CN215048182U - 一种用于大型空间机构零重力展开的双轴摇臂吊挂装置 - Google Patents

Abstract

一种用于大型空间机构零重力展开的双轴摇臂吊挂装置，包括根部转动组件、臂间转动组件、导轨组件、限位块以及固定支架；根部转动组件为矩形框架结构，臂间转动组件为三角形框架结构，三角形框架结构相对矩形框架结构可沿相连接处转轴转动；矩形框架结构的相对安装桁架可沿与安装桁架连接处的第一转轴转动。多个导轨组件挂接在所述水平边和底边上且可水平移动，将大型空间机构悬吊。限位块安装在根部转动组件以及臂间转动组件上，在臂间转动组件展开到位后进行限位；固定支架安装在根部转动组件上，在根部转动组件未展开时将根部转动组件固定在安装桁架上。本实用新型巧妙的实现了长度超过8m的大型空间展开机构多关节高精度零重力展开。

Description

一种用于大型空间机构零重力展开的双轴摇臂吊挂装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于大型空间机构零重力展开的双轴摇臂吊挂装置，属于空间可展开机构零重力展开技术领域。

背景技术

零重力又可称为失重或减重力，是太空环境的一个最重要的特征。卫星、飞行器和空间站等航天系统在轨飞行以前，为保证系统的高精度和可靠性，必须在地面上对其空间机构各子系统进行动力学试验。然而，地面的重力环境会导致无法通过常规试验方法获得机构的性能特性。因此，空间展开机构的地面测试需要精确模拟其所处的零重力环境。

由于大型空间展开机构的多自由度和高精度要求，需在装配及展开性能测试过程中，对其重力进行卸载，从而确保与在轨空间重力环境的等效性。而当前，针对大型多关节展开的空间机构(展开总长度超过8m)如何进行零重力展开测试，仍是一大难点问题。

实用新型内容

本实用新型的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种用于大型空间机构零重力展开的双轴摇臂吊挂装置，实现大型空间机构多关节的零重力展开。

本实用新型的技术解决方案是：

一种用于大型空间机构零重力展开的双轴摇臂吊挂装置，该大型空间机构包括根部关节、第一臂杆、臂间关节、第二臂杆和末端关节；臂间关节和根部关节之间为第一臂杆，臂间关节和末端关节之间为第二臂杆；

双轴摇臂吊挂装置包括根部转动组件、臂间转动组件、导轨组件、限位块以及固定支架；

根部转动组件为矩形框架结构，臂间转动组件为三角形框架结构且该三角形框架结构的竖直直角边与所述矩形框架结构的一个竖直边连接在一起，该三角形框架结构的竖直直角边与所述矩形框架结构的一个竖直边之间形成第二回转轴，使得三角形框架结构相对矩形框架结构可沿第二回转轴转动；

矩形框架结构的另一个竖直边与安装桁架连接，且所述矩形框架结构的另一个竖直边与安装桁架之间形成第一回转轴，使得矩形框架结构相对安装桁架可沿第一回转轴转动；

三角形框架结构中的另一个直角边为水平边，与矩形框架结构的底边齐平，多个导轨组件挂接在所述水平边和底边上且可水平移动，将大型空间机构悬吊；

限位块安装在根部转动组件以及臂间转动组件上，在臂间转动组件展开到位后进行限位；

固定支架安装在根部转动组件上，在根部转动组件未展开时将根部转动组件固定在安装桁架上。

进一步的，所述根部转动组件包括：根部安装板、第一角接触轴承、第一轴承座、根部主梁、根部横梁、第一竖梁A、第二竖梁B以及臂间安装板；

第一轴承座通过螺钉固定在根部安装板上，第一角接触轴承安装在第一轴承座内，第一轴承座与根部主梁上的转轴通过轴孔间隙配合装配在一起，根部横梁通过焊接方式与根部主梁连接在一起，第一竖梁A焊接在上下两个根部横梁之间，第二竖梁B与上下两个根部横梁的端面焊接在一起，形成矩形框架结构的一个竖直边；臂间安装板焊接在第二竖梁B上；根部安装板固定安装在安装桁架上。

