一種包含三種驅(qū)動機(jī)構(gòu)的鉆機(jī)結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于空間資源探測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種包含三種驅(qū)動機(jī)構(gòu)的鉆機(jī)結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]自從上世紀(jì)60年代前蘇聯(lián)開始嘗試深空探測以來，外星球探測能力已經(jīng)成為一個國家實(shí)力和科技水平的重要體現(xiàn)。美國和前蘇聯(lián)早在上世紀(jì)六七十年代已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)月球土壤采樣并返回，現(xiàn)如今，美國的“旅行者” I號已經(jīng)飛出四萬個地月距離，到達(dá)了太陽系的邊緣；同時，日本的“隼鳥”號探測器成功的在小行星上采樣并返回地球。我國的深空探測“嫦娥工程”才剛剛起步，根據(jù)我國的探月計(jì)劃，月球探測工程分為“繞”、“落”、“回”三個戰(zhàn)略階段，目前正向第二個發(fā)展階段邁進(jìn)，探月二期要實(shí)現(xiàn)月球軟著陸和月球車實(shí)地勘察，探月三期將要實(shí)現(xiàn)對月球樣品的自動采集與返回。
[0003]地球上的資源是有限的，外星球的資源如果能夠加以開發(fā)，將會成為地球資源重要的儲備和支撐，因此對外星球進(jìn)行取樣且分析其成分，對人類社會能源的可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。鉆取式采樣器是深空探測采樣中最常選用的采樣器形式，鉆取式的采樣方式既可以采集松散的表層樣品，也可以進(jìn)行深層采樣，經(jīng)過特殊的設(shè)計(jì)還可以進(jìn)行堅(jiān)硬的巖石的采樣，使得可以采集的樣品種類較多。在鉆取采樣的過程中，鉆桿需要高速轉(zhuǎn)動。
[0004]為了研究鉆桿在鉆進(jìn)過程中的熱特性，需要在地面上進(jìn)行預(yù)先的實(shí)驗(yàn)。地面試驗(yàn)中，鉆機(jī)要對模擬月壤和月巖進(jìn)行切削和沖擊。整個鉆進(jìn)過程中包含鉆桿的豎直上下運(yùn)動和鉆桿的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。此外，考慮到月球上會存在一些堅(jiān)硬的巖石，因此在實(shí)驗(yàn)的過程中，鉆桿還需要擁有沿著豎直方向進(jìn)行沖擊運(yùn)動的能力。傳統(tǒng)的鉆機(jī)功能有限，無法適應(yīng)實(shí)驗(yàn)的要求，因此需要一種能夠滿足試驗(yàn)要求的鉆機(jī)結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述問題，本發(fā)明提出一種包含三種驅(qū)動機(jī)構(gòu)的鉆機(jī)結(jié)構(gòu)，可同時實(shí)現(xiàn)鉆桿的三種運(yùn)動，包括鉆桿的進(jìn)給，旋轉(zhuǎn)與沖擊；使鉆桿可在進(jìn)給的同時實(shí)現(xiàn)沖擊和旋轉(zhuǎn)。
[0006]本發(fā)明鉆機(jī)結(jié)構(gòu)，由進(jìn)給驅(qū)動機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)、沖擊驅(qū)動機(jī)構(gòu)，同時實(shí)現(xiàn)鉆桿的進(jìn)擊、旋轉(zhuǎn)與沖擊。
[0007]所述進(jìn)給驅(qū)動機(jī)構(gòu)安裝于支架上，具有實(shí)現(xiàn)豎直運(yùn)動的進(jìn)給平臺；進(jìn)擊平臺通過進(jìn)給電機(jī)驅(qū)動進(jìn)給滾珠絲杠，實(shí)現(xiàn)進(jìn)給平臺的豎直運(yùn)動；進(jìn)給電機(jī)安裝于進(jìn)給支架頂部，進(jìn)給；進(jìn)給支架上安裝有直線導(dǎo)軌，豎直設(shè)置；進(jìn)給滾珠絲杠與直線導(dǎo)軌平行設(shè)置，安裝于進(jìn)給支架上；直線導(dǎo)軌上安裝有滑塊，滑塊與滑塊安裝板固連；進(jìn)給平臺套在絲杠上與絲杠螺母固定連接，且垂直于滑塊安裝板。
