[发明专利]一种竖直方向恒力系统的设计方法

权利要求书

1.一种竖直方向恒力系统设计方法，其特征是：系统由平衡点恒力弹簧模块、齿轮齿条补偿模块与数据采集控制模块组成，用于补偿航天器地面验证受到的重力。

2.根据权利1要求所述的一种竖直方向恒力系统，其特征是：所述平衡点恒力弹簧模块包括压簧、直线导轨、直线轴承、直线轴承连接块、弹簧上端连接块、滚动轴承、滚动轴承固定架、弹簧外套与外套连接端；直线轴承嵌在直线轴承连接块内，与直线导轨配合，可沿直线导轨低摩擦滚动；直线导轨连接块与弹簧上端连接块连接，弹簧外套连接在弹簧上端连接块的下端，弹簧外套下端安装有外套连接端方便连接被补偿航天器，航天器的重力通过外套连接端、弹簧外套与外套连接端传递给压簧，在航天器重力作用下，压簧被压缩，达到弹簧力等于航天器重力的平衡点平衡状态；滚动轴承固定架安装在直线导轨的下端，其上固定有两个滚动轴承，滚动轴承与直线轴承配合完成对弹簧外套的支撑，使之沿导轨低摩擦无晃动稳定滚动运动；压簧选用弹性系数较小的。

3.根据权利1要求所述的一种竖直方向恒力系统设计方法，其特征是：所述齿轮齿条补偿模块包括小齿轮、齿条及其固定组件、力矩电机以及固定板；齿轮固定组件包括齿条外固定框与滚动轴承，滚动轴承安装在齿条外固定框上，齿条与滚动轴承相切；小齿轮与齿条啮合，在力矩电机作用下，带动齿条在竖直方向上做加减速或者匀速运动，带动安装在其下端平衡点恒力弹簧模块运动，控制压簧的压缩量，从而控制弹簧上的力；小齿轮安装在力矩电机上，齿条及其固定组件与力矩电机都安装在固定板上。

4.根据权利1要求所述的一种竖直方向恒力系统设计方法，其特征是：所述数据采集控制模块包括电机驱动器、电机控制卡、高精度张力传感器、位移传感器、数据采集卡以及上位机PC；此模块为系统的大脑，负责各个部分的数据收集、处理并产生控制信号协同每部分的工作。

5.根据权利2要求所述的平衡点恒力弹簧模块，其特征是：所述滚动轴承与其固定架包括滚动轴承、轴承固定螺栓与滚动轴承固定架；滚动轴承固定架包括通孔、螺纹孔、轴承安装长方孔、退刀槽以及螺纹连接端；滚动轴承通过轴承固定螺栓固定在滚动轴承固定架上，轴承固定螺栓的特点为一端有螺纹，另一端为光轴，螺纹端利用螺纹的自锁性固定在滚动轴承固定架上，光轴端与滚动轴承过盈配合，固定其位置，其余部分起支撑作用；滚动轴承通过轴承固定螺栓固定在轴承安装长方孔内，轴承固定螺栓螺纹端与螺纹孔配合，光柱端与通孔配合，为了更好的加工螺纹连接端，留有退刀槽。

6.根据权利3要求所述的齿轮齿条补偿模块，其特征是：所述齿条及其固定组件包括固定螺栓、电机固定板、滚动轴承与齿条外固定框；齿条外固定框安装在固定板上其上安装有滚动轴承，在小齿轮的带动下齿条可沿齿条外固定框滚动运动，力矩电机通过固定螺栓固定在电机固定板上，通过电机固定板固定在固定板上。

7.一种竖直方向恒力系统设计方法，其特征是：系统等效数学模型为力矩电机与质量弹簧系统的组合。