一种低成本无损耗的大推力转换机构的制作方法

1.本发明提出一种传递大推力的中间转换机构，能够高可靠无损耗将推力源提供的大推力转换为需求形式的作用力，结构简单，成本可控，适用于各类传力机构的设计，属于机械传动设计技术领域。


背景技术：

2.在工程应用中，需利用极大的推力将相互连接的两个大重量的物体快速推开，并使二者产生一定的相对速度。设计中，提供大推力的2套推力源通过支撑结构安装在后体的中间悬空位置，该复杂空间使得推力源提供的推力无法直接作用在前体上。
3.现有相关技术中，通常采用在推力源上连接弹簧，推力源通过弹簧作用在前体上，实现推力传递。该技术存在以下缺点：多个动力源的情况下，因为弹簧为单点作用，所有弹簧无法都作用到质心上，同步性不好，且前体会产生姿态变化导致运动路径偏离预设轨迹。


技术实现要素：

4.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种低成本无损耗的大推力转换机构，能够在复杂空间下实现多源推力无损耗快速有效传递至前体，用于解决无法直接作用在目标体的多个大推力有效传递并快速高效作用在目标体的工程问题。
5.本发明的技术解决方案是：
6.一种低成本无损耗的大推力转换机构，包括：
7.推环装置，位于前体和后体之间、且连接于后体朝向前体的一侧；导向销，导向销与后体固定连接，导向销穿过推环装置、且推环装置与导向销沿着后体指向前体的方向滑动连接，推力源的推力作用于推环装置；
8.止推装置，安装于导向销背离后体的一端，用于对推环装置限位、防止推环装置脱离导向销撞击前体。
9.具体的，至少2套提供大推力的推力源通过平面框安装在后体的中间悬空位置，使推力源无法直接作用在前体。推力源连接于后体，用于产生后体指向前体方向的驱动力。
10.所述推环装置朝向前体的一端的形状与前体端面形状一致，或者推环朝向前体的一端覆盖前体端面。
11.所述推环朝向后体的一端的粗糙度为ra0.2、平面度为0.1。
12.所述导向销至少设置两个，导向销绕推环装置的中心轴均匀分布。过推环装置的两个底面中心点的直线为推环装置的中心轴。
13.所述导向销朝向后体的一端连接有法兰盘，法兰盘通过螺栓与后体连接；
14.沿着后体指向前体方向，导向销依次包括安装段、运动段，安装段为圆柱形状，运动段沿着后体指向前体方向为外径逐渐减小的锥形结构。
15.所述运动段的母线与运动段的轴线的夹角为2
±
0.2
°
。
16.所述安装段的长度为推环装置固定厚度的1.5-3倍，运动段的长度为安装段长度
的1.5-2.5倍；推环开设有供导向销穿过的通过孔，通过孔的直径与安装段外径的比值为1：1。
17.通过上述导向销限制推环装置的运动轨迹，确保推环装置在受力状态下沿导向销直线运动，推动前后体沿直线快速运动，产生相对运动速度。且导向销与推环装置之间几乎没有推力损失。
18.所述止推装置包括自锁螺母和平垫，自锁螺母螺纹连接于导向销的端部。
19.通过上述止推装置，实现推力源输出中止后将运动的推环装置及时中止，物理上分开相对运动中的前体和后体，并使二者产生相对运动速度，达到预期目的。
20.所述推环装置包括一端开口的筒体、连接于筒体内且与筒体端部齐平的加强结构，筒体的开口端朝向前体，加强结构包括加强筒和加强筋，加强筒同轴连接于筒体的底部，多个加强筋沿着筒体的径向方向将筒体和加强筒连接到一起。
21.所述推环装置的周向开设有多个均布的用于减重的减轻孔。
