CN101792025A - 适于太空环境的驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于航天领域，具体涉及一种适于太空环境的驱动装置。大齿轮与输出轴键连接，输出轴由装于减速箱箱体和减速箱背板上的轴承支承，小齿轮轴和大齿轮啮合，构成减速机构；步进电机驱动小齿轮轴，转角传感器检测输出轴的转角，在夹层壳体内安装加热电阻，内壁面上贴热电偶；夹层中间充填熔点为40摄氏度的石蜡。所有电信号通过电连接器和控制器相连接。电机工作环境温度被控制器控制，从而使普通步进电机适于太空环境使用，可以显著降低航天驱动机构的成本。

Description

适于太空环境的驱动装置

技术领域

本发明属于航天领域，具体来说涉及一种适于太空环境的驱动装置。

背景技术

航天器在太空中要适应太空环境，太空环境的特点是(1)极端温度：由于真空，传热方式主要是辐射，受阳光直接照射的一面，可产生高达100℃以上；而背阴的一面，温度则可低至-100℃～-200℃。(2)高真空：在通常的航天器飞行区域，压力一般为10^-6pa。(3)微重力：由于远离地球，引力减小，重力加速度小于1％g。其中对航天工作装置影响最大的是高温低温以及高真空度。电器在真空中会发生“放电现象”，而工业中常用电器的工作温度都在-40℃～+60℃之间。

真空放电是指电气在低气压或高真空环境并有高电压存在时电极间的放电现象。实用新型专利97243359.7“真空放电的防护装置”设计了一种防护装置，其结构是在每个丝状结构处，设置一个环形金属腔体，将丝的尖端置于其中，腔体封闭并与丝体作电连接。优化设计是：同时对高压电源的腔体进行树脂灌封。本设计在不增加仪器体积、重量与能耗的前提下，有效地消除了高压真空放电现象，从而可以完全消除放电引起的测量噪声，并确保仪器不会受到放电损坏。

实用新型专利200920142674.X“航空航天用高温柔软电线”公开了一种航空航天用高温柔软电线：包括7根或7根以上的导体，导体外包裹着绝缘层。所述的导体为镀银软圆铜线。所述的导体外绝缘层材料为四氟乙烯-全氟烷基乙醚共聚物。本实用新型的电线导体采用多根镀银软铜线，提高了柔软性；绝缘层采用高强度热塑型氟乙烯-全氟烷基乙醚共聚物材料，具有耐高温、耐油、耐磨、耐酸碱、耐各种化学腐蚀，机械强度高、柔软易加工等优点，增加了耐高温250℃级的柔软型系列新产品。

实用新型专利200620078926.3“微矩形气密电连接器”设计了一种微矩形气密电连接器，包括外壳、玻璃管、插孔、插孔引出端，所述外壳、插孔、插孔引出端皆为金属件，所述玻璃管套在插孔外并将插孔封装在金属壳体内，插孔和插孔引出端皆为两排，本实用新型将一排插孔的封装部位打弯，使插孔引出端由两排变成一排；将玻璃管封装件改为用玻璃粉直接填充在插孔打弯部位，并与外壳烧结成玻璃实体进行封装。此一排引出端的数量不变，在外壳上的横向长度不变，所述插孔引出端的间距缩短为插孔间距的1/2长。由此使连接器的结构更紧凑，体积更小；具有良好的密封效果。其漏率达到1×10^-10Pa·m³/s，能满足整机的气密性要求，可用于航空、航天、舰艇及电子信息技术领域。

发明专利98122251.X“一种相变贮能复合材料”公开了一种相变贮能复合材料。该相变贮能复合材料是以复合金属相变材料作为贮能体，由至少两种相变材料做成，两种材料互相叠合，在相变材料表层分别由具有涂层的金属或非金属外壳包裹。此相变贮能电热复合材料可广泛用于家用电器、仪器仪表及航空航天领域等控温保温场合。

