CN103939460A - 一种间歇式弹簧展开铰链减速机构 - Google Patents

Abstract

一种间歇式弹簧展开铰链减速机构，它涉及一种铰链减速机构。本发明为了解决现有由涡卷弹簧驱动的太阳翼展开铰链展开末端，因展开速度过大，存在易产生锁定冲击的问题。本发明包括铰链组件、转接组件、锁定组件和无源自动解锁机构，转接组件、锁定组件和无源自动解锁机构由下至上依次设置在铰链组件的上端。本发明提出了一种在不改变现有展开铰链结构的前提下，使不含本发明时的铰链的连续转动转变为以下运动：转动—锁定—解锁—转动。在短暂的锁定时间段内，铰链是停止转动的，因此，原来的铰链的连续转动变成了间歇性运动，降低到锁定冲击力。本发明用于太阳翼展开铰链的减速。

Description

一种间歇式弹簧展开铰链减速机构

技术领域

本发明涉及一种减速机构，具体涉及一种降低太阳翼展开铰链锁定冲击的减速部件。

背景技术

展开铰链由于同时具备铰链、展开、锁定功能，被广泛应用于空间可展开机构，例如卫星、星球探测车、空间站的太阳翼帆板。这些机构普遍有尺寸大、重量轻、一旦被激振很难衰减的特点，因此这些机构要求展开过程中尽量避免冲击，防止构件发生共振导致损坏或者影响工作状态。铰链主要由公铰和母铰、母铰和涡卷弹簧组成，公铰和母铰分别固连在空间飞行器的根部和太阳翼帆板。现有由涡卷弹簧驱动的太阳翼展开铰链展开末端，因展开末端速度过大，存在很大的锁定冲击，甚至可能对与铰链固连的单元和机构造成严重的破坏，而且在空气阻力很小的太空太空环境中，很大的锁定冲击会引起机构长时间的振动，这些振动也可能对太阳翼等结构造成不利的影响。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有由涡卷弹簧驱动的太阳翼展开铰链展开末端，因展开速度过大，存在易产生锁定冲击的问题，进而提供一种间歇式弹簧展开铰链减速机构。

本发明的技术方案是：一种间歇式弹簧展开铰链减速机构，它包括铰链组件，所述铰链组件包括铰链中心轴、驱动涡卷弹簧、公铰、母铰、扭簧杆、扭簧档杆、锁杆、压杆弹簧和铰链套筒，公铰和母铰可转动设置在铰链中心轴上，铰链套筒设置在公铰和母铰之间的铰链中心轴上，扭簧杆竖直设置在公铰上，锁杆的一端设置在扭簧杆上，锁杆的另一端在铰链锁紧状态下可搭设在母铰上，压杆弹簧的一端设置在扭簧杆上，压杆弹簧的另一端抵设在锁杆上，驱动涡卷弹簧设置在铰链中心轴上，且驱动涡卷弹簧位于公铰的下端，扭簧档杆设置在公铰上，所述铰链减速机构还包括转接组件、锁定组件和无源自动解锁机构，转接组件、锁定组件和无源自动解锁机构由下至上依次设置在铰链组件的上端，

所述转接组件包括转接杆和转接头，转接杆设置在母铰上，转接头固定设置在转接杆的上端，

所述锁定组件包括带槽圆盘、一级轴、长楔杆、滑杆、弹簧、连接板和立板，连接板固定设置在公铰上，立板竖直固定设置在连接板上，带槽圆盘通过一级轴固定在转接头上，滑杆的一端通过螺纹水平设置在立板上，长楔杆的一端可滑动设置在滑杆的另一端，长楔杆的另一端与带槽圆盘相抵，弹簧设置在立板与长楔杆之间，

所述无源自动解锁机构包括支撑杆、储能涡卷弹簧、锥楔杆、棘轮、凸轮、顶板、滚轮和二级轴，储能涡卷弹簧设置在一级轴上端，二级轴设置在储能涡卷弹簧上，支撑杆竖直固定设置在长楔杆上，锥楔杆的一端固定设置在支撑杆上，锥楔杆的另一端将二级轴包围在内，棘轮套装在二级轴上，且锥楔杆与棘轮相互啮合，凸轮设置在棘轮上方的二级轴上，滚轮设置在锥楔杆上方的支撑杆上，且凸轮的凸缘与滚轮相抵，顶板的一端固定设置在立板的上端，顶板的另一端设置在二级轴上。

