CN114590422A - 一种用于空间机构复合运动微重力展开的三摇臂试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于空间机构复合运动微重力展开的三摇臂试验装置，包括摇臂支架、一号主轴支架、二号主轴支架、一号摇臂组件、二号摇臂组件、三号摇臂组件、一号主轴本体、二号主轴本体、双转轴组件和单转轴组件；摇臂支架安装至桁架，摇臂支架一侧的顶端和底端分别安装一个一号主轴支架，两个一号主轴支架之间安装一个一号主轴本体，摇臂支架另一侧的顶端和中部分别安装一个二号主轴支架，两个二号主轴支架之间安装一个二号主轴本体；一号摇臂组件和二号摇臂组件通过双转轴组件连接至一号主轴本体，三号摇臂组件通过单转轴组件连接至二号主轴本体。本发明始终提供微重力环境下展开的装置，可靠地验证了展开机构地面展开试验的可行性。

Description

一种用于空间机构复合运动微重力展开的三摇臂试验装置

技术领域

本发明属于试验装置领域，尤其是涉及一种用于空间机构复合运动微重力展开的三摇臂试验装置。

背景技术

随着人类太空探索技术的不断发展，探索规模的不断扩大，人类的活动也日益频繁，发射器的数量不断增加，面对高昂的研制发射成本，空间机构逐渐趋于高收纳比的结构设计，机构的重量不断轻量化，能够实现其功能的同时，尽可能的减少发射成本。对于机构的轻量化设计，能够实现其功能至关重要，对于展开机构，其系统设计的健壮性需在地面进行验证。由于地面重力环境的差异，需在地面卸载机构的重力，进行微重力的地面验证展开试验，微重力卸载系统的研制过程也在不断进步；摇臂式悬吊试验装置模拟技术广泛应用于航天器机构类的地面微重力展开试验，对于平面内绕固定轴展开的机构，多采用摇臂式悬吊的卸载方式，但是对于展开机构的质心随着展开过程不断变化的工况下，传统的悬吊方式是不能满足于机构的微重力展开的，需研制多摇臂悬吊卸载的试验装置。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种用于空间机构复合运动微重力展开的三摇臂试验装置，根据空间展开机构展开运动既有公转又有自转的运动轨迹及运动特性，提出了一种能够实现展开机构在运动过程中，始终提供微重力环境下展开的装置，可靠地验证了展开机构地面展开试验的可行性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于空间机构复合运动微重力展开的三摇臂试验装置，包括两个安装在桁架上的试验装置本体，试验装置本体包括摇臂支架、一号主轴支架、二号主轴支架、一号摇臂组件、二号摇臂组件、三号摇臂组件、一号主轴本体、二号主轴本体、双转轴组件和单转轴组件；摇臂支架安装至桁架，摇臂支架一侧的顶端和底端分别安装一个一号主轴支架，两个一号主轴支架之间安装一个一号主轴本体，一号主轴本体两端通过锁紧螺钉与两个一号主轴支架固定连接；摇臂支架另一侧的顶端和中部分别安装一个二号主轴支架，两个二号主轴支架之间安装一个二号主轴本体；一号摇臂组件和二号摇臂组件通过双转轴组件连接至一号主轴本体，三号摇臂组件通过单转轴组件连接至二号主轴本体。

进一步的，摇臂支架由若干方管连接形成框架结构，横截面呈矩形状；俯视摇臂支架，一号主轴支架安装至摇臂支架的下侧面，二号主轴支架安装至摇臂支架的右侧面。

进一步的，一号主轴本体中部设有限位结构，所述限位结构用于将一号摇臂组件和二号摇臂组件进行分隔，实现一号摇臂组件和二号摇臂组件通过双转轴组件与一号主轴本体配合。

进一步的，一号摇臂组件、二号摇臂组件和三号摇臂组件的零部件组成部分相同，其中一号摇臂组件包括一号摇臂架、一号导轨和滑车组件，一号导轨的长度与一号摇臂架的长度契合，一号导轨通过若干螺栓安装至一号摇臂架的底部，能够实现对一号导轨的微调，通过微调使一号导轨与一号摇臂架的下表面平行；滑车组件与一号导轨配合，且能够在一号导轨上滑动。

