CN102128222B - 在轨可维护低功耗高可靠性空间制动器 - Google Patents
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Abstract
在轨可维护低功耗高可靠性空间制动器，它涉及一种空间制动器。本发明为了解决现有的空间制动器存在的可靠性低、功耗高和无法实现在轨维护的问题。本发明的双绕组冗余电磁线圈安装在环形凹槽内，气隙调整套筒套在连接轴系上，衔铁摩擦盘通过多个弹簧导杆和螺母与制动器壳体连接，每个弹簧导杆上均套装有一个制动弹簧，制动大齿轮固定套装在连接轴系上，摩擦盘凸台的端面与齿轮凸台端面接触，齿轮轴穿设在制动器盖上，齿轮轴的内轴端设有小齿轮，弹簧压盖位于制动器盖的外侧并固定套装在齿轮轴上，手动弹簧套装在齿轮轴上，制动器工作时，小齿轮与制动大齿轮分离，制动器维护时，小齿轮与制动大齿轮啮合。本发明用于空间服务设备中。
Description
技术领域
本发明涉及一种空间制动器，具体涉及一种在轨可维护低功耗高可靠性空间制动器。
背景技术
根据我国空间技术发展的现状，设计自主研发的空间设备已成大势所趋。虽然国内在空间设备制动部件的设计上取得了一些进展，但是空间制动部件的核心部件依然依赖于国外的成品以及一般地面设备的改进，其存在的问题是无法适用于空间环境的要求，功耗大、质量大，可靠性低、寿命短。目前国内尚没有专门用于空间设备的在轨可维护、高可靠性、低功耗、质量轻的制动部件。能实现以上功能的空间制动器部件就成为我国对太空进一步探索的关键环节。制动器是空间设备安全及正常工作的保障，制动器的性能直接决定了整个空间设备的安全性以及可靠性。
目前空间服务设备，包括常规卫星、航天器、空间机器人等。以空间机器人为例，大部分的空间机器人使用的是接触盘式制动器。盘式制动器有以下优点：效能较稳定；在输出制动力矩相同的情况下，尺寸和质量一般较小；较容易实现间隙自动调整，其他保养修理作业也较简便。美国使用的SRMS中的关节制动器的制动盘是两个以石棉/酚醛树脂为主要原料的环形摩擦片。在地面试验中制动器完全满足性能要求，但是在随后的空间任务里，制动器的制动性能出现了大幅的衰减。这引发了对空间制动材料的深入研究。失电制动器作为保证机器人及设备的安全及姿态维持的关键部件，其可靠性是异常重要。因此合理的制动盘磨擦副设计，是保证空间制动器可靠性的关键，为了保证制动器在失效时还可将设备收回或者做一些安全措施，制动器还需要具备在轨可维护功能。同时，稳定并且较高的摩擦系数，也能最大幅度的降低功耗。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的空间制动器存在的可靠性低、功耗高和无法实现在轨维护的问题，进而提供一种在轨可维护低功耗高可靠性空间制动器。
本发明的技术方案是：在轨可维护低功耗高可靠性空间制动器包括制动器壳体、连接轴系和第一轴承，所述制动器壳体套在连接轴系上，制动器壳体与连接轴系之间设置有第一轴承；所述在轨可维护低功耗高可靠性空间制动器还包括双绕组冗余电磁线圈、气隙调整套筒、衔铁摩擦盘、制动大齿轮、制动器盖、手动弹簧、弹簧压盖、齿轮轴、轴承压盖、第二轴承、多个弹簧导杆、多个制动弹簧和多个第一紧固螺母；所述制动器壳体的摩擦端面上开有环形凹槽，所述双绕组冗余电磁线圈安装在环形凹槽内，所述气隙调整套筒位于制动器壳体内，气隙调整套筒套在连接轴系上，且气隙调整套筒与连接轴系之间留有间隙，所述衔铁摩擦盘