CN108535035B - 一种用于柱面展开机构的零重力悬挂试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于柱面展开机构的零重力悬挂试验装置，包括支撑组件、悬挂导轨组件、导轨辅助移动组件。支撑组件用于固定支撑柱面展开机构；悬挂导轨组件包括固定不动的导轨以及可以平移的导轨，导轨上有可沿导轨移动的滑块；悬挂绳一端与展开机构相连，另一端穿过滑轮与配重相连，通过配重的作用消除展开机构自身重力对展开过程的影响；导轨辅助移动组件包括电机和丝杠滑台，在电机的驱动下使得丝杠滑台移动，进而带动悬挂导轨组件中可以平移的导轨移动，保持可平移导轨在展开过程中始终位于展开机构悬挂绳吊挂环的正上方。本发明能够有效的在柱面展开机构展开过程中进行重力卸载，结构简单，可用于柱面展开机构的地面零重力展开试验。

Description

一种用于柱面展开机构的零重力悬挂试验装置

技术领域

本发明属于机械技术领域，涉及一种用于柱面展开机构的零重力悬挂试验装置，可用于柱面展开机构的地面零重力展开试验。

背景技术

随着航天事业的发展，航天器结构趋于大型化，但又受到运载火箭几何空间的限制，展开机构应运而生；柱面展开机构由于其较好的信号汇聚能力，得到了广泛的关注和应用。柱面展开机构投入使用前，需要在地面进行展开试验；而由于机构在轨运行时处于失重状态，因此地面展开试验也必须模拟在轨环境的零重力状态。地面展开试验装置需要根据展开机构的结构特点、展开运动轨迹等进行设计。现有的地面零重力试验装置，主要是针对展开轨迹为一条直线的展开机构，少数针对二维平面展开的试验装置，移动的悬挂导轨也会给机构展开增添额外阻力，降低重力卸载效果。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种用于柱面展开机构的零重力悬挂试验装置，能够用于柱面展开机构在地面重力环境下模拟在轨的零重力状态，用于展开试验。

一种用于柱面展开机构的零重力悬挂试验装置，包括支撑组件、悬挂导轨组件、导轨辅助移动组件。

所述支撑组件包括框架、支撑导轨、固定支撑座、移动支撑座。框架由型材连接而成，整体呈长方体形；支撑导轨固定安装于框架侧面的一个横梁上，固定支撑座固定安装于支撑导轨上，固定支撑座与框架上方用于安装固定长导轨的横梁位于同一垂直平面内；移动支撑座安装于支撑导轨上，可沿导轨移动；固定支撑座和移动支撑座结构完全一样，支撑座两侧安装有轴承座，柱面展开机构最外侧关节连接处的转轴分别与固定支撑座和移动支撑座上的轴承座相连；移动支撑座沿导轨往复移动即可实现柱面展开机构的展开和收拢；在固定支撑座、移动支撑座与展开机构的连接约束下，与固定支撑座位于同一列上的展开机构关节在展开过程中始终位于同一垂直面内；同样的，与移动支撑座位于同一列上的展开机构关节在展开过程中也始终位于同一垂直面内。

所述悬挂导轨组件包括固定长导轨、固定短导轨、连接滑块、移动长导轨、滑块、滑轮、悬挂绳、配重。固定长导轨固定安装于框架上方的纵向横梁上；固定短导轨共有两根，分别固定安装于框架上方的横向横梁上；两根固定短导轨上分别安装有一个可沿导轨移动的连接滑块，移动长导轨与这两个连接滑块相连，可以沿着短导轨方向移动；固定长导轨和移动长导轨上分别安装有七个可沿导轨移动的滑块，每个滑块上安装有滑轮；悬挂绳一端与柱面展开机构上的悬挂环相连；悬挂环与右连杆、左连杆通过转动副相连，右连杆、左连杆分别与对应的右关节、左关节通过转动副相连，右连杆、左连杆长度相等，其与关节连接处距离关节转轴距离相等，因此可以保证悬挂环始终位于两个关节的角平分面上；悬挂绳另一端绕过滑轮与配重相连，配重质量与对应悬挂绳吊挂柱面展开机构部分的重量相等。

