一种准零刚度气浮式重力卸载装置的制造方法
【专利摘要】一种准零刚度气浮式卸载装置，其屈曲梁支撑杆一端与转接平台固定连接，另一端与铰接块A活动连接；屈曲梁一端插入铰接块A的中空孔中，另一端插入铰接块B的中空孔中；屈曲调节顶丝与铰接块A固定连接，且屈曲调节顶丝对屈曲梁施加轴向压载荷；铰接块B与负载平台活动连接；负载平台的圆柱导向部分依次穿过轴承端盖A、转接平台、轴承端盖B的孔，直线轴承位于负载平台的圆柱导向部分与转接平台的孔壁之间，弹簧锁紧螺母位于转接平台的底面，且与负载平台上的圆柱导向部分固定连接，螺旋弹簧套在转接平台与负载平台之间的负载平台的圆柱导向部分上，螺旋弹簧一端与负载平台下表面连接，另一端与轴承端盖A上表面连接，且螺旋弹簧呈压缩状态。
【专利说明】
一种准零刚度气浮式重力卸载装置
技术领域
[0001] 本发明属于空间机构地面试验的重力卸载领域，尤其涉及一种准零刚度气浮式重 力卸载装置。
【背景技术】
[0002] 为确保航天器上展开机构在轨运行的可靠性，必须在地面上对机构进行展开试验 和动力学试验。但航天器在轨为零重力状态，而地面为有重力环境。因此，重力卸载技术是 航天器产品地面试验必须克服的一个难题。
[0003] 目前，国内外最常用的重力卸载技术有两种，一种是长绳悬吊式，一种是气浮式。
[0004] 长绳悬吊式重力卸载技术方面，上海卫星工程研究所蒋国伟等人在2013年公开的 《准零刚度非线性悬吊系统设计方法》(CN201310153510.8)中，利用叠簧组和线性弹簧组成 准零刚度系统设计了一种悬吊系统，浙江工业大学孙建辉等人于2014年公开的《二维恒力 跟随吊挂装置》（CN201320648123.7)和《一种三维跟随恒力吊挂装置》（CN201320647156.X) 中利用气缸输出恒定的吊挂力，获得了一种恒力吊挂装置。然而，长绳悬吊式重力卸载技术 需要额外的导轨支架，同时，绳索的柔性会对地面试验带来一定的影响，这制约了它在大型 可展开机构方面的应用。
[0005] 气浮式技术具有精度高、承载能力大等优点，且易实现二维的平面运动，在地面试 验中得到了广泛应用。气浮式重力卸载装置多采用线性弹簧对试验件进行卸载，一方面，为 提高卸载装置的承载能力，减小受力时的变形量，要求线性弹簧的刚度越大越好；另一方 面，为适应气浮台面的高度差和试验件在竖直方向可能的运动，要求线性弹簧的刚度尽可 能低，以减小运动过程由此诱发的附加力，降低对试验件的展开试验和动力学试验不利影 响。针对这一矛盾，北京航空航天大学贾英民等人于2014公开了《一种竖直方向恒力系统的 设计方法》(CN201410142865.1)。哈尔滨工业大学齐乃明等在2011年发表的《空间微重力环 境地面模拟试验方法综述》中提出了一种气浮式零重力装置。这两种装置均利用传感器实 时采集支撑力，并根据反馈的支撑力，控制电机带动弹簧调整弹簧力，以保证重力卸载装置 在竖直方向存在位移时仍能输出恒力。这两个装置均采用主动控制的手段以获得恒力输 出，由此需增加电机、传感器等大量附件，系统较为复杂。
【发明内容】
[0006] 为解决上述问题，本发明提供一种准零刚度气浮式卸载装置。
[0007] -种准零刚度气浮式卸载装置，其包括:转接平台、屈曲梁支撑杆、屈曲调节顶丝、 铰接块A、屈曲梁、负载平台、螺旋弹簧、铰接块B、轴承端盖A、直线轴承、轴承端盖B和弹簧锁 紧螺母；
[0008]其中，准零刚度气浮式卸载装置为对称结构，且铰接块A和铰接块B均含有一段中 空结构，轴承端盖A、轴承端盖B和转接平台上均设有孔；
