CN103253383B - 一种双边双弹簧驱动展开机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双边双弹簧驱动展开机构，该展开机构包括活动铰、固定铰、同心轴、涡卷弹簧、弹簧挡、弹簧外端盖、弹簧内圈固定套、弹簧外圈固定轴、弹簧外圈固定套、弹簧外圈固定套压盖、锁钩、锁钩转动轴、锁钩定位套、锁钩定位扭簧、锁钩定位扭簧压杆、限位螺钉和微动开关；固定铰和活动铰通过同心轴实现连接和相对转动功能，双边四组平面涡卷弹簧同时作用在固定铰和活动铰上，锁钩定位扭簧压杆配合锁钩定位扭簧将锁钩末端锁轴滑入固定铰的滑道上凸台的底面，从而完成锁紧定位，同时触发微动开关向控制系统发送成功到位信号；本发明实现形式相对简单，实现了驱动源冗余备份功能，且在同样驱动能力下重量轻、结构紧凑、可靠性高且承载能力强。

Description

一种双边双弹簧驱动展开机构

技术领域

本发明涉及一种展开机构，具体涉及一种应用于月面重力环境及行星环境下的机构展开及定位的双边双弹簧驱动展开机构，属于航天器展开机构技术领域。

背景技术

一次性动作的展开机构通常采用弹簧展开铰链无源驱动形式，锁紧定位形式主要有机械锁紧、摩擦自锁等，如卫星太阳翼板间铰链，由于没有重力作用，展开阻力矩较小，仅需单侧弹簧提供驱动力矩即可实现太阳翼板的展开定位。然而随着航天器技术的不断发展，对展开机构的驱动能力和工作特性提出了更高的要求，而传统仅用单侧弹簧驱动的展开机构已经不能满足使用要求。为了实现展开机构输出较大驱动力矩，并且尽量避免单边承受偏心载荷，通常采用成对使用形式，以提供更大的驱动力矩。成对使用展开机构大大增加了系统重量和使用空间需求，浪费资源及空间；并且装配多个展开机构需要同轴安装，由于加工制造误差导致装配难度较大，而且在轨工作时受空间环境影响容易产生更大的变形及偏载，甚至增加展开机构的锁紧定位风险，降低了产品可靠性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种输出力矩高，实现形式相对简单，实现驱动冗余备份功能，在同样驱动能力下重量轻、结构紧凑、可靠性高，可承载一定偏载受力均匀的双边双弹簧驱动展开机构。

一种双边双弹簧驱动展开机构，该展开机构包括活动铰、固定铰、同心轴、涡卷弹簧、弹簧挡、弹簧外端盖、弹簧内圈固定套、弹簧外圈固定轴、弹簧外圈固定套、弹簧外圈固定套压盖、锁钩、锁钩转动轴、锁钩定位套、锁钩定位扭簧、锁钩定位扭簧压杆、限位螺钉和微动开关；其中活动铰和固定铰均为立体四方形结构；固定铰的中部加工有滑道，滑道的起始端沿滑动方向加工有一段弧形凸起，凸起的底面与滑道平面形成的夹角为锐角，且滑道中部沿滑动方向开口；

安装关系：活动铰与固定铰两者的一个顶角通过同心轴铰接，且活动铰和固定铰沿中心对称面对称安装，弹簧外圈固定轴安装在固定铰上，弹簧外圈固定套套装在弹簧外圈固定轴外，锁钩转动轴安装在活动铰上，且弹簧外圈固定轴和锁钩转动轴均与同心轴平行，同心轴的一端上套装有弹簧内圈固定套，其中两组涡卷弹簧的内圈通过弹簧挡直接压紧固定在同心轴上，另两组涡卷弹簧的内圈中心穿过弹簧内圈固定套，且内圈也通过弹簧挡压紧固定在弹簧内圈固定套上，在同心轴的两端均设有弹簧外端盖固定住涡卷弹簧；涡卷弹簧外圈安装固定在弹簧外圈固定套上，弹簧外圈固定轴的两端均安装有弹簧外圈固定套压盖将涡卷弹簧的外圈固定部位压紧；

