CN104058108B - 一种卫星在轨自主加注用对接机构驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种卫星在轨自主加注用对接机构驱动装置，属于卫星在轨加注技术领域。该装置包括滚珠丝杠滚珠花键轴、滚珠丝杠螺母、滚珠丝杠螺母端传动齿轮、电机和减速器间联接齿轮、驱动电机、电机制动器、电机编码器、减速器、滚珠花键母端传动齿轮、滚珠花键母和支撑板及外围支撑架。采取齿轮传动方式，整个动力与传动装置中设计有两组电机与减速器，均采取通过齿轮转换组成并排联接方式，电机和减速箱四个柱状主体沿滚轴丝杠滚珠花键轴周向排列。电机输出功率40W，减速箱传动比288:1，整个传动装置输出扭矩8N·m。

Description

一种卫星在轨自主加注用对接机构驱动装置

技术领域

本发明涉及一种卫星在轨自主加注用对接机构驱动装置，属于卫星在轨加注技术领域。

背景技术

卫星推进剂在轨加注技术是延长卫星寿命和降低开发利用太空资源成本的关键技术之一。在轨加注技术能够提高大幅卫星载荷携带和轨道机动能力，延长卫星在轨寿命。随着我国卫星事业的不断发展，为了提升卫星的性能，降低卫星的维护费用，未来势必在太空中建立“太空燃料站”，而在轨加注是实现这一构想必不可少的关键技术。

在轨自主加注用对接机构驱动装置是太空燃料站的标准化对接补加一体化接口系统中的关键部件，用于驱动在轨自主加注接口系统主动端轴向进给平台的轴向运动、对接锁紧机构主动端的轴向运动和旋转运动以及接口防污染物盖板的开启。因此，有必要开展在轨自主加注用对接机构驱动装置的详细结构设计。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提出一种在轨自主加注用对接机构驱动装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种卫星在轨自主加注用对接机构驱动装置，该装置包括滚珠丝杠滚珠花键轴、滚珠丝杠螺母、滚珠丝杠螺母端传动齿轮、电机和减速器间联接齿轮、驱动电机、电机制动器、电机编码器、减速器、滚珠花键母端传动齿轮、滚珠花键母和支撑板及外围支撑架；

包括滚珠丝杠滚珠花键轴、滚珠丝杠螺母、滚珠丝杠螺母端传动齿轮、电机和减速器间联接齿轮、驱动电机、电机制动器、电机编码器、减速器、滚珠花键母端传动齿轮、滚珠花键母、电机和减速器间联接齿轮；所述滚珠丝杠螺母和滚珠花键母的支撑轴滚珠丝杠滚珠花键轴连接法兰向内安装，驱动电机与减速器安装于滚珠丝杠螺母和滚珠花键母之间；所述减速器，在其输入端增加一根传动轴，通过一组电机和减速器间联结齿轮将驱动电机和减速器联接，使得驱动电机和减速器主体并排安装；所述驱动电机和减速器均采取通过电机和减速器间联结齿轮转换组成并排联接方式，驱动电机和减速器四个柱状主体沿滚轴丝杠滚珠花键轴周向排列。整个传动装置中共有两根传动轴，传动轴一端通过法兰联接分别与滚珠丝杠螺母安装法兰和滚珠丝杠花键母安装法兰联接，传动轴另一端通过键联接方式安装有滚珠丝杠螺母端传动齿轮和滚珠花键母端传动齿轮，分别与两组电机和减速器见联结齿轮联接。

驱动电机为两组直流无刷电机。

电机制动器和电机编码器用于控制驱动电机的运动。

在轨自主加注用对接机构驱动装置能够在服务航天器和目标航天器完成初步对接之后，驱动主动端轴向进给平台和对接锁紧机构主动端，实现主动端和被动端的轴向位置锁定，液体传输接口的轴向伸出与收回，污染物盖板开启等功能。

本发明与现有技术相比的优点在于：

对接机构驱动装置的总体布局。由于在轨自主加注对接机构驱动装置的任务特点，滚珠丝杠滚珠花键与通用的滚珠丝杠滚珠花键安装方法与使用方法不同。螺母和花键母的支撑轴承连接法兰向内安装，电机与减速器安装于螺母和花键母之间，整个对接机构驱动装置结构紧凑，能够实现滚珠丝杠滚珠花键轴的轴向平动、轴向转动和螺旋运动，具有低转速、大扭矩的特点，能够完成在轨自主加注过程中的各种动作。

