CN115273602B - 一种多级伸缩机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多级伸缩机构，包括由内致外依次设置的内层立柱、中层立柱和外层立柱，且中层立柱能够通过动力装置与外层立柱相对滑动，且在中层立柱与外层立柱相对滑动的状态下，中层立柱带动内层立柱同向运动，此时内层立柱能够同步通过动力装置与中层立柱相对滑动，且中层立柱与内层立柱的滑动方向相同。本发明所述的一种多级伸缩机构，能够实现半物理仿真模拟系统具备重载和大范围高精度的运动能力，同时，该高精度多级伸缩机构也可以用在需要推杆结构的场合，完成推杆的功能，该结构具有大承载、高精度和长行程的特点，尤其使用高精度运动控制场合，在民品等领域也具有广泛的用途。

Description

一种多级伸缩机构

技术领域

本发明属于航天器半物理仿真领域，尤其是涉及一种多级伸缩机构。

背景技术

航天器半物理仿真模拟试验时，能够模拟航天器在太空失重环境下6自由度的运动控制，航天器半物理仿真试验台一般具备三个方向的平动自由度和三个方向的转动自由度，随着我国载人航天和深空探测的不断发展，航天器载人登月和登火等计划不断推出，对航天器在地面进行半物理仿真模拟试验时要求越来越高，为了模拟航天器登陆过程，要求半物理仿真模拟系统具备重载和大范围高精度的运动能力，在6个自由度中最困难的是沿引力(重力)方向的平动自由度，由于重力场的存在，在克服重力场的情况下去实现重载大范围运动，如果采用一般设计机构，模拟系统重力场方向的结构尺寸要覆盖整个运动行程，结构占用空间大，同时会引入诸多弊端，如果采用多级伸缩机构使仿真器结构空间尺寸更小，拓展航天器的运动空间，给仿真模拟试验带来诸多优点。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种多级伸缩机构，以解决在初始有限尺寸的情况下，通过可伸缩机构可实现负载或模拟器大范围的高精度直线运动。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种多级伸缩机构，包括由内致外依次设置的内层立柱、中层立柱和外层立柱，且中层立柱能够通过动力装置与外层立柱相对滑动，且在中层立柱与外层立柱相对滑动的状态下，中层立柱带动内层立柱同向运动，此时内层立柱能够同步通过动力装置与中层立柱相对滑动，且中层立柱与内层立柱的滑动方向相同。

进一步的，所述动力装置是电机，内层丝杠的外围转动套接至外层立柱的一端内圈，且内层丝杠的一端固定连接至电机的传动轴，且中层立柱的一端内圈设置中层螺母，内层丝杠的外围螺纹连接至中层螺母的内圈。

进一步的，所述外层立柱的一端内圈设置第一支板，内层丝杠的外围转动套接至第一支板中部，花键轴的一端通过第一轴承转动套接至第一支板上，花键轴的另一端转动套接至第一直线导轨滑块的一端，且中层立柱内壁设有第一滑槽，第一直线导轨滑块的另一端滑动连接至第一滑槽内。

进一步的，所述中层立柱的一端内圈设置第二支板，中层螺母固定安装至第二支板中部，第二支板上设有限位孔，花键轴的外围位于限位孔内。

进一步的，所述外层丝杠的一端转动套接至第二支板的一端，且外层丝杠的中部设有滑孔，内层丝杠的一端穿过第二支板后位于滑孔内，外层丝杠的外围固定套接第三齿轮，花键轴上转动套接第四齿轮，第三齿轮外围啮合至第四齿轮外围，内层丝杠外围固定套接第一齿轮，花键轴外围固定套接第二齿轮，第一齿轮外围啮合至第二齿轮外围。

进一步的，所述内层丝杠的一端安装直线轴承，直线轴承外围滑动连接至滑孔内。

进一步的，所述内层立柱的一端内圈安装外层螺母，外层丝杠的外围螺纹连接至外层螺母内圈，且外层丝杠的一端转动套接至第二直线导轨滑块的一端，内层立柱的内壁设有第二滑槽，第二直线导轨滑块的另一端滑动连接至第二滑槽内。

进一步的，所述中层立柱外壁安装第三直线导轨滑块，外层立柱内圈设有第三滑槽，第三直线导轨滑块的外围滑动连接至第三滑槽内。

相对于现有技术，本发明所述的一种多级伸缩机构具有以下有益效果：

(1)本发明所述的一种多级伸缩机构，能够实现半物理仿真模拟系统具备重载和大范围高精度的运动能力，同时，该高精度多级伸缩机构也可以用在需要推杆结构的场合，完成推杆的功能。

