CN113428391B - 一种结合气浮球轴承与气浮平面止推轴承的单球式气浮滑轮装置 - Google Patents

一种结合气浮球轴承与气浮平面止推轴承的单球式气浮滑轮装置 Download PDF

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Abstract

一种结合气浮球轴承与气浮平面止推轴承的单球式气浮滑轮装置，属于航天航空领域，本发明为解决传统配重法在航天器地面模拟试验中竖直方向上的零重力模拟精度由于受到摩擦影响而无法得到很好提升的问题。本发明包括气浮回转球组件、气浮回转球窝组件和回转侧气浮止推支撑组件；气浮回转球组件位于气浮回转球窝组件上，同时气浮回转球组件两侧由回转侧气浮止推支撑组件夹持支撑。

Description

一种结合气浮球轴承与气浮平面止推轴承的单球式气浮滑轮 装置
技术领域
本发明涉及零重力模拟试验中减小摩擦技术，属于航天航空领域。
背景技术
随着航天技术的不断发展，航天器的重量和体积不断变大、结构越来越复杂、功能也不断完善、同一航天器所需要执行的任务也越来越多样。因此，为了保证航天器能够安全稳定地在轨运行，并且同时能够很好地完成预定地各项任务，实现预期地各项技术指标，就必须在航天器设计研制过程中进行大量的地面模拟试验验证。并且，由于航天器的功能越来越完善，为了对航天器进行各方面的综合考核，地面模拟试验的要求也越来越高，目标是能实现航天器的全自由度地面模拟。因而近年来航天器的地面模拟试验验证技术得到了较大的关注，也获得了较好的发展。
传统的航天器地面模拟试验可以很好的实现真实航天器的五自由度运动模拟，而对第六自由度即竖直方向的模拟试验一直制约着航天器地面模拟试验技术的进一步发展。经过这几年的发展，航天器地面模拟试验竖直方向的零重力模拟也陆续出现了一些方案，主要分为主动式和被动式两大类。
其中，主动式零重力模拟由于引入了主动控制环节，各部分的测量以及执行情况均会对系统所能实现的零重力状态产生影响，因此最终所能实现的竖直方向上的零重力模拟效果也会受到一定的影响。典型的方法如恒力气缸法和伺服随动法。
因此，被动式被更广泛的应用于零重力模拟中，其中典型的被动式如配重法，配重法的优点是属于纯被动的竖直方向上的零重力模拟方法，不需要引入主动控制的环节，因此具有高响应的特点；然而配重法由于其工作特点，还不不可避免会受到摩擦的影响，从而会在一定程度上影响其竖直方向上零重力模拟的精度。
发明内容
本发明目的是为了解决传统配重法在航天器地面模拟试验中竖直方向上的零重力模拟精度由于受到摩擦影响而无法得到很好提升的问题，提供了一种结合气浮球轴承与气浮平面止推轴承的单球式气浮滑轮装置。
本发明所述一种结合气浮球轴承与气浮平面止推轴承的单球式气浮滑轮装置，包括气浮回转球组件1、气浮回转球窝组件2和回转侧气浮止推支撑组件3；
气浮回转球组件1位于气浮回转球窝组件2上，同时气浮回转球组件1两侧由回转侧气浮止推支撑组件3夹持支撑。
优选地，气浮回转球组件1包括大包角回转球体1-1以及其两侧的回转球体接轴1-2，大包角回转球体1-1两侧相对平行的切削面各固定连接一个回转球体接轴1-2，回转球体接轴1-2上设置有放置吊绳的线槽，吊绳一端连接在所要进行竖直方向上零重力模拟的载荷上，吊绳另一端连接在配重上。
优选地，气浮回转球窝组件2包括回转球球窝2-1和回转球球窝封气法兰2-2，回转球球窝2-1的弧面上设置有多个节流嘴；回转球球窝封气法兰2-2底部设置有进气口，压缩气体从进气口进入回转球球窝2-1和回转球球窝封气法兰2-2之间的空腔，形成高压气腔，气腔内的压缩气体再经回转球球窝2-1上的节流嘴流出，从而在气浮回转球窝组件2和气浮回转球组件1之间形成高刚度气膜。
优选地，回转侧气浮止推支撑组件3包括回转侧气浮止推限位挡块3-1、回转侧气浮止推限位挡块支架3-2以及球头调节螺钉3-3，回转侧气浮止推限位挡块支架3-2固定于安装平面上，回转侧气浮止推限位挡块3-1由穿过回转侧气浮止推限位挡块支架3-2的球头调节螺钉3-3顶在回转球体接轴1-2上，通过调节球头调节螺钉3-3的松紧，控制回转侧气浮止推限位挡块3-1与回转球体接轴1-2间的气膜厚度。
优选地，回转侧气浮止推限位挡块(3-1)为与回转球体接轴(1-2)直径相当的圆盘结构，该圆盘结构内部具有空腔，该圆盘结构与回转球接轴相对的止推面上设置有多个节流嘴，在该圆盘结构的圆周面上设置有进气孔，压缩气体经进气孔进入圆盘结构空腔，再由止推面上的节流嘴流出，在回转侧气浮止推限位挡块(3-1)与回转球体接轴(1-2)之间形成高刚度气膜。