以上专利都对适于太空环境的某些元件进行了设计。但在将来的空间站建设以及目前地面进行航天器模拟太空环境试验中，都需要各种驱动装置。尤其需要在工业中普遍应用的步进电机等易于控制的机构。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种适于太空环境的驱动装置，它可以代替人手，来完成宇航服在热辐射实验中的操作，或用于太空环境中作业的机械手的驱动，辅助完成太空站的建设。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种适于太空环境的驱动装置，其特征在于，构成该装置的零部件及其连接为：大齿轮与输出轴键连接，所述的输出轴通过第一轴承和第二轴承分别安装于减速箱箱体和减速箱背板上；通过放置于减速箱箱体通孔中环形槽中的第一密封圈，实现输出轴与减速箱箱体的密封。

小齿轮轴通过第三轴承和第四轴承分别安装于减速箱箱体和减速箱背板上；所述的大齿轮与所述的小齿轮轴啮合。

减速箱背板通过止口和减速箱箱体的下口配合，通过沉头螺钉与减速箱箱体的螺纹连接固定。

步进电机轴经减速箱背板上的一个阶梯孔与小齿轮轴下端的盲孔配合，用步进电机轴紧定螺钉固定，步进电机的壳体采用螺钉安装在减速箱背板上；

转角传感器经减速箱背板上的另一个阶梯孔与输出轴下端的盲孔配合，并用传感器轴紧定螺钉固定；转角传感器外壳固定在减速箱背板上。

在夹层壳体形成的内部圆筒形空腔的两侧壁面上对称安装第一加热电阻和第二加热电阻，内壁面上贴有热电偶。

夹层壳体通过螺钉与减速箱箱体的螺纹连接固定，其间通过置于减速箱箱体密封槽中的第二密封圈密封；通过夹层壳体外壁两侧设的各一个螺孔向夹层中间的80％空间充填熔点为40摄氏度的石蜡，然后两侧的螺孔用螺堵和组合密封垫圈封闭。

在夹层壳体的底部设置通孔，并安装具有密封功能的电连接器；转角传感器，第一加热电阻，热电偶，第二加热电阻，步进电机的供电和控制线都连接在电连接器的一端，电连接器的另一端通过耐高温和低温的屏蔽电缆和控制器相连接。

本发明的有益效果：

本发明基于对电机工作环境进行控制的原理，设计了一种适于太空环境的步进电机，减速器等一体的驱动装置，可以使工业级电器元件适应于空间环境使用，可以显著降低成本。它可以代替人手，来完成宇航服在热辐射实验中的操作，或用于太空环境中作业的机械手的驱动，辅助完成太空站的建设。

附图说明

图1适于太空环境的驱动装置结构示意图。

图2适于太空环境的驱动装置的电路框图。

附图中：第三轴承1，大齿轮2，小齿轮轴3，输出轴4，第一轴承5，第一密封圈6，传感器轴紧定螺钉7，第二轴承8，减速箱箱体9，组合密封垫圈10，螺堵11，螺钉12，沉头螺钉13，转角传感器14，第一加热电阻15，热电偶16，夹层壳体17，石蜡18，螺钉19，电缆20，电连接器21，第二加热电阻22，步进电机23，螺钉24，减速箱背板25，第四轴承26，螺钉27，第二密封圈28，步进电机轴紧定螺钉29

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明。

首先介绍本发明零部件的结构：

减速箱箱体9，见图1，为断面为π形的圆筒，其内端面上开有一个通孔和一个盲孔，在通孔中，设一环形槽和一沉孔。通孔和盲孔两孔间距为大齿轮2和小齿轮轴3的中心距。在通孔的沉孔中安装第一轴承5，在通孔中的环形槽中安装第一密封圈6；盲孔中安装第三轴承1。减速箱箱体9的法兰上均布螺纹孔和一放置第二密封圈28的密封槽，用于与夹层壳体17连接及其间的密封。

