应的连杆长度及关节位置等几何参数。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种火箭发动机自动翻转对接装置，其特征在于，包括可移动式底座机构、单自由度多连杆机构、用于放置目标物体(10)的框架式动平台(8)和电机丝杆驱动机构；所述的单自由度多连杆机构和电机丝杆驱动机构分别安装在可移动式底座机构上；所述的框架式动平台(8)安装在单自由度多连杆机构上，通过单自由度多连杆机构与可移动式底座机构相连；所述的电机丝杆驱动机构带动单自由度多连杆机构，实现框架式动平台(8)的90度翻转，将目标物体(10)由竖直状态翻转至水平状态；所述的框架式动平台(8)处于水平状态时，多连杆机构处于死点位置；所述的框架式动平台(8)包括底层框架单元(801)和上层框架单元(802)；所述的底层框架单元(801)与上层框架单元(802)相连；所述的上层框架单元(802)为n层框架结构，其中n≥1；

所述的单自由度多连杆机构包括第一支链单元、第二支链单元和第三支链单元；

所述的第一支链单元的一端与可移动式底座机构相连，另一端与框架式动平台(8)的底层框架单元(801)相连；

所述的第二支链单元的一端与电机丝杆驱动机构相连，另一端与框架式动平台(8)的底层框架单元(801)相连；

所述的第三支链单元的一端与可移动式底座机构相连，另一端与上层框架单元(802)相连。

2.根据权利要求1所述的一种火箭发动机自动翻转对接装置，其特征在于，所述的可移动式底座机构包括底座(11)、滚轮(18)和轨道(19)；所述的轨道(19)铺设在设定区域内；所述的滚轮(18)安装在底座(11)底部；所述的底座(11)通过滚轮(18)与轨道(19)活动连接。

3.根据权利要求2所述的一种火箭发动机自动翻转对接装置，其特征在于，所述的滚轮(18)的数量为至少四个，均安装在底座(11)的底部，放置在左右对称分布的轨道(19)上。

4.根据权利要求2所述的一种火箭发动机自动翻转对接装置，其特征在于，所述的电机丝杆驱动机构包括电机(2)、轴承座(3)、丝杆(4)、滑块(5)、导轨(6)和联轴器(7)；所述的电机(2)固定安装在底座(11)上；所述的丝杆(4) 通过轴承座(3)安装在底座(11)上；所述的丝杆(4)通过联轴器(7)与电机(2)的动力输出轴相连；所述的滑块(5)与导轨(6)滑动连接，同时滑块(5)还与丝杆(4)的螺母固定连接。

5.根据权利要求2所述的一种火箭发动机自动翻转对接装置，其特征在于，所述的电机丝杆驱动机构的数量为两个，两个电机丝杆驱动机构分别安装在底座(11)上，对称分布在底座(11)的两个内侧。

6.根据权利要求4所述的一种火箭发动机自动翻转对接装置，其特征在于，所述的第一支链单元包括第一H型连杆(1)、第一转动关节(12)、第二转动关节(13)、第三转动关节(14)和第二H型连杆(20)；

所述的第一H型连杆(1)的一端通过第一转动关节(12)与底座(11)相连，另一端通过第二转动关节(13)与第二H型连杆(20)相连；

所述的第二H型连杆(20)的一端通过第二转动关节(13)与第一H型连杆(1)相连，另一端通过第三转动关节(14)与框架式动平台(8)的底层框架单元(801)相连。

7.根据权利要求4所述的一种火箭发动机自动翻转对接装置，其特征在于，所述的第二支链单元包括第四转动关节(15)；所述的框架式动平台(8)的底层框架单元(801)通过第四转动关节(15)与电机丝杆驱动机构的滑块(5)相连。

8.根据权利要求4所述的一种火箭发动机自动翻转对接装置，其特征在于，所述的第三支链单元包括第三H型连杆(9)、第五转动关节(16)和第六转动关节(17)；所述的第三H型连杆(9)的一端通过第五转动关节(16)与框架式动平台(8)的上层框架单元(802)相连，另一端通过第六转动关节(17)与底座(11)相连。

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