22.针对设计过程的空间约束，本发明提出了“平面传力、导向定位”的设计思路，通过设计一套圆柱形推环装置，利用其高精度的接触平面受力消除2套推力源工作的不同步性，并将提供的大推力转换为能够均匀作用在前体圆环底部的平面力；利用锥形变直径导向销的导向和止动限位功能，实现前后物体连接解除后在推力源大推力作用下推环装置的快速作用和运动中止，确保前后两个物体被快速可靠无碰撞分开，且产生一定的相对运动速度。
23.本发明提出的推环受力和变向、导向定位和止动的传力方法，通过简单的结构件组合实现了多源大推力的快速传递和方位变换，传力迅速，中间无损耗，成本低，可移植性强，通过适应性修改可适用于各种提供多源大推力的机械、电气装置的传力机构设计中。
24.综上所述，本技术至少包括以下有益技术效果：
25.(1)转换机构仅包含1个圆柱推环装置、至少2个锥形导向销、至少2个自锁螺母等零件，零件形状简单，且采用常规材料和工艺，加工简单，成本低廉。
26.(2)推力传力路线简单，过程安全可靠，经试验证明能够无损耗传递，可有效解决立体空间内无法直接作用的推力传递问题。
27.(3)通过平面受力及两端约束有效消除了多个推力源工作不同步产生的推力误差，确保推力能够转换为均匀作用的平面力。
28.(4)设置止推装置确保推力结束后已无功能的转换机构远离作用体，使作用体可最大限度发挥相关功能。
29.(5)结构简单，应用场景广，基于推力数值对推环装置进行简单改进(加强或削弱)可应用于各种需要推力转换的场合。
附图说明
30.图1为本技术实施例中的一种低成本无损耗的大推力转换机构的整体结构示意图；
31.图2为图1过推环轴线的剖视图；
32.图3为本技术实施例中的推环装置的结构示意图，其中，图3a、图3b、图3c分别为推环装置的俯视图、主视图、左视图；
33.图4为本技术实施例中的导向销的结构示意图，其中，图4a为导向销的结构示意
图，图4b为旨在体现固定孔的结构示意图。
34.附图标记说明：1、前体；2、后体；3、推力源；4、推环装置；411、通过孔；412、减轻孔；5、导向销；51、固定孔；52、安装段；53、运动段；6、止推装置；61、自锁螺母。
具体实施方式
35.下面结合附图和具体实施例对本技术作进一步详细的描述：
36.本实施例中，2台提供大推力的推力源3安装在后体2结构的中间位置，推力源3无法直接和前体1接插，推力源3用于产生后体指向前体方向的驱动力。推力源3为能够提供30000n大推力的碟簧装置，后体2为提供碟簧装置安装空间的助推二级火箭，前体1为推力作用的有效载荷，前体朝向后体的一端为圆形。
37.本技术实施例公开一种低成本无损耗的大推力转换机构，如图1所示，包括推环装置4和止推装置6，推环装置4用于将多个推力源3的推力快速无损地作用在前体1上，止推装置6对推环装置4限位，保证了推环装置4与后体2之间的距离达到设计值时能够与前体1分离。
38.如图2、图4b所示，推环装置4位于前体1和后体2之间，至少2个导向销5与后体2固定连接，导向销5穿过推环装置4、且推环装置5与导向销5沿着后体2指向前体1的方向滑动连接。导向销5朝向后体2的一端连接有法兰盘，法兰盘上开设有固定孔51，螺栓穿过法兰盘的固定孔51与后体2连接。导向销5绕推环装置4的中心轴均匀分布，过推环装置4的两个底面中心点的直线为推环装置4的中心轴。本实施例中，导向销5设置两个，两个导向销5分别连接于推环装置4竖直径向方向的两端。
39.沿着后体2指向前体1方向，导向销5依次包括连接段、安装段52、运动段53，安装段52为圆柱形状，运动段53沿着后体2指向前体1方向为外径逐渐减小的锥形结构，连接段的外径小于安装段52的最小外径，连接段用于安装止推装置4。运动段53的母线与运动段53的轴线的夹角为2
°
。安装段52的长度为推环安装厚度的2倍，运动段53的长度为安装段52长度的1.6倍；推环装置4开设有供导向销5穿过的通过孔411，通过孔411的直径与安装段52外径的比值为1：1。