电机和减速器联接方式。整套动力与传动装置要求低转速、大扭矩，必须通过电机和减速器配合才能够实现。与此同时，整套动力与传动装置还必须结构紧凑，因此电机与减速器的布置方式与常规方法不同。电机与减速器的常规联接方法是采取减速器输入端与电机输出轴直联方式，这种联接方法结构简单，但是整体结构长度与对接机构驱动装置整体布局冲突。为了缩短动力与传动装置整体长度，在减速器输入端增加一根传动轴，通过一组齿轮将电机和减速器联接，使得电机和减速器主体能够并排安装。

动力与传动装置设计。采取齿轮传动方式，整个动力与传动装置中设计有两组电机与减速器，均采取通过齿轮转换组成并排联接方式，电机和减速箱四个柱状主体沿滚轴丝杠滚珠花键轴周向排列。整个传动装置中共有两根传动轴，传动轴一端通过法兰联接分别与滚珠丝杠螺母安装法兰和滚珠丝杠花键母安装法兰联接，传动轴另一端通过键联接方式安装有齿轮，分别与两组减速器输出齿轮联接。电机输出功率40W，减速箱传动比288:1，整个传动装置输出扭矩8N·m。

本发明所涉及的在轨自主加注用对接机构驱动装置设计过程中，充分考虑了在轨自主加注系统的功能需求和整体布局，采取模块化设计方案，根据空间环境中进行在轨自主加注动作的任务特点，采取全新的布局方案。其中，该对接机构驱动装置的总体布局方案、电机和减速器联接方式，动力与传动装置结构设计等方面具有创造性。目前为止，国内没有类似的能够用于空间环境下在轨自主加注用对接机构的驱动装置。

本发明所涉及的在轨自主加注用对接机构的驱动装置是在轨加注技术的关键部件，适用于未来太空燃料站的轨道加注任务。与此同时，由于该在轨自主加注用对接机构的驱动装置结构紧凑可靠，自动化程度高，因此，还适用于于货运飞船对空间站的自动补给。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

一种在轨自主加注用对接机构驱动装置，该装置包括滚珠丝杠滚珠花键轴、滚珠丝杠螺母、滚珠丝杠螺母端传动齿轮、电机和减速器间联接齿轮、驱动电机、电机制动器、电机编码器、减速器、滚珠花键母端传动齿轮、滚珠花键母和支撑板；外围设备为结构支撑架；

驱动电机、电机制动器、电机编码器和减速器形成一个组件；该装置包括两组组件；

滚珠丝杠螺母通过其上的向内安装法兰安装在结构支撑架上，滚珠花键母通过其上的向内安装法兰安装在结构支撑架上；

滚珠丝杠螺母和滚珠花键母安装在滚珠丝杠滚珠花键轴上；

滚珠丝杠螺母端传动齿轮与滚珠丝杠螺母通过端面连接法兰固定连接；

滚珠花键母端传动齿轮与滚珠花键母通过端面连接法兰固定连接；

电机制动器通过螺钉固定连接在驱动电机的末端，电机编码器通过螺钉固定连接在电机制动器的末端；驱动电机的前端通过螺钉固定安装在结构支撑架上；即驱动电机、电机制动器、电机编码器首尾连接串行安装；驱动电机输出轴上安装有电机和减速器间联接齿轮；驱动电机前端通过螺栓连接在支撑板上；

减速器安装在支撑板上，减速器输入端有一根传动轴，传动轴通过两组轴承支撑，传动轴一端固定安装减速器输入行星齿轮，另一端安装减速器直齿轮，直齿轮与电机输出端的齿轮配合；

