CN114893499A - 一种气浮球轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种气浮球轴承，包括气浮轴承、气浮球和连接法兰，气浮球外围位于气浮轴承内圈，且气浮轴承用于连接航天器模拟器，气浮球外围与气浮轴承内圈之间设有缝隙，气浮球外围安装连接法兰，且连接法兰不干涉气浮轴承的旋转，连接法兰侧壁设有进气口，气浮球中部设有气腔，气浮球侧壁设有气孔，高压介质依次经进气口、气腔、气孔连通至所述缝隙。本发明所述的一种气浮球轴承，气浮球采用整球的设计，气浮球喷气，增大了横向气浮的接触面积，解决了传统气浮球轴承不能承受横向冲击的问题。

Description

一种气浮球轴承
技术领域
本发明属于航天器地面试验设备领域，尤其是涉及一种气浮球轴承。
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，人类的活动已经不再局限于地球及近地空间，而是将眼光投向更为遥远的深空。深空探测技术近年来迅速发展，对于月球及火星的探测任务逐渐增加，其中月球的探测任务是最多的，对于至关重要的着陆器着陆的稳定性，在地面开展了大量的全物理模拟仿真试验，但是对于足式机器人的着陆模拟试验却是全新的挑战。
如图1所示传统的气浮球轴承由于是半球的结构设计，其中包括现有技术浮球1和现有技术球窝2，旋转过程中会出现干涉的现象，因此旋转角度会受到限制；在冲击过程中会受到侧向的冲击载荷，传统的气浮球轴承承受侧向冲击的载荷能力较差；机械轴承存在旋转角度受限，摩擦力矩大的现象，在工作原理上，气浮球窝喷气，气浮球窝与气浮球之间形成气膜，气浮球浮起；在运动方式上，气浮球窝保持相对静止，气浮球绕球窝做三个轴的旋转运动，旋转角度一般为±15°，运动范围相对较小；在结构上，气浮球为多半球形状，气浮球窝也为小半球形状，采用的气浮球轴承全部为传统的球窝相对静止，球窝喷气，气浮球浮起旋转，且都无法承受横向的冲击载荷。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种气浮球轴承，以解决航天器地面六自由度模拟器的低重力环境模拟的着陆缓冲验证试验的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种气浮球轴承，包括气浮轴承、气浮球和连接法兰，气浮球外围位于气浮轴承内圈，且气浮轴承用于连接航天器模拟器，气浮球外围与气浮轴承内圈之间设有缝隙，气浮球外围安装连接法兰，且连接法兰不干涉气浮轴承的旋转，连接法兰侧壁设有进气口，气浮球中部设有气腔，气浮球侧壁设有气孔，高压介质依次经进气口、气腔、气孔连通至所述缝隙。
进一步的，所述气浮轴承包括上球窝和下球窝，上球窝下端固定连接至下球窝的上端，上球窝下端设有上安装槽，下球窝上端设有下安装槽，气浮球外围分别位于上安装槽内、下安装槽内，且气浮球外围与上安装槽内壁、下安装槽内壁分别设有缝隙。
进一步的，所述上球窝下端设有定位销，下球窝上端设有定位孔，定位销外围位于定位孔内。
进一步的，所述连接法兰为桶状结构，连接法兰的侧壁设有进气口，气浮球的侧壁设有通气孔，高压介质经进气口、连接法兰内部和通气孔进入气腔，连接法兰上端固定连接至气浮球外围，连接法兰的下端固定连接至固定位置。
进一步的，所述气浮球外围设有安装面，安装面上设有密封环槽，且密封环槽与通气孔同心设置，连接法兰的上端面固定连接至所述安装面，且密封环槽用于连接法兰与气浮球的密封。
进一步的，所述上球窝侧壁分别设有测量设备安装孔和载荷与测试设备的连接孔。
相对于现有技术，本发明所述的一种气浮球轴承具有以下有益效果：
(1)本发明所述的一种气浮球轴承，气浮球采用整球的设计，气浮球喷气，增大了横向气浮的接触面积，解决了传统气浮球轴承不能承受横向冲击的问题。
