[发明专利]依靠弹簧储能的机械自适应型钻探取心加载机构

说明书

技术领域：

本发明属于航空航天技术领域，涉及一种在航天空间环境下钻取月球表面土壤的装置，特别是一种依靠弹簧储能的机械自适应型钻探取心加载机构，实现机械自适应加载激振功能。

背景技术：

航天航空是人类探索自然界的前沿工程，走向太空已成为科技强国必不可少的标志，探月工程是我国航天事业的一个中继阶段，踏出了人类对外星探索的第一步，此阶段的成果将为下一步外层空间探索提供宝贵经验，探月工程主要是通过遥测遥感和最终的登月来揭开月球环境的神秘面纱，登月后要针对月球展开一系列的科研项目，每个环节都非常重要，其中之一就是要获取月球表面物质标本，这就涉及到了月球表面钻探工具的研究开发，在低引力环境下钻采集月壤是一件十分不容易的事情，传统钻探采用的激振装置通常采用圆柱凸轮回转的方式产生激振力，重量重、体积大而且耗能极多，对于一个航天器来说空间和质量是至关重要的，也是严格控制的关键项目，所以这种圆柱凸轮结构激振装置不适合用于登月航航天器，亟需一种体积重量更小、性能更好的钻采工具进行月壤的采集。

发明内容：

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种依靠弹簧储能的机械自适应型钻探取心加载机构，其质量轻、占用空间小，在钻采给进困难时自动产生激振进行钻采。

解决其技术问题所采取的技术方案是：一种依靠弹簧储能的机械自适应型钻探取心加载机构，包括回转驱动单元和激振单元，其特征在于回转驱动单元连接有钻杆，钻杆为蜗杆式表面设有螺纹，与钻杆配合设有激振单元，激振单元具体结构为：与钻杆螺纹配合设有环状力载蜗轮，力载蜗轮外表面设有蜗轮齿，力载蜗轮内表面设有棘轮式结构，沿圆周居中分布有棘轮齿，棘轮齿两侧设有轴套，力载蜗轮通过轴套活动连接在固定支撑轴上，两轴套内部设有与棘轮齿啮合的激振质量块，激振质量块通过施力板簧固定连接在固定支撑轴上，固定支撑轴固定连接在支架上。

与钻杆配合的激振单元为两个以上。

力载蜗轮齿和棘轮齿均为渐开线齿形。

每个激振单元至少设有两个激振质量块与施力板簧。

轴套与固定支撑轴间设有轴承。

所述施力板簧固定连接在板簧套上，板簧套通过键与固定支撑轴固定连接，固定支撑轴设有卡簧，卡在固定支撑轴外端。

所述施力板簧为弯曲状，以固定支撑轴为中心圆周阵列排布。

本发明在钻采给进速度变慢时通过弹力机构蓄能后发生激振，加大质量块激振时的打击力度，缩小钻机体积和重量，性能更好，适于运送到月球作为钻采工具。

附图说明

图1为本发明实施例的钻机整体结构图；

图2为本发明实施例激振单元剖面视图；

图3为本发明弯曲状施力板簧示意图。

图中标号名称：1回转驱动单元；2钻杆；3力载蜗轮；4棘轮齿；5轴套；6固定支撑轴；7激振质量块；8施力板簧；9支架；10卡簧；11板簧套。

具体实施方式

本发明实施例如图1、图2所示，该依靠弹簧储能的机械自适应型钻探取心加载机构，包括回转驱动单元1和激振单元，回转驱动单元1连接有钻杆2，钻杆2为蜗杆式表面设有螺纹，与钻杆2配合设有两个激振单元，每个激振单元具体结构为：与钻杆2螺纹配合设有环状力载蜗轮3，力载蜗轮3外表面设有力载蜗轮3齿，力载蜗轮3内表面设有棘轮式结构，沿圆周居中分布有棘轮齿4，力载蜗轮3的涡轮齿和棘轮齿4均为渐开线齿形，棘轮齿4两侧设有轴套5，力载蜗轮3通过轴套5活动连接在固定支撑轴6上，两轴套5内部设有与棘轮齿4啮合的激振质量块7，激振质量块7通过施力板簧8固定连接在板簧套11上，板簧套11通过键与固定支撑轴6固定连接，固定支撑轴6外端设有卡簧10，固定支撑轴6固定连接在支架9上。

工作时，回转驱动单元1下行驱动钻杆2旋转进行钻取工作，当遇到硬物在钻机一定压力下无法向下钻取或钻取给进速度降低到一定值时，钻杆2保持回转运动，蜗杆式的钻杆2与力载蜗轮3相啮合，带动力载蜗轮3与棘轮齿4绕固定支撑轴6旋转，棘轮齿4带动激振质量块7同步绕固定支撑轴6旋转，施力板簧8屈曲变形，随着施力板簧8的屈曲激振质量块7向固定支撑轴6轴心靠拢，屈曲到一定程度激振质量块7脱离棘轮齿4的束缚，施力板簧8回弹带动激振质量块7击打下一相邻的棘轮齿4，通过力载蜗轮3将击打的的冲击力传递到钻杆2上，如此往复实现激振，使钻头向下冲击，其冲击的力度可通过用不同弹力的施力板簧8来调节，也可以通过调节激振质量块7和施力板簧8的个数来实现；本实施例通过弹力机构蓄能后产生激振，加大质量块激振时的打击力度，缩小钻机体积和重量，性能更好，适于运送到月球作为钻采工具。

本发明实施时可将施力板簧8设计成弯曲状，如图3所示，这样既可保持施力板簧8的弹性，还可以进一步缩小激振单元的体积。