CN102720733A

CN102720733A - 一种空间在轨重复锁紧释放机构

Info

Publication number: CN102720733A
Application number: CN2012102167876A
Authority: CN
Inventors: 岳洪浩; 王宇兵; 祝洪滨; 邓宗全
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2012-06-28
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2032-06-28
Also published as: CN102720733B

Abstract

一种空间在轨重复锁紧释放机构，它涉及一种重复锁紧释放机构。本发明的目的是解决航天器上大型有效载荷的在轨多次锁紧与释放问题。本发明包括锁紧耳轴机构、压紧锁钩机构、锁紧底座机构、曲柄摇杆机构和驱动齿轮机构，锁紧耳轴机构设置在锁紧底座机构的上端，驱动齿轮机构分别与压紧锁钩机构和曲柄摇杆机构连接。本发明的锁紧耳轴机构、压紧锁钩机构、锁紧底座机构、曲柄摇杆机构和驱动齿轮机构交叉布置，结构简单、紧凑，能够使被固定物的所有自由度完全被限制，可实现重复锁紧，操控性好，能够满足在轨锁紧—释放—再锁紧的使用需求。本发明适用于航空航天和机电一体化技术领域。

Description

一种空间在轨重复锁紧释放机构

技术领域

本发明涉及一种重复锁紧释放机构，具体涉及一种空间在轨重复锁紧释放机构。

背景技术

在航空航天领域，航天器与有效载荷的连接分离大多采用爆炸螺栓与火工切割器等火工装置，虽然具有结构简单、可靠性高等特点，但无法实现在轨重复锁紧功能，同时火工分离产生的巨大冲击对空间操控平台的姿态和精度控制均产生严重影响。

近年来，随着空间站建设与空间探测技术的发展，天地往返系统对所运输的大尺寸、重载物资的锁紧—释放—再锁紧需求日益强烈，各种空间操控平台在轨无冲击释放精密有效载荷的任务要求也越来越多。因此，原有的一次性锁紧技术和火工解锁装置已经无法满足当前和未来空间任务的要求。

目前，美国和日本围绕空间站“希望号”节点舱外暴露平台建设及货物转移运输要求，先后开展了可重复锁紧机构的设计与研究，并经过了航天飞机和运载火箭的飞行验证，证实其设计的有效性和可靠性。在我国，尽管近年来在航天器连接与分离机构领域的研究取得了诸多技术成果和工程应用，但针对在轨应用的大承载低冲击重复锁紧释放机构的研究尚未开展，而且现有的锁紧释放机构存在不可重复使用，且释放过程中冲击过大的问题。

发明内容

本发明的目的是解决航天器上大型有效载荷的在轨多次锁紧与释放问题，进而提供一种空间在轨重复锁紧释放机构。

本发明的技术方案是：一种空间在轨重复锁紧释放机构包括锁紧耳轴机构、压紧锁钩机构、锁紧底座机构、曲柄摇杆机构和驱动齿轮机构，锁紧耳轴机构设置在锁紧底座机构的上端，驱动齿轮机构分别与压紧锁钩机构和曲柄摇杆机构连接，

所述锁紧底座机构包括底座，底座的上端设有V型槽，且底座的中部设有机构容纳腔，

所述锁紧耳轴机构包括耳轴，耳轴的下端设置在底座上的V型槽内，

所述压紧锁钩机构包括锁钩齿轮、锁钩本体、第一锁钩横轴、第二凸轮、第二微动开关和第二锁钩横轴，第一锁钩横轴穿设在锁钩本体的右端，第二锁钩横轴穿设在锁钩本体左端，且锁钩齿轮和第二凸轮依次穿设在第二锁钩横轴的中部，锁钩齿轮和第二凸轮位于机构容纳腔内，第二微动开关设置在底座上机构容纳腔的侧壁上，且在释放状态下，第二凸轮与第二微动开关相抵，

所述曲柄摇杆机构包括主曲柄杆、连杆、摇杆、第一曲柄杆齿轮、卡爪、第一凸轮、第一微动开关、第一转轴、第二转轴、第三转轴和第四转轴，第一转轴固装在底座上的机构容纳腔内，第一凸轮、主曲柄杆的一端和第一曲柄杆齿轮依次固装在第一转轴上，主曲柄杆的另一端与连杆的一端之间通过第二转轴可转动连接，连杆的另一端与摇杆的一端之间通过第三转轴转动连接，第四转轴转动穿设在摇杆的另一端和底座的侧壁上，第一微动开关设置在底座上机构容纳腔的内壁上，且在锁紧状态下，第一凸轮与第一微动开关相抵，卡爪设置在摇杆上，

所述驱动齿轮机构包括扇形齿轮、电机和减速器，电机和减速器由左至右依次设置在底座的侧壁外端，且减速器的输出轴穿设在底座的侧壁上，扇形齿轮套装在减速器的输出轴上并位于机构容纳腔内，扇形齿轮分别与锁钩齿轮和第一曲柄杆齿轮相啮合。