所述公铰、母铰、连接板、立板、顶板、滑杆和凸轮的材料为复合材料或者镁铝合金。

所述转接杆、转接头、带槽圆盘、一级轴、长楔杆、棘轮和二级轴的材料为钛合金。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

1.本发明提出了一种在不改变现有展开铰链结构的前提下，使不含本发明时的铰链的连续转动转变为以下运动：转动—锁定—解锁—转动。在短暂的锁定时间段内，铰链是停止转动的，因此，原来的铰链的连续转动变成了间歇性运动，使得展开铰链锁定冲击力由现有的10000N降低到现在的150N-650N，从而有效的避免了因太阳翼展开铰链展开速度过大，容易产生锁定冲击的问题。

2.本发明通过轻量化设计，即结构的减重设计，非承力件包括公铰、母铰、支架、滑杆和凸轮，其材料定为复合材料或者镁铝合金，承力件包括铰链中心轴、转接杆、转接头、带槽圆盘、一级轴、长楔杆、棘轮和二级轴，其材料定为钛合金，进而使得整个机构质量保证在0.3kg以内，以满足航天器部件重量方面的要求。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。图2是图1的局部剖视图；图3是图1在水平位置时的结构示意图。

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，本实施方式一种间歇式弹簧展开铰链减速机构，它包括铰链组件，所述铰链组件包括铰链中心轴1、驱动涡卷弹簧2、公铰3、母铰4、扭簧杆5、扭簧档杆6、锁杆7、压杆弹簧8和铰链套筒9，公铰3和母铰4可转动设置在铰链中心轴1上，铰链套筒9设置在公铰3和母铰4之间的铰链中心轴1上，扭簧杆5竖直设置在公铰3上，锁杆7的一端设置在扭簧杆5上，锁杆7的另一端在铰链锁紧状态下可搭设在母铰4上，压杆弹簧8的一端设置在扭簧杆5上，压杆弹簧8的另一端抵设在锁杆7上，驱动涡卷弹簧2设置在铰链中心轴1上，且驱动涡卷弹簧2位于公铰3的下端，扭簧档杆6设置在公铰3上，所述铰链减速机构还包括转接组件、锁定组件和无源自动解锁机构，转接组件、锁定组件和无源自动解锁机构由下至上依次设置在铰链组件的上端，

所述转接组件包括转接杆10和转接头11，转接杆10设置在母铰4上，转接头11固定设置在转接杆10的上端，

所述锁定组件包括带槽圆盘12、一级轴13、长楔杆14、滑杆15、弹簧16、连接板17和立板18，连接板17固定设置在公铰3上，立板18竖直固定设置在连接板17上，带槽圆盘12通过一级轴13固定在转接头11上，滑杆15的一端通过螺纹水平设置在立板18上，长楔杆14的一端可滑动设置在滑杆15的另一端，长楔杆14的另一端与带槽圆盘12相抵，弹簧16设置在立板18与长楔杆14之间，

所述无源自动解锁机构包括支撑杆19、储能涡卷弹簧20、锥楔杆21、棘轮22、凸轮23、顶板24、滚轮25和二级轴26，储能涡卷弹簧20设置在一级轴13上端，二级轴26设置在储能涡卷弹簧20上，支撑杆19竖直固定设置在长楔杆14上，锥楔杆21的一端固定设置在支撑杆19上，锥楔杆21的另一端将二级轴26包围在内，棘轮22套装在二级轴26上，且锥楔杆21与棘轮22相互啮合，凸轮23设置在棘轮22上方的二级轴26上，滚轮25设置在锥楔杆21上方的支撑杆19上，且凸轮23的凸缘与滚轮25相抵，顶板24的一端固定设置在立板18的上端，顶板24的另一端设置在二级轴26上。

