CN104443446B - 高刚度展开到位锁定装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高刚度展开到位锁定装置，包括上支架、下支架、至少一锁钩和至少一锁舌组件，所述上支架通过轴承与所述下支架连接，所述上支架可相对于所述下支架旋转运动，所述锁钩连接在所述上支架上，所述锁舌组件连接在所述下支架上，所述锁钩可与所述锁舌组件配合以锁定所述上支架与所述下支架之间的相对旋转运动。与现有技术相比，本发明的高刚度展开到位锁定装置实现了展开机构高刚度展开到位锁紧功能，展开锁紧运动简单，运动精度要求低，锁定刚度高，锁定可靠性高。

Description

高刚度展开到位锁定装置

技术领域

本发明涉及航天飞行器展开机构的锁定装置，特别涉及太阳电池翼、卫星天线展开机构的一种高刚度展开到位锁定装置。

背景技术

航天飞行器太阳电池翼、卫星天线在发射前需要进行压紧，以克服发射入轨阶段的振动冲击负载，入轨后工作前，需要进行展开后锁定，并实现一定的锁定刚度，以达到所要求的在轨工作基频。

目前，航天飞行器通常采用的展开锁定方式有自锁型蜗轮蜗杆方式和插销方式。蜗轮蜗杆方式的不足之处在于：工作负载一般均只有几十牛米，无法满足几百至上千牛米的大惯量负载展开锁定能力的需求，且在载荷冲击影响下，会逐渐产生运动间隙，使锁紧刚度下降，另外，由于传动自锁，较难实现手动解锁，已有蜗轮蜗杆技术方案不具备手动解锁功能。插销方式的不足之处在于：要求展开到位运动的精度较高，当需要有多个插销工作时，不能保证锁定时插入精度的一致性以及每个销受载的均衡性，导致锁定刚度和强度不满足要求，从而降低了机构工作的可靠性，还会缩短使用寿命。

美国Aquarius对地观测卫星公开了一种无源展开方式，其展开机构采用连杆棘爪机构进行锁定，其不足之处在于：其转动刚度较低，导致一阶基频不能满足设计要求，另外该机构的工作原理复杂，降低了工作的可靠性。

发明内容

本发明目的在于提供一种高刚度展开到位锁定装置，以解决现有技术中的锁定装置的运动复杂、精度要求高、锁定刚度不高以及可靠性较低的技术性问题。

本发明目的通过以下的技术方案实现：

一种高刚度展开到位锁定装置，包括上支架、下支架、至少一锁钩和至少一锁舌组件，所述上支架通过轴承与所述下支架连接，所述上支架可相对于所述下支架旋转运动，所述锁钩连接在所述上支架上，所述锁舌组件连接在所述下支架上，所述锁钩可与所述锁舌组件配合以锁定所述上支架与所述下支架之间的相对旋转运动。

优选地，所述锁钩通过转轴和至少一销轴与所述上支架连接。

优选地，所述锁钩的前部内侧设有过渡圆弧曲面，在过渡圆弧曲面远离锁钩的前端部的一端设有凹陷的楔形台阶。

优选地，所述锁舌组件包括壳体、碟簧和锁舌，所述壳体固定连接在所述下支架上，所述锁舌限位于所述壳体的空腔中并可从所述空腔中凸伸出以与所述锁钩相配合，所述碟簧套设在锁舌上并限位于所述空腔中。

优选地，所述锁舌包括连接体和连接在所述连接体一端的锁定体，所述连接体上设有限位凸环，所述碟簧套设在连接体上且位于限位凸环与壳体之间，限位凸环限位于所述壳体内。

优选地，所述锁定体的前端部设有楔形面，所述楔形面可与所述楔形台阶相配合。

优选地，所述上支架上设有上支架限位面，所述下支架设有下支架限位面，所述上支架限位面与所述下支架限位面之间的夹角为α，其中，0°≤α≤90°。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：