(2)本发明所述的一种气浮球轴承，采用上下气浮球窝在气浮球赤道位置贴合，气浮球窝上下不对称的结构，上球窝设计气浮接触面积大，可承受垂向的载荷增大。
(3)本发明所述的一种气浮球轴承，采用气浮球喷气的工作原理，实现了气浮球窝的低摩擦旋转运动，保证地面试验验证工作的真实性和高还原度。
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为本发明实施例所述的现有技术浮球和现有技术球窝装配的结构示意图；
图2为本发明实施例所述的一种气浮球轴承的结构示意图；
图3为本发明实施例所述的一种气浮球轴承的旋转角度示意图；
图4为本发明实施例所述的气浮轴承和气浮球装配的结构示意图；
图5为本发明实施例所述的气浮球的结构示意图；
图6为本发明实施例所述的气浮球的剖面图。
附图标记说明：
1-现有技术浮球；2-现有技术球窝；3-上球窝；4-下球窝；5-气浮球；6-连接法兰；7-进气口；8-球窝连接孔；9-定位销；10-测量设备安装孔；11-载荷与测试设备连接孔；12-密封槽；13-气孔；14-气腔；15-气嘴；16-航天器模拟器。
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。
如图1-6所示，一种气浮球轴承，可实现旋转角度±40°的范围，且在着陆缓冲冲击试验中，由于气浮球5喷气，气浮球5轴承可承受侧向冲击力气浮球5轴承可承受300kg的垂直载荷和1000kg的侧向冲击力，其包括气浮轴承、气浮球5和连接法兰6，气浮球5外围位于气浮轴承内圈，且气浮轴承用于连接航天器模拟器16，气浮球5外围与气浮轴承内圈之间设有缝隙，气浮球5外围安装连接法兰6，且连接法兰6不干涉气浮轴承的旋转，连接法兰6侧壁设有进气口7，气浮球5中部设有气腔14，气浮球5侧壁设有气孔13，高压介质依次经进气口7、气腔14、气孔13连通至所述缝隙，如图2所示该气浮球5轴承用于实现低重力模拟着陆缓冲试验中，气浮球5轴承的承载及释放自由度的功能，具有“承载大、旋转角度大、可承受冲击”的特点；
气浮轴承包括上球窝3和下球窝4，上球窝3下端固定连接至下球窝4的上端，上球窝3下端设有上安装槽，下球窝4上端设有下安装槽，气浮球5外围分别位于上安装槽内、下安装槽内，且气浮球5外围与上安装槽内壁、下安装槽内壁分别设有缝隙，通过所述上球窝3和下球窝4进行配合连接，连接为整体球窝，上球窝3上设有球窝连接孔8，上下球窝4通过螺钉穿过球窝连接孔8实现连接，上球窝3下端设有定位销9，下球窝4上端设有定位孔，定位销9外围位于定位孔内，上下球窝4与气浮球5通气测试，测试完成后，上下球窝4进行定位销9与定位孔实现对正，球窝上每个端面的连接孔为连接航天器模拟器16的接口，考虑到承载问题，气浮球5窝采用了上下不对称的设计方式。
所述气浮球5与气浮轴承配合，使得气浮轴承在气浮球5上做三个自由度的旋转运动，由于上下球窝4在气浮球5赤道位置贴合，因此不会在气浮球5上脱出，气浮球5采用空心的结构设计，内部掏空形成气腔14，实现气浮的状态；
所述连接法兰6与气浮球5的下底面连接，连接法兰6为桶状结构，连接法兰6的侧壁设有进气口7，气浮球5的侧壁设有通气孔13，高压介质经进气口7、连接法兰6内部和通气孔13进入气腔14，连接法兰6与法兰下底面连接处设计有密封槽12，保证运行过程中，贴合面不会漏气；连接法兰6采用盲孔设计，形成小气腔14，在连接法兰6侧面有进气口7，进气口7位置安装气嘴15装置，气源从此处进入连接法兰6及气浮球5内部，然后在气浮球5表面的气孔13喷气，从而实现球窝的悬浮状态，如图5和6所示，气孔13设计了7圈，每圈孔间距30°，每圈分布12个节流孔，除中间赤道位置的两排孔外，其他孔上下错开分布，错开角度15°，以确保气浮状态稳定，气浮轴承受力均匀。
