CN101275607B - 带辐板的穿过式支枢 - Google Patents

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Abstract

一种穿过式支枢(1)，该支枢包括定子(2)和转子(3)，该转子能围绕旋转轴线(A)相对于定子旋转并且能接受与旋转轴线对准的穿过轴，该支枢的特征在于：所述转子由多个能够发生变形以允许转子旋转的幅板(4)连接到定子，并且在静止状态时所述幅板相对于经过旋转轴线的径向方向(D)形成倾斜角。

Description

带辐板的穿过式支枢
技术领域
本发明涉及一种穿过式支枢(through pivot)，也就是一种能支撑从支枢两侧伸出的旋转轴的装置，并且涉及一种用该支枢制造、用于具有有限旋转幅角的旋转轴的安装结构。
背景技术
在空间应用中，有必要使人造卫星或太空船的某些部件，例如天线、尾桁等状态良好地以预定的方向定向，例如，使它们指向恒星、保持目标指向地球表面的某点、或者能够观察到地球或一些天体的表面上的特定区域。这些定位需要频繁矫正从而补偿不可避免的方向偏移，并且这些多重校正包括对这些飞行器附件及其安装结构大量微转循环，这相位(phase)被称为精确定向。
由于人造卫星进入轨道的不可撤回的性质，由此太空船的设计需要很长的使用期限，对安装要进行多次循环测量从而确保它们能经受巨大的应力。例如，使用期限大于600000循环。对安装结构其它要求是要有很好的机械强度(能经受施加到安装轴上外力和弯曲力矩)、高横向刚度、高精度零误差导航、在两个方向上大于1°的旋转幅度和小阻力矩。
如大家所知，实际中用一个具有交叉弹性辐板(web)的支枢构建一个旋转轴的安装结构，特别是大家所知的是“邦迪克斯支枢”(Bendix Pivot)。这种类型的支枢不是穿过式支枢。由于必须对安装轴采用悬臂安装方式安装，这就意味着即使采用双支枢安装时也会在支枢的辐板上产生很大的应力并且很大的应力会被传递到支撑架。因此这种类型的支枢仅提供了有限的机械强度和横向刚度，并且不能很好地满足精确定向装置的所有要求。
如大家所知，实际中用一个具有两个球轴承的支枢安装结构支撑轴。这样的装置会被磨损因此寿命有限。同样这种类型的支枢也不能很好地满足用于空间应用的精确定向安装设计的所有要求。
发明内容
本发明的一个目的是为旋转轴提供一种能避免至少一些上述现有技术中的缺点的支枢和安装结构。更具体地，本发明的目的是为适用于构造精确定向装置，特别是空间应用的旋转轴提供一种支枢和安装结构。
为了实现这个目的，本发明提供了一种穿过式支枢，该支枢包括定子和转子，该转子能围绕旋转轴线相对于定子旋转并且能接受与旋转轴线对齐的穿过轴，该支枢的特征在于该转子由多个能够发生变形以允许转子旋转的挠性元件连接到定子，并且在静止状态时，这些挠性元件相对于经过旋转轴线的径向方向形成一倾斜角度。
由于这些特征，使该支枢能支撑一个穿过轴，从而具有良好的机械特性。除此之外，由于通过挠性元件的变形使转子转动，这样就没有由于摩擦产生的机械磨损并且可以延长其寿命。已经观察到挠性元件以一角度倾斜的布置限制了挠性元件的拉力和弯曲力。因此挠性元件的阻力矩和应力很小，并且这样就允许在数个幅角内精确导航，并且延长了寿命。
该定子优选包括正多边形形式的框架，该挠性元件被安装到框架的相应顶点。
该转子有利地包括圆柱形环，该挠性元件被安装到所述环的外表面上。
在具体实施例中，该环具有中心孔，该转子能接受通过所述中心孔的穿过轴。
该支枢有利地包括三个均匀分布的挠性元件。
该挠性元件有利地是布置在与旋转轴线平行的平面中的平面矩形辐板。这样能承受轴向力。
在一具体实施例中，倾斜角在2°至10°之间，优选4°至5°之间。
本发明还提供了一种轴安装结构，其包括根据以上发明的、布置成相互具有一定间隔的两个支枢并且它们各自的旋转轴线共线。
这种布置能更加有效地吸收施加到安装轴上的力并且因此能提高机械强度和刚度。除此之外，这样能够在安装结构两侧上使轴能携带有用的部件。
附图说明
参照下面的附图，对本发明的更清楚的理解、其它目的、细节、特征和优点将在下面本发明一个具体实施例的描述中提供，该具体实施例仅仅是以非限制示出的方式提供。在这些附图中：
图1是本发明的一实施例中的支枢的透视图，
图2是图1中支枢的辐板布置图，
图3是曲线图，示出了图1中支枢具有不同倾斜角时所施加的扭矩和转角之间的关系，
图4是类似图2的视图，
图5是包含两个图1中所示类型的支枢的安装结构的视图，
图6是穿过图5中安装结构的横截面剖视图，