1、本发明的高刚度展开到位锁定装置实现了展开机构高刚度展开到位锁紧功能，展开锁紧运动简单，运动精度要求低，锁定刚度高，锁定可靠性高；

2、本发明的高刚度展开到位锁定装置可手动解锁，提高了锁紧装置工作的可靠性；

3、本发明的高刚度展开到位锁定装置到位锁紧后无回转间隙，有效提高了锁定刚度。

附图说明

图1为本发明的高刚度展开到位锁定装置的结构示意图；

图2为图1的剖视图；

图3为图1的剖视图；

图4为本发明高刚度展开到位锁定装置发射初始状态的剖视图；

图5为本发明高刚度展开到位锁定装置展开过程的剖视图；

图6为本发明高刚度展开到位锁定装置展开到位锁定后的剖视图；

图中标记为：

1—上支架、11—销轴、12—转轴、13—上支架限位面、2—锁钩、21—过渡圆弧曲面、22—楔形台阶、3—锁舌组件、31—碟簧、32—锁舌、321—连接体、322—限位凸环、323—楔形面、324—锁定体、33—壳体、4—下支架、41—轴承、42—下支架限位面。

具体实施方式

以下结合附图，具体说明本发明。为了使本领域的技术人员能够清楚、完整的知晓本发明的内容并可以实施本发明的技术方案，实施例中公开了大量的细节。但是，很显然地，没有这些细节本领域的技术人员也能够实施本发明的技术方案，达到本发明的目的，实现本发明的效果。这些细节是发明人经过大量的实验而选择的最优的实施方式，并不用来限制本发明的保护范围。本发明的保护范围以权利要求书的内容为准，本领域的技术人员根据本申请文件公开的内容无需创造性劳动而得到的技术方案也在本发明的保护范围内。

本发明的高刚度展开到位锁定装置采用机械锁紧形式，其主要由锁舌与锁钩的凸轮传动技术、锁舌和锁钩楔紧技术、碟簧装置的预紧和消隙技术组成。利用上支架和下支架的相对单向旋转运动作为展开锁定动作的运动路径。上支架上安装有锁钩，锁钩具有过渡圆弧曲面和楔形台阶，过渡圆弧曲面的中心线与上支架和下支架之间的旋转轴线偏心；下支架上安装锁舌组件，锁舌组件包括碟簧、锁舌和壳体，碟簧具有所要求的预紧力，将锁舌压紧在壳体上，锁舌头部露出壳体外，使其能与外界发生作用，并使锁舌可以沿着壳体往复运动。该锁定装置可实现大面积太阳电池翼或大型空间天线阵在发射入轨后的展开锁定，实现其在变轨时的大冲击负载下的高刚度锁紧功能。

下面结合附图对本发明的优选实施例进行说明。

请参阅图1-6，一种高刚度展开到位锁定装置，包括上支架1、下支架4、至少一锁钩2和至少一锁舌组件3，上支架1与大面积太阳电池翼或大型空间天线阵连接，下支架4与飞行器结构体固连，所述上支架1通过轴承41与所述下支架4连接，所述上支架1可相对于所述下支架4旋转运动，所述锁钩2连接在所述上支架1上，所述锁舌组件3连接在所述下支架4上，所述锁钩2可与所述锁舌组件3配合以锁定所述上支架1与所述下支架4之间的相对旋转运动。

锁钩2与锁舌组件3的数量应一致，锁钩2的数量可根据锁紧载荷需要设置。

所述锁钩2通过转轴12和至少一销轴11与所述上支架1连接。具体可为锁钩2的根部通过销轴11与上支架1连接，锁钩2的中部通过转轴12与上支架1连接，销轴11可为一个或多个。也可设置为锁钩2的根部通过转轴与上支架1连接，锁钩2的中部通过销轴与上支架1连接，销轴11可为一个或多个。

所述锁钩2的前部内侧设有过渡圆弧曲面21，在过渡圆弧曲面21远离锁钩2的前端部的一端设有凹陷的楔形台阶22。

所述锁舌组件3包括壳体33、碟簧31和锁舌32，所述壳体33通过螺栓固定连接在所述下支架4上，所述锁舌32限位于所述壳体33的空腔中并可从所述空腔中凸伸出以与所述锁钩2相配合，所述碟簧31套设在锁舌32上并限位于所述空腔中。

