一种自跟踪型零重力卸载吊挂装置的制作方法

[0001]
本发明涉及一种自跟踪型零重力卸载吊挂装置，用于实现星载天线地面模拟展开，属于天线机构技术领域。


背景技术：

[0002]
可展开重叠天线的展开形式如图6、图7(a)、图7(b)、图7(c)、图7(d)。由于该类天线的展开形式复杂，需要对反射器进行质心精准卸载，由于反射器为抛物面反射器，其质心在其口面方向，并且不处在实体位置，这样导致质心无法悬挂。现有技术质心卸载需要在反射器背部安装配重框架对质心进行配置转移，必要时会在背架上增加铜质配重块使背架反射器组件质心转移至反射器背部位置，通过c型钩悬挂卸载吊索实现背架反射器组件零重力卸载，这样导致天线展开部分重量较大，给天线卸载装置及人员操作带来压力，对操作安全及测试精度有较大影响，并且不能很好的模拟在轨零重力展开运动。


技术实现要素：

[0003]
本发明所解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种可自跟踪质心零重力卸载吊挂装置，实现该装置与被卸载件组合体空间三维绕质心转动时，展开卸载力f始终通过质心，完成零重力卸载。
[0004]
本发明的技术方案是：一种自跟踪型零重力卸载吊挂装置，该装置包括质心转动单元、吊挂梁、平衡梁、平衡法码、质心移动尺、圆弧滑轨、外圆滑车和旋转吊环、吊环轴；
[0005]
质心转动单元分为转动部分和固定部分，固定部分和吊挂梁、平衡梁的一端刚性连接为一体，转动部分与固定部分同轴安装，转动部分按照轴孔配合的方式安装于固定部分内部，用于安装被卸载件，并且随着被卸载件的动作而绕质心转动单元的轴线自由转动；
[0006]
吊挂梁、平衡梁的中心线处于同一条直线安装，质心移动尺固定安装在吊挂梁另一端部，圆弧滑轨安装在质心移动尺上，能够沿着与质心转动单元的轴线平行的方向调整其在质心移动尺上的安装位置；
[0007]
圆弧滑轨为半径为r的圆弧柱面轨道，吊挂梁和平衡梁的中心线处于同一条直线，该直线与质心转动单元的轴线共同确定的平面，记为中心平面，外圆滑车安装在圆弧滑轨上，能够沿圆弧滑轨的圆弧柱面绕圆弧柱轴线滑动；
[0008]
旋转吊环通过吊环轴及其轴承安装在外圆滑车上方，可以自由转动，在重力反方向掉挂力f作用下，使得旋转吊环的旋转轴线始终处于重力方向；
[0009]
平衡法码安装在平衡梁的另一端端部并且能够沿平衡梁延长方向调整位置；
[0010]
旋转吊环的旋转轴线记为质心转移y轴，质心转动单元的轴线记为质心转移z轴，圆弧滑轨的圆弧柱面轴线记为质心转移x轴，质心转移z轴、质心转移y轴、质心转移x轴交于一点，该点记为卸载质心，整个吊挂装置相对于中心平面对称；旋转吊环轴线使得卸载力f随着转动一直过圆弧滑轨圆心，并且通过调整圆弧滑轨在质心转移z轴方向的位置使得卸载质心在质心转移z轴的位置根据不同被卸载件得到调整。
[0011]
所述平衡法码通过法码螺杆组件安装在平衡梁端部，平衡法码的重力及平衡梁长度合适，使得装置本身的质心位于质心转移z轴上。
[0012]
所述法码螺杆组件由法码螺杆和转接件组成，转接件安装在平衡梁的内腔，通过条形孔及压紧螺钉使得法码螺杆组件沿着平衡梁长度方向微调，用来消除加工误差引起质心相对质心转移z轴的偏离。
[0013]
所述平衡法码的重量及其在平衡梁长度方向位置通过如下原则确定：
[0014]
在吊挂装置重量最轻原则下调整长度及重量，使得吊挂装置的质心处于质心转动单元的轴线即质心转移轴z上。
[0015]
所述质心移动尺上设有刻度，刻度的精度不低于0.5mm。
[0016]
所述圆弧滑轨为截面为“工”字形，在两侧形成对称的凹槽，外圆滑车为面对称结构，包括滑车支架、2个滑车滚轮、2个滚轮轴；滑车支架为上端设有通孔的倒u型结构，滑车支架上端的通孔穿过吊环轴，滑车支架两侧板内侧上端通过轴承与吊环轴连接；滑车滚轮通过滚轮轴安装在滑车支架下端，两个滑车滚轮同轴并对称嵌入在圆弧滑轨两侧的凹槽内，沿着凹槽形成的导轨自由滚动。
