专利名称：三维微重力智能气足的制作方法
技术领域：
本发明创造属于一种应用于空间微重力模拟试验的装置，主要涉及一种针对
空间机构复杂的三维运动微重力模拟试验的微重力模拟装置。
背景技术：
现有微重力模拟方法主要有悬吊法、气悬浮支撑法。气悬浮支撑法虽然占地
面积小、'无摩擦、运动平稳、微重力模拟精度高，但是只能实现一维、二维平
面运动时的微重力模拟。悬吊法虽然可以实现空间机构的一维、二维和三维位置
和姿态的模拟，但是支撑绳索的桁架机构复杂，占地空间大，绳索随动机构一般
采用机械轴承支撑，运动摩擦大，影响试验精度。
发明内容
本发明创造的目的就是针对上述已有技术存在的问题，设计出一种当载荷在 三维空间中运动时可以实时抵消载荷重力的三维微重力智能气足，以模拟载荷在 宇宙空间失重时的受力及运动状态，实现空间机构三维运动微重力的模拟。由于_ 是要模拟空间机构三维运动时的微重力状态，任何复杂的三维运动都可以分解为 水平平动和竖直升降两种运动状态，所以空间机构三维运动微重力模拟装置需要 在当空间机构做水平平动和竖直升降两种运动的合运动时，都能将机构的重力抵 消在允许的范围内。
本发明创造的目的是按如下技术方案实现的三个气足相邻间隔成120°角 均布在支撑板下侧面上；外壳和三个导向杆配装在支撑板上侧面上，三个导向杆 位于外壳外侧部，三个导向杆相邻间隔夹角为120。；在外壳的底部和上部分别 配装伺服电机和止推轴承，在止推轴承与伺服电机之间设置联轴器和减速器，减 速器的动力输入轴和输出轴分别与伺服电机动力输出轴和联轴器连接，螺杆下侧 部装在止推轴承内孔中，螺杆下端与联轴器连接；在连接板上安装传动螺母和三 个成120°夹角均匀分布的套筒，直线轴承配装在套筒下端内部上，传动螺母与 螺杆螺纹连接配合，三个导向杆通过与直线轴承的配合装入套筒内，三个柔性弹 簧机构分别配装在三个套筒上端部上，柔性弹簧机构与工作板连接，在工作板上设装传感器和试件托架接口。
本发明创造的工作原理与现有三维运动微重力模拟装置不同，传统三维运动 微重力试验模拟的方法是采用悬吊法，会出现柔性抖动现象，模拟精度低，结构 复杂，占地面积大；而本发明创造是采用气悬浮支撑气足实现无摩擦二维平动， 竖直方向通过控制形成伺服系统，实现微重力模拟，而安装在支撑板下的气足同 时具有自动记录行走轨迹、监控微重力变化等功能。套筒下端置有直线轴承，直
线轴承可以减小导杆与套筒之间的摩擦；套筒与导杆起到导向的作用，避免传动 螺母随螺杆进行旋转，从而只进行垂直的升降；套筒上部安装柔性弹簧机构，通 过以上设计可有效撻高微重力试验模拟精度。
本发明创造将传统的二维微重力模拟技术与伺服随动升降系统结合，并在整 体结构上进行了设计及改进，使装置能够有效解决空间机构复杂的三维运动微重 力模拟的难点，且精度大大提高，试验方式灵活，工艺简单，占地面积小，本发 明创造适用于高精度的三维运动微重力模拟试验。
图1为本发明创造的结构示意图。
图2为图1中的A-A向剖视图。
图中件号
l传感器 2柔性弹簧机构 3套筒 4螺杆
5连接板 6导向杆 7直线轴承 8传动螺母
9止推轴承 IO联轴器 ll减速器 12伺服电机
13外壳 14支撑板 15气足 16工作板
17试件托架接口
具体实施例方式
下面结合附图对本发明创造实例进行详细描述。
