高真空环境下的三维移动机构

1.高真空环境下的三维移动机构，包括水平导轨(10)、垂直导轨(12)、水平小车(11)、垂直小车(13)、水平传动轴I(8)、水平传动轴II(9)、垂直传动轴(22)、水平丝杆(7)、垂直丝杆(21)、水平推进螺母(16)、垂直推进螺母(26)、可换齿轮组(23)、零件传感器挂架(27)、锥齿轮组(1、2、3、17、18)、蜗杆(4、5、6、19、20)及三台步进计数电机，水平小车(11)上设有水平丝杆(7)和水平推进螺母(16)，电机A带动锥齿轮组A(1)，锥齿轮组A(1)通过蜗杆A(4)带动水平丝杆(7)，水平丝杆(7)再带动水平推进螺母(16)从而实现水平方向的运动，水平小车(11)上固定有锥齿轮组E(18)，电机B带动锥齿轮组B(2)，锥齿轮组B(2)通过蜗杆B(5)带动水平传动轴I(8)，水平传动轴I(8)再带动锥齿轮组E(18)，锥齿轮组E(18)带动涡杆E(20)，涡杆E(20)通过垂直丝杆(21)带动垂直推进螺母(26)从而实现垂直方向的运动；锥齿轮组D(17)固定在水平小车(11)上，电机C带动锥齿轮组C(3)进而带动涡杆C(6)，涡杆C(6)再带动水平传动轴II(9)；当垂直方向有运动时，水平传动轴II(9)的转动通过锥齿轮组D(17)传递给垂直传动轴(22)，垂直传动轴(22)与安装在垂直小车(13)上的可换齿轮组(23)相互作用，实现零件传感器挂架(27)绕指定的轴线转动，所述指定的轴线为垂直传动轴(22)的轴线、与水平传动轴I(8)或水平传动轴II(9)平行且与垂直传动轴(22)垂直的轴线、与水平传动轴I(8)或水平传动轴II(9)垂直且与垂直传动轴(22)垂直的轴线之一。
2.如权利要求1所述的高真空环境下的三维移动机构，其特征在于：通过改变安装在垂直小车(13)上的可换齿轮组(23)的安装位置或齿轮组形式，实现传感器挂架(27)绕垂直传动轴(22)的轴线、与水平传动轴I(8)或水平传动轴II(9)平行且与垂直传动轴(22)垂直的轴线、或与水平传动轴I(8)或水平传动轴II(9)垂直且与垂直传动轴(22)垂直的轴线中的一轴线转动。
3.如权利要求1所述的高真空环境下的三维移动机构，其特征在于：水平小车(11)和垂直小车(13)都采用高、低轮自动夹紧结构。

高真空环境下的三维移动机构\n【技术领域】\n[0001] 本发明涉及一种高真空、低温环境下工作的三维移动机构，属于测量控制领域。\n【背景技术】\n[0002] 在地面模拟试验系统中各类试验在进行参数测量时很难一次性获得所需全部数据，一般需要移动传感器探头或试验件的测量位置；即使通过大量布置传感器的方式一次获得实验数据，但在多工况的试验中，为了避免打开舱体大门破坏真空环境，一般也需要远程控制试验件或传感器探头的位置。可见在环境模拟试验中，三维移动机构在单工况试验中能节省传感器的数量，在多工况试验中能避免开舱门破环模拟环境，并减少试验准备的时间和试验系统运行的成本。\n[0003] 卫星热真空试验或真空羽流效应污染试验对模拟环境要求较高，其试验环境的洁净度应大于10万级，为防止引入污染源，测量移动机构不能采用常规的油润滑或脂润滑，而必须采用无污染的润滑方式。\n[0004] 对直径＞Φ4m的大型空间环境模拟器，移动机构有效测量范围越大越好。目前常见的移动机构有效工作区域较小，在单方向上只有几百毫米，而且大多数是二维的，不能实现三维立体大区域测量。\n[0005] 移动机构控制装置的电机对工作环境的温度、湿度等要求较高，一般空间环境模-6\n拟器的真空舱内的极限压强＜10 Pa、温度＜100K，在如此恶劣的环境下控制电机很难正常工作。\n[0006] 由于工作环境、试验要求等多方面条件的限制，要设计出在大型环境模拟真空舱内工作的移动测量机构需要满足如下条件：\n[0007] (1)测量机构是三维的，能实现立体大区域测量；\n[0008] (2)移动机构不能对舱内引入污染源，其转动部件的润滑应无污染；\n[0009] (3)移动机构能在高真空、低温(压强＜10-4Pa、温度＜100K)下正常工作；\n[0010] (4)能远程控制，能精确记录测量位置，且精度不低于±1mm。\n【发明内容】\n[0011] 本发明的目的是提供一种在高真空、低温环境下应用的三维立体大区域测量装-6\n置。本发明要解决的问题是，在压强＜10 Pa、温度＜100K的恶劣环境下，三维移动机构能正常工作，并能精确记录移动距离，且有效工作区域大于Φ1.2m×2m，另外该机构不对试验环境引入污染源。\n[0012] 高真空环境下的三维移动机构，包括水平导轨(10)、垂直导轨(12)、水平小车(11)、垂直小车(13)、三根传动轴(两根水平传动轴和一根垂直传动轴)、两根丝杆(一根水平丝杆和一根垂直丝杆)、锥齿轮组、蜗杆及三台步进计数电机等。\n[0013] 水平小车(11)上设有水平丝杆(7)和水平推进螺母(16)，电机A带动锥齿轮组A(1)，锥齿轮组A(1)通过蜗杆A(4)带动水平丝杆(7)，水平丝杆(7)再带动水平推进螺母(16)从而实现水平方向的运动。