支撑板中心位置有通孔，滚珠丝杠滚珠花键轴从通孔内穿出，支撑板边缘通过螺栓与结构支撑架连接；

两组组件反向对称安装在支撑板上，即其中一组减速器的输出齿轮与滚珠丝杠螺母端传动齿轮配合，另一组减速器的输出齿轮与滚珠花键母端传动齿轮配合。

实施例

如图1所示，一种在轨自主加注用对接机构驱动装置，包括滚珠丝杠滚珠花键轴1、滚珠丝杠螺母2、滚珠丝杠螺母端传动齿轮3、电机和减速器间联接齿轮4、驱动电机5、电机制动器6、电机编码器7、减速器8、滚珠花键母端传动齿轮9、滚珠花键母10和支撑板11；外围设备为结构支撑架；

驱动电机5、电机制动器6、电机编码器7和减速器8形成一个组件；在轨自主加注用对接机构驱动装置包括两组上述组件；

滚珠丝杠螺母2通过其上的向内安装法兰安装在结构支撑架上，滚珠花键母10通过其上的向内安装法兰安装在结构支撑架上；

滚珠丝杠螺母2和滚珠花键母10安装在滚珠丝杠滚珠花键轴1上；

滚珠丝杠螺母端传动齿轮3与滚珠丝杠螺母2通过端面连接法兰固定连接；

滚珠花键母端传动齿轮9与滚珠花键母10通过端面连接法兰固定连接；

电机制动器6通过螺钉固定连接在驱动电机5的末端，电机编码器7通过螺钉固定连接在电机制动器6的末端；驱动电机5的前端通过螺钉固定安装在结构支撑架上；即驱动电机5、电机制动器6、电机编码器7首尾连接串行安装；驱动电机5输出轴上安装有电机和减速器间联接齿轮4；驱动电机5前端通过螺栓连接在支撑板11上；

减速器8安装在支撑板11上，减速器8输入端有一根传动轴，传动轴通过两组轴承支撑，传动轴一端固定安装减速器8输入行星齿轮，另一端安装减速器8直齿轮，直齿轮与电机输出端的齿轮配合；

支撑板11中心位置有通孔，滚珠丝杠滚珠花键轴1从通孔内穿出，支撑板11边缘通过螺栓与结构支撑架连接。

两组组件反向对称安装在支撑板11上，即其中一组减速器8的输出齿轮与滚珠丝杠螺母端传动齿轮3配合，另一组减速器8的输出齿轮与滚珠花键母端传动齿轮9配合；

具体工作流程为：本发明位于在轨加注接口主动端，两组直流无刷驱动电机5、减速器8、电机制动器6、电机编码器7组成传动箱，传动箱采取中置形式，被置于滚珠花键母10和滚珠丝杠螺母2之间，传动箱向系统提供两组独立驱动力，通过减速器8上的输出齿轮分别输出至滚珠花键母10和滚珠丝杠螺母2。

滚珠丝杠滚珠花键轴1由滚珠花键母10和滚珠丝杠螺母2中间穿过，滚珠丝杠滚珠花键轴1前端与轴向定位锁头连接法兰，电机编码器7内安装有位移传感器，位移传感器所采集的信号与传动箱中驱动电机5形成伺服控制。滚珠花键母10和滚珠丝杠螺母2外圆上均安装有支撑轴承，滚珠花键母10支撑轴承和滚珠丝杠螺母2支撑轴承通过连接法兰与传动箱连接，形成固定支撑结构。主动端轴向进给平台通过法兰与该固定支撑结构相连。主动端轴向进给平台上安装有四个花键单元，与主动端加注接口前后面板间花键轴形成轴向进给路径，并防止主动端轴向进给平台沿轴向旋转。在轨加注接口主动端通过连接法兰与主动端轴向进给平台连接。

轴向定位时，在传动箱电机制动器作用下，滚珠花键母10锁定初始位置，使得滚珠丝杠滚珠花键轴1无法转动；与此同时，滚珠丝杠螺母2在驱动电机驱动下旋转，由于滚珠丝杠螺母2轴承安装于主动端轴向进给平台上，因此滚珠丝杠螺母2无法沿轴向移动，只能沿轴向旋转。滚珠丝杠滚珠花键轴1在滚珠丝杠螺母2作用下轴向进给。轴向定位锁头随滚珠丝杠滚珠花键轴1沿轴向平移，直至轴向定位锁头插入被动端轴向定位锁扣。