[0008]所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)安裝于進(jìn)給平臺上，具有實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的旋轉(zhuǎn)套筒；旋轉(zhuǎn)套筒設(shè)置于進(jìn)給平臺上，軸線與進(jìn)給平臺垂直；旋轉(zhuǎn)套筒上下兩端分別通過與上蓋板、進(jìn)給平臺相連；上蓋板固定安裝在滑塊安裝板上；旋轉(zhuǎn)套筒的轉(zhuǎn)動通過大齒輪與小齒輪傳動實(shí)現(xiàn)；其中，大齒輪固定套接在旋轉(zhuǎn)套筒上；小齒輪與大齒輪嚙合，與旋轉(zhuǎn)電機(jī)輸出軸固定；
[0009]所述沖擊驅(qū)動機(jī)構(gòu)安裝在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)上部，具有實(shí)現(xiàn)豎直運(yùn)動的氣缸，氣缸設(shè)置于旋轉(zhuǎn)套筒內(nèi)；氣缸內(nèi)具有活塞錘頭。氣缸在旋轉(zhuǎn)套筒中的豎直運(yùn)動，通過沖擊電機(jī)驅(qū)動擺動軸承實(shí)現(xiàn)；擺動軸承的轉(zhuǎn)子套在沖擊軸上，擺動軸承的轉(zhuǎn)子上下兩端分別通過軸承與沖擊軸承座、上蓋板相連；沖擊電機(jī)的輸出軸與沖擊軸固定；擺動軸承的擺桿的中心面與擺動軸承轉(zhuǎn)子的中心面具有角度差；擺動軸承的擺桿通過插入氣缸的氣缸軸側(cè)壁上開設(shè)的通孔與氣缸相連。
[0010]所述鉆桿頂部同軸設(shè)置在旋轉(zhuǎn)套筒內(nèi)，與旋轉(zhuǎn)套筒間通過鍵和鍵槽配合相連；周向上具有與旋轉(zhuǎn)套同底端配合的臺肩。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0012]1、本發(fā)明包含三種驅(qū)動機(jī)構(gòu)的鉆機(jī)結(jié)構(gòu)，可分別實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)動方式，可針對不同的鉆進(jìn)樣品進(jìn)行試驗(yàn)，適應(yīng)性廣；
[0013]2、本發(fā)明包含三種驅(qū)動機(jī)構(gòu)的鉆機(jī)結(jié)構(gòu)中，三種驅(qū)動組件的分布合理，空間配合比較緊湊，從而使得鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)相對簡潔；
[0014]3、本發(fā)明包含三種驅(qū)動機(jī)構(gòu)的鉆機(jī)結(jié)構(gòu)中，沖擊驅(qū)動組件雖然使鉆桿進(jìn)行沖擊運(yùn)動，但是沖擊機(jī)構(gòu)是以空氣作為活塞錘頭和氣缸的中間介質(zhì)，兩者形成彈性結(jié)合，因而減小了對沖擊機(jī)構(gòu)的有害作用，具有結(jié)構(gòu)簡單、使用壽命長、加工方便等優(yōu)點(diǎn)；
[0015]4、本發(fā)明包含三種驅(qū)動機(jī)構(gòu)的鉆機(jī)結(jié)構(gòu)中，鉆機(jī)的鉆桿由光軸段和螺旋段構(gòu)成，使得鉆頭的更換比較簡單，同時光軸段還能夠很好的與其它組件配合，保證密封性。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明鉆機(jī)整體結(jié)構(gòu)原理圖；
