CN104309823B - 一种适用于太阳电池阵的锁紧释放机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适用于太阳电池阵的锁紧释放机构，包括左旋丝杠、右旋丝杠、左旋锁钩、右旋锁钩、左锁环、右锁环、左滑轨、右滑轨、壳体、蜗杆、蜗轮、转轴、主动锥齿轮、左从动锥齿轮、右从动锥齿轮、驱动单元、以及左右丝杠支撑件。本发明采用蜗轮蜗杆+正交锥齿轮+丝杠滑轨+锥面锁钩原理，驱动单元接收外部致动信号带动蜗杆转动，通过蜗轮蜗杆传动带动主动锥齿轮转动，通过锥齿轮传动分别带动左旋丝杠、右旋丝杠转动，从而带动左旋锁钩、右旋锁钩分别沿左滑轨、右滑轨移动，实现对固定在太阳电池板上的左锁环、右锁环的钩合与脱开，完成对太阳电池板的重复锁紧与释放。

Description

一种适用于太阳电池阵的锁紧释放机构

技术领域

本发明属于机械领域，具体涉及一种太阳电池阵锁紧释放机构，用于完成太阳电池阵的重复锁紧与释放动作。

背景技术

航天器在轨长期运行过程中，主要依靠太阳能电池板为航天器提供电能。太阳能电池板利用其上贴有的半导体硅片或砷化镓片，将光能转换成电能，以供航天器上的仪器使用，相当于一个小型发电站。根据航天器的使用要求，太阳电池板在非工作状态时，处于多层折叠状态。在需要正常工作时，太阳电池板才会完全打开。

目前的太阳电池阵锁紧机构均为一次性锁紧机构，其原理为当太阳电池板处于收拢状态时，采用爆炸螺栓将太阳电池板与航天器机体固定在一起；当太阳电池阵需要展开时，爆炸螺栓剪断，太阳电池板解除锁紧完成展开动作。其不足在于：仅适用于一次性使用场合，太阳电池板展开后无法实现再次锁紧，不具有重复使用功能。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种适用于太阳电池阵的锁紧释放机构，主要解决太阳电池板在航天器机体上的多次重复锁紧与释放。

本发明的采用的技术方案包括：

一种适用于太阳电池阵的锁紧释放机构，包括左旋丝杠、右旋丝杠、左旋锁钩、右旋锁钩、左锁环、右锁环、左滑轨、右滑轨、壳体、蜗杆、蜗轮、转轴、主动锥齿轮、左从动锥齿轮、右从动锥齿轮、驱动单元、左丝杠支撑件和右丝杠支撑件，其中，壳体为具有内腔的矩形框，固定安装在航天器机体上；转轴位于壳体的内腔中，转轴的两端分别可转动地连接在壳体的相对的第一侧壁和第二侧壁上；蜗轮和主动锥齿轮彼此间隔地套装在转轴上；蜗杆与蜗轮配合，蜗杆的两端分别由壳体的相对的第三侧壁和第四侧壁可转动地支撑，并且蜗杆的一端连接至驱动单元；当收到外部的致动信号时，驱动单元驱动蜗杆转动，蜗杆进一步带动蜗轮转动；左旋丝杠和右旋丝杠分别位于壳体的左、右两侧，左旋丝杠的第一端伸入壳体的内腔中，其第二端由左丝杠支撑件支撑；左从动锥齿轮套装在左旋丝杠的第一端上，并与主动锥齿轮啮合；右旋丝杠的第一端伸入壳体的内腔中，其第二端由右丝杠支撑件支撑；右从动锥齿轮套装在右旋丝杠的第一端上，并与主动锥齿轮啮合；左滑轨位于左旋丝杠的下面，左滑轨固定安装在航天器机体上，左旋锁钩的上端套装配合在左旋丝杠上，下端装配在左滑轨中，当左旋丝杠转动时，左旋锁钩能够随着左旋丝杠的转动沿着左滑轨滑动；右滑轨位于右旋丝杠的下面，右滑轨固定安装在航天器机体上，右旋锁钩的上端套装配合在右旋丝杠上，下端装配在右滑轨中，当右旋丝杠转动时，右旋锁钩能够随着右旋丝杠的转动沿着右滑轨滑动；左锁环和右锁环均安装在太阳电池板上，左锁环能够随着左旋丝杠的转动而与左旋锁钩钩合或脱开，右锁环能够随着右旋丝杠的转动与右旋锁钩钩合或脱开。