进一步的，根部主梁、第一竖梁A和第二竖梁B为竖直状态，根部横梁为水平状态，且根部横梁通过两根横梁焊接为一体以增加强度。

进一步的，所述臂间转动组件包括：臂间主梁、臂间横梁、第一加强梁 A、第二加强梁B、臂间斜梁、第二轴承座以及第二角接触轴承；

臂间转动组件通过第二轴承座与根部转动组件的臂间安装板通过螺钉固定在一起，第二角接触轴承安装在第二轴承座内，第二轴承座与臂间主梁的旋转轴通过轴孔间隙配合装配在一起，臂间主梁、臂间横梁、臂间斜梁两两焊接在一起形成三角形框架，第一加强梁A和第二加强梁B均焊接在臂间主梁和臂间横梁之间。

进一步的，臂间主梁与臂间横梁相互垂直，臂间主梁作为三角形框架结构的竖直直角边，臂间横梁作为三角形框架结构的水平直角边。

进一步的，导轨组件连接大型空间机构，使大型空间机构实现零重力。

进一步的，导轨组件包括：左旋螺杆、左旋螺母、螺纹套筒、横向小导轨、右旋螺杆、铰接头、传感器、花篮螺丝、短保形垫、长保形垫、滑车座、连接片、深沟球轴承、轴承固定螺钉以及吊绳；

导轨组件通过左旋螺杆分别与根部转动组件的根部横梁、臂间转动组件的臂间横梁相连；左旋螺杆通过左旋螺母固定在螺纹套筒上，螺纹套筒通过右旋螺杆固定在横向小导轨上，短保形垫和长保形垫穿过右旋螺杆通过螺母固定在横向小导轨的上下两侧；

深沟球轴承通过轴承固定螺钉安装在滑车座上，滑车座通过深沟球轴承在横向小导轨表面滑动，连接片通过螺钉与滑车座底部的螺孔安装在一起，铰接头通过螺钉安装在连接片上，传感器通过螺杆与铰接头相连，花篮螺丝通过螺杆与传感器相连，吊绳通过铰接头与花篮螺丝连接在一起。

进一步的，零重力展开试验前，大型空间机构的第一臂杆、第二臂杆分别与导轨组件的吊绳相连。

进一步的，大型空间机构的臂间关节展开时，臂间转动组件绕第二回转轴旋转；当臂间关节展开到位锁定后，臂间转动组件展开到位。

进一步的，大型空间机构的根部关节展开时，根部转动组件绕根部第一回转轴发生旋转，当根部关节展开到位后，根部转动组件展开到位。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：

(1)本实用新型能够实现大型空间机构多关节的零重力展开，可提高展开过程中空间机构的零重力卸载效率，减小对大型空间机构的附加阻力，提高地面与在轨空间重力环境的等效性，对提高大型空间机构地面零重力展开试验的测试精度和测试效果具有重要意义。

(2)本实用新型利用双轴摇臂吊挂装置，巧妙的实现了长度超过8m 的大型空间展开机构多关节高精度零重力展开。

(3)本实用新型双轴摇臂吊挂装置创新性采用“矩形+三角形”的耦合结构形式，在根部通过双梁组合焊接，在臂间利用三角稳定特性，在提高整体刚度的同时，极大减轻了装置的重量，从而减少了对空间机构运动的附加阻力。

(4)大型空间机构与本本实用新型的连接形式采用“短导轨+滑车”形式，由于本装置的回转轴线与大地不可能完全铅垂，这样，当大型空间机构展开时，由于滑车可以在横向短导轨上自由滑动，这就释放了由回转轴线不铅垂而引起的转动过程中沿径向的附加力矩，提高了大型空间机构的展开精度。

附图说明

图1为本实用新型的装置的结构示意图；

图2为本实用新型的根部转动组件的结构示意图；

图3为本实用新型的臂间转动组件的结构示意图；

图4为本实用新型的吊挂导轨的结构示意图视图一；

图5为本实用新型的吊挂导轨的结构示意图视图二。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型提出了一种用于大型空间机构零重力展开的双轴摇臂吊挂装置。主要应用于长度超过8m的大型空间展开机构多关节高精度零重力展开。待展开的大型空间机构6包括根部关节7、第一臂杆8、臂间关节9、第二臂杆10和末端关节11；臂间关节9和根部关节7之间为第一臂杆8，臂间关节9和末端关节11之间为第二臂杆10。

