位移跟隨恒力保持裝置的制作方法

本發明涉及空間機構地面微重力模擬展開測試，具體地，涉及一種位移跟隨恒力保持裝置。

背景技術：

1、在空間機構地面展開測試中，需模擬在軌微重力環境對運動機構進行重力實時補償，采用懸吊式運動跟隨重力補償裝置是重力補償常用的方法之一，通過懸吊力平衡運動負載的重力，要求位移跟隨的同時懸吊力保持在目標值允許范圍內，一般需補償負載重力值90％～100％。運動跟隨恒力保持裝置是實現機構地面展開重力實時補償的關鍵功能組件。

2、在其他工業領域如恒力吊裝設備、卷繞設備恒力緩沖裝置等也具有上述位移跟隨過程中近似恒力保持的功能需求。

3、現有的位移跟隨懸吊式恒力保持裝置一般采用懸掛配重或電機驅動恒力控制機構等方法。采用懸掛配重方式時，需設計較為精細的滑輪組、繩系及配重，由于滑輪組與繩系摩擦力特性復雜，安裝調試工作量大，大行程位移跟隨補償重力時難以消除摩擦力影響。采用電機驅動恒力控制機構時，需配置力測量傳感器、收放繩機構、恒力控制軟硬件系統、力緩沖元件、位移測量及跟隨系統等，系統組成復雜，隨動組件自重及體積均較大，一般適用于大負載機構地面展開重力補償。上述恒力保持裝置難以在中小型負載空間機構具有豎直方向展開位移時提供有效的運動跟隨及穩定平衡力，難以滿足隨動附件慣性小，連接安裝空間小等需求。

4、專利文獻cn1o7284700a公開了一種空間機構地面重力補償方法，該方法采用配重平衡裝置連接產品附加傾覆力矩，在回轉支架尾部安裝裝置配重,通過調節裝置配重的重量來平衡設備主體傾覆力矩。該方法需設計較為精細的滑輪組、繩系及配重，由于大行程位移跟隨時滑輪組與繩系摩擦力特性復雜，配重量值難以精確設定，重力補償難以消除摩擦力影響，裝置安裝調試工作量大。

5、專利文獻cn1o793398oa公開了一種主被動結合式懸吊零重力模擬系統和模擬方法，其中豎直恒力懸吊系統由電機卷揚系統、拉簧系統、拉力傳感器和吊架組成，電機卷揚系統驅動卷筒轉動,實現繩索的升降。拉簧系統提供緩沖,拉力傳感器測量繩索的張力,作為控制系統的控制參數,以保證輸出力的穩定并實時反饋電機輸出拉力。該系統組成復雜，隨動組件自重及安裝體積均較大，難以適用于吊裝空間受限的中小尺度機構地面展開重力補償。

技術實現思路

1、針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種位移跟隨恒力保持裝置。

2、根據本發明提供的位移跟隨恒力保持裝置，包括懸掛架、回轉擺臂、水平移動結構、位移調節元件以及恒力彈簧機構；

3、所述回轉擺臂固定安裝在懸掛架底部，所述水平移動結構可旋轉安裝在回轉擺臂上，所述位移調節元件與恒力彈簧機構依次懸掛設置在水平移動結構的底部；

4、所述恒力彈簧機構的底部與待測試機構卸載點接口連接。

5、優選地，所述懸掛架的底部安裝有擺臂安裝支座，所述回轉擺臂豎直安裝在所述安裝支座的底部。

6、優選地，所述回轉擺臂上在不同高度處具有多個回轉部，所述水平移動結構為多個，多個所述水平移動結構分別安裝在多個回轉部上；

7、多個所述水平移動結構的底部均依次通過位移調節元件與恒力彈簧機構分別與待測試機構的多個卸載點接口對應連接。

8、優選地，所述水平移動結構包括導軌、滑車以及斜拉桿，所述導軌的一端安裝在回轉擺臂上，且所述導軌能夠繞回轉擺臂的轉軸轉動；

9、所述滑車滑動設置在導軌上，所述滑車的底部依次懸掛設置有位移調節元件與恒力彈簧機構。

10、優選地，所述水平移動結構還包括斜拉桿，所述斜拉桿的一端連接所述導軌的另一端，所述斜拉桿的另一端連接回轉擺臂。

11、優選地，所述恒力彈簧機構包括滾輪組件、夾板、恒力彈簧、連接夾塊、吊環以及擺動連接件；

12、所述擺動連接件與滾輪組件均安裝在一對夾板之間，所述擺動連接件位于夾板間空間的頂部，并與位移調節元件連接，所述滾輪組件位于夾板間空間的底部；

13、所述恒力彈簧的內芯卷繞固定在所述滾輪組件的外側，所述恒力彈簧的外端與連接夾塊固定連接，所述連接夾塊的底部通過吊環連接待測試機構的卸載點接口。

14、優選地，所述滾輪組件包括滾輪本體、軸承、轉軸以及緊固件，所述轉軸的兩端分別與兩個夾板的內側壁連接，并通過所述緊固件固定；

15、所述滾輪本體通過軸承可旋轉套設于所述轉軸外部，所述恒力彈簧設置在滾輪本體的外側。

16、優選地，所述滾輪組件與恒力彈簧均為兩組，兩組恒力彈簧對應安裝在兩組滾輪組件的外側，兩組所述滾輪組件對稱安裝在一組平行夾板之間；

17、兩組所述恒力彈簧的外端均與同一連接夾塊固定連接。

18、優選地，兩組所述滾輪組件的轉軸線均與所述擺動連接件的轉軸線平行；

19、兩組所述滾輪組件的轉軸線以及擺動連接件的轉軸線在夾板的法平面投影點構成等腰三角形，兩組滾輪組件的轉軸線投影點位于三角形底邊兩端，所述擺動連接件的轉軸線投影點位于三角形頂端。