进一步地，左旋锁钩包括第一块状本体和第一钩部，第一块状本体上具有用于与左旋丝杠配合的螺纹孔和用于与左滑轨配合的第一燕尾块，相应地，左滑轨具有与第一燕尾块配合的第一燕尾槽；第一钩部用于与左锁环配合，并且第一钩部包括四个锥面，四个锥面两两对称地布置，相应地，左锁环包括分别与第一钩部的四个锥面配合的四个锥面；右旋锁钩包括第二块状本体和第二钩部，第二块状本体上具有用于与右旋丝杠配合的螺纹孔和用于与右滑轨配合的第二燕尾块，相应地，右滑轨具有与第二燕尾块配合的第二燕尾槽；第二钩部用于与右锁环配合，并且第二钩部包括四个锥面，四个锥面两两对称地布置，相应地，右锁环包括分别与第二钩部的四个锥面配合的四个锥面。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明采用的太阳电池阵锁紧释放机构，采用蜗轮蜗杆+正交锥齿轮+丝杠滑轨组合的传动方式，利用电机驱动单元的正逆向旋转，实现多个锥面锁钩沿滑轨的直线移动，从而完成对多点锥面锁环的同步咬合与解除咬合，实现对太阳电池板的多点重复锁紧与释放，同时利用蜗轮蜗杆传动环节具有的自锁特点，使太阳电池阵锁紧释放机构在驱动电机断电状态下，不会因外力产生的干扰力矩而对太阳电池板的锁紧状态发生变化，保证太阳电池板不受损坏。与现有技术相比，本发明具备重复使用功能，且具有自锁功能，可靠性高，能有效应用于航天器太阳电池阵的重复锁紧与释放。

附图说明

图1为根据本发明的太阳电池阵锁紧释放机构的结构示意图；

图2为本发明的太阳电池阵锁紧释放机构的原理图；

图3中的(a)和(b)分别为本发明的锁钩的局部结构示意图以及锁钩与滑轨的一个配合状态示意图；

图4中的(a)为本发明的锁钩与锁环的锁紧状态示意图，(b)为沿(a)中的A-A向的剖视图；

图5为本发明的太阳电池阵锁紧释放机构的释放状态示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对根据本发明的太阳电池阵锁紧释放机构做进一步详细的描述。

图1为本发明的太阳电池阵锁紧释放机构的结构示意图，如图所示，根据本发明的太阳电池阵锁紧释放机构包括左旋丝杠1、右旋丝杠2、左旋锁钩3、右旋锁钩4、左锁环5、右锁环6、左滑轨7、右滑轨8、壳体9、蜗杆10、蜗轮11、转轴12、主动锥齿轮13、左从动锥齿轮14、右从动锥齿轮15、驱动单元16、左丝杠支撑件17和右丝杠支撑件18。

壳体9为具有内腔的矩形框，如图1所示，本优选实施例中，壳体9具有四个侧壁，即下面提到的第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁以及第四侧壁，其中，第一侧壁和第二侧壁相对，第四侧壁和第三侧壁相对。

转轴12位于壳体9的内腔中，转轴12的两端分别可转动地连接在壳体9的第一侧壁和第二侧壁上；蜗轮11和主动锥齿轮13彼此间隔地套装在转轴12上。实践中，可以在壳体9的第一侧壁和第二侧壁上设置同轴的安装孔，在安装孔中设置轴承，利用轴承实现转轴在壳体侧壁上的可转动支撑。

蜗杆10与蜗轮11配合，蜗杆10的两端分别由壳体9的第三侧壁和第四侧壁可转动地支撑，并且蜗杆10的一端连接至驱动单元16；当驱动单元16收到外部的致动信号时，驱动单元16驱动蜗杆10转动，从而带动蜗轮11转动。此处，类似地，可以在壳体9的第三侧壁和第四侧壁上设置同轴的安装孔，在安装孔中设置轴承，利用轴承实现蜗杆10在壳体侧壁上的可转动支撑。蜗杆10与蜗轮11的配合采用本领域惯有的结构即可，在此不做赘述。驱动单元可以采用电机，电机在收到外部的致动信号后，驱动与之连接的蜗杆转动，蜗杆进一步带动蜗轮转动，蜗轮的转动传递给转轴上的主动锥齿轮，主动锥齿轮进一步带动与其啮合的左从动锥齿轮和右从动锥齿轮转动。

左旋丝杠1和右旋丝杠2分别位于壳体9的两侧，左左旋丝杠1的第一端101伸入壳体9的内腔中，其第二端102由丝杠支撑件17支撑；左从动锥齿轮14套装在左旋丝杠1的第一端101上，并与主动锥齿轮13啮合；右旋丝杠2的第一端201伸入壳体9的内腔中，其第二端202由右丝杠支撑件18支撑；右从动锥齿轮15套装在右旋丝杠2的第一端201上，并与主动锥齿轮13啮合；实践中，左旋丝杠1的第一端101、右旋丝杠2的第一端201也可增加设置一个丝杠支撑件支撑，提高支撑效果。