图7和图8是曲线图，示出了图1中作为转角函数的支枢的辐板应力。
具体实施方式
支枢1包括定子2，定子包括等边(isosceles)三角形的支架，支枢1还包括能够绕轴线A相对于定子2旋转的转子3。该转子3为围绕轴线A旋转的圆柱环形形式。定子2与转子3的中心彼此重合。
定子2与转子3由三个辐板4连接。辐板4的形状类似矩形平板。其沿一短边连接于定子2的相应的顶点，沿另一短边连接于转子3的外表面上。
根据包围它的机构不同，定子可以为不同的形状，举例来说，可以具有不同数量的边以适应于辐板的数目，而不一定必须是三边。此外，这些辐板可以由其它的挠性元件代替，比如管。
图2更精确地示出了辐板4的布置。图2示出了支枢1位于静止状态时，也就是没有要转动转子3的扭矩时，辐板4的位置。辅助圆(attachment circle)5和6的直径相应于辐板4的短端的各个位置。直线D相应于穿过轴线A的径向方向。可以看出，辐板4相对于径向方向形成以倾斜角α表示的角度。
在图4中，转子3可在箭头15所表示的方向上旋转，该方向相应于倾斜角α的方向。在图4中，点划线4′表示当转子3转过一定角度时的辐板4的位置。图3示出了所施加的扭矩和相对于图2中位置的转角的关系。由于转子3的旋转，扭矩相应于辐板4的拉力和弯曲力。
曲线7相应于直辐板，也就是说辐板的倾斜角α为0，并能够在辐板倾斜角不同的情况下在阻力扭矩之间进行比较。可以看出，由于扭矩分量因拉力和弯曲力而一起增加，因此扭矩随转角渐进增加。曲线8和9相应于分别为4°和5°的倾斜角α。由于在某一个旋转角度的情况下拉力分量改变符号并且从弯曲力分量中减去，因此在所影响的旋转范围内扭矩很小并且很稳定。
因此可以观察到，支枢1允许转子3绕参考位置在数度的范围内、以有限的和稳定的扭矩并且在不超出电机的能力的条件下旋转。在所示出的实施例中，选择参考位置是1.5°，并且转子3可以在两个方向上绕该位置旋转。在图4中，点划线4′表示当转子3在该参考位置时辐板4的位置。
图7和8示出了存在于辐板4面上的应力，其为转角的函数。曲线15和18相应于直辐板，曲线16和19相应于倾斜角α为4°，曲线17和20相应于倾斜角α为5°。比较曲线15和18与其它的曲线，显示出使用非零倾斜角α可以限制应力并且可以改进支枢1的机械强度和延长其寿命。
还存在一个可以使扭矩和/或应力最小化的最优倾斜角α。该最优角度可以根据支枢1的尺寸和使用材料确定。该最优角度举例来说可以是在2°至10°，优选4°至5°的范围。
图5和图6示出了由两个支枢1制成的旋转轴11安装结构10。支枢1的定子2固定在结构件12上，该两个定子彼此相隔一段距离并且他们的轴线A共线。旋转轴11对准轴线A并且安装在转子3上。在这种安装结构中，箭头13所表示的施加于轴11的力由两个支枢承受，如箭头14所示，因此可以改进安装结构的机械强度。
虽然本发明已经描述了一个具体的实施例，但是显然该实施例不是用来限制本发明，它包含所有的与所描述的装置的等同技术手段以及其组合，这些组合也落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种穿过式支枢(1)，该支枢包括定子(2)和转子(3)，该转子能围绕旋转轴线(A)相对于定子旋转并且能接受对准所述旋转轴线的穿过轴(11)，该支枢的特征在于：所述转子由多个能够发生变形以允许转子旋转的挠性元件(4)连接到定子，并且在静止状态时所述挠性元件相对于经过旋转轴线的径向方向(D)形成2°至10°的倾斜角(α)。
2.根据权利要求1所述的穿过式支枢，其特征在于，所述定子包括正多边形形式的框架，所述挠性元件安装到框架的相应顶点上。
3.根据权利要求1至2任一项所述的穿过式支枢，其特征在于，所述转子包括圆柱形环，所述挠性元件安装到所述环的外表面上。
4.根据权利要求3所述的穿过式支枢，其特征在于，所述环具有一中心孔，所述中心孔能够接受通过所述中心孔的穿过轴。
5.根据权利要求1至2任一项所述的穿过式支枢，其特征在于，包括三个均匀分布的挠性元件。
6.根据权利要求1至2任一项所述的穿过式支枢，其特征在于，所述挠性元件是布置在与旋转轴线平行的平面上的平面矩形辐板。
7.根据权利要求1所述的穿过式支枢，其特征在于，所述倾斜角位于4°至5°之间。
8.一种轴(11)的安装结构(10)，包括两个根据权利要求1至7中任一项所述的支枢(1)，这些支枢设置成间隔一定距离并且各自的旋转轴线(A)共线。
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