减速箱背板25见图1，其一个面上设两个阶梯孔，一个阶梯孔用于安装第四轴承26和步进电机23轴的穿过其孔与小齿轮轴3连接；另一个梯阶孔用于安装第二轴承8和转角传感器14轴的穿过其孔与输出轴4的连接。减速箱背板25上设一个止口、法兰上均布四个沉孔，用于与减速箱箱体9的螺纹连接。在减速箱背板25的另一个面上设有固定转角传感器14和步进电机23的螺纹孔。

夹层壳体17见图1，其形状为圆筒形，上端部为法兰形，内部为圆筒形空腔，用不锈钢薄板焊接而成。外表面经过抛光处理，以减小对辐射的吸收强度。两侧都开有螺孔，通过该螺孔向夹层中间的80％空间充填熔点为40摄氏度的石蜡18，然后两侧的螺孔用螺堵11和组合密封垫圈10封闭。在夹层壳体17的底部开有一通孔，周边均布螺孔，用于安装具有密封功能的电连接器21，实现壳体内外的电信号互通。

构成本发明的零部件间的连接为：

一种适于太空环境的驱动装置，见图1，构成该装置的零部件连接为：大齿轮2与输出轴4键连接，所述的输出轴4通过第一轴承5和第二轴承8分别安装于减速箱箱体9和减速箱背板25上；输出轴4可以在第一、第二轴承的支撑下旋转；小齿轮轴3可以在第三、第四轴承的支撑下旋转；通过放置于减速箱箱体9通孔中环形槽中的第一密封圈6，实现输出轴4与减速箱箱体9的密封；

小齿轮轴3通过第三轴承1和第四轴承26分别安装于减速箱箱体9和减速箱背板25上；所述的大齿轮2与所述的小齿轮轴啮合；

减速箱背板25通过止口和减速箱箱体9的下口配合，通过沉头螺钉13与减速箱箱体9的螺纹连接固定；

步进电机23轴经减速箱背板25上的一个阶梯孔与小齿轮轴3下端的盲孔配合，并用步进电机轴紧定螺钉29固定，步进电机23的壳体采用螺钉24安装在减速箱背板25上；步进电机23旋转时，带动小齿轮轴3旋转，小齿轮轴3带动大齿轮2旋转，从而驱动输出轴4旋转，驱动其它执行机构。

转角传感器14经减速箱背板25上的另一个阶梯孔与输出轴4下端的盲孔配合，并用传感器轴紧定螺钉7紧固；转角传感器14外壳固定在减速箱背板25上；转角传感器14随大齿轮2的转动一起转动。

在夹层壳体17形成的内部圆筒形空腔的两侧壁面上对称安装第一加热电阻15和第二加热电阻22，内壁面上贴有热电偶9；

夹层壳体17通过螺钉27与减速箱箱体9的螺纹连接固定，其间通过置于减速箱箱体9密封槽中的第二密封圈28密封；通过夹层壳体17外壁两侧设的各一个螺孔向夹层中间的80％空间充填熔点为40摄氏度的石蜡18，然后两侧的螺孔用螺堵11和组合密封垫圈10封闭。

在夹层壳体17的底部设置通孔，并在外侧孔周围均布螺纹孔，在通孔中安装具有密封功能的电连接器21，电连接器21通过螺钉19固定在夹层壳体17上；转角传感器14，第一加热电阻15，热电偶16，第二加热电阻22，步进电机23的供电和控制线都连接在电连接器21的一端，电连接器21的另一端通过耐高温和低温的屏蔽电缆20和控制器相连接。电连接器21采用的专利号：200620078926.3，实用新型名称为“微矩形气密电连接器”的电连接器。

