CN103241388B - 空间恒力矩无源驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种空间恒力矩无源驱动装置，包括：第一安装部、第二安装部、弹簧固定盘、弹簧导向盘和储能弹簧，第一安装部和第二安装部轴连接，弹簧固定盘与第一安装部连接，弹簧导向盘与第二安装部连接，储能弹簧分别与弹簧固定盘和弹簧导向盘连接。本发明具有力矩恒定、冲击小、力矩输出范围宽、通用性高的优点。

Description

空间恒力矩无源驱动装置

技术领域

本发明涉及一种无源驱动机构，具体地，涉及一种空间恒力矩无源驱动装置。

背景技术

随着航天器多功能、大尺寸要求与运载工具有效载荷舱容积限制的矛盾越发尖锐，航天器上需大量使用展开式结构，即入轨前处于收拢状态以减小包络，入轨后展开成工作状态有效拓展航天器功能。展开式结构为了完成展开功能，必须配备可靠稳定的驱动装置，而具有一维转动功能的无源驱动装置是航天任务中最常使用的装置。

经对现有技术的文献检索发现，目前使用的无源驱动装置多采用涡卷弹簧或扭簧作为动力源，此类驱动装置的局限性体现在以下两个方面：一是输出力矩为渐变力矩，力矩值随着转动角度的变化线性变化，为保证力矩输出末段的力矩裕度，使最终输出总能量远大于要求，产生额外冲击；二是力矩值偏低，无法实现更大力矩的输出，难以适应多种任务的需求。

为此，如何提供一种力矩恒定、冲击小、力矩输出范围宽的性能优异的驱动装置，成为业内亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种空间恒力矩无源驱动装置，以解决现有无源驱动装置存在的性能不佳、冲击大、力矩值偏低的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种空间恒力矩无源驱动装置，包括：第一安装部、第二安装部、弹簧固定盘、弹簧导向盘和储能弹簧，第一安装部和第二安装部轴连接，弹簧固定盘与第一安装部连接，弹簧导向盘与第二安装部连接，储能弹簧分别与弹簧固定盘和弹簧导向盘连接。

优选地，弹簧固定盘、弹簧导向盘均为圆柱状。

优选地，弹簧固定盘的半径为储能弹簧自然半径的1～2倍，弹簧导向盘的半径小于储能弹簧自然半径。

优选地，储能弹簧包括有效变形区、无效变形区和非变形区，有效变形区为弹簧固定盘与弹簧导向盘之间的切线区域，提供恒定的力矩输出；无效变形区为紧贴弹簧固定盘的部分，无有效的力矩输出；非变形区为伸出弹簧导向盘外的部分，无有效的力矩输出。

优选地，第一安装部和第二安装部连接空间结构或载荷。

优选地，第一安装部和第二安装部之间进行无源转动，转动范围为0°～180°。

优选地，储能弹簧采用弹性模量高金属材料制成。

优选地，储能弹簧由单层或多层弹性金属片制成。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

首先，本发明的空间恒力矩无源驱动装置在设计过程中充分考虑航天器展开式结构的使用需求，具有力矩恒定、冲击小、力矩输出范围宽的优点。

其次，本发明的空间恒力矩无源驱动装置在设计过程中充分考虑适应多种杆件、板件、载荷等多种部件的安装接口要求，只要对第一安装部、第二安装部进行适应性修改，就可以满足不同航天器的安装使用要求，同时不会造成性能的下降或质量的增加，具有较高的通用性，应用前景广阔。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明空间恒力矩无源驱动装置处于收拢状态的结构示意图；

图2为本发明空间恒力矩无源驱动装置处于展开状态的结构示意图；

图3为本发明空间恒力矩无源驱动装置的动作原理图。

图中：1为第一安装部，2为第二安装部，3为弹簧固定盘，4为弹簧导向盘，5为储能弹簧。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

请参阅图1至图3，一种空间恒力矩无源驱动装置，包括：第一安装部1、第二安装部2、弹簧固定盘3、弹簧导向盘4和储能弹簧5，第一安装部1和第二安装部2铰连接，弹簧固定盘3与第一安装部1连接，弹簧导向盘4与第二安装部2连接，储能弹簧5分别与弹簧固定盘3和弹簧导向盘4连接。