所述导轨辅助移动组件包括底座、丝杠、滑台、电机、连接块。底座两端分别固定安装于框架顶部；丝杠两端通过轴承安装于底座上，与电机通过联轴器相连；滑台安装于丝杠上，连接块一端与滑台相连，另一端与移动长导轨相连，通过电机的驱动带动滑台移动，进而可以带动移动长导轨运动。

所述零重力悬挂试验装置不仅适用于由两列构成的柱面展开机构，还可以用于横向扩展后的具有n列的柱面展开机构。每一列展开机构悬挂环正上方对应一根长导轨，第一列对应的导轨为固定长导轨，与框架固定相连；第2列到第n列对应的移动长导轨通过滑台与丝杠相连；各组件中的丝杠通过齿轮系与电机相连，各齿轮转速比为1，即可将电机转动传递到各个丝杠上；第i列对应的丝杠螺距与第2列对应的丝杠螺距之比为(i-1)，也就是第i列对应的移动长导轨移动速度为第2列对应的移动长导轨移动速度的(i-1)倍；由此即可实现通过一个电机的驱动，使得展开机构展开过程中各个移动长导轨始终位于对应的悬挂环的正上方。

本发明的优点在于：

(1)本发明针对一种柱面展开机构开发了一套地面零重力悬挂试验装置，可以用于模拟在轨的零重力状态进行展开试验，并且可适用于横向扩展后的柱面展开机构，结构简单；

(2)本发明可移动悬挂导轨可以保证用于卸载重力的配重始终位于展开机构悬挂环的正上方；

(3)本发明导轨辅助移动组件可用于驱动可移动导轨移动，避免给展开机构增添额外的展开阻力。

附图说明

图1为本发明一种用于柱面展开机构的零重力悬挂试验装置整体示意图；

图2为本发明支撑组件示意图；

图3为本发明支撑组件局部放大示意图；

图4为本发明柱面展开机构示意图；

图5为本发明悬挂组件示意图；

图6为本发明悬挂环示意图；

图7为本发明导轨辅助移动组件示意图；

图8为本发明适用于n列展开机构的悬挂试验装置示意图；

图中：

1-支撑组件 2-悬挂组件 3-导轨辅助移动组件

101-框架 102-支撑导轨 103-固定支撑座

104-移动支撑座 105-轴承座 106-转轴

201-固定长导轨 202-固定短导轨 203-连接滑块

204-移动长导轨 205-滑块 206-滑轮

207-悬挂绳 208-悬挂环 209-右连杆

210-左连杆 211-右关节 212-左关节

213-配重 301-底座 302-丝杠

303-滑台 304-电机 305-连接块

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

申请号2017107554079公开了一种基于Bennett机构的同步展收圆柱面天线，其中，公开了一种柱面展开机构，本发明的零重力悬挂试验装置可以应用在此可展机构上。如图4所示，该展开机构展开过程中，A、B、C、D四点始终共面；关节M₁、M₂、M₃、M₄、M₅、M₆在平面ABCD上的投影始终位于直线AB上；关节N₁、N₂、N₃、N₄、N₅、N₆的轨迹在平面ABCD上的投影可以分解成两部分，一部分为始终沿着直线CD的移动，另一部分为沿着AC方向的移动。根据上述关节的运动轨迹即可确定展开机构的悬挂位置及方式，一条导轨固定位于关节M₁、M₂、M₃、M₄、M₅、M₆正上方，另一条导轨位于关节N₁、N₂、N₃、N₄、N₅、N₆的正上方，并且可以跟随关节一起平移。

