超大型外太空環境模擬實驗艙艙門運行機構的製作方法

2023-08-09 19:42:46 1

專利名稱：超大型外太空環境模擬實驗艙艙門運行機構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種超大型外太空環境模擬實驗艙艙門運行機構。
背景技術：
人類對太空、對外層空間的探索已有很長的歷史，載人航天工程已經 成為美、俄、法、英等許多發達國家，包括一些發展中國家優先發展的領 域。我國的航天工程雖然起步較晚，但發展的勢頭很快，中國人登上月球 的日子已經不遠了。
外太空的環境對人類來說是非常惡劣的失重、真空、強紫外線輻射、 高溫、深冷等，發射進入外太空的各種飛行器必需能適應這樣的惡劣環境， 故組成外太空飛行器的所有電子儀器、儀表、機械構件及其零部件不僅要 求能在外太空的惡劣環境下正常工作，而且要求其具有高靈敏度、準確性、 高可靠性和長使用壽命。因此在外太空飛行器的設計、研發過程中必須有 能模擬外太空惡劣環境的實驗艙，以便對外太空飛行器的所有電子儀器、 儀表、機械構件及其零部件的工作性能進行外太空惡劣環境的模擬實驗， 同時還必須有能對外太空飛行器整機進行外太空惡劣環境模擬實驗的大 型、超大型實驗艙。
外太空飛行器整機外太空環境模擬實驗所需的超大型實驗艙， 一般均 做成圓筒狀，這種圓筒狀超大型實驗艙的長度超過30m，直徑超過12m。 超大型實驗艙除艙門外，其餘部分一般都採用焊接方法焊成一個整體。超 大型實驗艙的艙門一般做成壁厚60mm 100mm、直徑大於12m、外觀上呈 半橢球狀的盤狀體。對超大型實驗艙艙門的設計要求是1、艙門開啟、關 閉準確；2、艙門開啟、關閉過程平穩；3、艙門關閉後其與艙體結合面接 觸良好、密封可靠；4、艙門開啟時佔用空間小；5、外形美觀大方。由於 超大型實驗艙艙門體積、重量(40t 70t)龐大、重心高(大於7m)，故超 大型實驗艙艙門運行機構的設計是一個相當棘手的問題。

發明內容
為了滿足外太空環境模擬實驗所需的超大型實驗艙的需要，本發明提 供一種超大型外太空環境模擬實驗艙艙門運行機構，
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是在超大型實驗艙艙門下 部的兩側各焊接一個支承柱，支承柱的下面固聯著一塊連接板，連接板上 有四個安裝螺杆用的圓柱孔，在連接板下平面的中部固聯著一個帶有內球 面的半球面副，該半球面副與一個帶有外球面的半球面副配合構成一個完 整的球面副。帶有外球面的半球面副固聯在一塊支承板上，該支承板上還 固聯著四個螺杆，這四個螺杆的頭部剛好穿過連接板上的四個安裝螺杆用 的圓柱孔，每個螺杆上均安裝有兩個螺母， 一個位於連接板上部， 一個位 於連接板下部。支承板通過兩個滾動導軌支承在一個車體上，車體通過軸 承連接兩個傳動軸，每個傳動軸上均有兩個車輪， 一個車輪的外輪廓為光 滑圓柱面，另一個車輪的外圓柱面上有凹槽，車輪的下面是兩根軌道。本 發明共有兩個車體，四根傳動軸，在其中兩根傳動軸上固聯著鏈輪，車體 上固聯著帶電機的減速器(電機與減速器安裝成一體)，在減速器輸出軸上 固聯著一個鏈輪，減速器輸出軸上的鏈輪和傳動軸上固聯著的鏈輪通過傳 動鏈相連，在固聯著鏈輪的傳動軸上還安裝著一個制動器。在支承板端部 固聯著氣缸的活塞杆，汽缸缸體固聯在車體上。