[0017]
外圆滑车上安装的旋转吊环轴线处于外圆滑车的对称面且和滑车滚轮轴线交于一点，滑车滚轮外侧设有向垂直于轴线延伸的限位凸台，两个滑车滚轮凸台的间距与圆弧滑轨的宽度相配合，限制滚轮轴向圆弧滑轨轴线移动，使得外圆滑车在圆弧滑轨的半径为r的圆弧面内滚动时，安装在滑车支架的旋转吊环中线始终在中心平面上。
[0018]
所述转动部分通过法兰盘与被卸载件安装面连接，并且被卸载件质心在其安装面的投影点过质心转移z轴。
[0019]
所述圆弧滑轨最高点到质心转移轴z的距离l和圆弧轨道半径r相等，调整圆弧滑轨在质心移动尺上的安装位置，使得圆弧滑轨圆弧的圆心与装有被卸载件的吊挂装置的质心重合。
[0020]
一种自跟踪型零重力卸载方法，包括如下步骤：
[0021]
s1、测试标定被卸载件质心在其安装面的质心投影位置，并在此位置设置安装接口；
[0022]
s2、调节安装在平衡梁顶端的法码螺杆组件在平衡梁长度方向位置，使得吊挂装置质心处于质心转动单元轴线，即质心转移z轴上；
[0023]
s3、将该装置质心转动单元转动部分的安装法兰和将被卸载件安装面的质心投影处的安装接口连接，使被卸载件质心在其安装面的投影点过质心转移z 轴；
[0024]
s4、调整圆弧滑轨在质心移动尺上的安装位置，使得圆弧轨道圆弧的圆心与装有被卸载件的吊挂装置的心重合；
[0025]
s5、被卸载件进行零重力试验：被卸载件的三维运动通过外圆滑车在圆弧轨道上的滑动完成卸载力绕质心转移轴x即圆弧柱面轴线转动，通过安装在的外圆滑车上的旋转吊环完成绕其轴线即质心转移轴y的转动，通过质心转动单元绕其轴线即质心转移轴z轴的转动，从而卸载力f随被卸载件的三维运动自跟踪质心即绕质心进行空间转动，完成质心卸载。
[0026]
本发明与现有技术相比具有如下优点：
[0027]
(1)、本装置采用可调平衡法码，将装置自身质心配置在转轴z上，这样天线展开时
组合质心不会随着装置绕质心转移轴旋转；使得组合质心在天线展开过程中一直处于固定位置，消除因为质心偏移引起卸载不充分导致的天线展开精度误差；
[0028]
(2)、本装置带刻度可调位置圆弧导轨，使得导轨圆心和组合质心重合，通过卸载索吊挂旋转吊环使得卸载反向重力f过质心，完成质心卸载；
[0029]
(3)、本装置采用质心转转单元轴线z通过质心，并且通过质心旋转单元安装法兰完成质心不在实体位置的实体安装，并且无需将质心配置至实体位置所需的负载背筐设计；
[0030]
(4)、该装置采用圆弧导轨，利用悬挂外圆时重力通过圆心的原理，使得在重力作用下，外圆滑车随着天线展开时反射器绕质心x轴转动时在圆弧轨道滚动，卸载索反向重力f始终通过安装在外圆滑车的旋转吊环轴线过圆心即质心；采用质心转动单元及旋转吊环使得整个装置在天线展开时反射器绕质心z轴转动及质心y轴转动卸载索反向重力f始终通过安装在外圆滑车的旋转吊环轴线过圆心即质心；这样随着天线展开，反射器绕质心任意轴转动，卸载索反向重力f始终通过安装在外圆滑车的旋转吊环轴线过圆心即质心；
[0031]
(5)、本发明采用自跟踪吊钩设计，省去大型背框，使得卸载重量较现有技术减少30％以上，增加了操作安全性，简化天线展开工作，且通用性强，大大节约成本。
附图说明
[0032]
图1(a)为本发明实施例自跟踪型零重力卸载掉挂装置立体图；
[0033]
图1(b)为本发明实施例图1(a)的局部放大部视图；
[0034]
图2(a)本发明实施例一种自跟踪型零重力卸载掉挂装置主视图；
[0035]
图2(b)为本发明实施例图2(a)的右视图；
[0036]
图3为本发明实施例质心转动单元结构图；
