一种可重复使用的月球样品容器模拟装置

摘要

一种可重复使用的月球样品容器模拟装置，为解决现有月球样品容器模拟件，只符合样品容器的外形特性，在重量、重心分布上与真实样品容器不相符，且没有复位装置的问题。凸轮和被动齿轮均固装在转轴上，主动齿轮与被动齿轮啮合，主动齿轮固装在电机的输出轴上，两个凸齿之间设置有一个滚轮组件，滚轮组件的外端通过棘齿安装座与棘齿固接，拉力弹簧的一端与棘齿安装座连接、另一端与中板连接，钢丝夹头、力传感器、关节轴承和关节轴承安装座由上至下依次设置在上板与中板之间，钢丝绳的下端穿过上板被钢丝夹头夹紧，上板的外径上均布设有三个导向槽，每个导向槽中固装一个导向销，两个可调配重均固装在中板上。本发明用于模拟月球样品容器。

说明书

技术领域

本发明涉及一种月球样品容器模拟件，具体涉及一种可重复使用的进行转移运动模拟的月球样品容器模拟装置。

背景技术

航天工程中，月球样品容器只需要完成从轨道舱到返回舱的一次转移，即可完成任务。而在地面转移试验过程中，特别是在真空罐内进行的样品容器转移模拟试验中，要在无人工操作条件下进行多次样品容器的模拟转移，就需要设计专用的样品容器模拟装置。

该装置有两个设计要点：首先需要真实模拟样品容器的外形、重量以及重心分布。其次，因为样品容器中棘齿组件的单向运动特性，真实的样品容器只能完成一次转移，不能进行重复实验，通过人工拆装进行位置恢复将严重耽误试验进度，甚至由于操作不当损害设备。

对第一个设计点，兰州空间技术物理研究所在“探月工程三期预先研究项目TY3Q20110003”中提出了一种月球样品容器的静态框架式承力结构，该结构能够承受整个飞行过程中的各种复杂动力学环境。但该结构不是面向地面转移试验设计的，只符合样品容器的外形特性，没有在重量、重心分布上考虑与真实样品容器的相符性。对第二个设计点，该结构完全没有复位装置，不能进行面向重复试验的自动复位。

因此，本发明针对月球样品容器模拟装置的重复使用、重心调整、运动导向、空间模拟旋转进行创造性设计，满足其使用功能。

发明内容

本发明为解决现有月球样品容器模拟件，只符合样品容器的外形特性，在重量、重心分布上与真实样品容器不相符，且没有复位装置，不能进行面向重复试验的自动复位的问题，而提供一种可重复使用的月球样品容器模拟装置。

本发明的一种可重复使用的月球样品容器模拟装置，所述装置包括上板、中板、下板、转轴、凸轮、被动齿轮、主动齿轮、电机、两个滚轮组件、两个棘齿安装座、两个棘齿、拉力弹簧、钢丝夹头、力传感器、关节轴承、关节轴承安装座、钢丝绳、小弧形板、大弧形板、两个可调配重、三个导向销和数个支撑柱，上板、中板和下板由上至下依次水平设置并通过数个支撑柱连接，转轴位于中板与下板之间，且转轴的上端通过轴承支撑在中板中，转轴的下端通过轴承支撑在下板中，凸轮和被动齿轮均固装在转轴上，主动齿轮与被动齿轮啮合，主动齿轮固装在电机的输出轴上，凸轮设置有三个凸齿，两个凸齿之间设置有一个滚轮组件，滚轮组件的外端与棘齿安装座固接，棘齿与棘齿安装座固接，拉力弹簧的一端与棘齿安装座连接，拉力弹簧的另一端与中板连接，钢丝夹头、力传感器、关节轴承和关节轴承安装座由上至下依次设置在上板与中板之间，关节轴承安装座通过连接元件与中板连接，关节轴承通过连接元件与关节轴承安装座连接，力传感器的下端与关节轴承螺纹连接，力传感器的上端与钢丝夹头螺纹连接，钢丝绳的下端穿过上板被钢丝夹头夹紧，小弧形板设置在两个棘齿之间形成锐角一侧，大弧形板设置在两个棘齿之间形成钝角一侧，小弧形板和大弧形板构成圆筒，小弧形板和大弧形板的上端与上板固接，小弧形板和大弧形板的下端与下板固接，上板的外径上均布设有三个导向槽，每个导向槽中固装一个导向销，所述两个可调配重均固装在中板上。