进一步的，滑车组件包括滑动架、若干滑轮和拉压传感器，滑动架横截面呈Y型结构，则滑动架顶部两端分别设有两个滑轮，滑轮通过螺栓连接至滑动架，进而实现滑动架相对一号导轨滑动，且滑动架滑动过程中，由于是Y型结构，可以躲避一号导轨与一号摇臂架之间的螺栓，拉压传感器安装至滑动架的底部，拉压传感器底部通过绳索从上至下依次连接弹簧和花篮螺丝。

进一步的，一号摇臂组件的一号摇臂架长度大于三号摇臂组件的三号摇臂架长度；三号摇臂架的长度大于二号摇臂组件的二号摇臂架的长度；一号摇臂架底端的高度大于三号摇臂架底端的高度，三号摇臂架底端的高度大于二号摇臂架底端的高度。

进一步的，限位结构至一号主轴本体顶端的部分为上段，限位结构至一号主轴本体底端的部分为下段，其中，双转轴组件包括与一号摇臂组件连接的一号套筒、与二号摇臂组件连接的二号套筒，一号套筒套接至上段，二号套筒套接至下段。

进一步的，一号套筒和二号套筒的内壁依次通过摇臂外套、摇臂内套与一号主轴本体配合，一号套筒的顶部通过一号角接触轴承与一号主轴本体配合，二号套筒的底部通过二号角接触轴承与一号主轴本体配合；一号牙腹锁紧螺母通过止动垫圈对一号角接触轴承进行固定；二号牙腹锁紧螺母通过止动垫圈对二号角接触轴承进行固定。

进一步的，单转轴组件包括与三号摇臂组件连接的三号套筒，三号套筒套接至三号主轴本体，三号套筒的两端分别通过一个三号角接触轴承与三号主轴本体配合，三号牙腹锁紧螺母通过止动垫圈对三号角接触轴承固定。

进一步的，两个试验装置本体存在高度差。

相对于现有技术，本发明所述的一种用于空间机构复合运动微重力展开的三摇臂试验装置具有以下优势：

（1）本发明一种用于空间机构复合运动微重力展开的三摇臂试验装置，采用三摇臂与滑轨配合的方式，针对既有公转又有自转运动特性的展开机构，解决了其地面微重力展开模拟试验的难题。

（2）本发明一种用于空间机构复合运动微重力展开的三摇臂试验装置，采用两摇臂共用一根主轴的结构，两摇臂呈上下分布的结构，解决了悬吊装置之间的运动干涉问题。

（3）本发明一种用于空间机构复合运动微重力展开的三摇臂试验装置，采用三摇臂的设计方式，使得展开机构在展开过程中的质心，始终在三个悬吊点形成的包络中。

（4）本发明一种用于空间机构复合运动微重力展开的三摇臂试验装置，采用悬吊组件中传感器及弹簧，可实现动态监控展开过程卸载的情况以及实现柔性浮动的精准运动。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例一种用于空间机构复合运动微重力展开的三摇臂试验装置安装至桁架的示意图；