[0037]
图4为本发明实施例装置绕圆弧轨道展开功能示意图；
[0038]
图5(a)为本发明实施例外圆滑车和圆弧轨道配合关系示意图；
[0039]
图5(b)为本发明实施例外圆滑车所在圆弧轨道截面图；
[0040]
图5(c)为本发明实施例外圆滑车及吊环安装示意图；
[0041]
图6为本发明实施例装置和天线反射器连接关系图；
[0042]
图7(a)为本发明实施例采用该装置天线展开过程-安装好装置时天线处于收拢状态；
[0043]
图7(b)为本发明实施例采用该装置天线展开过程-天线展开过程状态 1；
[0044]
图7(c)为本发明实施例天线展开过程-天线展开过程状态2；
[0045]
图7(d)为本发明实施例天线展开过程-天线完全展开状态。
具体实施方式
[0046]
以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
[0047]
本发明提供了一种自跟踪型零重力卸载吊挂装置，其特征在于包括质心转动单元1、吊挂梁2、平衡梁3、平衡法码4、质心移动尺6、圆弧滑轨7、外圆滑车8和旋转吊环9、吊环轴17；
[0048]
质心转动单元1分为转动部分10和固定部分11，固定部分11和吊挂梁2、平衡梁3的
一端刚性连接为一体，转动部分10与固定部分11同轴安装，转动部分10按照轴孔配合的方式安装于固定部分11内部，用于安装被卸载件，并且随着被卸载件的动作而绕质心转动单元1的轴线自由转动；
[0049]
吊挂梁2、平衡梁3的中心线处于同一条直线安装，质心移动尺6固定安装在吊挂梁另一端部，圆弧滑轨7安装在质心移动尺6上，能够沿着与质心转动单元1的轴线平行的方向调整其在质心移动尺6上的安装位置；
[0050]
圆弧滑轨7为半径为r的圆弧柱面轨道，吊挂梁2和平衡梁3的中心线处于同一条直线，该直线与质心转动单元1的轴线共同确定的平面，记为中心平面，外圆滑车8安装在圆弧滑轨7上，能够沿圆弧滑轨7的圆弧柱面绕圆弧柱轴线滑动；
[0051]
旋转吊环9通过吊环轴17及其轴承安装在外圆滑车8上方，可以自由转动，在重力反方向掉挂力f作用下，使得旋转吊环9的旋转轴线始终处于重力方向；
[0052]
平衡法码4安装在平衡梁3的另一端端部并且能够沿平衡梁3延长方向调整位置；
[0053]
旋转吊环9的旋转轴线记为质心转移y轴，质心转动单元1的轴线记为质心转移z轴，圆弧滑轨7的圆弧柱面轴线记为质心转移x轴，质心转移z轴、质心转移y轴、质心转移x轴交于一点，该点记为卸载质心，整个吊挂装置相对于中心平面对称；旋转吊环9轴线使得卸载力f随着转动一直过圆弧滑轨7圆心，并且通过调整圆弧滑轨7在质心转移z轴方向的位置使得卸载质心在质心转移z轴的位置根据不同被卸载件得到调整。
[0054]
优选的，所述平衡法码4通过法码螺杆组件5安装在平衡梁3端部，平衡法码4的重力及平衡梁长度3合适，使得装置本身的质心位于质心转移z 轴上。
[0055]
优选的，所述法码螺杆组件5由法码螺杆12和转接件13组成，转接件13安装在平衡梁3的内腔，通过条形孔及压紧螺钉使得法码螺杆组件5 沿着平衡梁3长度方向微调，用来消除加工误差引起质心相对质心转移z 轴的偏离。
[0056]
优选的，平衡法码4的重量及其在平衡梁3长度方向位置通过如下原则确定：
[0057]
优选的，在吊挂装置重量最轻原则下调整长度及重量，使得吊挂装置的质心处于质心转动单元1的轴线即质心转移轴z上。
[0058]
优选的，所述质心移动尺6上设有刻度，刻度的精度不低于0.5mm。
[0059]