40.如图4a所示，导向销5为锥形变直径结构，推环装置4通过通过孔411口固定在导向销5后部。在推环装置4承受推力向前运动时，导向销5前部逐渐变小的直径确保推环装置4能够沿直线前向运动，同时通过2个导向销5配合约束推环装置4只能轴向运动。导向销5的结构设置，使得导向销5与推环装置4之间几乎没有摩擦，推力不损失。
41.本技术通过推环装置4和导向销5垂直的设计，将推力装置作用在推环装置4受力面的大推力均匀扩展，并转换为能够直接作用在前体1底面的平面力。并利用推环装置4高精度的受力面与2套推力装置平面接触，通过其平面受力及两端约束的设计能够有效消除不同推力装置工作的不同步性。
42.如图2和图3abc所示，推环装置4包括一端开口的筒体、连接于筒体内且与筒体端部齐平的加强结构，筒体的开口端朝向前体1，加强结构包括加强筒和加强筋，加强筒同轴连接于筒体的底部，多个加强筋沿着筒体的径向方向将筒体和加强筒连接到一起。推环装置4的周向开设有多个均布的用于减重的减轻孔412。推环装置4朝向前体1的一端的形状与前体1端面形状一致，或者推环装置4朝向前体1的一端覆盖前体1端面。推环装置4朝向后体
2的一端的粗糙度为ra0.2、平面度为0.1。通过控制推环装置4与推力源3的接触平面精度，可以将推力均匀扩散到推环装置4的后部底面上，进而转换为均匀分布在推环装置4前端面的平面力，从而能够将平面力均匀作用在前体1结构上。
43.如图2所示，止推装置6包括自锁螺母61和平垫，平垫的外径大于导向销5的最大外径，平垫的内径与连接段的外径配合，平垫的设置提高了止推装置与运动段53之间的接触面积，保证了对导向销5止推的稳定性。自锁螺母61螺纹连接于导向销5的端部。用于对推环装置4限位、防止推环装置4脱离导向销5，且推环装置4与后体2之间的距离达到设计距离时，止推装置6的设置使推环装置4与前体1及时分离，保证了后续前体1的移动几乎不受到推环装置4和后体2因素的影响。
44.本实施例中，止推装置6由1个m12自锁螺母61和2个ф12平垫组成，用于将运动中的推环装置4快速止动。当推力源3推力消失后，推环装置4运动位置距离止推装置6非常近，当运动至止推装置6位置时，由于止推装置6的尺寸超过推环装置4上的通过孔411，可以阻挡推环装置4继续运动，进行实现前体1和后体2在物理上的分开。前体1在已产生的速度下继续向前运动，后体2、推力源3、推环装置4、导向销5和止推装置6向后运动，不断拉大前体1与后体2的相对距离，达到相关目的。
45.本技术的实施原理为：
46.在特定时刻，通过控制使推力源3以特定规律在一定的时间内快速提供推动前体1和后体2相对运动的推力。在2台推力源3释放推力后，推力直接作用在推环装置4上。推环装置4采用高强度和刚度的不锈钢加工而成，通过控制推环装置4与推力源3的接触平面精度可以将推力均匀扩散到推环装置4的后部底面上，进而传递到筒体与自身后部底面垂直的圆环体结构上，并转换为能够沿圆环均匀分布的平面力，通过圆环底部与前体1的接触将平面力直接作用在前体1结构上，进而推动前体1快速向前运动。推环装置4强度和刚度非常高，因此能够承受2台推力源3提供的大推力对结构强度的破坏且保持无变形。实现了将提供大推力的多个推力源推力快速无损地转换为均匀作用在前体的平面力。
47.本发明未详细描述的内容属于本领域公知常识。
48.本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此，本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。