(2)本发明所述的一种多级伸缩机构，该结构具有大承载、高精度和长行程的特点，尤其使用高精度运动控制场合，在民品等领域也具有广泛的用途。

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一种多级伸缩机构的结构示意图。

附图标记说明：

1-内层立柱；2-中层立柱；3-外层立柱；4-电机；5-内层丝杠；6-中层螺母；7-第一支板；8-花键轴；9-第一直线导轨滑块；10-第二支板；11-外层丝杠；12-第三齿轮；13-第四齿轮；14-第一齿轮；15-第二齿轮；16-直线轴承；17-外层螺母；18-第二直线导轨滑块；19-第三直线导轨滑块；20-第一轴承。

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所示，一种多级伸缩机构，包括由内至外依次设置的内层立柱1、中层立柱2和外层立柱3，且中层立柱2能够通过动力装置与外层立柱3相对滑动，且在中层立柱2与外层立柱3相对滑动的状态下，中层立柱2带动内层立柱1同向运动，此时内层立柱1能够同步通过动力装置与中层立柱2相对滑动，且中层立柱2与内层立柱1的滑动方向相同。

其中，外层立柱3为固定基座，为中空结构，外层立柱3与中层立柱2间安装有直线导轨，中层立柱2可沿导轨滑动，外层立柱3和中层立柱2分别安装有光栅尺，可测量中层立柱2和内层立柱1的运动位移，且光栅尺是现有技术，光栅尺用于直线运动位移的精准测量，可对中层立柱2和内层立柱1的运动行程进行测量；

中层立柱2嵌套在外层立柱3内，为中空结构，中层螺母6固定在中层立柱2上，内层丝杠5旋转时可推动中层立柱2沿直线导轨滑动；

内层立柱1嵌套在中层立柱2内，为中空结构，外层螺母17固定在内层立柱1上，外层丝杠11旋转时可推动内层立柱1沿直线导轨滑动。

动力装置是电机4，电机4是高精度多级伸缩机构的唯一动力源，为机构运动提供动力，内层丝杠5的外围转动套接至外层立柱3的一端内圈，且内层丝杠5的一端固定连接至电机4的传动轴，且中层立柱2的一端内圈设置中层螺母6，内层丝杠5的外围螺纹连接至中层螺母6的内圈。

外层立柱3的一端内圈设置第一支板7，内层丝杠5的外围转动套接至第一支板7中部，花键轴8的一端通过第一轴承20转动套接至第一支板7上，花键轴8的另一端转动套接至第一直线导轨滑块9的一端，且中层立柱2内壁设有第一滑槽，第一直线导轨滑块9的另一端滑动连接至第一滑槽内。

中层立柱2的一端内圈设置第二支板10，中层螺母6固定安装至第二支板10中部，第二支板10上设有限位孔，花键轴8的外围位于限位孔内。

外层丝杠11的一端转动套接至第二支板10的一端，且外层丝杠11的中部设有滑孔，内层丝杠5的一端穿过第二支板10后位于滑孔内，外层丝杠11的外围固定套接第四齿轮13，花键轴8上转动套接第三齿轮12，第三齿轮12外围啮合至第四齿轮13外围，内层丝杠5外围固定套接第一齿轮14，花键轴8外围固定套接第二齿轮15，第一齿轮14外围啮合至第二齿轮15外围，通过多个齿轮的啮合传动，实现外层丝杠11、花键轴8和内层丝杠5同步转动的需求。

外层丝杠11与内层丝杠5导程一致，内层丝杠5的一端安装直线轴承16，直线轴承16外围滑动连接至滑孔内，直线轴承16对内层丝杠5起支撑作用，同时直线轴承16可沿外层丝杠11内壁滑动减小内层丝杠5和外层丝杠11相对运动过程的摩擦阻力。

内层立柱1的一端内圈安装外层螺母17，外层丝杠11的外围螺纹连接至外层螺母17内圈，且外层丝杠11的一端转动套接至第二直线导轨滑块18的一端，内层立柱1的内壁设有第二滑槽，第二直线导轨滑块18的另一端滑动连接至第二滑槽内。

中层立柱2外壁安装第三直线导轨滑块19，外层立柱3内圈设有第三滑槽，第三直线导轨滑块19的外围滑动连接至第三滑槽内，第一直线导轨滑块9、第二直线导轨滑块18和第三直线导轨滑块19均用于直线运动精确导向，外层立柱3、中层立柱2和内层立柱1分别安装4组直线导轨滑块，实现中层立柱2和内层立柱1运动过程中的精准导向。花键轴8自由端轴承处安装导轨滑块，以适应中层立柱2运动；外层丝杠11自由端轴承处安装导轨滑块，以适应内层立柱1运动。