锁钩的前端与锁钩转动轴铰接，锁钩定位套套装在锁钩转动轴上并对锁钩进行轴向定位，锁钩与锁钩定位套之间可相对转动，锁钩定位扭簧压杆也安装在活动铰上，并与锁钩转动轴平行，锁钩定位扭簧中部套装在锁钩定位套上，其一侧搭接在锁钩定位扭簧压杆上，另一侧扣在锁钩上；限位螺钉安装在活动铰的底面并与固定铰顶部相对，固定铰滑道开口的下方安装有微动开关。

在活动铰和固定铰相对转动面之间装有润滑垫。

在活动铰与锁钩接触部位安装锁钩垫块。

通过调节限位螺钉的安装高度微调活动铰与锁钩展开的定位角度。

位于同心轴同侧的涡卷弹簧之间用垫片隔开，并且每个涡卷弹簧的刚度需要对称分布。

本发明与现有技术相比有益效果为：

（1）本发明克服了传统单侧弹簧驱动能力不足，且不均匀问题，在所述展开机构同心轴上双边安装可独立调整的双平面涡卷弹簧，四组平面涡卷弹簧同时作用在固定铰和活动铰上，其中刚度略大的放在内侧而刚度略小的放在外侧，可保证两端力矩平衡的同时对机构弯矩最小。

（2）本发明通过减少弹簧圈数和增加弹簧数量，可实现驱动刚度相比普通太阳翼铰链大四倍以上，而展开末端力矩相对展开初始力矩小一倍以上，从而降低展开锁定冲击力，因此本产品具有高刚度、高驱动能力、低锁定冲击力等特点。

（3）本发明实现形式相对简单，实现了驱动冗余备份功能，也即一组弹簧失效仍然能够实现展开锁定功能，具有在同样驱动能力下重量轻、结构紧凑、可靠性高且承载能力强的特点。

（4）本发明的活动铰与固定铰通过锁钩转动轴为偏心轴，可通过调节锁钩转动轴调节锁钩锁定深度以保证锁定安全可靠。

附图说明

图1为本发明一种双边双弹簧驱动展开机构收拢锁定状态的主视图

图2为本发明一种双边双弹簧驱动展开机构收拢锁定状态的俯视图。

图3为本发明一种双边双弹簧驱动展开机构收拢状态的右视图。

图4为本发明一种双边双弹簧驱动展开机构收拢状态的立体图。

图5为本发明一种双边双弹簧驱动展开机构展开过程状态的立体图。

图6为本发明一种双边双弹簧驱动展开机构展开定位状态的立体图。

其中：1—活动铰，2—固定铰，3—同心轴，4—涡卷弹簧，5—润滑垫，6—弹簧挡，7—弹簧外端盖，8—弹簧内圈固定套，9—弹簧外圈固定轴，10—弹簧外圈固定套，11—弹簧外圈固定套压盖，12—锁钩，13—锁钩转动轴，14—锁钩定位套，15—锁钩定位扭簧，16—锁钩定位扭簧压杆，17—锁钩垫块，18—限位螺钉。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施过程作进一步的说明：

实施例

如附图1、附图2和附图3所示，一种双边双弹簧驱动展开机构，该展开机构包括活动铰1、固定铰2、同心轴3、涡卷弹簧4、润滑垫5、弹簧挡6、弹簧外端盖7、弹簧内圈固定套8、弹簧外圈固定轴9、弹簧外圈固定套10、弹簧外圈固定套压盖11、锁钩12、锁钩转动轴13、锁钩定位套14、锁钩定位扭簧15、锁钩定位扭簧压杆16、锁钩垫块17和限位螺钉18。