[0017]圖2為本發(fā)明鉆機(jī)整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3為本發(fā)明鉆機(jī)的進(jìn)給驅(qū)動機(jī)構(gòu)中進(jìn)給驅(qū)動組件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖4為本發(fā)明鉆機(jī)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)中內(nèi)部齒輪傳動結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖5為本發(fā)明鉆機(jī)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)封裝后結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖6為本發(fā)明鉆機(jī)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)局部剖視示意圖；
[0022]圖7為本發(fā)明鉆機(jī)的沖擊驅(qū)動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖8為本發(fā)明鉆機(jī)的沖擊驅(qū)動機(jī)構(gòu)局部剖視示意圖；
[0024]圖9為本發(fā)明鉆機(jī)的鉆桿組件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖中:
[0026]1-進(jìn)給驅(qū)動機(jī)構(gòu) 2-沖擊驅(qū)動機(jī)構(gòu)3-旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)
[0027]4-鉆桿組件101-進(jìn)給支架1la-定位上平臺
[0028]1lb-定位下平臺 102a-直線導(dǎo)軌102b_進(jìn)給滾珠絲杠
[0029]102c-滑塊102d-進(jìn)給電機(jī)102e_滑塊安裝板
[0030]102f_進(jìn)給平臺102g_聯(lián)軸器保護(hù)套 201-旋轉(zhuǎn)電機(jī)
[0031]202-旋轉(zhuǎn)電機(jī)減速器203-小齒輪204-大齒輪
[0032]205-旋轉(zhuǎn)套筒206-旋轉(zhuǎn)軸承定位端蓋207-上蓋板
[0033]208-鉆桿套筒209-大齒輪下套筒 210-大齒輪下套筒
[0034]211-擋板301-沖擊電機(jī)302-沖擊電機(jī)安裝板
[0035]303-沖擊軸承座組件304-沖擊軸305-擺動軸承
[0036]306-氣缸306a-活塞錘頭401-鉆桿光軸上段
[0037]402-鉆桿光軸中段403-鉆桿光軸下段404-滑環(huán)定位支座
[0038]405-滑環(huán)406-鉆桿接頭407-鉆桿螺旋段
[0039]408-鉆頭409-限位法蘭410-定位件
[0040]411-緩沖彈簧412-限位臺肩
【具體實(shí)施方式】
[0041]下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0042]本發(fā)明鉆機(jī)結(jié)構(gòu)包括進(jìn)給驅(qū)動機(jī)構(gòu)1、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)2、沖擊驅(qū)動機(jī)構(gòu)3以及鉆桿組件4，如圖1、圖2所示。
[0043]所述進(jìn)給驅(qū)動機(jī)構(gòu)I用來實(shí)現(xiàn)鉆桿組件4的軸向進(jìn)給運(yùn)動，包括進(jìn)給支架101與進(jìn)給驅(qū)動組件102，如圖3所示，進(jìn)給驅(qū)動組件102固定安裝在進(jìn)給支架101上，保持位置不變；結(jié)合附圖4所示，進(jìn)給驅(qū)動組件102包括直線導(dǎo)軌102a、進(jìn)給滾珠絲杠102b、滑塊102c、進(jìn)給電機(jī)102d、滑塊安裝板102e、進(jìn)給平臺102f、定位上平臺102g與定位下平臺102h，如圖2所示。其中，直線導(dǎo)軌102a為兩條，均豎直設(shè)置，安裝在進(jìn)給支架I側(cè)面上。進(jìn)給滾珠絲杠102b中的絲杠與兩條直線導(dǎo)軌平行設(shè)置，兩端分別通過滾動軸承A與安裝在進(jìn)給支架I上部和下部的定位上平臺102g、定位下平臺102h相連，且兩端的滾動軸承A通過軸承座安裝于定位上平臺102g、定位下平臺102h上；且絲杠頂端通過鎖緊螺母實(shí)現(xiàn)絲杠和滾動軸承A間精確緊固，鎖緊螺母穿過由軸承座底端與滾動軸承的內(nèi)圈接觸。