左滑轨7位于左旋丝杠1的下面，左旋锁钩3的上端套装配合在左旋丝杠1上，下端装配在左滑轨7中，当左旋丝杠1转动时，左旋锁钩3能够随着左旋丝杠1的转动沿着左滑轨7滑动。

右滑轨8位于右旋丝杠2的下面，右旋锁钩4的上端套装配合在右旋丝杠2上，下端装配在右滑轨8中，当右旋丝杠2转动时，右旋锁钩4能够随着右旋丝杠2的转动沿着右滑轨8滑动。

左锁环5和右锁环6均安装在太阳电池板20上，并且分别能够与左旋锁钩3和右旋锁钩4钩合或脱开。实践中，左锁环5、右锁环6可各设置一个或多个，相应地，左旋锁钩3和右旋锁钩4分别与左锁环5、右锁环6数量保持一致。

图2为本发明的太阳电池阵锁紧释放机构的原理图。整个机构工作采用蜗轮蜗杆+正交锥齿轮+丝杠滑轨+锥面锁钩原理，当太阳电池板20需要锁紧时，驱动单元16带动蜗杆10转动，通过蜗轮蜗杆之间的传动带动主动锥齿轮13转动，通过锥齿轮的传动分别带动左旋丝杠1、右旋丝杠2转动，带动左旋锁钩3、右旋锁钩4分别沿左滑轨7、右滑轨8向相应锁点的左锁环5、右锁环6移动，左旋锁钩3的第一钩部302的四个锥面与左锁环5的四个锥面贴合，右旋锁钩4的第二钩部402的四个锥面与右锁环6的四个锥面贴合，由此实现太阳电池板20与航天器机体19的锁紧，驱动单元16断电。当太阳电池板20需要解除锁紧状态时，驱动单元16反向转动，左旋锁钩3、右旋锁钩4分别沿左滑轨7、右滑轨8向远离左锁环5、右锁环6的方向移动，左旋锁钩3的第一钩部302的四个锥面与左锁环5的四个锥面解除贴合，右旋锁钩4的第二钩部402的四个锥面与右锁环6的四个锥面解除贴合，太阳电池板20解除锁紧。

本发明中，壳体左右两侧的相应部件的结构相同，只是它们相对于壳体呈左右对称的布置。左旋锁钩和右旋锁钩具有相同的结构，如图3和图4所示，左旋锁钩3包括第一块状本体301和第一钩部302，第一块状本体301上具有用于与左旋丝杠1配合的螺纹孔3011以及用于与左滑轨7配合的第一燕尾块3012，相应地，左滑轨7具有与第一燕尾块3012配合的第一燕尾槽701；第一钩部302用于与左锁环5配合。相应地，右旋锁钩4包括第二块状本体401和第二钩部402，第二块状本体401上具有用于与右旋丝杠2配合的螺纹孔4011以及用于与右滑轨8配合的第二燕尾块4012，相应地，右滑轨8具有与第二燕尾块4012配合的第二燕尾槽801；第二钩部402用于与右锁环6配合。

实践中，左旋锁钩3的第一块状本体301与左旋丝杠1的配合、右旋锁钩4的第二块状本体401与右旋丝杠2的配合可采用螺纹丝杠配合，也可采用滚珠丝杠配合。

当太阳电池板20需要锁紧时，左旋锁钩3在左旋丝杠1的转动带动下，沿左滑轨7的第一燕尾槽701的滑轨轨道直线移动，使第一钩部302完成对左锁环5的钩合。同理，右旋锁钩4在右旋丝杠2的转动带动下，沿右滑轨8的第二燕尾槽801的滑轨轨道直线移动，使第二钩部402完成对右锁环6的钩合。

图4中的(a)为本发明的太阳电池阵锁紧释放机构的锁钩与锁环的锁紧状态示意图，(b)为(a)的A-A向剖视图。左旋锁钩3的第一钩部302、右旋锁钩4的第二钩部402在上下、前后方向为四个锥面，四个锥面两两对称地布置。相应地，左锁环5、右锁环6在上下、前后方向也设计为四个锥面。当太阳电池板20处于锁紧状态时，左旋锁钩3的第一钩部302的四个锥面与左锁环5的四个锥面贴合，右旋锁钩4的第二钩部402的四个锥面与右锁环6的四个锥面贴合，锁钩与锁环之间的锥面配合可参见图中的M、N所示。

图5为本发明的太阳电池阵锁紧释放机构的释放状态示意图。当太阳电池板20需要解除锁紧状态时，驱动单元16带动蜗杆10转动，通过蜗轮蜗杆传动带动主动锥齿轮13转动，通过锥齿轮传动分别带动左旋丝杠1、右旋丝杠2转动，左旋丝杠1带动左旋锁钩3沿左滑轨7向远离左锁环5一侧移动，左旋锁钩3的第一钩部302与左锁环5解除钩合，右旋丝杠2带动右旋锁钩4沿右滑轨8向远离右锁环6一侧移动，右旋锁钩4的第二钩部402与右锁环6解除钩合，太阳电池板20解除锁紧，可以自由展开。