超大型實驗艙艙門沿軌道方向(垂直於超大型實驗艙軸線方向)的運 動是通過電機旋轉，帶動減速器、兩鏈輪、傳動軸、車輪實現的，電機正 轉，超大型實驗艙艙門左移，電機反轉，超大型實驗艙艙門右移。
超大型實驗艙艙門沿垂直於軌道方向(平行於超大型實驗艙軸線方向) 的運動是當向氣缸無杆腔通壓縮空氣時，汽缸的活塞、活塞杆、支承板、 螺杆、球面副、連接板、支承柱和超大型實驗艙艙門一起向超大型實驗艙 方向移動；當向氣缸有杆腔通壓縮空氣時，汽缸的活塞、活塞杆、支承板、 螺杆、球面副、連接板、支承柱和超大型實驗艙艙門一起向遠離超大型實 驗艙方向移動。
本發明的有益效果是該發明的超大型實驗艙艙門的縱向、橫向移動 均採用滾動方式，故能耗低、磨損輕，同時還具有良好的自位功能故其與 超大型實驗艙艙體結合面接觸良好、密封可靠、結構緊湊、外形美觀、操
作維修方便、佔地面積小和不佔用上部空間等優點。


圖1是超大型外太空環境模擬實驗艙艙門運行機構示意圖； 圖2是超大型外太空環境模擬實驗艙艙門運行機構的左視圖； 圖3是超大型外太空環境模擬實驗艙艙門運行機構的A-A剖視圖； 圖4是超大型外太空環境模擬實驗艙艙門運行機構的B-B剖視圖。 在圖l、圖2、圖3、圖4中，l.實驗艙艙門，2.第一支承柱，3.第一帶 內球面的半球面副，4.第一螺母，5.第二螺母，6.第二螺杆，7.第三螺母， 8.第四螺母，9.第五螺母，IO.第六螺母，ll.第三螺杆，12.第二支承柱，13. 第四螺杆，14.第七螺母，15.第八螺母，16.第九螺母，17.第十螺母，18.第 二帶內球面的半球面副，19.第二帶外球面的半球面副，20.第二支承板，21. 第四滾動導軌，22.第二車體，23.第四車輪，24.第二氣缸，25.第十一螺母， 26.第十二螺母，27.第三滾動導軌，28.第三車輪，29.第二連接板，30.第二 車輪，31.第二滾動導軌，32.第一帶外球面的半球面副，33.第一氣缸，34. 第一滾動導軌，35.第一車輪，36.第一軌道，37.第一車體，38.第一支承板， 39.第十三螺母，40.第十四螺母，41.第一連接板，42.第十五螺母，43.第十 六螺母，44.第一螺杆，45.第五螺杆，46.第六螺杆，47.第七螺杆，48.第八 螺杆，49.第五車輪，50.第五軸承，51.第六車輪，52.第六軸承，53.第七車 輪，54.第三傳動軸，55.第八車輪，56.第二軌道，57.第八軸承，58.第二制 動器，59.第四鏈輪，60.第四軸承，61.第四傳動軸，62.第二傳動鏈，63.第 三鏈輪，64.第二減速器，65.第三軸承，66.第七軸承，67.第二軸承，68.第 二傳動軸，69.第一鏈輪，70.第一減速器，71.第一傳動鏈，72.第一軸承， 73.第二鏈輪，74.第一傳動軸，75.第一制動器，76.絕對式編碼器。
具體實施例方式
圖l、圖2、圖3、圖4是本發明公開的一個實施例，在超大型外太空 環境模擬實驗艙艙門1的下部左側固聯著第一支承柱2，在超大型外太空環 境模擬實驗艙艙門1的下部右側固聯著第二支承柱12，第一支承柱2與第 一連接板41固聯，第二支承柱12與第二連接板29固聯。在第一連接板41 上有四個圓柱孔，在第二連接板29上也有四個圓柱孔。第一連接板41的