通过多个弹簧导杆和第一紧固螺母与制动器壳体连接，衔铁摩擦盘与制动器壳体之间留有间隙，每个弹簧导杆上均套装有一个制动弹簧，且制动弹簧位于制动器壳体与衔铁摩擦盘之间，制动大齿轮固定套装在连接轴系上，衔铁摩擦盘上设有摩擦盘凸台，制动大齿轮上设有齿轮凸台，所述摩擦盘凸台的端面与齿轮凸台端面接触，气隙调整套筒的一端与第一轴承相抵靠，气隙调整套筒的另一端穿过衔铁摩擦盘的中心孔与制动大齿轮相抵靠，所述制动器盖盖装在制动器壳体上，所述齿轮轴穿设在制动器盖上，齿轮轴与制动器盖之间设置有第二轴承，轴承压盖套在齿轮轴上，第二轴承通过轴承压盖轴向定位，齿轮轴的轴端设有小齿轮，弹簧压盖位于制动器盖的外侧并固定套装在齿轮轴上，手动弹簧套装在齿轮轴上，且手动弹簧位于轴承压盖与弹簧压盖之间，制动器工作时，小齿轮与制动大齿轮分离，制动器维护时，小齿轮与制动大齿轮啮合。
本发明与现有技术相比具有以下效果：本发明通过在制动器壳体内设置双绕组冗余电磁线圈，提高了在轨工作的可靠性，采用失电制动，保证了空间设备和宇航员在空间中的安全。本发明采用衔铁摩擦盘，质量轻，动态特性好，使得制动器的功耗相比于一般制动器的功耗小5％。本发明的衔铁摩擦盘与制动大齿轮面接触，保证了衔铁摩擦盘与制动大齿轮接触时的可靠性。在制动器处于制动状态下，其摩擦力矩很大，本发明通过一对啮合的齿轮即可实现用一个很小的力矩驱动一个很大的负载，实现了制动器的在轨调试和维护。本发明还具有安装简易和机械精度高的优点。
附图说明
图1是本发明的制动器的立体图，图2是制动器的主视图，图3是制动器的后视图，图4是本发明的制动器的主剖视图，图5是图3的B-B局部剖视图，图6是衔铁摩擦盘5的立体图，图7是弹簧导杆16的立体图，图8是齿轮轴13的立体图，图9是图4的A处局部放大图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1-图9说明本实施方式，本实施方式的在轨可维护低功耗高可靠性空间制动器包括制动器壳体1、连接轴系3和第一轴承20，所述制动器壳体1套在连接轴系3上，制动器壳体1与连接轴系3之间设置有第一轴承20；所述在轨可维护低功耗高可靠性空间制动器还包括双绕组冗余电磁线圈2、气隙调整套筒4、衔铁摩擦盘5、制动大齿轮6、制动器盖9、手动弹簧10、弹簧压盖11、齿轮轴13、轴承压盖14、第二轴承15、多个弹簧导杆16、多个制动弹簧17和多个第一紧固螺母19；所述制动器壳体1的摩擦端面上开有环形凹槽1-1，所述双绕组冗余电磁线圈2安装在环形凹槽1-1内，所述气隙调整套筒4位于制动器壳体1内，气隙调整套筒4套在连接轴系3上，且气隙调整套筒4与连接轴系3之间留有间隙，所述衔铁摩擦盘5通过多个弹簧导杆16和第一紧固螺母19与制动器壳体1连接，衔铁摩擦盘5与制动器壳体1之间留有间隙，每个弹簧导杆16上均套装有一个制动弹簧17，且制动弹簧17位于制动器壳体1与衔铁摩擦盘5之间，制动大齿轮6固定套装在连接轴系3上，衔铁摩擦盘5上设有摩擦盘凸台5-1，制动大齿轮6上设有齿轮凸台6-1，所述摩擦盘凸台5-1的端面与齿轮凸台6-1端面接触，气隙调整套筒4的一端与第一轴承20相抵靠，气隙调整套筒4的另一端穿过衔铁摩擦盘5的中心孔与制动大齿轮6相抵靠，所述制动器盖9盖装在制动器壳体1上，所述齿轮轴13穿设在制动器盖9上，齿轮轴13与制动器盖9之间设置有第二轴承15，轴承压盖14套在齿轮轴13上，第二轴承15通过轴承压盖14轴向定位，齿轮轴13的轴端有小齿轮13-1，弹簧压盖11位于制动器盖9的外侧并固定套装在齿轮轴13上，手动弹簧10套装在齿轮轴13上，且手动弹簧10位于轴承压盖14与弹簧压盖11之间，制动器工作时，小齿轮13-1与制动大齿轮6分离，制动器维护时，小齿轮13-1与制动大齿轮6啮合。