本发明的太阳电池阵锁紧释放机构能够重复使用，主要应用于航天器上，在轨工作为无重力状态。当机构驱动单元断电时，利用蜗轮蜗杆传动的自锁特点，保证太阳电池板处于锁紧状态时不会因外力产生的干扰力矩发生松动，保证太阳电池板不受损坏。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (2)

1.一种适用于太阳电池阵的锁紧释放机构，其特征在于：包括左旋丝杠(1)、右旋丝杠(2)、左旋锁钩(3)、右旋锁钩(4)、左锁环(5)、右锁环(6)、左滑轨(7)、右滑轨(8)、壳体(9)、蜗杆(10)、蜗轮(11)、转轴(12)、主动锥齿轮(13)、左从动锥齿轮(14)、右从动锥齿轮(15)、驱动单元(16)、左丝杠支撑件(17)和右丝杠支撑件(18)，其中，

壳体(9)为具有内腔的矩形框，固定安装在航天器机体(19)上；

转轴(12)位于壳体(9)的内腔中，转轴(12)的两端分别可转动地连接在壳体(9)的相对的第一侧壁和第二侧壁上；蜗轮(11)和主动锥齿轮(13)彼此间隔地套装在转轴(12)上；

蜗杆(10)与蜗轮(11)配合，蜗杆(10)的两端分别由壳体(9)的相对的第三侧壁和第四侧壁可转动地支撑，并且蜗杆(10)的一端连接至驱动单元(16)；当收到外部的致动信号时，驱动单元(16)驱动蜗杆(10)转动，蜗杆(10)进一步带动蜗轮(11)转动；

左旋丝杠(1)位于壳体(9)的左侧，右旋丝杠(2)位于壳体(9)的右侧，左旋丝杠(1)的第一端(101)伸入壳体(9)的内腔中，其第二端(102)由左丝杠支撑件(17)支撑；左从动锥齿轮(14)套装在左旋丝杠(1)的第一端(101)上，并与主动锥齿轮(13)啮合；右旋丝杠(2)的第一端(201)伸入壳体(9)的内腔中，其第二端(202)由右丝杠支撑件(18)支撑；右从动锥齿轮(15)套装在右旋丝杠(2)的第一端(201)上，并与主动锥齿轮(13)啮合；

左滑轨(7)位于左旋丝杠(1)的下面，左滑轨(7)固定安装在航天器机体(19)上，左旋锁钩(3)的上端套装配合在左旋丝杠(1)上，下端装配在左滑轨(7)中，当左旋丝杠(1)转动时，左旋锁钩(3)能够随着左旋丝杠(1)的转动沿着左滑轨(7)滑动；

右滑轨(8)位于右旋丝杠(2)的下面，右滑轨(8)固定安装在航天器机体(19)上，右旋锁钩(4)的上端套装配合在右旋丝杠(2)上，下端装配在右滑轨(8)中，当右旋丝杠(2)转动时，右旋锁钩(4)能够随着右旋丝杠(2)的转动沿着右滑轨(8)滑动；

左锁环(5)和右锁环(6)均安装在太阳电池板(20)上，左锁环(5)能够随着左旋丝杠(1)的转动而与左旋锁钩(3)钩合或脱开，右锁环(6)能够随着右旋丝杠(2)的转动与右旋锁钩(4)钩合或脱开。

2.根据权利要求1所述的适用于太阳电池阵的锁紧释放机构，其特征在于：

左旋锁钩(3)包括第一块状本体(301)和第一钩部(302)，第一块状本体(301)上具有用于与左旋丝杠(1)配合的螺纹孔(3011)和用于与左滑轨(7)配合的第一燕尾块(3012)，相应地，左滑轨(7)具有与第一燕尾块(3012)配合的第一燕尾槽(701)；第一钩部(302)用于与左锁环(5)配合，并且第一钩部(302)包括四个锥面，四个锥面两两对称地布置，相应地，左锁环(5)包括分别与第一钩部(302)的四个锥面配合的四个锥面；

右旋锁钩(4)包括第二块状本体(401)和第二钩部(402)，第二块状本体(401)上具有用于与右旋丝杠(2)配合的螺纹孔(4011)和用于与右滑轨(8)配合的第二燕尾块(4012)，相应地，右滑轨(8)具有与第二燕尾块(4012)配合的第二燕尾槽(801)；第二钩部(402)用于与右锁环(6)配合，并且第二钩部(402)包括四个锥面，四个锥面两两对称地布置，相应地，右锁环(6)包括分别与第二钩部(402)的四个锥面配合的四个锥面。