一种多级伸缩机构的工作过程：

在工作中电机4驱动内层丝杠5旋转运动，中层螺母6固定中层立柱2上，内层丝杠5旋转驱动中层螺母6推动中层立柱2运动,为了保证内层丝杠5良好的受力状态，内层丝杠5固定端通过轴承支撑固定在外层立柱3上，移动端通过轴承支撑在外层丝杠11内孔壁上，移动端支撑可沿外层丝杠11内孔壁进行滑动，保证结构伸缩过程中内层丝杠5和外层丝杠11可以相对滑动。内层丝杠5、花键轴8和外层丝杠11通过多个齿轮啮合实现同步转动，电机4驱动内层丝杠5旋转运动时，外层丝杠11同步旋转，外层螺母17固定在内层立柱1上，外层丝杠11旋转驱动外层螺母17推动内层立柱1运动，为了保证外层丝杠11良好的受力状态，外层丝杠11一端通过轴承支撑固定在中层立柱2上，另一端通过轴承支撑固定在内层立柱1上。花键轴8上两对齿轮的传动比维1:1，在一个电机4驱动下保证内层丝杠5和外层丝杠11具有相同的旋转速度，同时外层丝杠11和内层丝杠5导程相同，可以保证内层立柱1和中层立柱同步伸缩运动。内层立柱1、中层立柱2和外层立柱3间分别安装有4根直线导轨，保证内层立柱1和中层立柱2运动过程中的导向精度，同时外层立柱3和中层立柱2安装有光栅尺，可对中层立柱2和内层立柱1的运动行程进行测量。

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 (4)

1.一种多级伸缩机构，其特征在于：包括由内至外依次设置的内层丝杠(5)、外层丝杠(11)、内层立柱(1)、中层立柱(2)和外层立柱(3)，内层丝杠(5)和外层丝杠(11)由同一动力装置驱动，内层丝杠(5)的一端固定连接至动力装置的传动轴，且中层立柱(2)的一端内圈设置中层螺母(6)，内层丝杠(5)的外围螺纹连接至中层螺母(6)的内圈；外层立柱(3)的一端内圈设置第一支板(7)，内层丝杠(5)的外围转动套接至第一支板(7)中部，花键轴(8)的一端通过第一轴承(20)转动套接至第一支板(7)上，花键轴(8)的另一端转动套接至第一直线导轨滑块(9)的一端，且中层立柱(2)内壁设有第一滑槽，第一直线导轨滑块(9)的另一端滑动连接至第一滑槽内；中层立柱(2)的一端内圈设置第二支板(10)，外层丝杠(11)的一端转动套接至第二支板(10)的一端，且外层丝杠(11)的中部设有滑孔，内层丝杠(5)的一端穿过第二支板(10)后位于滑孔内，外层丝杠(11)的外围固定套接第四齿轮(13)，花键轴(8)上转动套接第三齿轮(12)，第三齿轮(12)外围啮合至第四齿轮(13)外围，内层丝杠(5)外围固定套接第一齿轮(14)，花键轴(8)外围固定套接第二齿轮(15)，第一齿轮(14)外围啮合至第二齿轮(15)外围；内层立柱(1)的一端内圈安装外层螺母(17)，外层丝杠(11)的外围螺纹连接至外层螺母(17)内圈，且外层丝杠(11)的一端转动套接至第二直线导轨滑块(18)的一端，内层立柱(1)的内壁设有第二滑槽，第二直线导轨滑块(18)的另一端滑动连接至第二滑槽内，中层立柱(2)能够通过动力装置与外层立柱(3)相对滑动，且在中层立柱(2)与外层立柱(3)相对滑动的状态下，中层立柱(2)带动内层立柱(1)同向运动，内层立柱(1)能够同步通过动力装置与中层立柱(2)相对滑动，且中层立柱(2)与内层立柱(1)的滑动方向相同。

2.根据权利要求1所述的一种多级伸缩机构，其特征在于：中层螺母(6)固定安装至第二支板(10)中部，第二支板(10)上设有限位孔，花键轴(8)的外围位于限位孔内。

3.根据权利要求2所述的一种多级伸缩机构，其特征在于：内层丝杠(5)的一端安装直线轴承(16)，直线轴承(16)外围滑动连接至滑孔内。

4.根据权利要求3所述的一种多级伸缩机构，其特征在于：中层立柱(2)外壁安装第三直线导轨滑块(19)，外层立柱(3)内圈设有第三滑槽，第三直线导轨滑块(19)的外围滑动连接至第三滑槽内。