本实施方式的锥楔杆21为带有凹槽的锥楔杆，凹槽的内侧壁上设有与棘轮22的凹坑相互配合的锥楔，使得锥楔杆21与棘轮22相互啮合。

本实施方式的转接机构的主要作用是在涡卷弹簧驱动铰链展开的过程中，把弹簧的力矩转化为下一级传动的驱动力矩。

本实施方式的锁定机构的主要作用是不断地阻止铰链的转动。

本实施方式的无源自动解锁机构指的是不含电机、阻尼器，能储存铰链转过的过程中释放的能量，并利用储存的能量为锁定机构解锁，使得铰链能继续转动。

本实施方式的铰链部分采用的是现有某型号展开铰链，铰链主要包含公铰、母铰、涡卷弹簧和铰链中心轴，其中公铰相对固定，母铰围绕铰链中心轴转动。

本实施方式的转接机构的连接杆一端固定在母铰上，另一端连在转接头上，转接头的一个中心孔与铰链中心轴共轴线。

本实施方式的无源自动解锁机构的二级轴通过轴承和挡圈与顶板相连，能够绕自身轴线旋转，凸轮和棘轮通过平键与二级轴相连，而且凸轮和棘轮轴向固定，锥楔杆固定在支撑杆上，支撑杆又和长楔杆固连，滚轮轴向固定在支撑杆上，能够绕着支撑杆轴线转动，为了保证机架的固定作用和公铰的相对固定，采用立板和横板把顶板和公铰连接在一起，立板底部可以与试验台的固定板固连。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的凸轮23的外沿设有多个凸缘23-1。如此设置，便于实现储能涡卷弹簧20内能量的间歇释放。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说明本实施方式，本实施方式的多个凸缘23-1的数量为2个、4个或6个。如此设置，便于根据太阳翼展开的实际情况，选择合适的间歇释放频率，其中凸缘23-1的数量越多，间歇释放的速度越快。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3说明本实施方式，本实施方式的带槽圆盘12的外侧壁上均布设有多个竖直凹槽12-1。如此设置，本实施方式的锁定机构的带槽圆盘含有若干个竖直凹槽12-1，长楔杆的端部的楔可以嵌入槽中，中断铰链的转动，长楔杆在直弹簧的弹力作用下可以沿径向运动。其它组成和连接关系与具体实施方式一或三相同。

本发明的工作原理是：

驱动涡卷弹簧内端固定在铰链中心轴上，外端固定在转接杆上，压杆弹簧一端压在扭簧档杆，另一端压在锁杆上，当铰链转动到某一角度时，母铰把锁杆抬起，直到转动到一定位置锁杆落下，铰链完成锁定。

在母铰转动过程中，与母铰固连的转接杆会带动转接头转动。与转接头固连的一级轴、带槽圆盘随之转动，储能涡卷弹簧内圈固定在带槽圆盘上，外圈固定在棘轮的圆盘面上的外桩钉27上，当驱动涡卷弹簧带动转接杆转动时，力矩由转接杆传递到转接头进而传递到带槽圆盘的轴线上，继而为储能涡卷弹簧储存能量。

初始状态长楔杆在直弹簧的作用下，其上的锁销压在带槽圆盘的槽外圆弧上，带槽圆盘处于未锁定状态，锥楔杆上的楔子卡在棘轮槽内，棘轮处于锁定状态，储能涡卷弹簧的外圈固定。

第一个阶段，当驱动涡卷弹簧带动带槽圆盘转动到一定角度时，长楔杆上的锥销滑入圆盘槽中，将带槽圆盘锁定，锁定的瞬间储能涡卷弹簧内圈锁定，储能涡卷弹簧在这个过程中不断的储存能量。锥销滑入圆盘槽的过程中，与长楔杆固连的支撑杆和锥楔杆随之产生一定的径向位移，使得棘轮解锁，储能涡卷弹簧外圈解锁。

第二个阶段初始时，铰链和带槽圆盘由于长楔杆的锁销的锁定处于静止状态，储能涡卷弹簧内圈固定，外圈释放，释放能量驱动与外圈固连的棘轮和凸轮转动，转到一定的角度时，凸轮的突起部分将支撑杆顶开，与支撑杆固连的长楔杆上的锁销退出圆盘槽，带槽圆盘解锁，与此同时，支撑杆的位移带动锥楔杆的移动，锥楔杆的楔子卡入棘轮的槽内，棘轮和凸轮被锁定。带槽圆盘解锁的瞬间，驱动涡卷弹簧带动铰链和带槽圆盘继续转动，重复第一个阶段，直至铰链完全展开。