其中，活动铰1和固定铰2均为立体四方形结构，并根据拓扑优化设计技术进行减重优化设计，在每个面上设有凹槽；固定铰2的中部加工有滑道，滑道的起始端沿滑动方向对称加工有一段弧形凸起，凸起的底面与滑道平面形成的夹角为锐角，且滑道中部沿滑动方向开口。

整体安装关系：活动铰1与固定铰2两者的一个顶角通过同心轴3铰接，使活动铰1和固定铰2可绕同心轴3相对转动，且活动铰1和固定铰2沿中心对称面对称安装，且在活动铰1和固定铰2相对转动面之间装有润滑垫5，以减小摩擦。弹簧外圈固定轴9安装在固定铰2上，弹簧外圈固定套10套装在弹簧外圈固定轴9外，锁钩转动轴13安装在活动铰1上，且弹簧外圈固定轴9和锁钩转动轴13均与同心轴3平行。

四组涡卷弹簧4对称套装在同心轴3的两端并位于活动铰1两侧；在同心轴3的一端，两组涡卷弹簧4的内圈中心穿过同心轴3，且内圈通过弹簧挡6压紧固定在同心轴3上，在同心轴3的另一端上套装有弹簧内圈固定套8，另两组涡卷弹簧4的内圈中心穿过弹簧内圈固定套8，且内圈也通过弹簧挡6压紧固定在弹簧内圈固定套8上，在同心轴3的两端均设有弹簧外端盖7，并分别用螺母将弹簧外端盖7固定住涡卷弹簧4；涡卷弹簧4外圈安装固定在弹簧外圈固定套10上，弹簧外圈固定轴9的两端均安装有弹簧外圈固定套压盖11，弹簧外圈固定套压盖11并将涡卷弹簧4的外圈固定部位压紧。

锁钩12的前端与锁钩转动轴13铰接，锁钩定位套14套装在锁钩转动轴13上并对锁钩12进行轴向定位，锁钩12与锁钩定位套14之间可相对转动，锁钩定位扭簧压杆16也安装在活动铰1上，并与锁钩转动轴13平行，锁钩定位扭簧15中部套装在锁钩定位套14上，其一侧搭接在锁钩定位扭簧压杆16上，另一侧扣在锁钩12上。

限位螺钉18安装在活动铰1的底面并与固定铰2顶部相对。

工作原理：如图4、图5和图6所示，活动铰1可绕同心轴3相对固定铰2转动，同时锁钩12绕锁钩转动轴13随动，当锁钩12转动到一定位置时实现锁定，从而完成机构展开定位。锁钩定位扭簧压杆16配合锁钩定位扭簧15施加作用力将锁钩12压紧在固定铰2的滑道201上，并使得锁钩12末端锁轴202能够沿滑道201滑动；由于滑道上开口的存在避免对锁钩12产生干涉，当末端锁轴202带动锁钩12和活动铰1滑到固定铰2的滑道201上弧形凸起的底面时卡住，即两者配合实现锁定，从而展开机构完成锁紧定位，同时触发滑道开口下方的微动开关向控制系统发送成功到位信号。本实例中两者锁紧的角度为90度，在此锁钩12受力方向与锁紧面法向的夹角约为0度，远小于锁钩12的摩擦自锁角，通过调节锁钩转动轴13调节锁钩锁定深度以保证锁定安全可靠。

上述中，在活动铰1与锁钩12接触部位安装锁钩垫块17，以避免锁紧钩12与活动铰1发生直接的金属碰撞而造成对锁钩12的损伤；

上述中，活动铰1与固定铰2锁定后的相对位置还可通过调节限位螺钉18的安装高度微调机构展开的定位角度。

本发明所述展开机构为一次性动作的机构，但在地面试验时则可以反复多次动作。若在地面试验时需要反复对展开机构解锁，需要采用解锁工具将锁钩从固定铰的锁紧槽中顶出，然后手动将活动铰和固定铰向展开运动相反方向运动即可。