本实施方式中，当空间设备无法工作时制动器将抱死。将齿轮轴13压向制动器壳体1，实现小齿轮13-1与制动大齿轮6啮合。通过外部工具可以使用较小的力(力矩)，克服制动器的摩擦力矩使轴转动，从而进行维护(或维修)。制动器工作时，小齿轮13-1在手动弹簧10的作用下与制动大齿轮6分离。
本实施方式中，衔铁摩擦盘6通过弹簧导杆16实现轴向往复移动。
本实施方式中，通过改变制动弹簧17的数量及刚度系数调节制动器的制动力矩。
具体实施方式二：结合图4和图9说明本实施方式，本实施方式的摩擦盘凸台5-1的直径与齿轮凸台6-1的直径相等。如此设置，接触面积大，更好的保证了衔铁摩擦盘与制动大齿轮接触时的可靠性。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图4和图9说明本实施方式，本实施方式的摩擦盘凸台5-1的端面上和齿轮凸台6-1的端面上均镀有高耐磨陶瓷涂层。如此设置，高耐磨陶瓷涂层具有热稳定性好，摩擦系数较大，摩擦系数稳定及磨损量小的优点。其热稳定性的特点保证了制动器在空间的真空高低温环境下变形小，机械特性稳定。摩擦系数大，使得制动器的制动效果相比与一般材料的制动器具有明显的优势。摩擦系数稳定保证了制动力矩的稳定，提高了制动器在空间环境下的稳定性与可靠性。小的磨损量增加了制动器在轨服务时间，同时也提高了可靠性。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。
本实施方式的摩擦盘凸台5-1的端面上和齿轮凸台6-1的端面上均采用热喷涂技术镀上一层高耐磨陶瓷涂层，本实施方式的高耐磨陶瓷涂层为Cr2O3、Al2O3或TiO2。
具体实施方式四：结合图4说明本实施方式，本实施方式的在轨可维护低功耗高可靠性空间制动器还包括键7和第二紧固螺母8，制动大齿轮6通过键7实现径向定位固定安装在连接轴系3上，制动大齿轮6通过螺纹连接在连接轴系3的轴端第二紧固螺母8实现轴向安装紧固。如此设置，有效防止制动大齿轮6的窜动，结构更为可靠。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。
具体实施方式五：结合图5说明本实施方式，本实施方式的在轨可维护低功耗高可靠性空间制动器还包括多个调整垫片18，每个弹簧导杆16上均套装有一个调整垫片18，调整垫片18位于制动弹簧17与制动器壳体1之间。如此设置，用以调整制动弹簧17的初始压力，保证所有制动弹簧17的压力相等，从而更加保证了衔铁摩擦盘5与制动大齿轮接触时的可靠性。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。
具体实施方式六：结合图8说明本实施方式，本实施方式的在轨可维护低功耗高可靠性空间制动器还包括六角形头12，所述六角形头12设置在齿轮轴13的末端。如此设置，不仅可手动进行调节，也可通过电动工具进行操作，具有互换性强和灵活性强的优点。
Claims (6)