20、優選地，兩組所述恒力彈簧在自然狀態下均具備等曲率半徑特性；

21、所述恒力彈簧的安裝使用卷繞半徑大于簧片厚度的10倍，恒力彈簧在進行重力補償時拉伸出2～10圈。

22、與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果：

23、1、本發明提供了一種結構簡單，操作方便的位移跟隨近似恒力保持裝置，利用恒力彈簧由彎曲卷繞到平直拉伸過程中拉力穩定保持、多圈緊密卷繞可變形量大等物理特性，具有卸載功能組件附加質量小、體積小、卸載力穩定等特點。

24、2、本發明所提供的裝置由回轉擺臂組件、導軌滑車組件、恒力彈簧機構組成，測試機構的卸載力及卸載點豎直方向位移跟隨由恒力彈簧機構提供，卸載點水平面位移由回轉擺臂的回轉運動及滑車沿徑向水平導軌的直線移動進行組合跟隨，通過配置導軌的行程、恒力彈簧規格參數，可實現空間三維大行程運動位移跟隨。

25、2、本發明通過采用兩組鏡像安裝的恒力彈簧，互相抵消拉力在水平方向的殘余分量，保證卸載力豎直向上，滿足重力卸載方向性要求。

技術特征：

1.一種位移跟隨恒力保持裝置，其特征在于，包括懸掛架(1)、回轉擺臂(3)、水平移動結構、位移調節元件(7)以及恒力彈簧機構(8)；

2.根據權利要求1所述的位移跟隨恒力保持裝置，其特征在于，所述懸掛架(1)的底部安裝有擺臂安裝支座(2)，所述回轉擺臂(3)豎直安裝在所述安裝支座(2)的底部。

3.根據權利要求1所述的位移跟隨恒力保持裝置，其特征在于，所述回轉擺臂(3)上在不同高度處具有多個回轉部，所述水平移動結構為多個，多個所述水平移動結構分別安裝在多個回轉部上；

4.根據權利要求1所述的位移跟隨恒力保持裝置，其特征在于，所述水平移動結構包括導軌(4)、滑車(5)以及斜拉桿(6)，所述導軌(4)的一端安裝在回轉擺臂(3)上，且所述導軌(4)能夠繞回轉擺臂(3)的轉軸轉動；

5.根據權利要求4所述的位移跟隨恒力保持裝置，其特征在于，所述水平移動結構還包括斜拉桿(6)，所述斜拉桿(6)的一端連接所述導軌(4)的另一端，所述斜拉桿(6)的另一端連接回轉擺臂(3)。

6.根據權利要求1所述的位移跟隨恒力保持裝置，其特征在于，所述恒力彈簧機構(8)包括滾輪組件、夾板(9)、恒力彈簧(12)、連接夾塊(13)、吊環(14)以及擺動連接件(15)；

7.根據權利要求6所述的位移跟隨恒力保持裝置，其特征在于，所述滾輪組件包括滾輪本體(10)、軸承(11)、轉軸(16)以及緊固件(17)，所述轉軸(16)的兩端分別與兩個夾板(9)的內側壁連接，并通過所述緊固件(17)固定；

8.根據權利要求6所述的位移跟隨恒力保持裝置，其特征在于，所述滾輪組件與恒力彈簧(12)均為兩組，兩組恒力彈簧(12)對應安裝在兩組滾輪組件的外側，兩組所述滾輪組件對稱安裝在一組平行夾板(9)之間；

9.根據權利要求8所述的位移跟隨恒力保持裝置，其特征在于，兩組所述滾輪組件的轉軸線均與所述擺動連接件(15)的轉軸線平行；

10.根據權利要求9所述的位移跟隨恒力保持裝置，其特征在于，兩組所述恒力彈簧(12)在自然狀態下均具備等曲率半徑特性；

技術總結
本發明提供了一種位移跟隨恒力保持裝置，包括懸掛架、回轉擺臂、水平移動結構、位移調節元件以及恒力彈簧機構；回轉擺臂固定安裝在懸掛架底部，水平移動結構可旋轉安裝在回轉擺臂上，位移調節元件與恒力彈簧機構依次懸掛設置在水平移動結構的底部；恒力彈簧機構的底部與待測試機構卸載點接口連接。測試機構展開運動時，拉動恒力彈簧機構的兩組簧片由卷繞形態變形至平直形態，通過設置恒力彈簧規格參數及保持拉力豎直向上，用于補償空間機構地面展開運動過程中重力影響，具有跟隨行程大、卸載功能組件體積小、重量輕、通過物理特性保持自適應恒力等特點，用于在空間機構地面展開測試時，對機構重力提供恒定的卸載力以及空間三維運動的位移跟隨。

技術研發人員：劉仁偉,侯鵬,劉曉飛,閔小峰,徐藝星,王華,吳開祥,蔣雋,夏治強
受保護的技術使用者：上海衛星裝備研究所
技術研發日：
技術公布日：2024/10/14