一种四自由度自由目标微重力气浮模拟装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种微重力气浮模拟装置，特别涉及一种四自由度自由目标微重力气浮模拟装置。
【背景技术】
[0002]在对空间碎片的主动清除技术进行研究的过程中，需要在地面有效的模拟出空间碎片在空间中自由漂浮的运动状态。
[0003]目前对空间漂浮物体的地面模拟实验主要有两种方法:
[0004]1.吊丝法:吊丝法是将目标物体和一个等质量的配重通过一根很长的吊丝悬挂在一个滑轮上，可以实现X、Y、z三个方向的平动，但是干扰力很大，其X、Y方向的干扰力主要来源于长吊丝倾斜时产生的X、Y方向的重力分量，Z方向的干扰力主要来源于滑轮的摩擦；
[0005]2.平面气足法:平面气足法是利用高压空气在平面气足与气浮平面之间形成微小的气膜，从而实现平面气足在气浮平面上沿X、Y两个平动方向和沿Z轴一个转动方向的无摩擦运动，其干扰力水平很低，但是由于平面气足只能紧贴在一块高精度水平面上运动，无法实现Z方向的平动。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种四自由度自由目标微重力气浮模拟装置，包括支杆、磁浮轴承组件和平面气足三部分，可实现自由漂浮目标在地面沿X、Y、Z三个平动方向和沿Z转动方向共四个自由度的模拟微重力环境下运动。
[0007]本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的:
[0008]—种四自由度自由目标微重力气浮模拟装置，包括平面气足、配重支杆、自由漂浮目标和磁浮轴承组件；其中磁浮轴承组件固定安装在平面气足的上端，配重支杆固定在磁浮轴承组件的上端，自由漂浮目标固定安装在配重支杆的顶部。
[0009]在上述的一种四自由度自由目标微重力气浮模拟装置，所述磁浮轴承组件包括固定套、滑杆和直线轴承。
[0010]在上述的一种四自由度自由目标微重力气浮模拟装置，所述滑杆和固定套采用钕铁硼永磁体材料。
[0011]在上述的一种四自由度自由目标微重力气浮模拟装置，磁浮轴承组件产生的磁力与滑杆所承受的重力大小相等，方向相反。
[0012]在上述的一种四自由度自由目标微重力气浮模拟装置，所述固定套包裹在滑杆的外部，固定套与滑杆之间设置有直线轴承，滑杆可沿直线轴承在固定套内轴向伸缩移动。
[0013]在上述的一种四自由度自由目标微重力气浮模拟装置，固定套为圆柱形状，长为80_160mm，端面直径为32_45mm，固定套中心位置设有通孔，孔直径为14_22mm。
[0014]在上述的一种四自由度自由目标微重力气浮模拟装置，滑杆为圆柱形状，长为260_420mm，端面直径为12_20mm，沿固定套轴向伸长距离为80_160mm。
[0015]在上述的一种四自由度自由目标微重力气浮模拟装置，所述直线轴承采用聚四氟乙稀材料。
[0016]在上述的一种四自由度自由目标微重力气浮模拟装置，配重支杆为圆柱形状，材料为非铁磁性不锈钢材料；平面气足为非铁磁性不锈钢材料。本发明与现有技术相比具有如下优点:
[0017](1)本发明采用磁浮轴承组件，磁浮轴承组件包括固定套、滑杆和直线轴承，滑杆可沿直线轴承在固定套内轴向伸缩移动，通过精密配重使滑杆上所受的重力与磁浮轴承的磁力相等，实现了 Z方向平动的近似无摩擦运动。
[0018](2)本发明采用了磁浮轴承组件和平面气足的结合，通过面气足法实现X、Y方向平动和Z方向转动的近似无摩擦运动，同时通过磁浮轴承实现了 Z方向平动的近似无摩擦运动，提高了气浮模拟装置的可实现自由度数量；
[0019](3)本发明磁浮轴承组件在固定套和滑杆中间增加了聚四氟乙烯材质的直线轴承，降低了滑杆和固定套相互运动时的摩擦力，降低了气浮模拟装置在垂直方向上的干扰力水平；
[0020](4)本发明的滑杆组件和平面气足采用了非铁磁性不锈钢材料，避免了磁浮轴承对金属部件运动的磁力干扰，降低了气浮模拟装置在水平方向上的干扰力水平。
【附图说明】
[0021]图1为本发明四自由度自由目标微重力气浮模拟装置示意图；
[0022]图2为本发明磁浮轴承组件示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述:
[0024]如图1所示为四自由度自由目标微重力气浮模拟装置示意图，由图可知，包括平面气足1、配重支杆4、自由漂浮目标5和磁浮轴承组件；其中磁浮轴承组件固定安装在平面气足1的上端，配重支杆4固定在磁浮轴承组件的上端，自由漂浮目标5固定安装在配重支杆4的顶部。
[0025]其中，配重支杆4为圆柱形状，材料为非铁磁性不锈钢材料；平面气足1为非铁磁性不锈钢材料。
[0026]如图2所示为磁浮轴承组件示意图，由图可知，所述磁浮轴承组件包括固定套2、滑杆3和直线轴承6 ;固定套2包裹在滑杆3的外部，固定套2与滑杆3之间设置有直线轴承6，滑杆3可沿直线轴承6在固定套2内轴向伸缩移动。