本发明与现有技术相比具有以下效果：1.本发明的锁紧耳轴机构、压紧锁钩机构、锁紧底座机构、曲柄摇杆机构和驱动齿轮机构交叉布置，结构简单、紧凑，能够使被固定物的所有自由度完全被限制。2.本发明的曲柄摇杆机构工作在反向死点位置附近，具有大増力比，较小的驱动力矩可在锁紧耳轴上产生很大的锁紧力，使锁紧紧固可靠，可承受数万牛顿的冲击振动载荷。3.本发明可实现重复锁紧，操控性好，能够满足在轨锁紧—释放—再锁紧的使用需求。4.本发明解锁过程冲击极小，对航天器本体及被分离对象的姿态及稳定性控制无影响。

附图说明

图1是本发明的锁紧状态的立体结构示意图；图2是本发明的解锁状态的立体结构示意图；图3是本发明的剖视图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式的一种空间在轨重复锁紧释放机构包括锁紧耳轴机构、压紧锁钩机构、锁紧底座机构、曲柄摇杆机构和驱动齿轮机构，锁紧耳轴机构设置在锁紧底座机构的上端，驱动齿轮机构分别与压紧锁钩机构和曲柄摇杆机构连接，

所述锁紧底座机构包括底座4，底座4的上端设有V型槽，且底座4的中部设有机构容纳腔，

所述锁紧耳轴机构包括耳轴12，耳轴12的下端设置在底座4上的V型槽内，

所述压紧锁钩机构包括锁钩齿轮7、锁钩本体8、第一锁钩横轴9、第二凸轮16、第二微动开关14和第二锁钩横轴20，第一锁钩横轴9穿设在锁钩本体8的右端，第二锁钩横轴20穿设在锁钩本体8左端，且锁钩齿轮7和第二凸轮16依次穿设在第二锁钩横轴20的中部，锁钩齿轮7和第二凸轮16位于机构容纳腔内，第二微动开关14设置在底座4上机构容纳腔的侧壁上，且在释放状态下，第二凸轮16与第二微动开关14相抵，

所述曲柄摇杆机构包括主曲柄杆1、连杆2、摇杆3、第一曲柄杆齿轮5、卡爪10、第一凸轮15、第一微动开关13、第一转轴21、第二转轴22、第三转轴23和第四转轴24，第一转轴21固装在底座4上的机构容纳腔内，第一凸轮15、主曲柄杆1的一端和第一曲柄杆齿轮5依次固装在第一转轴21上，主曲柄杆1的另一端与连杆2的一端之间通过第二转轴22可转动连接，连杆2的另一端与摇杆3的一端之间通过第三转轴23转动连接，第四转轴24转动穿设在摇杆3的另一端和底座4的侧壁上，第一微动开关13设置在底座4上机构容纳腔的内壁上，且在锁紧状态下，第一凸轮15与第一微动开关13相抵，卡爪10设置在摇杆3上，

所述驱动齿轮机构包括扇形齿轮6、电机18和减速器19，电机18和减速器19由左至右依次设置在底座4的侧壁外端，且减速器19的输出轴穿设在底座4的侧壁上，扇形齿轮6套装在减速器19的输出轴上并位于机构容纳腔内，扇形齿轮6分别与锁钩齿轮7和第一曲柄杆齿轮5相啮合。

本实施方式的锁紧耳轴机构，通过螺栓与被分离对象连接，解锁后与锁紧底座和锁钩脱离，是连接被分离对象与结构本体间的重要承力结构。在锁紧状态下，其底部耳轴落于底座形成的V型槽内，该方向自由度被有效约束；同时，受压紧锁钩的限制，其垂直于安装平面的运动被约束。

本实施方式的压紧锁钩机构，锁紧底座与耳轴间的关键锁紧零件，在其根部齿轮的驱动下可顺、逆时针转动，从而实现对耳轴的锁紧与解锁。为实现锁紧力的封闭，在锁钩的末端设置了可供摇杆机构上卡爪压紧的横轴，同时为实施控制锁钩的预紧力，在其与耳轴接触位置设置了压力传感器，实时反馈二者之间的压紧力。

本实施方式的锁紧底座机构，锁紧机构的机架，同时也是锁紧耳轴水平运动的约束。其上提供了各转轴的安装接口，中空的结构内部用于安装驱动齿轮及摇杆机构，侧壁上安装用于反馈锁紧和解锁状态的微动开关、驱动原动齿轮的电机及减速器。作为锁紧机构的主要结构，底座与结构本体通过底边布置的螺栓连接。

本实施方式的曲柄摇杆机构，用于施加锁钩压紧耳轴所需的预紧力。通过驱动曲柄杆带动连杆及摇杆转动，当曲柄杆与连杆夹角接近反向死点位置时，摇杆上的预紧卡爪搭上锁钩末端的横轴；继续驱动曲柄杆，卡爪将对横轴持续施加预紧力，直至达到预定范围。保证发射过程中锁紧的可靠性。