下平面中部固聯第一帶內球面的半球面副3，第二連接板29的下平面中部 固聯第二帶內球面的半球面副18,第一帶內球面的半球面副3與第一帶外 球面的半球面副32相配合構成一個完整的球面副，第二帶內球面的半球面 副18與第二帶外球面的半球面副19相配合亦構成一個完整的球面副。第 一帶外球面的半球面副32固聯在第一支承板38的上平面中部，第二帶外 球面的半球面副19固聯在第二支承板20的上平面中部。在第一支承板38 上平面的四個角部位置分別固聯著第一螺杆44、第二螺杆6、第五螺杆45、 第六螺杆46，第一螺杆44、第二螺杆6、第五螺杆45、第六螺杆46的頭 部剛好穿過第一連接板41上的四個圓柱孔。在第二連接板29上平面的四 個角部位置分別固聯著第三螺杆11、第四螺杆13、第七螺杆47、第八螺杆 48，第三螺杆ll、第四螺杆13、第七螺杆47、第八螺杆48的頭部剛好穿 過第二連接板29上的四個圓柱孔。在第一螺杆44上安裝第十三螺母39和 第十五螺母42，第十三螺母39位於第一連接板41的下方，第十五螺母42 位於第一連接板41的上方。在第二螺杆6上安裝第一螺母4和第三螺母7， 第三螺母7位於第一連接板41的下方，第一螺母4位於第一連接板41的 上方。在第五螺杆45上安裝第十四螺母40和第十六螺母43，第十四螺母 40位於第一連接板41的下方，第十六螺母43位於第一連接板41的上方。 在第六螺杆46上安裝第二螺母5和第四螺母8，第四螺母8位於第一連接 板41的下方，第二螺母5位於第一連接板41的上方。在第三螺杆ll上安 裝第五螺母9和第十一螺母25，第十一螺母25位於第二連接板29的下方， 第五螺母9位於第二連接板29的上方。在第四螺杆13上安裝第七螺母14 和第九螺母16，第九螺母16位於第二連接板29的下方，第七螺母14位於 第二連接板29的上方。在第七螺杆47上安裝第六螺母10和第十二螺母26， 第十二螺母26位於第二連接板29的下方，第六螺母10位於第二連接板29 的上方。在第八螺杆48上安裝第八螺母15和第十螺母17，第十螺母17位 於第二連接板29的下方，第八螺母15位於第二連接板29的上方。第一支 承板38通過第一滾動導軌34和第二滾動導軌31支承在第一車體37上， 第二支承板20通過第三滾動導軌27和第四滾動導軌21支承在第二車體22 。 在第一車體37上通過第一軸承72和第五軸承50支承第一傳動軸74，在第
一車體37上通過第二軸承67和第六軸承52支承第二傳動軸68。在第二車 體22上通過第三軸承65和第七軸承66支承第三傳動軸54，在第二車體 22上通過第四傳動軸61和第八軸承57支承第四傳動軸61 。在第一傳動軸 74的兩個軸端上分別固聯第一車輪35和第五車輪49，在第二傳動軸68的 兩個軸端上分別固聯第二車輪30和第六車輪51，在第三傳動軸54的兩個 軸端上分別固聯第三車輪28和第七車輪53，在第四傳動軸61的兩個軸端 上分別固聯第四車輪23和第八車輪55。在第一傳動軸74上還固聯著第二 鏈輪73和第一制動器75。在第四傳動軸61上還固聯著第四鏈輪59和第二 制動器58。在第一車體37上安裝著第一減速器70，在第一減速器70的輸 出軸上固聯第一鏈輪69，第一鏈輪69和第二鏈輪73通過第一傳動鏈71形 成運動連接。在第二車體22上安裝著第二減速器64，在第二減速器64輸 出軸上固聯第三鏈輪63，第三鏈輪63和第四鏈輪59形成運動連接。第五 車輪49、第六車輪51、第七車輪53、第八車輪55支承在第二軌道56上， 第一車輪35、第二車輪30、第三車輪28、第四車輪23支承在第一軌道36 上。絕對式編碼器76與第五車輪49固聯。