本发明的有益效果：本发明通过气浮球轴承实现低摩擦的回转运动，克服了传统机械式回转运动中不可避免的摩擦较大的问题，为纯被动式配重法在竖直方向上的零重力模拟中的应用提供了一个能有效降低摩擦，提升竖直方向上零重力模拟精度的方法；并且本发明通过回转球两侧设置气浮止推限位挡块的方式，实现对气浮回转球体的运动约束，使其只沿其体轴方向转动，从而避免了回转球体沿竖直轴的转动以及两侧吊绳受载不均匀时的体轴倾斜。
附图说明
图1为本发明的气浮滑轮装置结构示意图；
图2为本发明的气浮回转球组件结构示意图；
图3为本发明的气浮回转球窝组件结构示意图；
图4为本发明的回转侧气浮止推支撑组件结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述一种结合气浮球轴承与气浮平面止推轴承的单球式气浮滑轮装置，包括气浮回转球组件1、气浮回转球窝组件2和回转侧气浮止推支撑组件3；
气浮回转球组件1位于气浮回转球窝组件2上，同时气浮回转球组件1两侧由回转侧气浮止推支撑组件3夹持支撑。
参见图1所示为本实施方式所述的单球式气浮滑轮装置，气浮回转球组件1、气浮回转球窝组件2之间气浮方式连接，且气浮回转球组件1在气浮回转球窝组件2的窝内沿轴线旋转，气浮回转球窝组件2和回转侧气浮止推支撑组件3之间气浮方式连接，其为是保证气浮回转球组件1仅沿轴线旋转。
参见图2，气浮回转球组件1包括大包角回转球体1-1以及其两侧的回转球体接轴1-2，大包角回转球体1-1两侧相对平行的切削面各固定连接一个回转球体接轴1-2，回转球体接轴1-2上设置有放置吊绳的线槽，吊绳一端连接在所要进行竖直方向上零重力模拟的载荷上，吊绳另一端连接在配重上。
大包角回转球体1-1为回转球体，在球体左右两侧对称切除一小部分，保留较大球面，并对形成的两个切削面进行研磨以得到具有较高精度的平行研磨面，用于和回转球体接轴1-2固定连接。
线槽为沿回转球体接轴1-2圆周面设置的，圆周走向的线槽用于悬挂垂直方向的配重和载荷。
参见图3，气浮回转球窝组件2，用于对气浮回转球组件1进行支撑并提供压缩气源，从而在气浮回转球窝组件2和气浮回转球组件1之间形成高刚度气膜，使气浮回转球组件1在进行回转运动时与气浮回转球窝组件2之间无直接接触，具体结构为：气浮回转球窝组件2包括回转球球窝2-1和回转球球窝封气法兰2-2，回转球球窝2-1的弧面上设置有多个节流嘴；回转球球窝封气法兰2-2底部设置有进气口，压缩气体从进气口进入回转球球窝2-1和回转球球窝封气法兰2-2之间的空腔，形成高压气腔，气腔内的压缩气体再经回转球球窝2-1上的节流嘴流出，从而在气浮回转球窝组件2和气浮回转球组件1之间形成高刚度气膜。
参见图4，回转侧气浮止推支撑组件3，位于气浮回转球组件1的两侧，在气浮回转球组件1和回转侧气浮止推支撑组件3之间形成高刚度气膜，实现对气浮回转球组件1的限位，从而实现气浮回转球组件1只能沿其轴线方向转动，同时保证与气浮回转球组件1之间无直接接触，具体结构为：回转侧气浮止推支撑组件3包括回转侧气浮止推限位挡块3-1、回转侧气浮止推限位挡块支架3-2以及球头调节螺钉3-3，回转侧气浮止推限位挡块支架3-2固定于安装平面上，回转侧气浮止推限位挡块3-1由穿过回转侧气浮止推限位挡块支架3-2的球头调节螺钉3-3顶在回转球体接轴1-2上，通过调节球头调节螺钉3-3的松紧，控制回转侧气浮止推限位挡块3-1与回转球体接轴1-2间的气膜厚度。
回转侧气浮止推限位挡块支架3-2座落在安装平面上，其上部内侧面设置有回转侧气浮止推限位挡块3-1，二者之间通过球头调节螺钉3-3连接，通过调节球头调节螺钉3-3的松紧能改变回转侧气浮止推限位挡块3-1、回转侧气浮止推限位挡块支架3-2之间空隙大小，进而改变回转侧气浮止推限位挡块3-1与回转球体接轴1-2间的气膜厚度。
回转侧气浮止推限位挡块(3-1)为与回转球体接轴(1-2)直径相当的圆盘结构，该圆盘结构内部具有空腔，该圆盘结构与回转球接轴相对的止推面上设置有多个节流嘴，在该圆盘结构的圆周面上设置有进气孔，压缩气体经进气孔进入圆盘结构空腔，再由止推面上的节流嘴流出，在回转侧气浮止推限位挡块(3-1)与回转球体接轴(1-2)之间形成高刚度气膜。
在本实施方式中，通过气浮球轴承实现低摩擦的回转运动，克服了传统机械式回转运动中不可避免的摩擦较大的问题，为纯被动式配重法在竖直方向上的零重力模拟中的应用提供了一个能有效降低摩擦，提升竖直方向上零重力模拟精度的方法；并且本实施方式通过回转球两侧设置气浮止推限位挡块的方式，实现对气浮回转球体的运动约束，使其只沿其体轴方向转动，从而避免了回转球体沿竖直轴的转动以及两侧吊绳受载不均匀时的体轴倾斜。
上述实施方式为本发明参照了特定实施案例对本发明进行的详细描述，仅作为本发明的原理以及应用示例，并非用以限定本发明。因此，只要不脱离本发明所附权利要求所限定的范围，可以利用示例性的实施例做出更改或修饰从而设计出其他布置的，均仍属于本发明的权利要求范围。