絲杠頂端通過聯(lián)軸器與進(jìn)給電機(jī)102d輸出軸同軸連接，且在聯(lián)軸器外套有聯(lián)軸器保護(hù)套102g，并將聯(lián)軸器保護(hù)套102g兩端分別固定在定位上平臺102g與進(jìn)給電機(jī)102d外殼上，通過聯(lián)軸器保護(hù)套102g對聯(lián)軸器進(jìn)行保護(hù)，同時實(shí)現(xiàn)對進(jìn)給電機(jī)102d的支撐。上述每條直線導(dǎo)軌102a上安裝有兩個相同的滑塊102c，滑塊102c與滑塊安裝板102e固定連接，使滑塊安裝板102e可在直線導(dǎo)軌102a上沿著豎直方向滑動；且使四個滑塊102c分別位于滑塊安裝板102e的四角處，由此保證滑塊安裝板102e在豎直方向上運(yùn)動時不發(fā)生偏移。進(jìn)給平臺102f套在絲杠上與絲杠螺母固定連接，且垂直于滑塊安裝板102e，由此，通過進(jìn)給電機(jī)102d驅(qū)動絲杠轉(zhuǎn)動，由螺母帶動進(jìn)給平臺102f沿絲杠在豎直方向上運(yùn)動。
[0044]所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)2用于實(shí)現(xiàn)鉆桿組件4周向上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，安裝在進(jìn)給驅(qū)動機(jī)構(gòu)I中的進(jìn)給平臺102f上，包括旋轉(zhuǎn)電機(jī)201、旋轉(zhuǎn)電機(jī)減速器202、小齒輪203、大齒輪204、旋轉(zhuǎn)套筒205、旋轉(zhuǎn)軸承定位端蓋206、上蓋板207與鉆桿套筒208，如圖4、圖5、圖6所不O
[0045]其中，旋轉(zhuǎn)電機(jī)201輸出軸與旋轉(zhuǎn)電機(jī)減速器202固連，旋轉(zhuǎn)電機(jī)減速器202固定安裝在進(jìn)給平臺102f下表面。旋轉(zhuǎn)電機(jī)減速器202的輸出軸穿過進(jìn)給平臺102f后與小齒輪203通過鍵配合同軸固連，并通過緊定螺釘實(shí)現(xiàn)小齒輪203的定位。大齒輪204與小齒輪203嚙合，套在旋轉(zhuǎn)套筒205上，通過鍵配合與旋轉(zhuǎn)套筒205固定。旋轉(zhuǎn)套筒205頂端通過滾動軸承B安裝在旋轉(zhuǎn)軸承定位端蓋206內(nèi)；旋轉(zhuǎn)軸承定位端蓋206固定安裝在上蓋板207下表面，上蓋板與進(jìn)給平臺102f平行設(shè)置，固定安裝在滑塊安裝板102e上。旋轉(zhuǎn)套筒205底端穿過進(jìn)給平臺102f與鉆桿套筒208間通過滾動軸承C同軸相連；鉆桿套筒208固定安裝在進(jìn)給平臺102f上。由此，通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)201驅(qū)動小齒輪與大齒輪間傳動，最終實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)套筒205的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；且通過滾動軸承B與滾動軸承C，保證旋轉(zhuǎn)套筒208的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。上述旋轉(zhuǎn)套筒205上套有大齒輪上套筒209與大齒輪下套筒210 ;大齒輪上套筒209位于大齒輪204與旋轉(zhuǎn)軸承定位端蓋206之間，大齒輪下套筒210位于大齒輪204與滾動軸承C的軸承內(nèi)圈間；通過大齒輪上套筒209與大齒輪下套筒210實(shí)現(xiàn)大齒輪204軸向上的定位。上述小齒輪203與大齒輪204通過周向上的擋板211進(jìn)行保護(hù)，檔板211上下邊緣分別與上蓋板207和進(jìn)給平臺102f固定；左右側(cè)邊分別固定與滑塊安裝板102e左右側(cè)邊固定。由此，通過上蓋板207、進(jìn)給平臺102f、滑塊安裝板102e以及擋板211共同構(gòu)成齒