本实用新型双轴摇臂吊挂装置包括根部转动组件1、臂间转动组件2、导轨组件3、限位块4以及固定支架5。

根部转动组件1为矩形框架结构，臂间转动组件2为三角形框架结构且该三角形框架结构的竖直直角边与所述矩形框架结构的一个竖直边连接在一起，该三角形框架结构的竖直直角边与所述矩形框架结构的一个竖直边之间形成第二回转轴，使得三角形框架结构相对矩形框架结构可沿第二回转轴转动；

矩形框架结构的另一个竖直边与安装桁架连接，且所述矩形框架结构的另一个竖直边与安装桁架之间形成第一回转轴，使得矩形框架结构相对安装桁架可沿第一回转轴转动；

三角形框架结构中的另一个直角边为水平边，与矩形框架结构的底边齐平，多个导轨组件3挂接在所述水平边和底边上且可水平移动，将大型空间机构6悬吊；

限位块4安装在根部转动组件1以及臂间转动组件2上，在臂间转动组件2展开到位后进行限位；

固定支架5安装在根部转动组件1上，在根部转动组件1未展开时将根部转动组件1固定在安装桁架上。

如图2所示，根部转动组件1用于实现大型空间机构6绕根部轴线A 的转动，即第一转轴。根部转动组件1包括根部安装板12、角接触轴承13、轴承座14、根部主梁15、根部横梁16、第一竖梁A17、第二竖梁B18、臂间安装板19。

轴承座14通过螺钉固定在根部安装板12上，角接触轴承13安装在轴承座14内，轴承座14与根部主梁15上的转轴通过轴孔间隙配合装配在一起，横梁16通过焊接方式与根部主梁15连接在一起，第一竖梁A17焊接在上下根部横梁16之间，第二竖梁B18与上下根部横梁16的端面焊接在一起，形成矩形框架结构的一个竖直边；臂间安装板19焊接在第二竖梁B18 上；根部安装板12固定安装在安装桁架上。

根部主梁15、第一竖梁A17和第二竖梁B18为竖直状态，根部横梁 16为水平状态，且根部横梁16通过两根横梁焊接为一体以增加强度。

如图3所示，臂间转动组件2用于实现大型空间机构6绕臂间轴线B 的转动，即第二转轴。臂间转动组件2包括臂间主梁20、臂间横梁21、加强梁A22、加强梁B23、臂间斜梁24、轴承座25、角接触轴承26。臂间转动组件2通过轴承座25与根部转动组件1的臂间安装板19通过螺钉固定在一起。角接触轴承26安装在轴承座25内，轴承座25与臂间主梁20的旋转轴通过轴孔间隙配合装配在一起，臂间主梁20、臂间横梁21、臂间斜梁24两两焊接在一起，加强梁A22与臂间主梁20、臂间横梁21焊接在一起，加强梁B23与臂间主梁20、臂间横梁21焊接在一起。

臂间主梁20与臂间横梁21相互垂直，臂间主梁20作为三角形框架结构的竖直直角边，臂间横梁21作为三角形框架结构的水平直角边。

如图4、图5所示，导轨组件3用于与连接大型空间机构6，从而使大型空间机构6实现零重力。

导轨组件由左旋螺杆27、左旋螺母28、螺纹套筒29、横向小导轨30、右旋螺杆31、铰接头32、传感器33、花篮螺丝34、短保形垫35、长保形垫36、滑车座37、连接片38、深沟球轴承39、轴承固定螺钉40、吊绳41 组成。

导轨组件3通过左旋螺杆27分别与根部转动组件1的根部横梁16、臂间转动组件2的臂间横梁21相连。左旋螺杆27通过左旋螺母28固定在螺纹套筒29上，螺纹套筒29通过右旋螺杆31固定在横向小导轨30上，短保形垫35和长保形垫36穿过右旋螺杆31通过螺母固定在横向小导轨30 的上下两端。深沟球轴承39通过轴承固定螺钉40安装在滑车座37上，滑车座37通过深沟球轴承39与横向小导轨30表面滑动，连接片38通过螺钉与滑车座37底部的螺孔安装在一起，铰接头32通过螺钉安装在连接片 38上，传感器33通过螺杆与铰接头32相连，花篮螺丝34通过螺杆与传感器33相连，吊绳41通过铰接头32与花篮螺丝34连接在一起。

