[發明專利]依靠彈簧儲能的機械自適應型鉆探取心加載機構

有效

• 申請號: 201210200207.4
• 申請日: 2012-06-18
• 公開（公告）號: CN102735496A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 姜生元;鄧宗全;楊帥;李鵬;柏德恩;沈毅
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N1/08
• 分類號: G01N1/08
• 代理公司: 大慶禹奧專利事務所 23208
• 代理人: 朱士文;楊曉梅

技術領域：

本發明屬于航空航天技術領域，涉及一種在航天空間環境下鉆取月球表面土壤的裝置，特別是一種依靠彈簧儲能的機械自適應型鉆探取心加載機構，實現機械自適應加載激振功能。

背景技術：

航天航空是人類探索自然界的前沿工程，走向太空已成為科技強國必不可少的標志，探月工程是我國航天事業的一個中繼階段，踏出了人類對外星探索的第一步，此階段的成果將為下一步外層空間探索提供寶貴經驗，探月工程主要是通過遙測遙感和最終的登月來揭開月球環境的神秘面紗，登月后要針對月球展開一系列的科研項目，每個環節都非常重要，其中之一就是要獲取月球表面物質標本，這就涉及到了月球表面鉆探工具的研究開發，在低引力環境下鉆采集月壤是一件十分不容易的事情，傳統鉆探采用的激振裝置通常采用圓柱凸輪回轉的方式產生激振力，重量重、體積大而且耗能極多，對于一個航天器來說空間和質量是至關重要的，也是嚴格控制的關鍵項目，所以這種圓柱凸輪結構激振裝置不適合用于登月航航天器，亟需一種體積重量更小、性能更好的鉆采工具進行月壤的采集。

發明內容：

為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種依靠彈簧儲能的機械自適應型鉆探取心加載機構，其質量輕、占用空間小，在鉆采給進困難時自動產生激振進行鉆采。

解決其技術問題所采取的技術方案是：一種依靠彈簧儲能的機械自適應型鉆探取心加載機構，包括回轉驅動單元和激振單元，其特征在于回轉驅動單元連接有鉆桿，鉆桿為蝸桿式表面設有螺紋，與鉆桿配合設有激振單元，激振單元具體結構為：與鉆桿螺紋配合設有環狀力載蝸輪，力載蝸輪外表面設有蝸輪齒，力載蝸輪內表面設有棘輪式結構，沿圓周居中分布有棘輪齒，棘輪齒兩側設有軸套，力載蝸輪通過軸套活動連接在固定支撐軸上，兩軸套內部設有與棘輪齒嚙合的激振質量塊，激振質量塊通過施力板簧固定連接在固定支撐軸上，固定支撐軸固定連接在支架上。

與鉆桿配合的激振單元為兩個以上。

力載蝸輪齒和棘輪齒均為漸開線齒形。

每個激振單元至少設有兩個激振質量塊與施力板簧。

軸套與固定支撐軸間設有軸承。

所述施力板簧固定連接在板簧套上，板簧套通過鍵與固定支撐軸固定連接，固定支撐軸設有卡簧，卡在固定支撐軸外端。

所述施力板簧為彎曲狀，以固定支撐軸為中心圓周陣列排布。

本發明在鉆采給進速度變慢時通過彈力機構蓄能后發生激振，加大質量塊激振時的打擊力度，縮小鉆機體積和重量，性能更好，適于運送到月球作為鉆采工具。

附圖說明

圖1為本發明實施例的鉆機整體結構圖；

圖2為本發明實施例激振單元剖面視圖；

圖3為本發明彎曲狀施力板簧示意圖。

圖中標號名稱：1回轉驅動單元；2鉆桿；3力載蝸輪；4棘輪齒；5軸套；6固定支撐軸；7激振質量塊；8施力板簧；9支架；10卡簧；11板簧套。

具體實施方式

本發明實施例如圖1、圖2所示，該依靠彈簧儲能的機械自適應型鉆探取心加載機構，包括回轉驅動單元1和激振單元，回轉驅動單元1連接有鉆桿2，鉆桿2為蝸桿式表面設有螺紋，與鉆桿2配合設有兩個激振單元，每個激振單元具體結構為：與鉆桿2螺紋配合設有環狀力載蝸輪3，力載蝸輪3外表面設有力載蝸輪3齒，力載蝸輪3內表面設有棘輪式結構，沿圓周居中分布有棘輪齒4，力載蝸輪3的渦輪齒和棘輪齒4均為漸開線齒形，棘輪齒4兩側設有軸套5，力載蝸輪3通過軸套5活動連接在固定支撐軸6上，兩軸套5內部設有與棘輪齒4嚙合的激振質量塊7，激振質量塊7通過施力板簧8固定連接在板簧套11上，板簧套11通過鍵與固定支撐軸6固定連接，固定支撐軸6外端設有卡簧10，固定支撐軸6固定連接在支架9上。

工作時，回轉驅動單元1下行驅動鉆桿2旋轉進行鉆取工作，當遇到硬物在鉆機一定壓力下無法向下鉆取或鉆取給進速度降低到一定值時，鉆桿2保持回轉運動，蝸桿式的鉆桿2與力載蝸輪3相嚙合，帶動力載蝸輪3與棘輪齒4繞固定支撐軸6旋轉，棘輪齒4帶動激振質量塊7同步繞固定支撐軸6旋轉，施力板簧8屈曲變形，隨著施力板簧8的屈曲激振質量塊7向固定支撐軸6軸心靠攏，屈曲到一定程度激振質量塊7脫離棘輪齒4的束縛，施力板簧8回彈帶動激振質量塊7擊打下一相鄰的棘輪齒4，通過力載蝸輪3將擊打的的沖擊力傳遞到鉆桿2上，如此往復實現激振，使鉆頭向下沖擊，其沖擊的力度可通過用不同彈力的施力板簧8來調節，也可以通過調節激振質量塊7和施力板簧8的個數來實現；本實施例通過彈力機構蓄能后產生激振，加大質量塊激振時的打擊力度，縮小鉆機體積和重量，性能更好，適于運送到月球作為鉆采工具。

本發明實施時可將施力板簧8設計成彎曲狀，如圖3所示，這樣既可保持施力板簧8的彈性，還可以進一步縮小激振單元的體積。