优选的，所述圆弧滑轨7为截面为“工”字形，在两侧形成对称的凹槽，外圆滑车8为面对称结构，包括滑车支架16、2个滑车滚轮12、2个滚轮轴15；滑车支架16为上端设有通孔的倒u型结构，滑车支架16上端的通孔穿过吊环轴17，滑车支架16两侧板内侧上端通过轴承与吊环轴17连接；滑车滚轮12通过滚轮轴15安装在滑车支架16下端，两个滑车滚轮12同轴并对称嵌入在圆弧滑轨7两侧的凹槽内，沿着凹槽形成的导轨自由滚动。
[0060]
优选的，外圆滑车8上安装的旋转吊环9轴线处于外圆滑车8的对称面，且和滑车滚轮轴线交于一点，滑车滚轮12外侧设有向垂直于轴线延伸的限位凸台，两个滑车滚轮12凸台的间距与圆弧滑轨7的宽度相配合，限制滚轮轴15向圆弧滑轨7轴线移动，使得外圆滑车8在圆弧滑轨7的半径为r 的圆弧面内滚动时，安装在滑车支架16的旋转吊环9中线始终在中心平面上。
[0061]
优选的，所述转动部分10通过法兰盘与被卸载件安装面连接，并且被卸载件质心在其安装面的投影点过质心转移z轴。
[0062]
优选的，所述圆弧滑轨7最高点到质心转移轴z的距离l和圆弧轨道半径r相等，调
整圆弧滑轨7在质心移动尺6上的安装位置，使得圆弧滑轨7 圆弧的圆心与装有被卸载件的吊挂装置的质心重合。
[0063]
基于上述装置，本发明还提供了一种自跟踪型零重力卸载方法，该方法包括如下步骤：
[0064]
s1、测试标定被卸载件质心在其安装面的质心投影位置，并在此位置设置安装接口；
[0065]
s2、调节安装在平衡梁3顶端的法码螺杆组件5在平衡梁3长度方向位置，使得吊挂装置质心处于质心转动单元1轴线，即质心转移z轴上；
[0066]
s3、将该装置质心转动单元1转动部分10的安装法兰和将被卸载件安装面的质心投影处的安装接口连接，使被卸载件质心在其安装面的投影点过质心转移z轴；
[0067]
s4、调整圆弧滑轨7在质心移动尺6上的安装位置，使得圆弧轨道7圆弧的圆心与装有被卸载件的吊挂装置的心重合；
[0068]
s5、被卸载件进行零重力试验：被卸载件的三维运动通过外圆滑车8在圆弧轨道7上的滑动完成卸载力绕质心转移轴x即圆弧柱面轴线转动，通过安装在的外圆滑车8上的旋转吊环9完成绕其轴线即质心转移轴y的转动，通过质心转动单元1绕其轴线即质心转移轴z轴的转动，从而卸载力f随被卸载件的三维运动自跟踪质心即绕质心进行空间转动，完成质心卸载。
[0069]
实施例：
[0070]
以下以天线反射器作为被卸载件对本发明进行进一步描述。
[0071]
如图1(a)、图1(b)所示，本发明提供的自跟踪型零重力卸载吊挂装置包括质心转动单元、吊挂梁、平衡梁、平衡法码，法码螺杆组件、质心移动尺、圆弧滑轨、外圆滑车和旋转吊环。
[0072]
结合图3，质心转动单元分为转动部分和固定部分，单元固定部分和吊挂梁，平衡梁刚性连接为一体，转动部分绕固定部分轴线即质心转移轴z自由转动；
[0073]
结合图2(a)和图2(b)，质心移动尺安装在吊挂梁顶端，圆弧滑轨安装在质心移动尺上，质心移动尺可以按照图1(a)、图1(b)示箭头方向调整其在质心移动上的安装位置；
[0074]
结合图5(a)、图5(b)、图5(c)，外圆滑车可以在圆弧滑轨的半径为r的圆弧柱面轨道上通过固定外圆滑车侧壁上的滑车滚轮的转动而自由滑动，滑车滚轮设计有限位，使得外圆滑车在轨道滑动时始终是处于同一平面。
[0075]
结合图4，圆弧滑轨设计有导向和限位，使得外圆滑车只能在圆弧滑轨限制区域的圆弧柱上面绕圆柱轴线滑动。
[0076]
结合图5(a)、图5(b)、图5(c)，旋转吊环安装在外圆滑车上方，在重力反方向掉挂力f作用下，使得旋转吊环的旋转轴线始终处于重力方向。
[0077]
结合图1(a)、图1(b)，平衡法码通过法码螺杆组件安装在平衡梁顶端并且通过平衡梁上的调整孔可以按照图示箭头方向调整。
[0078]
