一种用于小天体表面采样的初级封装装置的制作方法

1.本实用新型属于航天深空探测领域，尤其是涉及一种用于小天体表面采样的初级封装装置。


背景技术：

2.随着人类太空探索范围及规模的不断扩大，人类的活动已经不再局限于地球及近地空间，而是将眼光投向更为遥远的深空。在此基础上，由于小天体内部蕴含了大量太阳系形成演化的信息和丰富的矿物质，具有极高的科学和经济价值，对小天体进行有效探测，可以开发和利用小天体资源。对小天体探测的途径有很多，对其进行样品采集是重要的探测方法之一，nasa、esa及jaxa均针对小天体进行了样品采集探测。目前成功实现与小天体接触并采样返回的仅有日本的“隼鸟”1号，其采用“一触即走”(tag)方式实现了对糸川小行星的采样返回，即接触星表后，发射一枚金属弹撞击星表使其溅起碎片与尘土，并通过采样装置端部的罩形结构收集溅起的碎片，其与样品罐形成封闭的通道，保证部分样品进入样品罐，完成采集。但由于罩形结构尺寸较长，碎片被溅起后在通道内反复碰撞，能量衰减，最终任务采集量及其微少。
3.专利cn106198094介绍了一种用于月表采样的初级封装装置，该装置由本体、样品容器、放样漏斗、容器盖封装组件、驱动机构及容器盖组成。该装置可实现月壤样品容器盖与放样漏斗间的空间位置切换，用以实现月壤样品的存放及自动封装。专利cn201310520682.4介绍了一种多功能月球表层样品采集封装装置，该装置由电机、采样装置和封装组件组成。其通过螺旋输送月壤，并通过软袋拉绳的方式实现样品封存。这两个专利介绍的装置均无法实现样品二次输送，且初级封装和样品容器均为一体化结构，不适用于小天体星表接触式采样状态。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型旨在提出一种用于小天体表面采样的初级封装装置，可靠的将样品转入返回舱内的初级封装装置。
5.为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
6.一种用于小天体表面采样的初级封装装置，其特征在于：包括驱动组件、上壳体、下壳体、容器腔体和封装组件，上壳体通过下壳体连接至容器腔体，上壳体一侧设有驱动安装板，驱动组件固定安装至驱动安装板；
7.封装组件设置在容器腔体内，其中封装组件包括一号从动齿轮组件和二号从动齿轮组件，一号从动齿轮组件的一号从动齿轮本体与驱动组件的一号主动齿轮啮合，二号从动齿轮组件的二号从动齿轮本体与驱动组件的二号主动齿轮啮合；一号从动齿轮本体的内圈与下壳体的第一台阶固定连接，实现一号从动齿轮组件与下壳体的连接；二号从动齿轮本体的内圈与容器腔体固定连接，实现二号从动齿轮组件和容器腔体的连接；容器腔体顶部设有顶盖，顶盖与容器腔体形成样品封装腔；顶盖与上壳体、下壳体形成样品转移腔。
8.进一步的，驱动组件包括驱动电机、齿轮轴、一号主动齿轮、二号主动齿轮和安全联轴器，驱动电机设置在驱动安装板的上部，齿轮轴设置在驱动安装板下部，驱动电机的输出端连接至齿轮轴，齿轮轴从上至下依次设有一号主动齿轮、安全联轴器和二号主动齿轮，一号主动齿轮连接至安装联轴器的外圈，安全联轴器的内圈通过平键连接至齿轮轴。
9.进一步的，一号从动齿轮本体和二号从动齿轮本体结构相同，一号从动齿轮本体、二号从动齿轮本体的圆周内表面均设有角接触球轴承。
10.进一步的，一号从动齿轮组件包括一号从动齿轮本体、螺母座和螺杆，其中螺母座包括螺母安装圈、螺母本体，螺母本体圆周外表面通过若干支柱连接至螺母安装圈的圆周内表面，螺母安装圈固定安装至一号从动齿轮本体上表面，螺杆与螺母本体相互配合。
