一种真空环境内重型装置的转动与锁紧机构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种真空环境内重型装置的转动与锁紧机构，该机构可以对真空罐内的重型装置进行转动变位操作并对其进行锁紧，可用于在真空环境中对月壤筒内不同位置的月壤进行钻取试验研究，属于空间资源探测技术领域。
【背景技术】
[0002]探月工程(三期)项目的任务为发射无人月面着陆器，在月面进行钻取和表面采样，并将采集到的月壤样品带回地球。为了完成钻取和采样的任务，需要在模拟月面环境中进行多次钻取试验，研究钻进月壤过程中的热特性，为探月工程(三期)项目的任务提供相关知识储备，以保证机构的安全可靠性。
[0003]月面环境的气压近似为1wPa,属于超高真空的范畴；月表正午的温度可达130°C左右，午夜温度则低至约-180°C，正午与午夜月表温差可达300°C左右；月表几乎没有气体，来自太阳以及其它星球的X射线、红外辐射、紫外线、可见光等的辐射能够直接到达月表，总的来说，月面环境主要包含:高真空、高低温、强辐射等。
[0004]月面钻进月壤过程中的热特性与月壤的物理特性密切相关，会影响钻具的切削性能及采样质量，而月壤的物理性质如热导率、比热容等都与真空度、温度密切相关，月壤在月面特殊环境较在地面环境中的物理性质有所不同，因此在进行月壤钻取试验时，需要在模拟月面环境的真空罐内进行，以获得更有效的实验数据。
[0005]由于真空罐结构复杂，模拟真空度指标高，加热制冷的月壤多，所以每次抽真空和加热制冷都需要较长时间，并且需要消耗大量人力物力财力。整个钻取试验需要获得多组试验结果来进行后期的数据分析处理，如果每获得一次模拟月面环境，只进行一次钻取试验，则整个试验周期长，耗费大。若将下钻点设计成与月壤筒偏心，盛放模拟月壤的月壤筒可以转动，并且在每次转动后均可对月壤筒进行锁紧，则获得模拟月面环境后，每次钻取后转动月壤筒，即可进行下一次钻取试验，大大减少试验周期和试验费用，且在同一条件下进行多次钻取试验，可以排除因环境不同带来的误差，增大了实验数据的准确性。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种真空环境内重型装置的转动与锁紧机构。该机构可以对真空罐内月壤筒进行转动变位操作并对其进行锁紧，从而变换下钻点位置，实现连续多次钻取的目的。
[0007]所述转动机构主体结构为齿轮副，齿轮副位于真空罐内。大齿轮为外圈带齿的回转支承，回转支承内圈固定在真空罐底座上，外圈与月壤筒固联；小齿轮轴从真空罐内伸出，伸出段末端上带孔，可插入辅助转动的操作工具。实际工作时，利用轴类操作工具插入小齿轮轴末端孔内转动小齿轮轴，小齿轮轴带动小齿轮转动，此时，回转支承外圈大齿轮也跟随转动，从而带动固联在外圈上的月壤筒转动，实现转动功能。
[0008]上述小齿轮轴与真空罐壁之间采用J型动密封形式，实现低速旋转密封。
[0009]上述回转支承的启动力矩和工作力矩都很小，因此小齿轮轴需要的转动力矩也很小，直接人工转动即可，必要时也可采用电机驱动，可更好的控制转动位置与转动速度。
[0010]所述锁紧机构的设计采用杠杆原理，在真空罐外壁圆周均布三组，实现对月壤筒三个方向上的压紧。杠杆末端为操作把手，靠近操作把手的孔为锁紧孔，下方另外一个孔处为压杆推送位置。锁紧时，沿真空罐径向方向内推操作把手，此时压杆跟随杠杆沿径向方向靠近并压紧月壤筒，当杠杆上的锁紧孔与真空罐外壁上的锁紧孔对齐时，用锁紧插销插入两个孔内，即实现锁紧功能；松开时，移走锁紧插销，外拉操作把手，此时压杆跟随杠杆沿径向方向远离月壤筒，实现解锁功能。
[0011]上述压杆与杠杆连接点间设有弹簧，实现软锁紧，可根据月壤筒位置偏差自动调整锁紧位置与锁紧力度。
[0012]上述压杆与弹簧均置于弹簧套筒内，弹簧套筒与真空罐壁之间采用O型动密封结构，实现低速往复直线运动的密封。
[0013]本发明的优点在于:
[0014](I)本发明可用于真空环境中，与真空罐有相匹配的密封接口，整个机构对真空室的真空度影响较小；
[0015](2)本发明可实现对真空罐内重型装置(月壤筒装满月壤大于2t)的转动和锁紧功能；
[0016](3)本发明中转动与锁紧操作均在真空罐外进行，不需要开启真空罐；