进一步的，所述每个滚轮组件由滚轮、U形叉、连接销和两个滚轮轴承组成，滚轮设置在U形叉的U形口中，连接销穿过U形叉的U形边和滚轮的中心孔，两个滚轮轴承设置在连接销与滚轮的中心孔之间。

进一步的，所述棘齿安装座由座板、两个导柱和两个导柱座组成，两个导柱对称设置在座板的上下端，导柱穿过座板，导柱的两端设置在导柱座中，导柱座固装在上板上。

进一步的，所述可调配重由U形板、配重体、连接螺栓和两个导销组成，配重体设置在U形板的U形口中，连接螺栓穿过U形板的一个U形边和配重体的中心孔后与另一个U形边螺纹连接，两个导销对称设置在连接螺栓的两侧，导销穿过U形板的两个U形边和配重体。

进一步的，所述装置还包括重心配重块，所述重心配重块粘贴在上板上。

本发明的技术方案具有以下有益效果：

一、本发明通过电机带动凸轮旋转，使得棘齿伸缩，从而实现样品容器复位；通过可调配重来实现吊装位置在重心；通过导向销导向功能来实现直线方向的自由转移；通过钢丝绳连接关节轴承和力传感器实现沿重心自由转动，并测试转移过程中月球样品容器模拟装置受力变化。上述配重调整、重心点吊挂旋转、直线导向、导向棘齿伸缩功能协同，实现了月球样品容器在地面模拟试验中无需人工操作的完整、可重复的动作流程。

二、本发明的月球样品容器模拟装置采用凸轮、电机、重心调整机构、关节轴承、力传感器来分别实现棘齿伸出和缩回、重心可调、沿重心转动、受力实时检测的功能。可模拟真实样品容器在转移过程中的各种状态，可快速复位并进行多轮试验，避免人工拆卸引起的繁琐和设备损坏。

三、在月球样品容器模拟装置的顶端设计了导向销，通过导向销能顺利将本发明装置导入各个导轨(该导轨指轨道舱上的导轨)中，防止样品容器模拟装置在复位过程中通过导轨衔接段时出现卡死现象。