第一安装部作为弹簧固定盘的安装基础，其外端可与其他结构相连。第二安装部作为弹簧导向盘的安装基础，其外端可与其他结构相连。第一安装部与第二安装部的转动轴连接，构成能够进行一维转动的活动部件。弹簧固定盘与弹簧导向盘通过储量弹簧连接，储能弹簧与弹簧固定盘之间为无相对运动的固定关系，储能弹簧与弹簧导向盘之间为可相对滑动的约束关系，进而实现持续输出恒定力矩的功能（参见附图3）。

第一安装部与第二安装部间通过转动轴连接，具有一维转动功能。上述两者外端可与其他空间结构或载荷连接，具体可以连接杆件、板件、载荷等多种部件。第一安装部与第二安装部间能够实现一维无源转动，转动角度范围为0°～180°。

弹簧固定盘与第一安装部连接固定，弹簧导向盘与第二安装部连接固定，弹簧固定盘与弹簧导向盘通过储能弹簧发生关系，从而实现持续输出恒定力矩的功能。弹簧固定盘、弹簧导向盘为圆柱状，弹簧固定盘的半径应为储能弹簧自然半径的1～2倍，弹簧导向盘的半径应小于弹簧自然半径。储能弹簧包括有效变形区、无效变形区和非变形区。有效变形区为弹簧固定盘与弹簧导向盘之间的切线区域，提供恒定的力矩输出。无效变形区为紧贴弹簧固定盘的部分，无有效的力矩输出。非变形区为伸出弹簧导向盘外的部分，无有效的力矩输出（参见附图3）。储能弹簧通常由弹性模量高的金属材料制造，由单层或多层弹性金属片构成。

本发明采用力矩输出恒定设计理念设计而成，能够实现一维无源转动，最大转动角度180°，能够实现整个转动过程中持续输出恒定力矩。该驱动装置能够为多种空间展开结构提供展开动力源，具有结构简单、驱动力矩恒定、到位冲击小的优点，具有较高的通用性。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (6)

1.一种空间恒力矩无源驱动装置，其特征在于，包括：第一安装部、第二安装部、弹簧固定盘、弹簧导向盘和储能弹簧，所述第一安装部和第二安装部轴连接，所述弹簧固定盘与所述第一安装部连接，所述弹簧导向盘与所述第二安装部连接，所述储能弹簧分别与所述弹簧固定盘和弹簧导向盘连接；

第一安装部作为弹簧固定盘的安装基础，其外端用以与其他结构相连；第二安装部作为弹簧导向盘的安装基础，其外端用以与其他结构相连；第一安装部与第二安装部的转动轴连接，构成能够进行一维转动的活动部件；弹簧固定盘与弹簧导向盘通过储量弹簧连接，储能弹簧与弹簧固定盘之间为无相对运动的固定关系，储能弹簧与弹簧导向盘之间为可相对滑动的约束关系，实现持续输出恒定力矩；

所述第一安装部和第二安装部之间进行无源转动，转动范围为0°～180°；

所述储能弹簧包括有效变形区、无效变形区和非变形区，所述有效变形区为弹簧固定盘与弹簧导向盘之间的切线区域，提供恒定的力矩输出；所述无效变形区为紧贴弹簧固定盘的部分，无有效的力矩输出；所述非变形区为伸出弹簧导向盘外的部分，无有效的力矩输出。

2.根据权利要求1所述的空间恒力矩无源驱动装置，其特征在于，所述弹簧固定盘、弹簧导向盘均为圆柱状。

3.根据权利要求2所述的空间恒力矩无源驱动装置，其特征在于，所述弹簧固定盘的半径为所述储能弹簧自然半径的1～2倍，所述弹簧导向盘的半径小于所述储能弹簧自然半径。

4.根据权利要求1所述的空间恒力矩无源驱动装置，其特征在于，所述第一安装部和第二安装部连接空间结构或载荷。

5.如权利要求1所述的空间恒力矩无源驱动装置，其特征在于，所述储能弹簧采用弹性模量高金属材料制成。

6.如权利要求5所述的空间恒力矩无源驱动装置，其特征在于，所述储能弹簧由单层或多层弹性金属片制成。