11.进一步的，上壳体内部设有导向柱，导向柱通过若干支柱连接至上壳体的内表面，导向柱内设有横截面呈中字型的导向槽；螺杆顶部设有中字型导向片，螺杆底部设有锥形压门，且导向片设置在导向槽内，实现螺杆在竖直方向的直线移动。
12.进一步的，二号从动齿轮组件包括二号从动齿轮本体、顶转门、底转门，二号从动齿轮本体内圈的角接触球轴承套接至容器腔体的中上部，二号从动齿轮本体可相对容器腔体转动，顶转门固定连接至二号从动齿轮本体的上表面，底转门固定连接至二号从动齿轮本体的下表面，且顶转门和底转门均可跟随二号从动齿轮本体转动。
13.进一步的，容器腔体底部中心处设有进料通道，进料通道与容器腔体为一体成型，进料通道连通容器腔体的内部和外部，容器腔体外表面底部设有两个用于二次进气的进气管，两个进气管相对进料通道呈中心对称结构。
14.进一步的，进料通道的内径小于锥形压门大圆端的直径。
15.进一步的，顶盖表面设有两个顶盖窗口，两个顶盖窗口相对顶盖中心对称，顶转门的顶部设有两个与顶盖窗口相对应的顶转门窗口；底转门两侧分别设有一个底转门窗口，两个底转门窗口相对底转门中心对称，容器腔体两侧设有与两个底转门窗口相对应的腔体窗口。
16.进一步的，腔体窗口设有滤网。
17.相对于现有技术，本实用新型所述的一种用于小天体表面采样的初级封装装置具有以下优势：
18.(1)本实用新型一种用于小天体表面采样的初级封装装置，采用单电机结合安全联轴器的形式，依靠单电机驱动实现锥形压门、顶转门、底转门开合不同组合，实现样品收集、封装、转移三种状态，较少动力源，降低了功耗。
19.(2)本实用新型一种用于小天体表面采样的初级封装装置，利用二次进气孔设计成切向进气，形成螺旋气流，提高样品输运效率。
20.(3)本实用新型一种用于小天体表面采样的初级封装装置，输送空间可适应20mm尺寸的样品，且容器腔体与锥形压门间形成的样品收集入口成迷宫形式，保证样品经送样气流吹入容器腔体后不会反弹，对后续样品的收集造成影响。
附图说明
21.构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在
附图中：
22.图1为本实用新型实施例一种用于小天体表面采样的初级封装装置示意图；
23.图2为本实用新型实施例一种用于小天体表面采样的初级封装装置仰视图；
24.图3为本实用新型实施例一种用于小天体表面采样的初级封装装置剖视图；
25.图4为本实用新型实施例一种用于小天体表面采样的初级封装装置去除上壳体示意图；
26.图5为本实用新型实施例二号从动齿轮组件示意图；
27.图6为本实用新型实施例上壳体仰视图；
28.图7为本实用新型实施例下壳体示意图；
29.图8为本实用新型实施例容器腔体示意图；
30.图9为本实用新型实施例顶转门示意图；
31.图10为本实用新型实施例底转门示意图；
32.图11为本实用新型实施例顶盖示意图。
33.附图标记说明：
34.1、驱动组件；11、驱动电机；12、齿轮轴；13、一号主动齿轮；14、二号主动齿轮；15、安全联轴器；2、上壳体；21、导向柱；22、导向槽；3、下壳体；4、容器腔体；41、进料通道；42、腔体窗口；43、进气管；5、封装组件；6、一号从动齿轮组件；61、一号从动齿轮本体；62、螺母座；621、螺母安装圈；622、螺母本体；63、螺杆；64、导向片；65、锥形压门；7、二号从动齿轮组件；71、二号从动齿轮本体；72、顶转门；721、顶转门窗口；73、底转门；731、底转门窗口；8、顶盖；81、顶盖窗口。
具体实施方式
35.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
36.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
