CN101376434A - 旋转锁定关节 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转锁定关节，包括固定铰链关节(1)、活动铰链关节(2)和连接释放机构。固定铰链关节(1)和活动铰链关节(2)的内侧通过固定连接轴(6)连接，外侧通过连接释放机构连接；在固定铰链关节(1)的外侧通过下连接轴(7)连接一个片式执行弹簧(5)，片式执行弹簧(5)的另一端通过上连接轴(8)连接在活动铰链关节(2)外侧；锁定时，片式执行弹簧(5)处于弯曲受力状态，展开到达目的工况后，片式执行弹簧(5)处于伸展状态。本发明在锁定和展开时合理利用片式执行弹簧(5)的受力状态，与现有产品相比，减少了动作执行过程的连接环节，降低了结构重量，提高了系统可靠性，同时可以使组件具有较大的承载能力。

Description

旋转锁定关节

技术领域

本发明涉及一种机械式执行关节，特别是航天器机构系统中具有可靠旋转和锁定功能的旋转锁定关节。

背景技术

航天器机构系统往往承担着航天器上重要部件在不同工况下切换的功能，这一功能一般包括对整套系统初始位置的锁定、工况切换以及对目的工况的锁定，这一系列动作就是通过机构系统中的执行单元来完成，执行单元必须为上述动作提供所需的驱动力和约束力。

旋转和锁定是一般的机构系统中最主要的两个动作，同时也是最关键的两个动作，完成这两个动作的执行单元常常是相互独立的。旋转一般是指活动部件围绕固定部件所做的转动运动，它们之间通过连接部件(运动副)连接在一起，铰链关节是最常见的旋转连接部件；驱动部件驱动活动部件通过连接部件围绕固定部件运动完成旋转动作，连接部件和驱动部件就组成了旋转动作的执行单元。

为了实现上述功能，目前航天器机构系统中常见的执行单元是由与上述初始位置的锁定、工况切换和目的工况锁定动作相对应的一系列单独的执行单元组成的执行单元组，每一个执行单元完成特定的功能。这样的执行单元组必然存在着零部件数量多、结构形式复杂、重量大、执行动作过程繁琐等缺点。这些缺点同时也会导致整套机构系统可靠性的下降。为了提高可靠性，以往的设计经常采取冗余设计的方法，这会给整个组件系统乃至整个航天器增加很多不必要的重量。

以常见的卫星太阳翼为例，它的整套旋转锁定机构系统主要是由压紧释放机构、展开锁定机构和联动机构组成，整套系统包含了几十个零部件，系统复杂且重量较重，各组成机构之间为串联关系，一个动作的成败将决定整套机构系统的成败，因此机构系统的可靠度较低。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种由一个部件提供旋转所需的驱动力和锁定所需的约束力，结构形式简单、执行动作过程简洁、重量轻、可靠性高的旋转锁定关节。

本发明的技术解决方案为：旋转锁定关节，包括固定铰链关节、活动铰链关节和连接机构，固定铰链关节和活动铰链关节的内侧通过固定连接轴连接，外侧通过连接机构连接；在固定铰链关节外侧通过轴连接一个片式执行弹簧，片式执行弹簧的另一端通过轴连接在活动铰链关节外侧；展开动作执行前，片式执行弹簧处于弯曲受力状态。

所述连接释放机构由锁定剪和动作钩组成，锁定剪的结构形式为剪刀形状，位于固定铰链关节上，用于展开动作执行前锁定动作钩；动作钩前端为钩子状，将固定铰链关节与活动铰链关节外侧连接在一起。

所述片式执行弹簧是由弹性金属材料或形状记忆合金材料制成。

所述各连接轴采用钛合金材料，钛合金材料具有良好的机械性能可以提高提高旋转动作的稳定性。

上述方案的原理是：采用片式执行弹簧作为整个旋转锁定关节的关键部件，将组件工况与片式执行弹簧的受力状态紧密的联系在一起。

动作执行前后固定铰链关节均处于固定的位置，活动铰链关节的一端通过连接轴与固定铰链关节连接在一起，连接释放机构将活动铰链关节的另一端约束在初始位置，片式执行弹簧两端通过连接轴分别与固定铰链关节和活动铰链关节连接并处于受力状态。