三维微重力智能气足，包括气足15，三个气足15相邻间隔成120°角均布 安装在支撑板14下侧面上；外壳13和三个导向杆6配装在支撑板14上侧面上， 三个导向杆6位于外壳13外侧部，三个导向杆6相邻间隔夹角为120° ;在外 壳13的底部和上部分别配装伺服电机12和止推轴承9，在止推轴承9与伺服电 机12之间设置联轴器IO和减速器11，减速器11的动力输入轴和输出轴分别与伺服电机12动力输出轴和联轴器10连接，螺杆4下侧部装在止推轴承9内孔中， 螺杆4下端与联轴器10连接；在连接板5上安装传动螺母8和三个成120°夹 角均匀分布的套筒3，直线轴承7配装在套筒3下端内部上，传动螺母8与螺杆 4螺纹连接配合，三个导向杆6通过与直线轴承7的配合装入套筒3内，三个柔 性弹簧机构2分别配装在三个套筒3上端部上，柔性弹簧机构2与工作板16连 接，在工作板16上设装有传感器1和试件托架接口 17。
采用本装置进行空间机构的三维运动的微重力模拟时，由于任何复杂的三维 运动都可以分解为水平平动和竖直升降两种运动状态，支撑板14下端装有3个 120度均匀分布的智能气足15，通过气悬浮可以极大减少装置与台面的摩擦，完 成水平方向的平动，气足内安装有智能元件，可以实时记录行走轨迹，监控微重 力模拟精度等智能功能；在竖直方向上，通过伺服电机12带动减速器11旋转运 动，减速器11通过联轴器10带动螺杆4旋转运动，螺杆4带动传动螺母8实现 竖直方向运动，导向杆6起到导向的作用，使传动螺母不会随着螺杆的旋转而旋 转，只进行竖直方向的升降；套筒3上端装有柔性弹簧机构2，柔性弹簧机构2 ^提高微重力模拟试验精度，试件托架接口 17可以根据不同形状的空间机构而 安装相应的试件托架。
权利要求
1、一种三维微重力智能气足，包括气足(15)，其特征在于三个气足(15)相邻间隔成120°角均布安装在支撑板(14)下侧面上；外壳(13)和三个导向杆(6)配装在支撑板(14)上侧面上，三个导向杆(6)位于外壳(13)外侧部，三个导向杆(6)相邻间隔夹角为120°；在外壳(13)的底部和上部分别配装伺服电机(12)和止推轴承(9)，在止推轴承(9)与伺服电机(12)之间设置联轴器(10)和减速器(11)，减速器(11)的动力输入轴和输出轴分别与伺服电机(12)动力输出轴和联轴器(10)连接，螺杆(4)下侧部装在止推轴承(9)内孔中，螺杆(4)下端与联轴器(10)连接；在连接板(5)上安装传动螺母(8)和三个成120°夹角均匀分布的套筒(3)，直线轴承(7)配装在套筒(3)下端内部上，传动螺母(8)与螺杆(4)螺纹连接配合，三个导向杆(6)通过与直线轴承(7)的配合装入套筒(3)内，三个柔性弹簧机构(2)分别配装在三个套筒(3)上端部上，柔性弹簧机构(2)与工作板(16)连接，在工作板(16)上设装传感器(1)和试件托架接口(17)。
全文摘要
三维微重力智能气足属于空间机构微重力模拟试验装置，三个气足安装在支撑板下侧面上，外壳和三个导向杆配装在支撑板上侧面上，在外壳的底部和上部分别配装伺服电机和止推轴承，在止推轴承和伺服电机之间设置联轴器和减速器，插配在止推轴承内孔中的螺杆下端与联轴器连接，传动螺母配合三个套筒安装在连接板上，直线轴承配装在套筒下端上，三个柔性弹簧机构与工作板连接，在工作板上设装有传感器和试件托架接口；本智能气足能有效地解决空间机构复杂的三维运动过程中的微重力模拟技术问题，具有结构简单、模拟精度高、试验方式灵活、工艺简单、占地面积小、调试方便的特点，尤其适用于复杂的三维运动微重力模拟试验。
文档编号B64G7/00GK101575013SQ20091007228
公开日2009年11月11日 申请日期2009年6月15日 优先权日2009年6月15日
发明者张文辉, 王海峰, 穆荣军, 赵宝山, 齐乃明 申请人:哈尔滨工业大学