结合图1(a)、图1(b)，图2(a)、图2(b)设计旋转吊环的轴线、质心转动单元的轴线及圆弧滑轨7的圆弧柱面轴线交于一点，且整个结构以质心转移轴y及质心转移轴z形成的平面对称，其中旋转吊环轴线使得卸载力f随着转动一直过圆弧滑轨圆心,并且通过调整圆弧滑轨在质心转移轴z方向的位置使得该交点(卸载质心)可以在z轴位置根据不同天线得
到调整。
[0079]
结合图1(a)、图1(b)平衡法码通过法码螺杆组件安装在平衡梁顶端并且通过平衡梁上的调整孔可以按照图示箭头方向调整，通过设计平衡法码的重量及初始位置，微调安装在平衡梁顶端的法码螺杆组件在平衡梁长度方向位置(按照图示箭头方向调整，平衡梁上设计有调整条型孔)使得该装置组件本身的质心处于质心转动单元的轴线即质心转移轴z上。
[0080]
结合图3、图6质心转动单元的分为转动部分和固定部分，单元固定部分和吊挂梁，平衡梁刚性连接为一体，转动部分绕固定部分轴线即质心转移轴z自由转动；转动部分通过法兰盘和天线的反射器背部安装面连接，并且和反射器质心在背部安装面的投影点重合。
[0081]
结合图2(a)、图2(b)，质心移动尺安装在吊挂梁顶端，圆弧滑轨安装在质心移动尺上，设计圆弧滑轨最高点到质心转移轴z的距离l和圆弧轨道半径r相等，按照图1(a)、图1(b)箭头方向调整圆弧滑轨在质心移动尺上的安装位置。使得圆弧轨道圆弧的圆心和组合质心(该装置及反射器安装在一起的)重合，解决质心转轴x位置因为天线结构原因无法设置实体轴的问题。记录圆弧滑轨安装在质心移动尺上的刻度，便于下次使用。
[0082]
圆弧滑轨的圆弧长度根据天线展开角度设定，通常设计有足够余量，满足一定范围天线展开应用；
[0083]
结合图6质心转动单元的分为转动部分和固定部分,转动部分设置安装法兰面和反射器背部安装面连接。
[0084]
吊挂梁的长度设计一般为大于反射器投影口径一半加上额外余量。通常为 1050毫米左右；
[0085]
平衡梁的长度及平衡法码重量确定需通过模型仿真，使得装置质心处于质心转动单元轴线上，在该装置重量最轻原则下调整长度及重量，但是长度不大于反射器投影口径的一半。
[0086]
结合图6、图7(a)～图7(d)提供一种自跟踪型零重力卸载吊挂装置进行零重力试验的方法，包括如下步骤：
[0087]
(1)测试标定反射器背部安装面的质心投影位置，并在此位置设置安装接口；
[0088]
(2)微调安装在平衡梁顶端的法码螺杆组件在平衡梁长度方向位置，使得装置自身质心处于质心转动单元轴线上即质心转移轴z；
[0089]
(3)将该装置质心转动单元转动部分的安装法兰和反射器背部安装面的质心投影安装接口连接；使质心投影点处于质心转移轴z上；
[0090]
(4)调整圆弧滑轨在质心移动尺上的安装位置。使得圆弧轨道圆弧的圆心和该装置及反射器安装在一起的组合质心重合，记录圆弧滑轨安装在质心移动尺上的刻度，便于下次使用；开始当前天线的展开试验。
[0091]
天线展开时反射器驱动质心转动单在卸载力f作用下，旋转吊环轴线始终和重力方向的圆弧半径重合，使得卸载力f始终过三轴交点即卸载质心。其过程为反射器展开时空间的三维运动通过该装置的外圆滑车在圆弧轨道上的滑动完成展开时卸载力绕质心转移轴y即圆弧柱面轴线转动，通过安装在的外圆滑车上的旋转吊环完成绕其轴线即质心转移轴y的转动，通过质心转动单元绕其轴线即质心转移轴z轴的转动，从而卸载力f随反射器展开自跟踪质心即绕质心进行空间转动，完成质心卸载。通过圆弧轨道的设计解决质心转轴x
位置因为天线结构原因无法设置实体轴的问题。
[0092]
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
[0093]
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

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