37.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
38.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
39.一种用于小天体表面采样的初级封装装置，包括驱动组件1、上壳体2、下壳体3、容
器腔体4和封装组件5，上壳体2通过下壳体3连接至容器腔体4，上壳体2一侧设有驱动安装板，驱动组件1固定安装至驱动安装板；
40.封装组件5设置在容器腔体4内，其中封装组件5包括一号从动齿轮组件6和二号从动齿轮组件7，一号从动齿轮组件6的一号从动齿轮本体61与驱动组件1的一号主动齿轮13啮合，二号从动齿轮组件7的二号从动齿轮本体71与驱动组件1的二号主动齿轮14啮合；下壳体3整体呈阶梯状，下壳体3的顶部为第一台阶，一号从动齿轮本体61的内圈与下壳体3的第一台阶固定连接，实现一号从动齿轮组件6与下壳体3的连接；二号从动齿轮本体71的内圈与容器腔体4固定连接，实现二号从动齿轮组件7和容器腔体4的连接；容器腔体4顶部设有顶盖8，顶盖8与容器腔体4形成样品封装腔；顶盖8与上壳体2、下壳体3形成样品转移腔。
41.驱动组件1包括驱动电机11、齿轮轴12、一号主动齿轮13、二号主动齿轮14和安全联轴器15，驱动电机11设置在驱动安装板的上部，齿轮轴12设置在驱动安装板下部，驱动电机11的输出端连接至齿轮轴12，齿轮轴12从上至下依次设有一号主动齿轮13、安全联轴器15和二号主动齿轮14，一号主动齿轮13连接至安装联轴器的外圈，安全联轴器15的内圈通过平键连接至齿轮轴12，传递扭矩；当传递扭矩大于安全联轴器15打滑扭矩，其内圈与外圈之间开始打滑，实现内圈转，外圈止。
42.一号从动齿轮本体61和二号从动齿轮本体71结构相同，一号从动齿轮本体、二号从动齿轮本体71的圆周内表面均设有角接触球轴承。
43.一号从动齿轮组件6包括一号从动齿轮本体61、螺母座62和螺杆63，其中螺母座62包括螺母安装圈621、螺母本体622，螺母本体622圆周外表面通过若干支柱连接至螺母安装圈621的圆周内表面，螺母安装圈621固定安装至一号从动齿轮本体61上表面，螺杆63与螺母本体622相互配合。
44.上壳体2内部设有导向柱21，导向柱21通过若干支柱连接至上壳体2的内表面，导向柱21内设有横截面呈中字型的导向槽22；螺杆63顶部设有中字型导向片64，螺杆63底部设有锥形压门65，优选的，锥形压门65与顶盖8之间设有波纹管，波纹管可跟随螺杆63的升降进行伸缩，保护螺杆63，避免样品进入螺杆63影响工作；且导向片64设置在导向槽22内，实现螺杆63在竖直方向的直线移；同时中字型的导向片64在导向槽22内做上下运动，也可以避免螺杆63发生自转。
45.二号从动齿轮组件7包括二号从动齿轮本体71、顶转门72、底转门73，二号从动齿轮本体71内圈的角接触球轴承套接至容器腔体4的中上部，二号从动齿轮本体71可相对容器腔体4转动，顶转门72固定连接至二号从动齿轮本体71的上表面，底转门73固定连接至二号从动齿轮本体71的下表面，且顶转门72和底转门73均可跟随二号从动齿轮本体71转动。
46.容器腔体4底部中心处设有进料通道41，进料通道41与容器腔体4为一体成型，进料通道41连通容器腔体4的内部和外部，容器腔体4外表面底部设有两个用于二次进气的进气管43，两个进气管43相对进料通道41呈中心对称结构，利用二次进气孔设计成切向进气，形成螺旋气流，提高样品输运效率。
47.进料通道41的内径小于锥形压门65大圆端的直径，保证锥形压门65与进料通道41接触时，可以实现对进料通道41的密封。