Claims (4)

1.一种结合气浮球轴承与气浮平面止推轴承的单球式气浮滑轮装置，其特征在于，包括气浮回转球组件(1)、气浮回转球窝组件(2)和回转侧气浮止推支撑组件(3)；
气浮回转球组件(1)位于气浮回转球窝组件(2)上，同时气浮回转球组件(1)两侧由回转侧气浮止推支撑组件(3)夹持支撑；
气浮回转球组件(1)包括大包角回转球体(1-1)以及其两侧的回转球体接轴(1-2)，大包角回转球体(1-1)两侧相对平行的切削面各固定连接一个回转球体接轴(1-2)，回转球体接轴(1-2)上设置有放置吊绳的线槽，吊绳一端连接在所要进行竖直方向上零重力模拟的载荷上，吊绳另一端连接在配重上。
2.根据权利要求1所述一种结合气浮球轴承与气浮平面止推轴承的单球式气浮滑轮装置，其特征在于，气浮回转球窝组件(2)包括回转球球窝(2-1)和回转球球窝封气法兰(2-2)，回转球球窝(2-1)的弧面上设置有多个节流嘴；回转球球窝封气法兰(2-2)底部设置有进气口，压缩气体从进气口进入回转球球窝(2-1)和回转球球窝封气法兰(2-2)之间的空腔，形成高压气腔，气腔内的压缩气体再经回转球球窝(2-1)上的节流嘴流出，从而在气浮回转球窝组件(2)和气浮回转球组件(1)之间形成高刚度气膜。
3.根据权利要求2所述一种结合气浮球轴承与气浮平面止推轴承的单球式气浮滑轮装置，其特征在于，回转侧气浮止推支撑组件(3)包括回转侧气浮止推限位挡块(3-1)、回转侧气浮止推限位挡块支架(3-2)以及球头调节螺钉(3-3)，回转侧气浮止推限位挡块支架(3-2)固定于安装平面上，回转侧气浮止推限位挡块(3-1)由穿过回转侧气浮止推限位挡块支架(3-2)的球头调节螺钉(3-3)顶在回转球体接轴(1-2)上，通过调节球头调节螺钉(3-3)的松紧，控制回转侧气浮止推限位挡块(3-1)与回转球体接轴(1-2)间的气膜厚度。
4.根据权利要求3所述一种结合气浮球轴承与气浮平面止推轴承的单球式气浮滑轮装置，其特征在于，回转侧气浮止推限位挡块(3-1)为与回转球体接轴(1-2)直径相当的圆盘结构，该圆盘结构内部具有空腔，该圆盘结构与回转球接轴相对的止推面上设置有多个节流嘴，在该圆盘结构的圆周面上设置有进气孔，压缩气体经进气孔进入圆盘结构空腔，再由止推面上的节流嘴流出，在回转侧气浮止推限位挡块(3-1)与回转球体接轴(1-2)之间形成高刚度气膜。
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