本发明是一种用于柱面展开机构的零重力悬挂试验装置，包括支撑组件1、悬挂导轨组件2、导轨辅助移动组件3，如图1所示。

所述支撑组件1包括框架101、支撑导轨102、固定支撑座103、移动支撑座104，如图2所示。框架101由型材连接而成，整体呈长方体形；支撑导轨102固定安装于框架101侧面的一个横梁上，固定支撑座103固定安装于支撑导轨上，不能移动，固定支撑座103与框架101上方用于安装固定长导轨201的横梁位于同一垂直平面内；移动支撑座104安装于支撑导轨上，可沿导轨移动；固定支撑座103和移动支撑座104结构完全一样，支撑座两侧安装有轴承座105，柱面展开机构最外侧关节连接处的转轴106分别与固定支撑座103和移动支撑座104上的轴承座105相连，如图3所示；移动支撑座104沿导轨往复移动即可实现柱面展开机构的展开和收拢。在固定支撑座103、移动支撑座104与展开机构的连接约束下，与固定支撑座103位于同一列上的展开机构关节A、M₁、M₂、M₃、M₄、M₅、M₆、B在展开过程中始终位于同一垂直面内；同样的，与移动支撑座104位于同一列上的展开机构关节C、N₁、N₂、N₃、N₄、N₅、N₆、D在展开过程中也始终位于同一垂直面内。

所述悬挂导轨组件2包括固定长导轨201、固定短导轨202、连接滑块203、移动长导轨204、滑块205、滑轮206、悬挂绳207和配重213，如图5所示。固定长导轨201固定安装于框架101上方的纵向横梁上，并且和固定支撑座103位于同一平面内；固定短导轨202共有两根，分别固定安装于框架101上方的横向横梁上；两根固定短导轨202上分别安装有一个可沿导轨移动的连接滑块203，移动长导轨204与这两个连接滑块203相连，可以沿着短导轨202方向移动；固定长导轨201和移动长导轨204上分别安装有七个可沿导轨移动的滑块205，每个滑块205上安装有滑轮206；悬挂绳207一端与柱面展开机构上的悬挂环208相连；如图6所示，悬挂环208与右连杆209、左连杆210通过转动副相连，右连杆209、左连杆210分别与对应的右关节211、左关节212通过转动副相连，右连杆209、左连杆210长度相等，其与关节连接处距离关节转轴距离相等，因此可以保证悬挂环208始终位于两个关节的角平分面上；悬挂绳207另一端绕过滑轮206与配重213相连，配重213质量与对应悬挂绳207吊挂柱面展开机构部分的重量相等。在展开机构展开过程中，各关节会上下移动，与之相连的配重也会随之上下移动，并且二者移动距离相同，也就是二者的重力势能始终保持不变，即可消除重力对展开过程的影响。

所述导轨辅助移动组件3包括底座301、丝杠302、滑台303、电机304、连接块305，如图7所示。底座301两端分别固定安装于框架101顶部；丝杠302两端通过轴承安装于底座301上，与电机304通过联轴器相连；滑台303安装于丝杠302上，在电机304的驱动下丝杠302转动，并带动滑台303沿丝杠302方向移动；连接块305一端与滑台303相连，另一端与移动长导轨204相连，滑台303移动即可可以带动移动长导轨204运动。通过电机304可以控制移动长导轨204的移动速度，即可使得展开过程中移动长导轨204始终位于关节N₁、N₂、N₃、N₄、N₅、N₆的正上方。移动长导轨204运动所需能量来自导轨辅助移动组件3的电机304，不会对展开机构造成额外的运动阻力。

所述零重力悬挂试验装置不仅用于由两列构成的柱面展开机构，还可以用于横向扩展后的具有多列的柱面展开机构，如图8所示为具有n列的柱面展开机构俯视示意图以及对应的上方导轨辅助移动组件示意图。每一列展开机构悬挂环正上方对应一根长导轨，第一列对应的导轨为固定长导轨201，与框架101固定相连；第2列到第n列对应的移动长导轨通过滑台与丝杠相连；各组件中的丝杠通过齿轮系与电机304相连，各齿轮转速比为1，即可将电机转动传递到各个丝杠上；第i列对应的丝杠螺距与第2列对应的丝杠螺距之比为(i-1)，也就是第i列对应的移动长导轨移动速度为第2列对应的移动长导轨移动速度的(i-1)倍；由此即可实现通过一个电机的驱动，使得展开机构展开过程中各个移动长导轨始终位于对应的悬挂环的正上方。