第一減速器70、第二減速器64都是電機直聯型擺線針輪行星減速器(電 機與減速器聯結為一個整體)。
超大型實驗艙艙門1沿平行於第一軌道36方向(垂直於超大型實驗艙 軸線方向)的運動實現過程為第一減速器70的旋轉運動(由電機驅動) 經過第一鏈輪69、第一傳動鏈71、第二鏈輪73、第一傳動軸74使第一車 輪35和第五車輪49旋轉，從而使超大型實驗艙艙門移動；當第一減速器 70正轉時，超大型實驗艙艙門左移，當第一減速器70反轉時，超大型實驗 艙艙門右移。第一制動器75、第二制動器58是常開式制動器，即通電制動， 斷電鬆開，當超大型實驗艙艙門1向左或向右移動到指定位置時，絕對式 編碼器76發出制動信號，電機斷電，第一制動器75、第二制動器58同時 得電制動，超大型實驗艙艙門1停止運動。
由第二減速器64、第三鏈輪63、第二傳動鏈62、第四傳動軸61、第 四車輪23和第八車輪55構成的傳動系統也能實現超大型實驗艙艙門的左 右移動，但該套系統為備用傳動系統，只有當第一減速器70、第一鏈輪69、
第一傳動鏈71、第二鏈輪73、第一傳動軸74、第一車輪35和第五車輪49
組成的傳動系統發成故障時才使用。
超大型實驗艙艙門1沿垂直於第一軌道36方向(平行於超大型實驗艙 軸線方向)的運動是當向第一氣缸33和第二氣缸24的無杆腔同時通壓 縮空氣時，第一氣缸33和第二氣缸24的活塞、活塞杆、第一支承板38、 第二支承板20和與第一支承板38、第二支承板20相連的所有構件(包括 超大型實驗艙艙門1) 一起向超大型實驗艙方向移動；當向第一氣缸33和 第二氣缸24的有杆腔通壓縮空氣時，第一氣缸33和第二氣缸24的活塞、 活塞杆、第一支承板38、第二支承板20和與第一支承板38、第二支承板 20相連的所有構件(包括超大型實驗艙艙門1) 一起向遠離超大型實驗艙 方向移動。
超大型實驗艙艙門1的外形尺寸龐大，由於運輸等原因，實驗艙艙門1 的各工作面只能在使用現場加工，故其加工精度(特別是位置精度)和表 面質量較低，因此欲保證超大型實驗艙艙門1關閉時，超大型實驗艙艙門1 與超大型實驗艙艙體結合面接觸良好、密封可靠，超大型實驗艙艙門運行 機構必須具有自位功能。所謂自位功能就是如果超大型實驗艙艙門1接合 面與艙體結合面只在某個局部接觸時，超大型實驗艙艙門1能實現兩個自 由度的小角度擺動，從而使超大型實驗艙艙門1的結合面和超大型實驗艙 艙體結合面全面接觸。本發明中耀大型實驗艙艙門1自位功能是採用下述 方式實現的如圖2所示，W是超大型實驗艙艙門1所受重力，重心位於 兩個球鉸連心線的內側(即超大型實驗艙艙門1重心到艙體結合面的距離 小於兩個球鉸連心線到艙體結合面的距離)，超大型實驗艙艙門1重心到兩 個球鉸連心線的距離為L。這樣超大型實驗艙艙門1的重力是由兩個球鉸 (第一帶內球面的半球面副3、第一帶外球面的半球面副32、第二帶內球 面的半球面副18、第二帶外球面的半球面副19)和四個螺母螺杆(第十四 螺母40、第五螺杆45、第四螺母8、第六螺杆46、第十二螺母26、第七螺 杆47、第十螺母17、第八螺杆48)承受的，而第十三螺母39、第十五螺 母42、第十六螺母43、第一螺母4、第二螺母5、第三螺母7的端面與第 一連接板41的相應表面不接觸，它們之間有10mm 20mm的間距，第五螺