动作执行时先由连接释放机构解除对活动铰链关节和片式执行弹簧的约束，然后连接释放机构将引导片式执行弹簧开始动作，片式执行弹簧的约束力解除内部应力开始释放并将其转化为系统驱动力，执行部件将驱动活动铰链关节通过与固定铰链关节连接的连接轴围绕固定铰链关节由初始位置旋转至目的工况位置，驱动力矩正好结束。此时片式执行弹簧处于伸展状态并将固定铰链关节与活动铰链关节连接在一起，这一连接正好使活动铰链关节的转动受到约束，这就完成了对活动铰链关节的锁定，此时片式执行弹簧将承受轴向拉压力，使组件具有较大的承载能力。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)通过对片式执行弹簧受力状态的合理利用，巧妙地完成了动作过程。与以往的此类产品相比，大大减少了动作执行过程的连接环节，减少了结构重量，提高了系统的可靠性。

(2)由于组件在处于锁定位置后片式执行弹簧承受的是轴向拉压力，可以使组件具有较大的承载能力。以镍钛(Ni-Ti)形状记忆合金为例，其抗拉断裂强度可以达到960Mpa。

附图说明

图1为实施例中本发明的初始位置主视图；

图2为实施例中本发明的初始位置A-A截面图；

图3为实施例中本发明释放到达目的工况的截面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、2所示，本实施例的旋转锁定关节，包括固定铰链关节1、活动铰链关节2、锁定剪3、动作钩4、片式执行弹簧5、固定连接轴6、下连接轴7和上连接轴8组成。固定铰链关节1和活动铰链关节2的内侧通过固定连接轴6连接，外侧通过动作钩4连接；锁定剪3将动作钩4锁定；片式执行弹簧5的一端通过下连接轴7与固定铰链关节1连接，另一端通过上连接轴8和活动铰链关节2连接在一起。图中箭头方向为活动铰链关节2展开的方向。

锁定剪3的结构形式为剪刀形状，其两臂通过电磁铁来释放。

片式执行弹簧5采用镍钛(Ni-Ti)合金材料制成，能够有效地提高锁定位置的指向精度。

展开动作执行前旋转锁定关节处于初始状态，此时片式执行弹簧5处于弯曲受力状态。

如图3所示，当本发明的旋转锁定关节释放时，首先锁定剪3解锁，使动作钩4脱离初始位置，片式执行弹簧5的弯曲应力转变为活动铰链关节2的驱动力，在此驱动力的作用下，活动铰链关节2绕着固定连接轴6旋转，当活动铰链关节2到达目的工况后，片式执行弹簧5的弯曲应力消失，此时整个旋转锁定关节处于图3所示的位置。

此时片式执行弹簧5处于伸展状态并成为固定铰链关节1与活动铰链关节2之间的一个连接件，它将约束活动铰链关节2通过固定连接轴6围绕固定铰链关节1的旋转，此时片式执行弹簧5承受轴向拉压力。

本实施例中，片式执行弹簧5的抗拉断裂强度大于960Mpa。

Claims (4)

1、旋转锁定关节，包括固定铰链关节(1)、活动铰链关节(2)和连接释放机构，固定铰链关节(1)和活动铰链关节(2)的内侧通过固定连接轴(6)连接，外侧通过连接释放机构连接，其特征在于:在固定铰链关节(1)外侧通过下连接轴(7)连接一个片式执行弹簧(5)，片式执行弹簧(5)的另一端通过上连接轴(8)连接在活动铰链关节(2)外侧；展开动作执行前，片式执行弹簧处于弯曲受力状态。

2、根据权利要求1的旋转锁定关节，其特征在于:所述连接释放机构由锁定剪(3)和动作钩(4)组成；锁定剪(3)位于固定铰链关节(2)上，用于展开动作执行前，锁定动作钩(4)；动作钩(4)将固定铰链关节(1)与活动铰链关节(2)外侧连接在一起。

3、根据权利要求1或2的旋转锁定关节，其特征在于:所述片式执行弹簧(5)使用形状记忆合金材料或其它弹性材料。

4、根据权利要求3的旋转锁定关节，其特征在于:片式执行弹簧(5)的抗拉断裂强度大于800Mpa。

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