[0027]其中固定套2为圆柱形状，长为80-160mm，端面直径为32_45mm，固定套2中心位置设有通孔，孔直径为14-22_。
[0028]滑杆3为圆柱形状，长为260-420mm，端面直径为12_20mm，沿固定套2轴向伸长距离为 80_160mm。
[0029]滑杆3和固定套2采用钕铁硼永磁体材料；直线轴承6采用聚四氟乙烯材料。
[0030]所述磁浮轴承组件，由固定套2、滑杆3和滑动轴承6组成；其中固定套2和滑杆3为磁极相对的钕铁硼永磁体，在环形固定套内会形成稳定的平行磁场，当滑杆3套入固定套2后，滑杆3与固定套2之间会产生沿轴向的磁力，且磁力的大小与滑杆3与固定套2的重叠长度无关；因滑杆3长度大于固定套2长度，当滑杆3完全插入固定套2后，滑杆3前后运动时滑杆3与固定套2之间的磁力恒定不变；在滑杆3和固定套2之间安装有聚四氟乙烯材质的滑动轴承6，滑杆3表面经研磨，当固定套2垂直安装时，滑杆3与固定套2之间的摩擦力极低；所述的平面气足1，可利用高压空气在平面气足1与气浮平面之间形成微小的气膜，从而实现平面气足在气浮平面上沿X、Y两个平动方向和沿Z轴一个转动方向的无摩擦运动；所述磁浮轴承组件的固定套2垂直固定安装于平面气足1顶端；所述磁浮轴承组件的配重支杆4下端与磁浮轴承组件的滑杆3连接，上端与自由漂浮目标5，配重支杆4经精密配重；磁浮轴承组件产生的磁力与滑杆3所承受的重力大小相等，方向相反，滑杆3承受的重力包括滑杆3、配重支杆4和自由漂浮目标5所受重力，配重支杆4上端的自由漂浮目标5即可实现沿Z轴无重力、无摩擦平动；由此，所述的一种四自由度自由目标微重力气浮模拟装置，可实现自由漂浮目标在地面沿X、Y、Z三个平动方向和沿Z转动方向共四个自由度的模拟微重力环境下运动。
[0031]本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
【主权项】
1.一种四自由度自由目标微重力气浮模拟装置，其特征在于:包括平面气足(1)、配重支杆(4)、自由漂浮目标(5)和磁浮轴承组件；其中磁浮轴承组件固定安装在平面气足(1)的上端，配重支杆(4)固定在磁浮轴承组件的上端，自由漂浮目标(5)固定安装在配重支杆(4)的顶部。2.根据权利要求1所述的一种四自由度自由目标微重力气浮模拟装置，其特征在于:所述磁浮轴承组件包括固定套(2)、滑杆(3)和直线轴承(6)。3.根据权利要求2所述的一种四自由度自由目标微重力气浮模拟装置，其特征在于:所述滑杆(3)和固定套(2)采用钕铁硼永磁体材料。4.根据权利要求2或3所述的一种四自由度自由目标微重力气浮模拟装置，其特征在于:磁浮轴承组件产生的磁力与滑杆(3)所承受的重力大小相等，方向相反。5.根据权利要求2所述的一种四自由度自由目标微重力气浮模拟装置，其特征在于:所述固定套(2)包裹在滑杆(3)的外部，固定套(2)与滑杆(3)之间设置有直线轴承(6)，滑杆(3)可沿直线轴承(6)在固定套(2)内轴向伸缩移动。6.根据权利要求3所述的一种四自由度自由目标微重力气浮模拟装置，其特征在于:固定套(2)为圆柱形状，长为80-160mm，端面直径为32-45mm，固定套(2)中心位置设有通孔，孔直径为14-22mm。7.根据权利要求3所述的一种四自由度自由目标微重力气浮模拟装置，其特征在于:滑杆⑶为圆柱形状，长为260-420mm，端面直径为12-20mm，沿固定套⑵轴向伸长距离为80-160mm。8.根据权利要求2所述的一种四自由度自由目标微重力气浮模拟装置，其特征在于:所述直线轴承(6)采用聚四氟乙烯材料。9.根据权利要求1所述的一种四自由度自由目标微重力气浮模拟装置，其特征在于:配重支杆(4)为圆柱形状，材料为非铁磁性不锈钢材料；平面气足(1)为非铁磁性不锈钢材料。
【专利摘要】一种四自由度自由目标微重力气浮模拟装置，涉及微重力气浮模拟装置领域，包括平面气足、配重支杆、自由漂浮目标和磁浮轴承组件；其中磁浮轴承组件包括固定套、滑杆和直线轴承；磁浮轴承组件固定安装在平面气足的上端，配重支杆固定在磁浮轴承组件的上端，自由漂浮目标固定安装在配重支杆的顶部，可实现自由漂浮目标在地面沿X、Y、Z三个平动方向和沿Z转动方向共四个自由度的模拟微重力环境下运动，该装置运动模拟的自由度数量高吊丝法，但是各个方向的干扰力水平与平面气足法相近，远低于吊丝法，提高了空间自由漂浮目标地面微重力模拟运动实验的等效性。
【IPC分类】F16C32/04, G05B17/02
【公开号】CN105388781
【申请号】CN201510828941
【发明人】范庆麟, 王燕波, 邓涛, 刘嘉宇, 周海平
【申请人】北京精密机电控制设备研究所, 中国运载火箭技术研究院
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年11月24日