本实施方式的驱动齿轮机构，锁紧机构的解锁和再锁紧驱动通过两对啮合的齿轮副实现。锁紧时，电机带动原动齿轮先与锁钩驱动齿轮啮合，使其顺时针旋转，锁钩闭合到位；然后，原动齿轮经过扇形空行程与主曲柄杆齿轮啮合，对锁钩横轴施加预紧力，满足要求后电机制动，齿轮啮合状态固定；当解锁信号发出后，电机反转带动曲柄杆逆时针转动，卡爪脱离横轴，然后原动齿轮与锁钩驱动齿轮啮合，使锁钩反转打开，从而实现了对耳轴的释放。

具体实施方式二：结合图2说明本实施方式，本实施方式的压紧锁钩机构还包括压力传感器17，压力传感器17设置在锁钩本体8上，用来实现锁紧状态的压力测量。如此设置，便于控制锁钩本体8是否锁紧。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1和图2说明本实施方式，本实施方式的曲柄摇杆机构还包括限位装置11，限位装置11固装在连杆2上。如此设置，限制主曲柄杆1和连杆2的极限位置。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的锁紧释放机构还包括两个六方头25，第一转轴21和第二锁钩横轴20的端部各设有一个六方头25。如此设置，预留有手动解锁接口，提高了空间应用的安全系数。其它组成和连接关系与具体实施方式三相同。

Claims

1.一种空间在轨重复锁紧释放机构，其特征在于：它包括锁紧耳轴机构、压紧锁钩机构、锁紧底座机构、曲柄摇杆机构和驱动齿轮机构，锁紧耳轴机构设置在锁紧底座机构的上端，驱动齿轮机构分别与压紧锁钩机构和曲柄摇杆机构连接，

所述锁紧底座机构包括底座（4），底座（4）的上端设有V型槽，且底座（4）的中部设有机构容纳腔，

所述锁紧耳轴机构包括耳轴（12），耳轴（12）的下端设置在底座（4）上的V型槽内，

所述压紧锁钩机构包括锁钩齿轮（7）、锁钩本体（8）、第一锁钩横轴（9）、第二凸轮（16）、第二微动开关（14）和第二锁钩横轴（20），第一锁钩横轴（9）穿设在锁钩本体（8）的右端，第二锁钩横轴（20）穿设在锁钩本体（8）左端，且锁钩齿轮（7）和第二凸轮（16）依次穿设在第二锁钩横轴（20）的中部，锁钩齿轮（7）和第二凸轮（16）位于机构容纳腔内，第二微动开关（14）设置在底座（4）上机构容纳腔的侧壁上，且在释放状态下，第二凸轮（16）与第二微动开关（14）相抵，

所述曲柄摇杆机构包括主曲柄杆（1）、连杆（2）、摇杆（3）、第一曲柄杆齿轮（5）、卡爪（10）、第一凸轮（15）、第一微动开关（13）、第一转轴（21）、第二转轴（22）、第三转轴（23）和第四转轴（24），第一转轴（21）固装在底座（4）上的机构容纳腔内，第一凸轮（15）、主曲柄杆（1）的一端和第一曲柄杆齿轮（5）依次固装在第一转轴（21）上，主曲柄杆（1）的另一端与连杆（2）的一端之间通过第二转轴（22）可转动连接，连杆（2）的另一端与摇杆（3）的一端之间通过第三转轴（23）转动连接，第四转轴（24）转动穿设在摇杆（3）的另一端和底座（4）的侧壁上，第一微动开关（13）设置在底座（4）上机构容纳腔的内壁上，且在锁紧状态下，第一凸轮（15）与第一微动开关（13）相抵，卡爪（10）设置在摇杆（3）上，

所述驱动齿轮机构包括扇形齿轮（6）、电机（18）和减速器（19），电机（18）和减速器（19）由左至右依次设置在底座（4）的侧壁外端，且减速器（19）的输出轴穿设在底座（4）的侧壁上，扇形齿轮（6）套装在减速器（19）的输出轴上并位于机构容纳腔内，扇形齿轮（6）分别与锁钩齿轮（7）和第一曲柄杆齿轮（5）相啮合。

2.根据权利要求1所述一种空间在轨重复锁紧释放机构，其特征在于：所述压紧锁钩机构还包括压力传感器（17），压力传感器（17）设置在锁钩本体（8）上，用来实现锁紧状态的压力测量。

3.根据权利要求1或2所述一种空间在轨重复锁紧释放机构，其特征在于：所述曲柄摇杆机构还包括限位装置（11），限位装置（11）固装在连杆（2）上。

4.根据权利要求3所述一种空间在轨重复锁紧释放机构，其特征在于：锁紧释放机构还包括两个六方头（25），第一转轴（21）和第二锁钩横轴（20）的端部各设有一个六方头（25）。