四、本发明的月球样品容器模拟装置在其内部加入关节轴承和力传感器，来保证在重心位置可以自由转动并且能对样品容器受力实时检测。

五、为模仿失重状态，增加1钢丝作为悬挂吊具。

附图说明

图1是本发明的整体结构立体图(标记27为导线)；

图2是本发明的俯视图；

图3是图2的A-A剖视图；

图4是图2的B-B剖视图；

图5是图3的C-C剖视图；

图6是图3的D-D剖视图；

图7是本发明的内部结构立体图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～图7说明本实施方式，本实施方式包括上板1、中板2、下板3、转轴4、凸轮5、被动齿轮6、主动齿轮7、电机8、两个滚轮组件9、两个棘齿安装座10、两个棘齿11、拉力弹簧12、钢丝夹头13、力传感器14、关节轴承15、关节轴承安装座16、钢丝绳17、小弧形板18、大弧形板19、两个可调配重23、三个导向销21和数个支撑柱22，上板1、中板2和下板3由上至下依次水平设置并通过数个支撑柱22连接，转轴5位于中板2与下板3之间，且转轴4的上端通过轴承支撑在中板2中，转轴4的下端通过轴承支撑在下板3中，凸轮5和被动齿轮6均固装在转轴4上，主动齿轮7与被动齿轮6啮合，主动齿轮7固装在电机8的输出轴上，电机8固装在支架25上，支架25与中板2固连，凸轮5设置有三个凸齿5-1，两个凸齿5-1之间设置有一个滚轮组件9，滚轮组件9的外端与棘齿安装座10固接，棘齿11与棘齿安装座10固接，拉力弹簧12的一端与棘齿安装座10连接，拉力弹簧12的另一端与中板2连接，钢丝夹头13、力传感器14、关节轴承15和关节轴承安装座16由上至下依次设置在上板1与中板2之间，关节轴承安装座16通过连接元件与中板2连接，关节轴承15通过连接元件与关节轴承安装座16连接，力传感器14的下端与关节轴承15螺纹连接，力传感器14的上端与钢丝夹头13螺纹连接，钢丝绳17的下端穿过上板1被钢丝夹头13夹紧，小弧形板18设置在两个棘齿11之间形成锐角一侧，大弧形板19设置在两个棘齿11之间形成钝角一侧，小弧形板18和大弧形板19构成圆筒，小弧形板18和大弧形板19的上端与上板1固接，小弧形板18和大弧形板19的下端与下板3固接，上板1的外径上均布设有三个导向槽20，每个导向槽20中固装一个导向销21，所述两个可调配重23均固装在中板2上。通过力传感器14测量钢丝绳17的受力变化。

具体实施方式二：结合图4说明本实施方式，本实施方式的每个滚轮组件9由滚轮9-1、U形叉9-2、连接销9-3和两个滚轮轴承9-4组成，滚轮9-1设置在U形叉9-2的U形口中，连接销9-3穿过U形叉9-2的U形边和滚轮9-1的中心孔，两个滚轮轴承9-4设置在连接销9-3与滚轮9-1的中心孔之间。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图4说明本实施方式，本实施方式的棘齿安装座10由座板10-1、两个导柱10-2和两个导柱座10-3组成，两个导柱10-2对称设置在座板10-1的上下端，导柱10-2穿过座板10-1，导柱10-2的两端设置在导柱座10-3中，导柱座10-3固装在上板1上。其它组成及连接关系与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：结合图4和图5说明本实施方式，本实施方式的可调配重23由U形板23-1、配重体23-2、连接螺栓23-3和两个导销23-4组成，配重体23-2设置在U形板23-1的U形口中，连接螺栓23-3穿过U形板23-1的一个U形边和配重体23-2的中心孔后与另一个U形边螺纹连接，两个导销23-4对称设置在连接螺栓23-3的两侧，导销23-4穿过U形板23-1的两个U形边和配重体23-2。配重体23-2在沿连接螺栓23-3和两个导销23-4移动来调整重心位置，保证重心位置在关节轴承15的旋转中心上。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：结合图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式三不同的是它还包括重心配重块24，所述重心配重块24粘贴在上板1上。重心配重块24用以调节重心位置，保证重心位置在关节轴承15的旋转中心上。其它组成及连接关系与具体实施方式四相同。通过商品级力传感器测量钢丝绳的受力变化。

工作原理：

在实际测试过程中，电机8正转，通过主动齿轮7和被动齿轮6带动凸轮5转动，凸轮5推动滚轮组件9带动棘齿11沿圆筒径向伸出；棘齿11缩回时电机8反向转动，通过主动齿轮7和被动齿轮6带动凸轮5反向转动，此时棘齿11通过拉力弹簧12作用，将棘齿拉回。

实验前，样品容器模拟装置通过调节可调配重23来保证钢丝绳17的吊挂点在重心上。

调节完成后，通过驱动电机8保证棘齿11处于伸出状态，进入实验状态，转移机构通过棘齿11转移样品容器模拟装置，直至样品容器模拟装置进入回收仓内。并通过力传感器14记录转移过程中力的变化。

当转移完成后，需要重新实验时，利用电机8驱动棘齿11收回，收回完成后，通过钢丝绳17将月球样品容器模拟装置拉回到初始位置。在各个导轨26衔接段，通过导向销21保证月球样品容器模拟装置顺利进入各个导轨26(导轨26指轨道舱上的导轨)里，从而达到了模拟真实失重状态，可重复实验。