本发明所述展开机构，通过调整弹簧参数可设计其展开末端力矩相对展开初始力矩小一倍以上，本实例采用的双边双弹簧展开机构重量约0.5kg，其展开初始力矩可达6.8Nm，刚度可达3.5×10^-2N·m/deg。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种双边双弹簧驱动展开机构，包括活动铰(1)、固定铰(2)、同心轴(3)、弹簧挡(6)、弹簧外端盖(7)，其中，活动铰(1)和固定铰(2)均为立体四方形结构，活动铰(1)与固定铰(2)两者的一个顶角通过同心轴(3)铰接，且活动铰(1)和固定铰(2)沿中心对称面对称安装，其特征在于，该展开机构还包括涡卷弹簧(4)、弹簧内圈固定套(8)、弹簧外圈固定轴(9)、弹簧外圈固定套(10)、弹簧外圈固定套压盖(11)、锁钩(12)、锁钩转动轴(13)、锁钩定位套(14)、锁钩定位扭簧(15)、锁钩定位扭簧压杆(16)、限位螺钉(18)和微动开关；其中固定铰(2)的中部加工有滑道，滑道的起始端沿滑动方向加工有一段弧形凸起，凸起的底面与滑道平面形成的夹角为锐角，且滑道中部沿滑动方向开口；

安装关系：弹簧外圈固定轴(9)安装在固定铰(2)上，弹簧外圈固定套(10)套装在弹簧外圈固定轴(9)外，锁钩转动轴(13)安装在活动铰(1)上，且弹簧外圈固定轴(9)和锁钩转动轴(13)均与同心轴(3)平行，同心轴(3)的一端上套装有弹簧内圈固定套(8)，其中两组涡卷弹簧(4)的内圈通过弹簧挡(6)直接压紧固定在同心轴(3)上，另两组涡卷弹簧(4)的内圈中心穿过弹簧内圈固定套(8)，且内圈也通过弹簧挡(6)压紧固定在弹簧内圈固定套(8)上，在同心轴(3)的两端均设有弹簧外端盖(7)固定住涡卷弹簧(4)；涡卷弹簧(4)外圈安装固定在弹簧外圈固定套(10)上，弹簧外圈固定轴(9)的两端均安装有弹簧外圈固定套压盖(11)将涡卷弹簧(4)的外圈固定部位压紧；

锁钩(12)的前端与锁钩转动轴(13)铰接，锁钩定位套(14)套装在锁钩转动轴(13)上并对锁钩(12)进行轴向定位，锁钩(12)与锁钩定位套(14)之间可相对转动，锁钩定位扭簧压杆(16)也安装在活动铰(1)上，并与锁钩转动轴(13)平行，锁钩定位扭簧(15)中部套装在锁钩定位套(14)上，其一侧搭接在锁钩定位扭簧压杆(16)上，另一侧扣在锁钩(12)上；限位螺钉(18)安装在活动铰(1)的底面并与固定铰(2)顶部相对，固定铰(2)滑道开口的下方安装有微动开关。

2.如权利要求1所述的一种双边双弹簧驱动展开机构，其特征在于，在活动铰(1)和固定铰(2)相对转动面之间装有润滑垫(5)。

3.如权利要求1所述的一种双边双弹簧驱动展开机构，其特征在于，在活动铰(1)与锁钩(12)接触部位安装锁钩垫块(17)。

4.如权利要求1所述的一种双边双弹簧驱动展开机构，其特征在于，通过调节限位螺钉(18)的安装高度微调活动铰(1)与锁钩(12)展开的定位角度。

5.如权利要求1所述的一种双边双弹簧驱动展开机构，其特征在于，位于同心轴(3)同侧的涡卷弹簧(4)之间用垫片隔开，并且每个涡卷弹簧(4)的刚度需要对称分布。