图2为本发明实施例一种用于空间机构复合运动微重力展开的三摇臂试验装置示意图；

图3为本发明实施例滑车组件示意图；

图4为本发明实施例一号摇臂组件示意图；

图5为本发明实施例双转轴组件剖视图；

图6为本发明实施例弹簧及花篮螺丝安装至滑车组件的示意图；

图7为本发明实施例摇臂支架俯视图。

附图标记说明：

1、摇臂支架；2、一号主轴支架；3、二号主轴支架；4、一号摇臂组件；41、一号摇臂架；42、一号导轨；43、滑车组件；431、滑动架；432、滑轮；433、拉压传感器；434、弹簧；435、花篮螺丝；5、二号摇臂组件；6、三号摇臂组件；7、一号主轴本体；71、限位结构；8、二号主轴本体；9、双转轴组件；91、一号套筒；92、二号套筒；93、摇臂外套；94、摇臂内套；95、一号角接触轴承；96、二号角接触轴承；97、一号牙腹锁紧螺母；98、二号牙腹锁紧螺母；10、单转轴组件；101、三号套筒；102、三号牙腹锁紧螺母；11、试验装置本体。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种用于空间机构复合运动微重力展开的三摇臂试验装置，如图1所示，包括两个安装在桁架上的试验装置本体11；如图2所示，试验装置本体11包括摇臂支架1、一号主轴支架2、二号主轴支架3、一号摇臂组件4、二号摇臂组件5、三号摇臂组件6、一号主轴本体7、二号主轴本体8、双转轴组件9和单转轴组件10；摇臂支架1安装至桁架，摇臂支架1一侧的顶端和底端分别安装一个一号主轴支架2，两个一号主轴支架2之间安装一个一号主轴本体7，一号主轴本体7两端通过锁紧螺钉与两个一号主轴支架2固定连接；摇臂支架1另一侧的顶端和中部分别安装一个二号主轴支架3，两个二号主轴支架3之间安装一个二号主轴本体8；一号摇臂组件4和二号摇臂组件5通过双转轴组件9连接至一号主轴本体7，三号摇臂组件6通过单转轴组件10连接至二号主轴本体8。

优选的，如图2所示，摇臂支架1由若干方管连接形成框架结构，结构稳固，同时减轻装置整体的质量，减少成本；横截面呈矩形状，俯视摇臂支架1，如图7所示，一号主轴支架2安装至摇臂支架1的下侧面，则二号主轴支架3安装至摇臂支架1的右侧面，交代清楚一号主轴支架2和二号主轴支架3相对摇臂支架1的安装位置，便于对空间机构进行测试，使得展开机构在展开过程中的质心，始终在三个悬吊点形成的包络中。

优选的，如图5所示，一号主轴本体7中部设有限位结构71，限位机构为常见的凸台结构，所述限位结构71用于将一号摇臂组件4和二号摇臂组件5进行分隔，实现一号摇臂组件4和二号摇臂组件5通过双转轴组件9与一号主轴本体7配合，一号摇臂组件4和二号摇臂组件5共同作业时互不干涉。

优选的，如图2所示，一号摇臂组件4、二号摇臂组件5和三号摇臂组件6的零部件组成部分相同，其中一号摇臂组件4包括一号摇臂架41、一号导轨42和滑车组件43，一号导轨42的长度与一号摇臂架41的长度契合，一号导轨42通过若干螺栓安装至一号摇臂架41的底部，能够实现对一号导轨42的微调，通过调节螺栓，可以调节一号导轨42与一号摇臂架41之间的距离；通过微调使一号导轨42与一号摇臂架41的下表面平行；滑车组件43与一号导轨42配合，且能够在一号导轨42上滑动；

优选的，如图3、图4所示，滑车组件43包括滑动架431、若干滑轮432和拉压传感器433，滑动架431横截面呈Y型结构，则滑动架431顶部两端分别设有两个滑轮432，滑轮432通过螺栓连接至滑动架431，进而实现滑动架431相对一号导轨42滑动，且滑动架431滑动过程中，由于是Y型结构，可以躲避一号导轨42与一号摇臂架41之间的螺栓，拉压传感器433安装至滑动架431的底部，如图6所示，拉压传感器433底部通过绳索从上至下依次连接弹簧434和花篮螺丝435，拉压传感器433通过电连接或者信号连接至地面的接收系统，可以对拉压传感器433检测的压力值进行显示，便于测试人员直接进行读数。

二号摇臂组件5和三号摇臂组件6与一号摇臂组件4的零部件组成相同，只是一号摇臂架41、二号摇臂架和三号摇臂架的结构不同，长短不一；

优选的，一号摇臂组件4的一号摇臂架41长度大于三号摇臂组件6的三号摇臂架长度；三号摇臂架的长度大于二号摇臂组件5的二号摇臂架的长度；一号摇臂架41底端的高度大于三号摇臂架底端的高度，三号摇臂架底端的高度大于二号摇臂架底端的高度；使得展开机构在展开过程中的质心，始终在三个悬吊点形成的包络中。

优选的，如图5所示，限位结构71至一号主轴本体7顶端的部分为上段，限位结构71至一号主轴本体7底端的部分为下段，其中，双转轴组件9包括与一号摇臂组件4连接的一号套筒91、与二号摇臂组件5连接的二号套筒92，一号套筒91套接至上段，二号套筒92套接至下段。