图2为适于太空环境的驱动装置的电路框图，该控制电路以单片机为核心，由触摸屏给单片机发出转角指令，单片机的一路输出控制电机控制器，电机控制器控制步进电机23。单片机输出的另外两路分别控制第一开关和第二开关，第二开关和第一开关分别控制第一加热电阻15和第二加热电阻22。热电偶16检测到的温度信号和转角传感器14的转角信号反馈给单片机。

本发明的作用介绍如下。

转角指令通过触摸屏发给单片机，单片机发出指令给电机控制器，电机控制器输出电信号通过电缆20并经电连接器21到步进电机23时，步进电机23旋转，带动小齿轮轴3旋转，小齿轮轴3带动大齿轮2旋转，从而带动输出轴4旋转，输出轴4驱动其它执行机构。所转角度由转角传感器14检测，经电连接器21和电缆20反馈给单片机，和转角指令相比较，实现闭环控制。

当热电偶9检测到夹层壳体17内壁温度低于-10℃时，热电偶9把电信号传给单片机，单片机发出相应的指令启动第二开关，第一开关，第一加热电阻15和第二加热电阻22开始加热，提高腔内温度；当夹层壳体17内壁温度达到+10℃以上时，第一加热电阻15和第二加热电阻22停止加热；当夹层壳体17内壁温度达到+40℃时，夹层壳体17中的夹层中的石蜡11开始融化，吸收热量从而阻止腔内温度再提高。石蜡的融化吸热量足以维持10小时以上的辐射吸收热量，满足驱动装置在太空每个白天被阳光照射时间的辐射不会过热，也满足地面热辐射试验每次试验时间的要求。从而控制了腔内温度在-10℃到+40℃之间，从而适合常用电器的使用。

Claims (1)

1.一种适于太空环境的驱动装置，其特征在于，构成该装置的零部件及其连接为：大齿轮(2)与输出轴(4)键连接，所述的输出轴(4)通过第一轴承(5)和第二轴承(8)分别安装于减速箱箱体(9)和减速箱背板(25)上；通过放置于减速箱箱体(9)通孔中环形槽中的第一密封圈(6)，实现输出轴(4)与减速箱箱体(9)的密封；

小齿轮轴(3)通过第三轴承(1)和第四轴承(26)分别安装于减速箱箱体(9)和减速箱背板(25)上；所述的大齿轮(2)与所述的小齿轮轴(3)啮合；

减速箱背板(25)通过止口和减速箱箱体(9)的下口配合，通过沉头螺钉(13)与减速箱箱体(9)的螺纹连接固定；

步进电机(23)轴经减速箱背板(25)上的一个阶梯孔与小齿轮轴(3)下端的盲孔配合，用步进电机轴紧定螺钉(29)固定，步进电机(23)的壳体采用螺钉(24)安装在减速箱背板(25)上；

转角传感器(14)经减速箱背板(25)上的另一个阶梯孔与输出轴(4)下端的盲孔配合，并用传感器轴紧定螺钉(7)固定；转角传感器(14)外壳固定在减速箱背板(25)上；

在夹层壳体(17)形成的内部圆筒形空腔的两侧壁面上对称安装第一加热电阻(15)和第二加热电阻(22)，内壁面上贴有热电偶(16)；

夹层壳体(17)通过螺钉(27)与减速箱箱体(9)的螺纹连接固定，其间通过置于减速箱箱体(9)密封槽中的第二密封圈(28)密封；通过夹层壳体(17)外壁两侧设的各一个螺孔向夹层中间的80％空间充填熔点为40摄氏度的石蜡(18)，然后两侧的螺孔用螺堵(11)和组合密封垫圈(10)封闭；

在夹层壳体(17)的底部设置通孔，并用螺钉(19)安装具有密封功能的电连接器(21)；转角传感器(14)，第一加热电阻(15)，热电偶(16)，第二加热电阻(22)，步进电机(23)的供电和控制线都连接在电连接器(21)的一端，电连接器(21)的另一端通过耐高温和低温的屏蔽电缆(20)和控制器相连接。