零重力展开试验前，将大型空间机构6的臂杆A8、臂杆B10分别与导轨组件3的吊绳41相连。随着，大型空间机构6的臂间关节9展开，臂间转动组件2绕的回转轴线B发生旋转；当臂间关节9展开到位锁定后，臂间转动组件2展开到位。随着，大型空间机构6的根部关节7展开，根部转动组件1绕根部回转轴线A发生旋转，当根部关节7展开到位后，根部转动组件1展开到位。

利用上述装置对待装配的大型空间机构进行装配的过程为：

1)在展开试验开始前，首先将根部转动组件1的根部安装板12安装在试验场地的支撑架上，利用经纬仪，调试根部安装板12的角度，使轴承座14的转动轴线与大地铅垂。

2)将臂间转动组件2的轴承安装座与根部转动组件通过螺钉安装在一起。通过螺钉将臂间转动组件2的轴承座25与根部转动组件1的臂间安装板19固定在一起。

3)通过固定支架5保持根部转动组件1不动(即根部转动组件1展开前，需要通过固定支架5固定在安装桁架上)，利用经纬仪调节臂间转动组件2，使臂间转动组件2的轴承座25回转轴与大地铅垂。

4)在臂间转动组件2展开到位时，即根部转动组件1与臂间转动组件 2之间夹角180°时，通过螺钉将限位块4固定在根部转动组件1和臂间转动组件2上，进行限位，使双轴摇臂吊挂装置形成一个整体，利用经纬仪，调节根部转动组件1的轴承座14与大地铅垂。

5)将大型空间机构6的第一臂杆A、第二臂杆B分别与导轨组件3的吊绳41相连。通过传感器33的读数分别调节每个吊点处吊挂力，从而使大型空间机构2实现零重力卸载。

6)大型空间机构2进行地面零重力展开试验。

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行进一步的详细描述。

Claims (10)

1.一种用于大型空间机构零重力展开的双轴摇臂吊挂装置，该大型空间机构(6)包括根部关节(7)、第一臂杆(8)、臂间关节(9)、第二臂杆(10)和末端关节(11)；臂间关节(9)和根部关节(7)之间为第一臂杆(8)，臂间关节(9)和末端关节(11)之间为第二臂杆(10)；

其特征在于：双轴摇臂吊挂装置包括根部转动组件(1)、臂间转动组件(2)、导轨组件(3)、限位块(4)以及固定支架(5)；

根部转动组件(1)为矩形框架结构，臂间转动组件(2)为三角形框架结构且该三角形框架结构的竖直直角边与所述矩形框架结构的一个竖直边连接在一起，该三角形框架结构的竖直直角边与所述矩形框架结构的一个竖直边之间形成第二回转轴，使得三角形框架结构相对矩形框架结构可沿第二回转轴转动；

矩形框架结构的另一个竖直边与安装桁架连接，且所述矩形框架结构的另一个竖直边与安装桁架之间形成第一回转轴，使得矩形框架结构相对安装桁架可沿第一回转轴转动；

三角形框架结构中的另一个直角边为水平边，与矩形框架结构的底边齐平，多个导轨组件(3)挂接在所述水平边和底边上且可水平移动，将大型空间机构(6)悬吊；

限位块(4)安装在根部转动组件(1)以及臂间转动组件(2)上，在臂间转动组件(2)展开到位后进行限位；

固定支架(5)安装在根部转动组件(1)上，在根部转动组件(1)未展开时将根部转动组件(1)固定在安装桁架上。

2.根据权利要求1所述的一种用于大型空间机构零重力展开的双轴摇臂吊挂装置，其特征在于：所述根部转动组件(1)包括：根部安装板(12)、第一角接触轴承(13)、第一轴承座(14)、根部主梁(15)、根部横梁(16)、第一竖梁A(17)、第二竖梁B(18)以及臂间安装板(19)；

第一轴承座(14)通过螺钉固定在根部安装板(12)上，第一角接触轴承(13)安装在第一轴承座(14)内，第一轴承座(14)与根部主梁(15)上的转轴通过轴孔间隙配合装配在一起，根部横梁(16)通过焊接方式与根部主梁(15)连接在一起，第一竖梁A(17)焊接在上下两个根部横梁(16)之间，第二竖梁B(18)与上下两个根部横梁(16)的端面焊接在一起，形成矩形框架结构的一个竖直边；臂间安装板(19)焊接在第二竖梁B(18)上；根部安装板(12)固定安装在安装桁架上。