[0009]屈曲梁支撑杆一端与转接平台固定连接，另一端与铰接块A活动连接;屈曲梁一端 插入铰接块A的中空孔中，另一端插入铰接块B的中空孔中；屈曲调节顶丝与铰接块A固定连 接，且屈曲调节顶丝对屈曲梁施加轴向压载荷;铰接块B与负载平台活动连接;负载平台的 圆柱导向部分依次穿过轴承端盖A、转接平台、轴承端盖B的孔，直线轴承位于负载平台的圆 柱导向部分与转接平台的孔壁之间，弹簧锁紧螺母位于转接平台的底面，且与负载平台上 的圆柱导向部分固定连接，螺旋弹簧套在转接平台与负载平台之间的负载平台的圆柱导向 部分上，螺旋弹簧一端与负载平台下表面连接，另一端与轴承端盖A上表面连接，且螺旋弹 簧呈压缩状态。
[0010] 效果较佳的，所述的一种准零刚度气浮式卸载装置还包括:多孔气足和高度调节 杆，多孔气足与气源相接，与试验台面间形成气膜;高度调节杆一端与多孔气足固定连接， 另一端与转接平台固定连接。
[0011] 效果较佳的，所述固定连接的方式为螺纹连接。
[0012] 效果较佳的，所述活动连接的方式为销轴连接。
[0013] 有益效果：
[0014]本发明采用螺旋线性弹簧对负载进行重力卸载，装置能够提供较大的承载能力； 当负载对象在竖直方向有一定的位移时，装置输出的卸载力近似为恒力，保证在地面试验 过程不引入其它附加力，从而避免了对试验件可能造成的损伤;通过屈曲调节顶丝对屈曲 梁的压力调整，以保证在不同质量的负载工况时，装置仍能实现准零刚度的特性。
【附图说明】
[0015] 图1为本发明的准零刚度气浮式重力卸载装置三维结构示意图；
[0016] 图2为本发明的准零刚度气浮式重力卸载装置三维结构剖视图。
【具体实施方式】
[0017] -种准零刚度气浮式重力卸载装置，其包括:多孔气足101、高度调节杆102、转接 平台103、屈曲梁支撑杆104、屈曲调节顶丝105、铰接块A106、屈曲梁107、负载平台108、螺旋 弹簧109、铰接块B110、轴承端盖A111、直线轴承112、轴承端盖Bl 13和弹簧锁紧螺母114。
[0018] -种准零刚度气浮式卸载装置为对称结构，多孔气足101与气源相接，与试验台面 间形成气膜，以减小滑动摩擦力。高度调节杆102-端与多孔气足101相连，连接方式为螺纹 连接;高度调节杆102另一端与转接平台103相连，连接方式为螺纹连接；屈曲梁支撑杆104 一端与转接平台103相连，连接方式为螺纹连接;屈曲梁支撑杆104另一端与铰接块A106相 连，连接方式为销轴连接;铰接块A106和铰接块B110均含有一段中空结构，屈曲梁107-端 插入在铰接块A106的中空孔中，另一端插入在铰接块B110的中空孔中；屈曲调节顶丝105与 铰接块A106通过螺纹连接，并对屈曲梁107施加轴向压载荷;铰接块B110与负载平台108相 连，连接方式为销轴连接;螺旋弹簧109套在负载平台108的突出部分上，一端与负载平台 108下表面连接，另一端与轴承端盖A111上表面连接，且螺旋弹簧109呈压缩状态;轴承端盖 A111与转接平台103相连，连接方式为螺纹连接;轴承端盖B113与转接平台103相连，连接方 式为螺纹连接;直线轴承112两端面分别于轴承端盖A111和轴承端盖B113接触，直线轴承 112内表面与负载平台108上的圆柱导向部分接触，外表面与转接平台103的孔接触;弹簧锁 紧螺母114与负载平台108上的圆柱导向部分相连，连接方式为螺纹连接。
[0019] 下面结合图1和图2,对本发明的一特例进一步说明。
[0020] 对于刚度为k的螺旋弹簧，使原长为L的屈曲梁107满足公式：
[0021] EI = 0.05 ? k ? L3
[0022]式中，E为屈曲梁107的弹性模量，I为屈曲梁107的截面惯性矩。
[0023] 则对于质量满足以下公式的负载对象 紅
[0024] m<0.5--~ s
[0025] 式中，g为重力加速度。
[0026]可以通过如下步骤实现准零刚度的重力卸载。