优选的，一号套筒91和二号套筒92的内壁依次通过摇臂外套93、摇臂内套94与一号主轴本体7配合，一号套筒91的顶部通过一号角接触轴承95与一号主轴本体7配合，二号套筒92的底部通过二号角接触轴承96与一号主轴本体7配合；一号牙腹锁紧螺母97通过止动垫圈对一号角接触轴承95进行固定；二号牙腹锁紧螺母98通过止动垫圈对二号角接触轴承96进行固定。

优选的，单转轴组件10包括与三号摇臂组件6连接的三号套筒101，三号套筒101套接至三号主轴本体，三号套筒101的两端分别通过一个三号角接触轴承与三号主轴本体配合，三号牙腹锁紧螺母102通过止动垫圈对三号角接触轴承固定。

优选的，两个试验装置本体11存在高度差，高度差形成的原因是两个试验装置本体11中，其中一个通过增高架安装在桁架上。

工作原理：首先将试验装置本体11安装在桁架上，对桁架通过钢板尺对桁架底座进行粗调；然后调整一号主轴本体7和二号主轴本体8的直线度，以一号摇臂组件4为例，其他的摇臂组件调整方式与一号摇臂组件4相同；在滑动架431下方的绳索上粘贴钢板尺，将滑动架431滑到一号导轨42末端，然后使用经纬仪记录钢板尺上的数值，绕一号主轴本体7旋转一号摇臂架41，记录各个点的数据，根据数据分析调整的方向，对一号主轴支架2与摇臂支架1的连接面进行微调，当各个点的数值相同时，一号主轴本体7调整完毕，按照此方法对二号主轴本体8进行调整；然后是调整一号导轨42、二号导轨和三号导轨的直线度，

在绳索上粘贴钢板尺，然后架设经纬仪，调节过程限制一号摇臂架41的旋转，将滑车组件43在一号导轨42上运动，分别取两端及中间位置的点位，记录钢板尺上的数值，通过调节一号导轨42上方与一号摇臂架41连接的螺栓，和目标物旋转轴垂直；当三个点位的数值相同时，导轨直线度即调整完毕，最后对导轨的直线度进行检验，在导轨上将滑车滑到任意位置，经纬仪观察钢板尺数值是否与调整数值一致；试验装置调整完毕后，将滑车组件43的钢丝绳连接到展开机构上，对各个滑车组件43的花篮螺丝435进行预紧，观察拉压传感器433的数值，当力达到设定的数值时，即调整完毕，对各个悬吊装置进行依次调整，最后释放展开机构的约束。

试验过程中，通过两个相同的三摇臂装置，共计6个吊点与卸载目标物连接，各个吊点由钢丝绳串联拉压传感器433，弹簧434和花篮螺丝435组成，每个吊点需卸载的重量通过调试花篮螺丝435来记录拉压传感器433的显示示数。三摇臂的三个吊点卸载目标物的一半重量，三个吊点拉压传感器433显示示数之和为目标物的一半重量，六个吊点卸载目标物全部重量，目标物通过电机驱动做展开，由于悬吊装置卸载了目标物的重量，因此电机驱动目标物展开时，不会对电机产生由于重力影响带来的额外力矩。目标物展开过程中，吊点串联的弹簧434来适应目标物旋转轴的倾斜带来的高度变化影响，以及主轴的倾斜带来的吊点的高度变化影响，展开及收拢过程中，目标物一分为二在平面内做展收运动，各吊点通过滑车组件43在导轨42上运动，一号摇臂组件4和二号摇臂组件5可绕双转轴组件9旋转运动，三号摇臂组件6可绕单转轴组件10旋转运动，来适应目标物的展收运动。各吊点的拉压传感器433可实时记录示数，当运动完毕后，传感器数据采集可输出展开过程中的各个传感器的数据曲线，通过曲线可评判展开及收拢过程中目标物的卸载情况以及对电机产生重量带来的额外力矩的情况。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于空间机构复合运动微重力展开的三摇臂试验装置，包括两个安装在桁架上的试验装置本体，其特征在于：试验装置本体包括摇臂支架、一号主轴支架、二号主轴支架、一号摇臂组件、二号摇臂组件、三号摇臂组件、一号主轴本体、二号主轴本体、双转轴组件和单转轴组件；摇臂支架安装至桁架，摇臂支架一侧的顶端和底端分别安装一个一号主轴支架，两个一号主轴支架之间安装一个一号主轴本体，摇臂支架另一侧的顶端和中部分别安装一个二号主轴支架，两个二号主轴支架之间安装一个二号主轴本体；一号摇臂组件和二号摇臂组件通过双转轴组件连接至一号主轴本体，三号摇臂组件通过单转轴组件连接至二号主轴本体；一号摇臂组件、二号摇臂组件和三号摇臂组件的零部件组成部分相同，其中一号摇臂组件包括一号摇臂架、一号导轨和滑车组件，一号导轨的长度与一号摇臂架的长度契合，一号导轨通过若干螺栓安装至一号摇臂架的底部，能够实现对一号导轨的微调，滑车组件与一号导轨配合，且能够在一号导轨上滑动。