48.顶盖8表面设有两个顶盖窗口81，两个顶盖窗口81相对顶盖8中心对称，顶转门72的顶部设有两个与顶盖窗口81相对应的顶转门窗口721；底转门73两侧分别设有一个底转
门窗口731，两个底转门窗口731相对底转门73中心对称，容器腔体4两侧设有与两个底转门窗口731相对应的腔体窗口42。
49.腔体窗口42设有滤网，滤网为微小粒径滤网，用来排除样品收集阶段的送样气体，将样品过滤在容器腔体4内。
50.容器腔体4与底转门73、顶盖8与顶转门72、下壳体3与顶转门72、上壳体2与螺母座62、顶盖8与螺母座62之间均设有迷宫密封并安装密封圈，这样可以防止样品进入电子零部件中，对零部件造成损坏，影响使用。
51.实施例一：样品收集状态，
52.人工打开向进气管43输送气体的气泵，样品通过气体激励从进料通道41进入，关闭气泵，此时锥形压门65与进料通道41为分开状态，样品通过锥形压门65的反弹进入容器腔体4内，锥形压门65的结构可以有效的对样品进行反弹；此时，顶转门72的顶转门窗口721与顶盖8的顶盖窗口81位置形成错位，为关闭状态，底转门73的底转门窗口731与容器腔体4的腔体窗口42位置形成对应，为打开状态，保证送样气体可以排出容器腔体4之外；
53.实施例二：样品封装状态，
54.人工驱动电机11工作，驱动一号主动齿轮13和二号主动齿轮14转动，分别带动一号从动齿轮本体61、二号从动齿轮本体71转动，
55.分别的，一号从动齿轮本体61带动螺母座62转动，此时螺杆63做轴向运动，最终实现锥形压门65的移动，锥形压门65轴向运动的设计距离为33mm，螺杆63导程为2mm，螺杆63的转动圈数为16.5圈，锥形压门65最终与进料通道41接触，实现进料通道41的关闭；
56.分别的，二号从动齿轮本体71带动顶转门72和底转门73转动，一号主动齿轮13和二号主动齿轮14的齿数相同，一号从动齿轮本体61和二号从动齿轮本体71齿数相同，转动圈数相同，因此顶转门72和底转门73的状态不变，顶转门72的顶转门窗口721依然处于关闭状态，底转门73的底转门窗口731依然处于开启状态；
57.实施例三：样品转移状态，
58.在实施例二的基础上，人工控制驱动电机11继续驱动一号主动齿轮13转动，由于锥形压门65关闭，到达极限位置，则一号主动齿轮13的阻力矩急剧上升，当其超过安全联轴器15的打滑力矩时，一号主动齿轮13停止转动，但齿轮轴12继续带动二号主动齿轮14转动，实现顶转门72和底转门73的继续转动，转动圈数为0.25圈，此过程结束后，顶转门72的顶转门窗口721处于开启状态，底转门73的底转门窗口731处于关闭状态，打开气泵，气体通过二次吹气进入容器腔体4内，在螺旋气流的影响下，样品通过样品封装腔进入样品转移腔并通过上壳体2的出料通道最终进入返回舱内，从而完成样品转移；
59.实施例四：装置恢复初始状态，
60.在实施例三的基础上，人工控制驱动电机11继续工作，一号主动齿轮13停止转动，二号主动齿轮14继续转动，带动二号从动齿轮本体71转动，从而带动顶转门72和底转门73也继续转动，转动圈数为0.25圈，此过程结束后，顶转门72的顶转门窗口721处于关闭状态，底转门73的底转门窗口731处于开启状态，人工控制驱动电机11反向驱动一号主动齿轮13和二号主动齿轮14转动，保证一号从动齿轮本体61和二号从动齿轮本体71反向转动16.5圈，锥形压门65升到原始位置，顶转门72的顶转门窗口721及底转门73的底转门窗口731状态不变，整体装置恢复初始状态。
61.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。