[0017](4)本发明锁紧机构中采用弹簧，属于软锁紧，可根据月壤筒位置偏差自动调整锁紧位置与锁紧力度，避免损坏月壤筒，减小钻进过程中的振动；
[0018](5)本发明转动机构中需要的转动力矩很小，可直接人工操作，也可用电机带动旋转；
[0019](6)本发明转动机构中采用缺齿齿轮，可实现对月壤筒转动±60°位置的粗略定位，且缺齿齿轮流导小，对真空室内真空度的影响少。
【附图说明】
[0020]图1为本发明可用于真空环境内月壤筒的转动与锁紧机构整体结构示意图；
[0021]图2为本发明中转动机构原理示意图；
[0022]图3为本发明中小齿轮轴与真空罐壁间密封结构示意图；
[0023]图4为本发明中回转支承结构示意图；
[0024]图5为本发明月壤筒中连续钻取位置示意图；
[0025]图6为本发明中锁紧机构整体结构示意图；
[0026]图7为本发明中锁紧机构内部结构示意图；
[0027]图8为本发明中弹簧套筒与真空罐壁间密封结构示意图；
[0028]图9为本发明中锁紧机构原理示意图；
[0029]图10为本发明中锁紧机构不同工作状态示意图；
[0030]图11为本发明中锁紧插销结构示意图；
[0031]图12为本发明中锁紧插销工作原理示意图；
[0032]图中:
[0033]1_转动机构锁紧机构3_月壤筒
[0034]4-真空罐101-防尘隔板102-小齿轮
[0035]103-小齿轮轴104-转动操作杆105-回转支承
[0036]106-轴承端盖107-深沟球轴承108-J型动密封结构
[0037]105a-真空罐底座连接孔105b_月壤筒连接孔105c_转动定位挡块
[0038]108a-J型密封平垫108b_J型密封压套108c_J型密封端盖
[0039]108d_J型密封圈201-操作把手202-杠杆
[0040]203-弹簧端盖204-弹簧套筒205-弹簧
[0041]206-压杆207-0型动密封结构208-插销轴
[0042]209-插销把手207a-0型密封端盖207b_0型密封平垫
[0043]207c-0型密封压套207d-0型密封圈301-月壤筒侧壁
[0044]302-月壤筒底部法兰401-真空罐上段402-真空罐下段
[0045]403-真空罐底座402a-安装孔402b_安装座
【具体实施方式】
[0046]下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0047]本发明是一种真空环境内重型装置的转动与锁紧机构，如图1所示，真空环境由真空罐4提供，真空罐4由真空罐上段401、真空罐下段402、真空罐底座403通过螺栓连接组成。本发明包括转动机构I和锁紧机构2，转动机构I位于真空罐底座403内，转动操作的过程在真空罐底座403外进行，锁紧机构2位于真空罐下段402侧壁上。整个机构用来实现月壤筒3的转动与锁紧功能。
[0048]转动机构I如图2所示，用于对月壤筒3进行转动操作，包括防尘隔板101、小齿轮102、小齿轮轴103、转动操作杆104、回转支承105、轴承端盖106、深沟球轴承107、J型动密封结构108。
[0049]月壤筒3由月壤筒侧壁301和月壤筒底部法兰302用螺栓连接组成。回转支承105内圈通过内螺纹圆柱销周向固定在真空罐底座403上，外圈通过螺钉与月壤筒底部法兰302相连接，回转支承105与月壤筒底部法兰302之间设有防尘隔板101，小齿轮102通过键与小齿轮轴103周向固定，小齿轮轴103穿过真空罐底座403向下伸出，最下端连接转动操作杆104。
[0050]小齿轮轴103与真空罐壁之间的密封结构如图3所示，在真空罐壁的一侧安装有两个深沟球轴承107，用来承受径向力和轴向力，并用轴承端盖106进行轴向定位。真空罐另一侧采用J型动密封结构108进行密封，该密封结构由J型密封平垫108a、J型密封压套108b、J型密封端盖108c、两个J型密封圈108d组成，拧紧J型密封端盖108c与真空罐外壁之间的螺钉，J型密封圈1Sd受到挤压发生变形，从而实现密封。该密封机构适用于外部为大气压力、真空室压力高于IX 10 4Pa、旋转线速度低于2m/s、转速低于2000r/min的旋转真空机械设备的密封。
[0051]整个旋