2.根据权利要求1所述的一种用于空间机构复合运动微重力展开的三摇臂试验装置，其特征在于：摇臂支架由若干方管连接形成框架结构，横截面呈矩形状；俯视摇臂支架，一号主轴支架安装至摇臂支架的下侧面，二号主轴支架安装至摇臂支架的右侧面。

3.根据权利要求1所述的一种用于空间机构复合运动微重力展开的三摇臂试验装置，其特征在于：一号主轴本体中部设有限位结构，所述限位结构用于将一号摇臂组件和二号摇臂组件进行分隔，实现一号摇臂组件和二号摇臂组件通过双转轴组件与一号主轴本体配合。

4.根据权利要求1所述的一种用于空间机构复合运动微重力展开的三摇臂试验装置，其特征在于：滑车组件包括滑动架、若干滑轮和拉压传感器，滑动架横截面呈Y型结构，则滑动架顶部两端分别设有两个滑轮，滑轮通过螺栓连接至滑动架，进而实现滑动架相对一号导轨滑动，拉压传感器安装至滑动架的底部，拉压传感器底部通过绳索从上至下依次连接弹簧和花篮螺丝。

5.根据权利要求4所述的一种用于空间机构复合运动微重力展开的三摇臂试验装置，其特征在于：一号摇臂组件的一号摇臂架长度大于三号摇臂组件的三号摇臂架长度；三号摇臂架的长度大于二号摇臂组件的二号摇臂架的长度；一号摇臂架底端的高度大于三号摇臂架底端的高度，三号摇臂架底端的高度大于二号摇臂架底端的高度。

6.根据权利要求3所述的一种用于空间机构复合运动微重力展开的三摇臂试验装置，其特征在于：限位结构至一号主轴本体顶端的部分为上段，限位结构至一号主轴本体底端的部分为下段，其中，双转轴组件包括与一号摇臂组件连接的一号套筒、与二号摇臂组件连接的二号套筒，一号套筒套接至上段，二号套筒套接至下段。

7.根据权利要求6所述的一种用于空间机构复合运动微重力展开的三摇臂试验装置，其特征在于：一号套筒和二号套筒的内壁，均依次通过摇臂外套、摇臂内套与一号主轴本体配合，一号套筒的顶部通过一号角接触轴承与一号主轴本体配合，二号套筒的底部通过二号角接触轴承与一号主轴本体配合；一号牙腹锁紧螺母通过止动垫圈对一号角接触轴承进行固定；二号牙腹锁紧螺母通过止动垫圈对二号角接触轴承进行固定。

8.根据权利要求1所述的一种用于空间机构复合运动微重力展开的三摇臂试验装置，其特征在于：单转轴组件包括与三号摇臂组件连接的三号套筒，三号套筒套接至三号主轴本体，三号套筒的内壁依次通过摇臂外套、摇臂内套与三号主轴本体配合；三号套筒的两端分别通过一个三号角接触轴承与三号主轴本体配合，三号牙腹锁紧螺母通过止动垫圈对三号角接触轴承固定。

9.根据权利要求1所述的一种用于空间机构复合运动微重力展开的三摇臂试验装置，其特征在于：两个试验装置本体存在高度差。

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