母9、第六螺母10、第七螺母14、第八螺母15、第九螺母16、第十一螺母 25的端面與第二連接板29的相應表面也不接觸，它們之間也有 10mm 20mm的間距。這樣當超大型實驗艙艙門1接合面與艙體結合面開 始接觸時一定是兩個結合面的最高點首先接觸，隨著超大型實驗艙艙門1 繼續前移，兩結合面在鉛垂方向就能全面接觸。超大型實驗艙艙門1在水 平方向的自位由於兩個球鉸均能實現自由轉動，故實現起來很容易。
調整第十四螺母40、第四螺母8的端面到第一連接板41上平面的距離 和第十二螺母26、第十螺母17的端面到第二連接板29上平面的距離即可 調整超大型實驗艙艙門1的傾斜角度。
調整第十三螺母39、第十五螺母42、第十六螺母43、第一螺母4、第 二螺母5、第三螺母7的端面與第一連接板41的相應表面的間距大小和第 五螺母9、第六螺母10、第七螺母14、第八螺母15、第九螺母16、第十一 螺母25的端面與第二連接板29的相應表面的間距大小便可事先預定超大 型實驗艙艙門1在鉛垂方向的自位擺角的大小。
權利要求
1.一種超大型外太空環境模擬實驗艙艙門運行機構，其特徵是實驗艙艙門下部兩側各焊接一個支承柱，各支承柱的下面固聯著連接板，每塊連接板下表面的中部固聯著一個帶內球面的半球面副，帶外球面的半球面副固聯在支承板上，帶內球面的半球面副與帶外球面的半球面副配合構成一個完整的球面副；每個支承板通過兩個滾動導軌支承在相對應的車體上，每個車體通過軸承連接一個傳動軸和一個支撐軸，所述傳動軸和支撐軸上裝有車輪，其中，一組車輪的外輪廓為光滑圓柱面，另一組車輪的外圓柱面上有凹槽，兩組車輪的下面是兩根軌道。
2. 根據權利要求1所述的超大型外太空環境模擬實驗艙艙門運行機構， 其特徵是每個連接板上有四個安裝螺杆用的圓柱孔，每個支承板上固聯 四個螺杆，四個螺杆的頭部剛好穿過連接板上的四個安裝螺杆用的圓柱孔， 每個螺杆上均安裝有兩個螺母， 一個位於連接板上部， 一個位於連接板下 部。
3. 根據權利要求1所述的超大型外太空環境模擬實驗艙艙門運行機構，其特徵是每個車體的傳動軸上固聯的鏈輪與減速器輸出軸上固聯的鏈輪 通過傳動鏈相連。
4. 根據權利要求1或3所述的超大型外太空環境模擬實驗艙艙門運行機構，其特徵是每個車體上安裝帶電機的減速器，所述減速器與電機安裝 成一體結構。
5. 根據權利要求3所述的超大型外太空環境模擬實驗艙艙門運行機構，其特徵是固聯鏈輪的傳動軸上裝有制動器。
6. 根據權利要求1或5所述的超大型外太空環境模擬實驗艙艙門運行機構，其特徵是支承板的端部固聯著氣缸的活塞杆，汽缸缸體固聯在車體 上。
全文摘要
本發明公開一種超大型外太空環境模擬實驗艙艙門運行機構，其特徵是實驗艙艙門下部兩側各焊接一個支承柱，各支承柱的下面固聯著連接板，每塊連接板下表面的中部固聯著一個帶內球面的半球面副，帶外球面的半球面副固聯在支承板上，帶內球面的半球面副與帶外球面的半球面副配合構成一個完整的球面副；每個支承板通過兩個滾動導軌支承在相對應的車體上，每個車體通過軸承連接一個傳動軸和一個支撐軸，所述傳動軸和支撐軸上裝有車輪，其中，一組車輪的外輪廓為光滑圓柱面，另一組車輪的外圓柱面上有凹槽，兩組車輪的下面是兩根軌道。該超大型實驗艙艙門的縱向、橫向移動均採用滾動方式，因此具有艙體結合面接觸良好、密封可靠、磨損輕，結構緊湊、操作維修方便、佔地面積小和不佔用上部空間等優點。
文檔編號B64G7/00GK101367441SQ20081007955
公開日2009年2月18日 申請日期2008年10月8日 優先權日2008年10月8日
發明者劉喜平 申請人:燕山大學