3.根据权利要求2所述的一种用于大型空间机构零重力展开的双轴摇臂吊挂装置，其特征在于：根部主梁(15)、第一竖梁A(17)和第二竖梁B(18)为竖直状态，根部横梁(16)为水平状态，且根部横梁(16)通过两根横梁焊接为一体以增加强度。

4.根据权利要求2所述的一种用于大型空间机构零重力展开的双轴摇臂吊挂装置，其特征在于：所述臂间转动组件(2)包括：臂间主梁(20)、臂间横梁(21)、第一加强梁A(22)、第二加强梁B(23)、臂间斜梁(24)、第二轴承座(25)以及第二角接触轴承(26)；

臂间转动组件(2)通过第二轴承座(25)与根部转动组件(1)的臂间安装板(19)通过螺钉固定在一起，第二角接触轴承(26)安装在第二轴承座(25)内，第二轴承座(25)与臂间主梁(20)的旋转轴通过轴孔间隙配合装配在一起，臂间主梁(20)、臂间横梁(21)、臂间斜梁(24)两两焊接在一起形成三角形框架，第一加强梁A(22)和第二加强梁B(23)均焊接在臂间主梁(20)和臂间横梁(21)之间。

5.根据权利要求4所述的一种用于大型空间机构零重力展开的双轴摇臂吊挂装置，其特征在于：臂间主梁(20)与臂间横梁(21)相互垂直，臂间主梁(20)作为三角形框架结构的竖直直角边，臂间横梁(21)作为三角形框架结构的水平直角边。

6.根据权利要求4所述的一种用于大型空间机构零重力展开的双轴摇臂吊挂装置，其特征在于：导轨组件(3)连接大型空间机构(6)，使大型空间机构(6)实现零重力。

7.根据权利要求6所述的一种用于大型空间机构零重力展开的双轴摇臂吊挂装置，其特征在于：导轨组件包括：左旋螺杆(27)、左旋螺母(28)、螺纹套筒(29)、横向小导轨(30)、右旋螺杆(31)、铰接头(32)、传感器(33)、花篮螺丝(34)、短保形垫(35)、长保形垫(36)、滑车座(37)、连接片(38)、深沟球轴承(39)、轴承固定螺钉(40)以及吊绳(41)；

导轨组件(3)通过左旋螺杆(27)分别与根部转动组件(1)的根部横梁(16)、臂间转动组件(2)的臂间横梁(21)相连；左旋螺杆(27)通过左旋螺母(28)固定在螺纹套筒(29)上，螺纹套筒(29)通过右旋螺杆(31)固定在横向小导轨(30)上，短保形垫(35)和长保形垫(36)穿过右旋螺杆(31)通过螺母固定在横向小导轨(30)的上下两侧；

深沟球轴承(39)通过轴承固定螺钉(40)安装在滑车座(37)上，滑车座(37)通过深沟球轴承(39)在横向小导轨(30)表面滑动，连接片(38)通过螺钉与滑车座(37)底部的螺孔安装在一起，铰接头(32)通过螺钉安装在连接片(38)上，传感器(33)通过螺杆与铰接头(32)相连，花篮螺丝(34)通过螺杆与传感器(33)相连，吊绳(41)通过铰接头(32)与花篮螺丝(34)连接在一起。

8.根据权利要求7所述的一种用于大型空间机构零重力展开的双轴摇臂吊挂装置，其特征在于：零重力展开试验前，大型空间机构(6)的第一臂杆(8)、第二臂杆(10)分别与导轨组件(3)的吊绳(41)相连。

9.根据权利要求7所述的一种用于大型空间机构零重力展开的双轴摇臂吊挂装置，其特征在于：大型空间机构(6)的臂间关节(9)展开时，臂间转动组件(2)绕第二回转轴旋转；当臂间关节(9)展开到位锁定后，臂间转动组件(2)展开到位。

10.根据权利要求7所述的一种用于大型空间机构零重力展开的双轴摇臂吊挂装置，其特征在于：大型空间机构(6)的根部关节(7)展开时，根部转动组件(1)绕根部第一回转轴发生旋转，当根部关节(7)展开到位后，根部转动组件(1)展开到位。

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