\n[0014] 水平小车(11)上固定有锥齿轮组E(18)，电机B带动锥齿轮组B(2)，锥齿轮组B(2)通过蜗杆B(5)带动水平轴I(8)，水平轴I(8)再带动锥齿轮组E(18)，锥齿轮组E(18)带动涡杆E(20)，涡杆E(20)通过垂直丝杆(21)带动垂直推进螺母(26)从而实现垂直方向的运动。\n[0015] 锥齿轮组D(17)固定在水平小车(11)上，电机C带动锥齿轮组C(3)进而带动涡杆C(6)，涡杆C(6)再带动水平轴II(9)；当垂直方向有运动时，水平轴II(9)的转动通过锥齿轮组D(17)传递给垂直轴(22)，垂直轴(22)与安装在垂直小车(13)上的可换齿轮组(23)相互作用，实现零件传感器(27)挂架绕垂直于垂直轴(22)方向转动。\n[0016] 本发明的优点和积极效果在于：(1)实现了三维大区域立体测量；(2)位置记录通过计数电机完成；(3)为了避免电机在恶劣条件下工作，三台电机都放在真空舱外侧，通过法兰引入；(4)由于丝杆和轴较长，在安装和使用过程中会出现挠度、同轴度变化的问题，在每根丝杆和轴前都设计了蜗杆，允许适当的挠度变形和安装不同轴度；(5)部件的润滑采用固体润滑剂，不对真空舱造成污染；(6)水平小车和垂直小车都采用高、低轮自动夹紧结构，使小车在导轨上移动更平稳；(7)通过改变安装在垂直小车(13)上的齿轮组(23)的安装位置或齿轮组形式，可实现传感器挂架(27)绕垂直轴轴线、与水平轴平行且与垂直轴垂直的轴线、与水平轴垂直且与垂直轴垂直的轴线转动。\n【附图说明】\n[0017] 图1三维移动机构示意图\n[0018] 图2水平小车局部图\n[0019] 图3垂直小车局部图\n[0020] 图中：\n[0021] 1-锥齿轮组A；2-锥齿轮组B；3-锥齿轮组C；4-涡杆A；5-涡杆B；6-涡杆C；7-水平丝杆；8-水平轴I；9-水平轴II；10-水平导轨；11-水平小车；12-垂直导轨；13-垂直小车；14-水平小车高轮；15-水平小车低轮；16-水平推进螺母；17-锥齿轮组D；18-锥齿轮组E；19-涡杆D；20-涡杆E；21-垂直丝杆；22-垂直轴；23-齿轮组；24-垂直小车高轮；\n25-垂直小车低轮；26-垂直推进螺母；27-传感器挂架\n【具体实施方式】\n[0022] 下面结合附图1、图2、图3进一步说明本发明。\n[0023] 一种高真空、低温环境下工作的三维移动机构包括：导轨(10、12：水平导轨和垂直导轨)、小车(11、13：水平小车和垂直小车)、传动轴(8、9、22：水平2根、垂直1根)、丝杆(7、21：水平1根、垂直1根)、锥齿轮组5对(1、2、3、17、18)、可换齿轮组(23)、蜗杆5根(4、5、6、19、20)及步进计数电机3台等，见图1。\n[0024] 三维移动机构能实现水平运动、垂直运动和绕垂直轴轴线、与水平轴平行且与垂直轴垂直的轴线、与水平轴垂直且与垂直轴垂直的轴线转动。\n[0025] 通过安装在水平小车(11)上的水平推进螺母(16)与水平丝杆(7)的配合实现水平方向的运动，移动速度为0.1-2m/min，有效移动距离为2m，精度±1mm。\n[0026] 垂直方向的移动有效移动距离为1.2m，移动速度为1-2m/min，精度±1mm。\n[0027] 转动轴线有三个，通过改变安装在垂直小车(13)上的可变齿轮组(23)的安装位置或齿轮组形式来指定转轴。转动角度为360°，转动速度为30-60°/min，精度±1°。\n[0028] 水平运动部件及流程：电机A→锥齿轮组A(1)→蜗杆A(4)→水平丝杆(7)→水平推进螺母(16)。\n[0029] 垂直运动部件及流程：电机B→锥齿轮组B(2)→蜗杆B(5)→水平轴I(8)→锥齿轮组E(18)→蜗杆E(20)→垂直丝杆(21)→垂直推进螺母(26)。水平轴I(8)上开有长键槽(见图2)。锥齿轮组E(18)固定在水平小车(11)上，当垂直方向无运动时，锥齿轮组E和水平小车可在水平轴I上滑动；当垂直方向有运动时，水平轴I(8)的转动通过锥齿轮组E(18)传递给垂直丝杆(21)，垂直丝杆与安装在垂直小车(13)上的垂直推进螺母(26)相互作用，实现垂直小车在垂直导轨(12)上的滑动。\n[0030] 转动运动部件及流程：电机C→锥齿轮组C(3)→蜗杆C(6)→水平轴II(9)→锥齿轮组D(17)→涡杆D(19)→垂直丝杆(21)→可换齿轮组(23)→传感器挂架(27)。水平轴II(9)和垂直轴(22)类似于水平轴I(8)，在轴上开有长键槽。锥齿轮组D(17)固定在水平小车(11)上，当转动方向无运动时，锥齿轮组D(17)和水平小车(11)可在水平轴II(9)上滑动，可换齿轮组(23)和垂直小车(13)可在垂直轴(22)上滑动；当垂直方向有运动时，水平轴II(9)的转动通过锥齿轮组D(17)传递给垂直轴(22)，垂直轴与安装在垂直小车上的可换齿轮组相互作用，实现零件传感器挂架绕指定轴线转动。