1.一种在轨可维护低功耗高可靠性空间制动器，它包括制动器壳体(1)、连接轴系(3)和第一轴承(20)，所述制动器壳体(1)套在连接轴系(3)上，制动器壳体(1)与连接轴系(3)之间设置有第一轴承(20)；其特征在于：所述在轨可维护低功耗高可靠性空间制动器还包括双绕组冗余电磁线圈(2)、气隙调整套筒(4)、衔铁摩擦盘(5)、制动大齿轮(6)、制动器盖(9)、手动弹簧(10)、弹簧压盖(11)、齿轮轴(13)、轴承压盖(14)、第二轴承(15)、多个弹簧导杆(16)、多个制动弹簧(17)和多个第一紧固螺母(19)；所述制动器壳体(1)的摩擦端面上开有环形凹槽(1-1)，所述双绕组冗余电磁线圈(2)安装在环形凹槽(1-1)内，所述气隙调整套筒(4)位于制动器壳体(1)内，气隙调整套筒(4)套在连接轴系(3)上，且气隙调整套筒(4)与连接轴系(3)之间留有间隙，所述衔铁摩擦盘(5)通过多个弹簧导杆(16)和第一紧固螺母(19)与制动器壳体(1)连接，衔铁摩擦盘(5)与制动器壳体(1)之间留有间隙，每个弹簧导杆(16)上均套装有一个制动弹簧(17)，且制动弹簧(17)位于制动器壳体(1)与衔铁摩擦盘(5)之间，制动大齿轮(6)固定套装在连接轴系(3)上，衔铁摩擦盘(5)上设有摩擦盘凸台(5-1)，制动大齿轮(6)上设有齿轮凸台(6-1)，所述摩擦盘凸台(5-1)的端面与齿轮凸台(6-1)端面接触，气隙调整套筒(4)的一端与第一轴承(20)相抵靠，气隙调整套筒(4)的另一端穿过衔铁摩擦盘(5)的中心孔与制动大齿轮(6)相抵靠，所述制动器盖(9)盖装在制动器壳体(1)上，所述齿轮轴(13)穿设在制动器盖(9)上，齿轮轴(13)与制动器盖(9)之间设置有第二轴承(15)，轴承压盖(14)套在齿轮轴(13)上，第二轴承(15)通过轴承压盖(14)轴向定位，齿轮轴(13)的内轴端设有小齿轮(13-1)，弹簧压盖(11)位于制动器盖(9)的外侧并固定套装在齿轮轴(13)上，手动弹簧(10)套装在齿轮轴(13)上，且手动弹簧(10)位于轴承压盖(14)与弹簧压盖(11)之间，制动器工作时，小齿轮(13-1)在手动弹簧(10)的作用下与制动大齿轮(6)分离，制动器维护时，当齿轮轴(13)压向制动器壳体(1)时，小齿轮(13-1)与制动大齿轮(6)啮合。
2.根据权利要求1所述的在轨可维护低功耗高可靠性空间制动器，其特征在于：摩擦盘凸台(5-1)的直径与齿轮凸台(6-1)的直径相等。
3.根据权利要求1或2所述的在轨可维护低功耗高可靠性空间制动器，其特征在于：摩擦盘凸台(5-1)的端面上和齿轮凸台(6-1)的端面上均镀有高耐磨陶瓷涂层。
4.根据权利要求3所述的在轨可维护低功耗高可靠性空间制动器，其特征在于：在轨可维护低功耗高可靠性空间制动器还包括键(7)和第二紧固螺母(8)，制动大齿轮(6)通过键(7)实现径向定位固定安装在连接轴系(3)上，制动大齿轮(6)通过螺纹连接在连接轴系(3)轴端的第二紧固螺母(8)实现轴向安装紧固。
5.根据权利要求1所述的在轨可维护低功耗高可靠性空间制动器，其特征在于：在轨可维护低功耗高可靠性空间制动器还包括多个调整垫片(18)，每个弹簧导杆(16)上均套装有一个调整垫片(18)，调整垫片(18)位于制动弹簧(17)与制动器壳体(1)之间。
6.根据权利要求1、2、4或5所述的在轨可维护低功耗高可靠性空间制动器，其特征在于：在轨可维护低功耗高可靠性空间制动器还包括六角形头(12)，所述六角形头(12)设置在齿轮轴(13)的末端。
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