Claims (3)

1.一种用于柱面展开机构的零重力悬挂试验装置，其特征在于，包括支撑组件、悬挂导轨组件、导轨辅助移动组件；

支撑组件用于固定支撑柱面展开机构，悬挂导轨组件包括固定不动的导轨以及能够平移的导轨，导轨上设有可沿导轨移动的滑块；悬挂绳一端与展开机构相连，另一端穿过导轨滑块上的滑轮与配重相连，导轨辅助移动组件包括电机和丝杠滑台，在电机的驱动下使得丝杠滑台移动，进而带动悬挂导轨组件中能够平移导轨移动，保持能够平移导轨在展开过程中始终位于展开机构悬挂绳吊挂环的正上方；

所述的悬挂导轨组件包括固定长导轨、固定短导轨、连接滑块、移动长导轨、滑块、滑轮、悬挂绳和配重；固定长导轨固定安装于框架上方的纵向横梁上，并且和固定支撑座位于同一平面内；固定短导轨共有两根，分别固定安装于框架上方的横向横梁上；两根固定短导轨上分别安装有一个可沿导轨移动的连接滑块，移动长导轨与两个连接滑块相连；固定长导轨和移动长导轨上分别安装有能够沿导轨移动的滑块，每个滑块上安装有滑轮；悬挂绳一端与柱面展开机构上的悬挂环相连，另一端绕过滑轮与配重相连，配重质量与对应悬挂绳吊挂柱面展开机构部分的重量相等；悬挂环与右连杆、左连杆通过转动副相连，右连杆、左连杆分别与对应的右关节、左关节通过转动副相连，右连杆、左连杆长度相等，其与关节连接处距离关节转轴距离相等，因此可以保证悬挂环始终位于两个关节的角平分面上；

所述的零重力悬挂试验装置用于横向扩展后的具有多列的柱面展开机构时，每一列展开机构悬挂环正上方对应一根长导轨，第一列对应的导轨为固定长导轨，与框架固定相连；第2列到第n列对应的移动长导轨通过滑台与丝杠相连；各组件中的丝杠通过齿轮系与电机相连，各齿轮转速比为1，将电机转动传递到各个丝杠上，第i列对应的丝杠螺距与第2列对应的丝杠螺距之比为i-1，即第i列对应的移动长导轨移动速度为第2列对应的移动长导轨移动速度的i-1倍，实现通过一个电机的驱动，使得展开机构展开过程中各个移动长导轨始终位于对应的悬挂环的正上方。

2.根据权利要求1所述的一种用于柱面展开机构的零重力悬挂试验装置，其特征在于，所述的支撑组件包括框架、支撑导轨、固定支撑座、移动支撑座；框架为长方体形，支撑导轨固定安装于框架侧面的一个横梁上，固定支撑座固定安装于支撑导轨上，固定支撑座与框架上方用于安装固定长导轨的横梁位于同一垂直平面内，移动支撑座安装于支撑导轨上，能够沿导轨移动，柱面展开机构最外侧关节连接处的转轴分别与固定支撑座和移动支撑座上的轴承座相连，通过移动支撑座沿导轨往复移动实现柱面展开机构的展开和收拢。

3.根据权利要求1所述的一种用于柱面展开机构的零重力悬挂试验装置，其特征在于，所述的导轨辅助移动组件包括底座、丝杠、滑台、电机和连接块；底座两端分别固定安装于框架顶部；丝杠两端通过轴承安装于底座上，与电机通过联轴器相连；滑台安装于丝杠上，在电机的驱动下丝杠转动，并带动滑台沿丝杠方向移动；连接块一端与滑台相连，另一端与移动长导轨相连，滑台移动带动移动长导轨运动。

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