如图3所示为气浮球5轴承带有航天器模拟器16下的运动方式，可实现大范围的三轴旋转运动，且不会有干涉问题，航天器模拟器16上可连接缓冲移动腿，通过模拟器的设计可配出目标航天器的惯量，真实模拟着陆缓冲过程中的三轴旋转运动；连接法兰6下方通过连接转接立柱，可控制其运动方向。
一种气浮球5轴承的使用过程：
在航天器地面低重力着陆缓冲模拟仿真试验中，通过气浮球5轴承的存在，可真实的模拟出在低重力模拟环境下的三轴旋转运动状态，通过气浮球5轴承上连接的航天器模拟器16，可真实的模拟作用在目标产品的运动状态，具体使用步骤如下：
如图2所示，气浮球5轴承连接完成后，在连接法兰6的下端面连接模拟器平动平台部分，实现试验的运动方向；在进气口7的位置连接气源管路，给气浮球5供气，气浮球5浮起后，连接航天器模拟器16，对航天器模拟器16进行配平，使得气浮球5上载荷的质心与气浮球5的球心位置重合，同时配出航天器模拟器16的惯量，与真实航天器的惯量相同，因此航天器模拟器16的运动，可真实的模拟出航天器在轨的运动状态。
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 (6)

1.一种气浮球轴承，其特征在于：包括气浮轴承、气浮球(5)和连接法兰(6)，气浮球(5)外围位于气浮轴承内圈，且气浮轴承用于连接航天器模拟器(16)，气浮球(5)外围与气浮轴承内圈之间设有缝隙，气浮球(5)外围安装连接法兰(6)，且连接法兰(6)不干涉气浮轴承的旋转，连接法兰(6)侧壁设有进气口(7)，气浮球(5)中部设有气腔(14)，气浮球(5)侧壁设有气孔(13)，高压介质依次经进气口(7)、气腔(14)、气孔(13)连通至所述缝隙。
2.根据权利要求1所述的一种气浮球轴承，其特征在于：气浮轴承包括上球窝(3)和下球窝(4)，上球窝(3)下端固定连接至下球窝(4)的上端，上球窝(3)下端设有上安装槽，下球窝(4)上端设有下安装槽，气浮球(5)外围分别位于上安装槽内、下安装槽内，且气浮球(5)外围与上安装槽内壁、下安装槽内壁分别设有缝隙。
3.根据权利要求2所述的一种气浮球轴承，其特征在于：上球窝(3)下端设有定位销(9)，下球窝(4)上端设有定位孔，定位销(9)外围位于定位孔内。
4.根据权利要求2所述的一种气浮球轴承，其特征在于：连接法兰(6)为桶状结构，连接法兰(6)的侧壁设有进气口(7)，气浮球(5)的侧壁设有通气孔(13)，高压介质经进气口(7)、连接法兰(6)内部和通气孔(13)进入气腔(14)，连接法兰(6)上端固定连接至气浮球(5)外围，连接法兰(6)的下端固定连接至固定位置。
5.根据权利要求2所述的一种气浮球轴承，其特征在于：气浮球(5)外围设有安装面，安装面上设有密封环槽，且密封环槽与通气孔(13)同心设置，连接法兰(6)的上端面固定连接至所述安装面，且密封环槽用于连接法兰(6)与气浮球(5)的密封。
6.根据权利要求2所述的一种气浮球轴承，其特征在于：上球窝(3)侧壁分别设有测量设备安装孔(10)和载荷与测试设备的连接孔。
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CN115232734A (zh) * 2022-08-19 2022-10-25 兰州理工大学 一种气动悬浮式三维微重力生物效应模拟系统及其应用
CN115232734B (zh) * 2022-08-19 2024-04-30 兰州理工大学 一种气动悬浮式三维微重力生物效应模拟系统及其应用

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