專利名稱：三維微重力智能氣足的制作方法
技術領域：
本發(fā)明創(chuàng)造屬于一種應用于空間微重力模擬試驗的裝置，主要涉及一種針對空間
機構復雜的三維運動微重力模擬試驗的微重力模擬裝置。
背景技術：
現(xiàn)有微重力模擬方法主要有懸吊法、氣懸浮支撐法。氣懸浮支撐法雖然占地面積 小、無摩擦、運動平穩(wěn)、微重力模擬精度高，但是只能實現(xiàn)一維、二維平面運動時的微重力模 擬。懸吊法雖然可以實現(xiàn)空間機構的一維、二維和三維位置和姿態(tài)的模擬，但是支撐繩索的 桁架機構復雜，占地空間大，繩索隨動機構一般采用機械軸承支撐，運動摩擦大，影響試驗 精度。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明創(chuàng)造的目的就是針對上述已有技術存在的問題，設計出一種當載荷在三維 空間中運動時可以實時抵消載荷重力的三維微重力智能氣足，以模擬載荷在宇宙空間失重 時的受力及運動狀態(tài)，實現(xiàn)空間機構三維運動微重力的模擬。由于是要模擬空間機構三維 運動時的微重力狀態(tài)，任何復雜的三維運動都可以分解為水平平動和豎直升降兩種運動狀 態(tài)，所以空間機構三維運動微重力模擬裝置需要在當空間機構做水平平動和豎直升降兩種 運動的合運動時，都能將機構的重力抵消在允許的范圍內(nèi)。 本發(fā)明創(chuàng)造的目的是按如下技術方案實現(xiàn)的三個氣足相鄰間隔成120°角均布 在支撐板下側(cè)面上；外殼和三個導向桿配裝在支撐板上側(cè)面上，三個導向桿位于外殼外側(cè) 部，三個導向桿相鄰間隔夾角為120° ;在外殼的底部和上部分別配裝伺服電機和止推軸 承，在止推軸承與伺服電機之間設置聯(lián)軸器和減速器，減速器的動力輸入軸和輸出軸分別 與伺服電機動力輸出軸和聯(lián)軸器連接，螺桿下側(cè)部裝在止推軸承內(nèi)孔中，螺桿下端與聯(lián)軸 器連接；在連接板上安裝傳動螺母和三個成120°夾角均勻分布的套筒，直線軸承配裝在 套筒下端內(nèi)部上，傳動螺母與螺桿螺紋連接配合，三個導向桿通過與直線軸承的配合裝入 套筒內(nèi)，三個柔性彈簧機構分別配裝在三個套筒上端部上，柔性彈簧機構與工作板連接，在 工作板上設裝傳感器和試件托架接口 。 本發(fā)明創(chuàng)造的工作原理與現(xiàn)有三維運動微重力模擬裝置不同，傳統(tǒng)三維運動微重 力試驗模擬的方法是采用懸吊法，會出現(xiàn)柔性抖動現(xiàn)象，模擬精度低，結構復雜，占地面積 大；而本發(fā)明創(chuàng)造是采用氣懸浮支撐氣足實現(xiàn)無摩擦二維平動，豎直方向通過控制形成伺 服系統(tǒng)，實現(xiàn)微重力模擬，而安裝在支撐板下的氣足同時具有自動記錄行走軌跡、監(jiān)控微重 力變化等功能。套筒下端置有直線軸承，直線軸承可以減小導桿與套筒之間的摩擦；套筒與 導桿起到導向的作用，避免傳動螺母隨螺桿進行旋轉(zhuǎn)，從而只進行垂直的升降；套筒上部安 裝柔性彈簧機構，通過以上設計可有效提高微重力試驗模擬精度。 本發(fā)明創(chuàng)造將傳統(tǒng)的二維微重力模擬技術與伺服隨動升降系統(tǒng)結合，并在整體結 構上進行了設計及改進，使裝置能夠有效解決空間機構復雜的三維運動微重力模擬的難點，且精度大大提高，試驗方式靈活，工藝簡單，占地面積小，本發(fā)明創(chuàng)造適用于高精度的三 維運動微重力模擬試驗。

圖1為本發(fā)明創(chuàng)造的結構示意圖, 圖2為圖1中的A-A向剖視圖。 圖中件號
l傳感器 5連接板 9止推軸承 13外殼
17試件托架接口
2柔性彈簧機構 6導向桿 10聯(lián)軸器 14支撐板
3套筒 7直線軸承 ll減速器 15氣足
4螺桿 8傳動螺母 12伺服電機 16工作板
具體實施方式