[0027] (1).首先，根据负载对象的高度要求，将高度调节杆102上的螺母调整至合适位 置。
[0028] (2).通过负载重量m与螺旋弹簧的刚度k可确定当螺旋弹簧平衡时的下降距离为h =mg/k，将屈曲梁支撑杆104固定在此高度，保持其与转接平台103间的距离不变，并将负载 平台108固定在螺旋弹簧无负载的位置。
[0029] (3).旋转屈曲调节顶丝105使原长为L的屈曲梁受压，使屈曲梁中心的初始挠度调 节至 0.01 ? L。
[0030] (4).对两根屈曲梁均进行如此操作后，两根屈曲梁即组合成为了一个负刚度机 构，在螺旋弹簧承受负载对象的平衡位置不超过0.1 ? L的范围内，该机构的负刚度与螺旋 弹簧刚度近似为相反数，从而整个机构在平衡位置实现了准零刚度。
[0031] 当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟 悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变 形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
【主权项】
1. 一种准零刚度气浮式卸载装置，其特征在于，包括:转接平台（103)、屈曲梁支撑杆 (104)、屈曲调节顶丝（105)、铰接块A(106)、屈曲梁（107)、负载平台（108)、螺旋弹簧（109)、 铰接块B(110)、轴承端盖A(lll)、直线轴承(112)、轴承端盖B(113)和弹簧锁紧螺母(114); 其中，准零刚度气浮式卸载装置为对称结构，且铰接块A( 106)和铰接块B(110)均含有 一段中空结构，轴承端盖A( 111 )、轴承端盖B( 113)和转接平台（103)上均设有孔； 屈曲梁支撑杆（104) -端与转接平台（103)固定连接，另一端与铰接块A(106)活动连 接；屈曲梁（107) -端插入铰接块A(106)的中空孔中，另一端插入铰接块B(110)的中空孔 中；屈曲调节顶丝（105)与铰接块A(106)固定连接，且屈曲调节顶丝（105)对屈曲梁（107)施 加轴向压载荷;铰接块B(110)与负载平台（108)活动连接;负载平台（108)的圆柱导向部分 依次穿过轴承端盖A(lll)、转接平台（103)、轴承端盖B(113)的孔，直线轴承（112)位于负载 平台（108)的圆柱导向部分与转接平台（103)的孔壁之间，弹簧锁紧螺母（114)位于转接平 台（103)的底面，且与负载平台（108)上的圆柱导向部分固定连接，螺旋弹簧（109)套在转接 平台（103)与负载平台（108)之间的负载平台（108)的圆柱导向部分上，螺旋弹簧（109)-端 与负载平台（108)下表面连接，另一端与轴承端盖A(lll)上表面连接，且螺旋弹簧（109)呈 压缩状态。2. 如权利要求1所述的一种准零刚度气浮式卸载装置，其特征在于，还包括：多孔气足 (101)和高度调节杆（102)，多孔气足（101)与气源相接，与试验台面间形成气膜;高度调节 杆(102) -端与多孔气足（101)固定连接，另一端与转接平台（103)固定连接。3. 如权利要求1所述的一种准零刚度气浮式卸载装置，其特征在于，所述固定连接的方 式为螺纹连接。4. 如权利要求1所述的一种准零刚度气浮式卸载装置，其特征在于，所述活动连接的方 式为销轴连接。
【文档编号】B64G7/00GK106005493SQ201610302723
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月9日
【发明人】黎彪, 刘海平, 王兴泽, 盛聪, 张从发, 李潇, 刘冬, 徐燕菱, 从强
【申请人】北京空间飞行器总体设计部