污染物盖板开启时，轴向定位锁头平移至被动端轴向定位锁扣底部，滚珠丝杠螺母2端驱动电机5负载增大，伺服装置反馈型号至控制器，滚珠丝杠螺母2端驱动电机5停止工作并利用电机制动器6锁死。随后，滚珠花键母10在驱动电机5作用下旋转45°，使得滚珠丝杠滚珠花键轴1旋转45°轴向定位锁头随滚珠丝杠滚珠花键轴1旋转45°，实现轴向定位锁头的锁死。主动端防污染物盖板在防污染物盖板离合器作用下旋转45°，实现主动端防污染物盖板的开启；被动端防污染物盖板在被动端防污染物盖板连接法兰中间花键孔的作用下旋转45°，实现被动端防污染物盖的开启。

在轨加注接口对接时，在控制器作用下滚珠花键母10制动，滚珠丝杠滚珠花键轴1此时功能为固定在轨加注主动端与被动端之间的直线运动导轨。滚珠丝杠螺母2在驱动电机5驱动下旋转，使得主动端轴向进给平台沿滚珠丝杠滚珠花键轴1轴向进行轴向平移，带动在轨加注接口主动端平移。

在完成在轨加注接口锁紧及推进剂加注后，在加注接口断开时，滚珠花键母10制动、滚珠丝杠螺母2反向旋转，在轨加注接口主动端反向平移，在轨加注接口主动端和被动端解锁后，随在轨加注接口主动端进一步反向平移，快速通断接头断开。在轨加注接口主动端反向平移至在轨加注接口主动端尾部与主动端加注接口后面板接触，使主动端轴向进给平台处于轴向限位状态。此时，驱动电机5驱动滚珠花键母10转动45°，轴向定位锁头从被动端轴向定位锁扣中脱出，在轨加注主动端和被动端断开。随后，滚珠花键母10制动，驱动电机5驱动滚珠丝杠螺母2旋转，滚珠丝杠将旋转运动转化为直线运动，由于主动端轴向进给平台处于轴向限位状态，滚珠丝杠滚珠花键轴1在滚珠丝杠螺母2作用下收回至初始位置。

本发明未公开技术属本领域技术人员公知常识。

Claims (1)

1.一种在轨自主加注用对接机构驱动装置，其特征在于：该装置包括滚珠丝杠滚珠花键轴、滚珠丝杠螺母、滚珠丝杠螺母端传动齿轮、电机和减速器间联接齿轮、驱动电机、电机制动器、电机编码器、减速器、滚珠花键母端传动齿轮、滚珠花键母和支撑板；外围设备为结构支撑架；

驱动电机、电机制动器、电机编码器和减速器形成一个组件；该装置包括两组上述组件；

滚珠丝杠螺母通过其上的向内安装法兰安装在结构支撑架上，滚珠花键母通过其上的向内安装法兰安装在结构支撑架上；

滚珠丝杠螺母和滚珠花键母安装在滚珠丝杠滚珠花键轴上；

滚珠丝杠螺母端传动齿轮与滚珠丝杠螺母通过端面连接法兰固定连接；

滚珠花键母端传动齿轮与滚珠花键母通过端面连接法兰固定连接；

电机制动器通过螺钉固定连接在驱动电机的末端，电机编码器通过螺钉固定连接在电机制动器的末端；驱动电机的前端通过螺钉固定安装在结构支撑架上；即驱动电机、电机制动器、电机编码器首尾连接串行安装；驱动电机输出轴上安装有电机和减速器间联接齿轮；驱动电机前端通过螺栓连接在支撑板上；

减速器安装在支撑板上，减速器输入端有一根传动轴，传动轴通过两组轴承支撑，传动轴一端固定安装减速器输入行星齿轮，另一端安装减速器直齿轮，直齿轮与电机输出端的齿轮配合；

支撑板中心位置有通孔，滚珠丝杠滚珠花键轴从通孔内穿出，支撑板边缘通过螺栓与结构支撑架连接；

两组组件反向对称安装在支撑板上，即其中一组减速器的输出齿轮与滚珠丝杠螺母端传动齿轮配合，另一组减速器的输出齿轮与滚珠花键母端传动齿轮配合。