以下結合附圖對本發(fā)明創(chuàng)造實例進行詳細描述。 三維微重力智能氣足，包括氣足15，三個氣足15相鄰間隔成120°角均布安裝在 支撐板14下側(cè)面上；外殼13和三個導向桿6配裝在支撐板14上側(cè)面上，三個導向桿6位 于外殼13外側(cè)部，三個導向桿6相鄰間隔夾角為120° ;在外殼13的底部和上部分別配裝 伺服電機12和止推軸承9，在止推軸承9與伺服電機12之間設置聯(lián)軸器10和減速器11， 減速器11的動力輸入軸和輸出軸分別與伺服電機12動力輸出軸和聯(lián)軸器10連接，螺桿4 下側(cè)部裝在止推軸承9內(nèi)孔中，螺桿4下端與聯(lián)軸器10連接；在連接板5上安裝傳動螺母 8和三個成120°夾角均勻分布的套筒3，直線軸承7配裝在套筒3下端內(nèi)部上，傳動螺母8 與螺桿4螺紋連接配合，三個導向桿6通過與直線軸承7的配合裝入套筒3內(nèi)，三個柔性彈 簧機構2分別配裝在三個套筒3上端部上，柔性彈簧機構2與工作板16連接，在工作板16 上設裝有傳感器1和試件托架接口 17。 采用本裝置進行空間機構的三維運動的微重力模擬時，由于任何復雜的三維運動 都可以分解為水平平動和豎直升降兩種運動狀態(tài)，支撐板14下端裝有3個120度均勻分 布的智能氣足15，通過氣懸浮可以極大減少裝置與臺面的摩擦，完成水平方向的平動，氣足 內(nèi)安裝有智能元件，可以實時記錄行走軌跡，監(jiān)控微重力模擬精度等智能功能；在豎直方向 上，通過伺服電機12帶動減速器11旋轉(zhuǎn)運動，減速器11通過聯(lián)軸器10帶動螺桿4旋轉(zhuǎn)運 動，螺桿4帶動傳動螺母8實現(xiàn)豎直方向運動，導向桿6起到導向的作用，使傳動螺母不會 隨著螺桿的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，只進行豎直方向的升降；套筒3上端裝有柔性彈簧機構2，柔性彈 簧機構2可提高微重力模擬試驗精度，試件托架接口 17可以根據(jù)不同形狀的空間機構而安 裝相應的試件托架。
權利要求一種三維微重力智能氣足，包括氣足(15)，其特征在于三個氣足(15)相鄰間隔成120°角均布安裝在支撐板(14)下側(cè)面上；外殼(13)和三個導向桿(6)配裝在支撐板(14)上側(cè)面上，三個導向桿(6)位于外殼(13)外側(cè)部，三個導向桿(6)相鄰間隔夾角為120°；在外殼(13)的底部和上部分別配裝伺服電機(12)和止推軸承(9)，在止推軸承(9)與伺服電機(12)之間設置聯(lián)軸器(10)和減速器(11)，減速器(11)的動力輸入軸和輸出軸分別與伺服電機(12)動力輸出軸和聯(lián)軸器(10)連接，螺桿(4)下側(cè)部裝在止推軸承(9)內(nèi)孔中，螺桿(4)下端與聯(lián)軸器(10)連接；在連接板(5)上安裝傳動螺母(8)和三個成120°夾角均勻分布的套筒(3)，直線軸承(7)配裝在套筒(3)下端內(nèi)部上，傳動螺母(8)與螺桿(4)螺紋連接配合，三個導向桿(6)通過與直線軸承(7)的配合裝入套筒(3)內(nèi)，三個柔性彈簧機構(2)分別配裝在三個套筒(3)上端部上，柔性彈簧機構(2)與工作板(16)連接，在工作板(16)上設裝傳感器(1)和試件托架接口(17)。
專利摘要三維微重力智能氣足屬于空間機構微重力模擬試驗裝置，三個氣足安裝在支撐板下側(cè)面上，外殼和三個導向桿配裝在支撐板上側(cè)面上，在外殼的底部和上部分別配裝伺服電機和止推軸承，在止推軸承和伺服電機之間設置聯(lián)軸器和減速器，插配在止推軸承內(nèi)孔中的螺桿下端與聯(lián)軸器連接，傳動螺母配合三個套筒安裝在連接板上，直線軸承配裝在套筒下端上，三個柔性彈簧機構與工作板連接，在工作板上設裝有傳感器和試件托架接口；本智能氣足能有效地解決空間機構復雜的三維運動過程中的微重力模擬技術問題，具有結構簡單、模擬精度高、試驗方式靈活、工藝簡單、占地面積小、調(diào)試方便的特點，尤其適用于復雜的三維運動微重力模擬試驗。
文檔編號G01M99/00GK201464201SQ20092010014
公開日2010年5月12日 申請日期2009年6月15日 優(yōu)先權日2009年6月15日
發(fā)明者張文輝, 王海峰, 穆榮軍, 趙寶山, 齊乃明 申請人:哈爾濱工業(yè)大學