Claims (6)

1.一种间歇式弹簧展开铰链减速机构，它包括铰链组件，所述铰链组件包括铰链中心轴（1）、驱动涡卷弹簧（2）、公铰（3）、母铰（4）、扭簧杆（5）、扭簧档杆（6）、锁杆（7）、压杆弹簧（8）和铰链套筒（9），公铰（3）和母铰（4）可转动设置在铰链中心轴（1）上，铰链套筒（9）设置在公铰（3）和母铰（4）之间的铰链中心轴（1）上，扭簧杆（5）竖直设置在公铰（3）上，锁杆（7）的一端设置在扭簧杆（5）上，锁杆（7）的另一端在铰链锁紧状态下可搭设在母铰（4）上，压杆弹簧（8）的一端设置在扭簧杆（5）上，压杆弹簧（8）的另一端抵设在锁杆（7）上，驱动涡卷弹簧（2）设置在铰链中心轴（1）上，且驱动涡卷弹簧（2）位于公铰（3）的下端，扭簧档杆（6）设置在公铰（3）上，其特征在于：所述铰链减速机构还包括转接组件、锁定组件和无源自动解锁机构，转接组件、锁定组件和无源自动解锁机构由下至上依次设置在铰链组件的上端，

所述转接组件包括转接杆（10）和转接头（11），转接杆（10）设置在母铰（4）上，转接头（11）固定设置在转接杆（10）的上端，

所述锁定组件包括带槽圆盘（12）、一级轴（13）、长楔杆（14）、滑杆（15）、弹簧（16）、连接板（17）和立板（18），连接板（17）固定设置在公铰（3）上，立板（18）竖直固定设置在连接板（17）上，带槽圆盘（12）通过一级轴（13）固定在转接头（11）上，滑杆（15）的一端通过螺纹水平设置在立板（18）上，长楔杆（14）的一端可滑动设置在滑杆（15）的另一端，长楔杆（14）的另一端与带槽圆盘（12）相抵，弹簧（16）设置在立板（18）与长楔杆（14）之间，

所述无源自动解锁机构包括支撑杆（19）、储能涡卷弹簧（20）、锥楔杆（21）、棘轮（22）、凸轮（23）、顶板（24）、滚轮（25）和二级轴（26），储能涡卷弹簧（20）设置在一级轴（13）上端，二级轴（26）设置在储能涡卷弹簧（20）上，支撑杆（19）竖直固定设置在长楔杆（14）上，锥楔杆（21）的一端固定设置在支撑杆（19）上，锥楔杆（21）的另一端将二级轴（26）包围在内，棘轮（22）套装在二级轴（26）上，且锥楔杆（21）与棘轮（22）相互啮合，凸轮（23）设置在棘轮（22）上方的二级轴（26）上，滚轮（25）设置在锥楔杆（21）上方的支撑杆（19）上，且凸轮（23）的凸缘与滚轮（25）相抵，顶板（24）的一端固定设置在立板（18）的上端，顶板（24）的另一端设置在二级轴（26）上。

2.根据权利要求1所述的一种间歇式弹簧展开铰链减速机构，其特征在于：所述凸轮（23）的外沿设有多个凸缘（23-1）。

3.根据权利要求1或2所述的一种间歇式弹簧展开铰链减速机构，其特征在于：所述多个凸缘（23-1）的数量为2个、4个或6个。

4.根据权利要求1所述的一种间歇式弹簧展开铰链减速机构，其特征在于：所述带槽圆盘（12）的外侧壁上均布设有多个竖直凹槽（12-1）。

5.根据权利要求1所述的一种间歇式弹簧展开铰链减速机构，其特征在于：所述公铰（3）、母铰（4）、连接板（17）、立板（18）、顶板（24）、滑杆（15）和凸轮（23）的材料为复合材料或者镁铝合金。

6.根据权利要求1所述的一种间歇式弹簧展开铰链减速机构，其特征在于：所述转接杆（10）、转接头（11）、带槽圆盘（12）、一级轴（13）、长楔杆（14）、棘轮（22）和二级轴（26）的材料为钛合金。