所述锁舌32包括连接体321和连接在所述连接体321一端的锁定体324，所述连接体321上设有限位凸环322，所述碟簧31套设在连接体321上且位于限位凸环322与壳体33之间，限位凸环322限位于所述壳体33内。所述锁定体324的前端部设有楔形面323，所述楔形面323可与所述楔形台阶22相配合。常态下，碟簧31的预紧力使锁定体324的前端部凸伸出壳体33，当锁定体324的前端部受到的外载超过碟簧31的预紧力时，锁定体324的前端部被压入壳体33内。

所述上支架1上设有上支架限位面13，所述下支架4设有下支架限位面42，所述上支架限位面13与所述下支架限位面42之间的夹角为α，其中，0°≤α≤90°。

以下结合附图对本发明的工作过程进行说明。

图1-3是本发明的高刚度展开到位锁定装置的结构示意图，其中，上支架1和下支架4通过轴承41支撑，并可实现90°范围内的相对转动。图3示出了上支架1和下支架4的旋转主轴以及展开运动方向。锁钩2通过销轴11和转轴12安装在上支架1上,销轴11可手动拔出和插入，销轴11拔出后，锁钩2可绕转轴12转动；锁钩2有两个，工作时，分别与两组锁舌组件3发生接触，锁钩2具有过渡圆弧曲面21和楔形台阶22；锁舌组件3固定安装在下支架4上，每组锁舌组件3的壳体内安装有一组碟簧31和一个锁舌32，每组碟簧31的刚度设计为2.3×10⁵kg/s²，初始预紧力设为520N；锁舌32头部设有楔形面，头部露出壳体33外；上支架1和下支架4沿展开运动方向转过一定角度后，锁钩2和锁舌32发生接触，当锁舌32受到的外载超过碟簧31的预紧力时，锁舌32的头部被压入壳体33内，即向壳体33内回缩，碟簧31被进一步压缩。当外载小于碟簧31的预紧力时，锁舌32的头部被弹出壳体33外，即沿壳体33向外推出。

图4是本发明的高刚度展开到位锁定装置发射初始状态的剖视图。如图4所示，上支架1和下支架4均设有机械限位面，在初始状态下，两者的机械夹角为90°；锁舌32的回缩和推出方向运动轴线与上述上支架1和下支架4的相对旋转主轴在空间上正交，且错开一定距离d为12mm；上述锁钩2的过渡圆弧曲面的中心线与上述上支架1和下支架4的相对旋转主轴偏心量e为30mm，可提高锁舌32与锁钩2的过渡圆弧曲面接触作用时的法向分量。由此，锁舌32、锁钩2的过渡圆弧曲面、下支架4三者构成了凸轮机构。

图5是本发明的高刚度展开到位锁定装置展开过程的剖视图。如图5所示，下支架4相对上支架1绕主轴转过62°后，锁钩2的过渡圆弧曲面和锁舌32头部开始接触；随着上支架1和下支架4继续相对旋转，锁钩2的过渡圆弧曲面和锁舌形成凸轮运动，锁舌32沿着锁钩2的过渡圆弧曲面被逐渐压入壳体33，在此过程中，由于碟簧31预紧力的存在，上支架1和下支架4的相对转动需要通过外力驱动实现，若锁舌32与锁钩2的过渡圆弧曲面的运动摩擦系数取0.1时，则所需提供的最大驱动外力约为48Nm；上支架1和下支架4继续相对转动，旋转90°时，实现机械限位，如图6所示；同时，锁舌32弹出，由碟簧31预紧力将其与锁钩2相互楔紧，由于楔紧力的作用，将上支架1和下支架4限位面牢牢压紧，消除机械回转间隙。由于锁舌32与锁钩2的夹角θ设计较小，本实施例为11°，取锁舌32与锁钩2的运动摩擦系数0.1时，则本装置要实现反向解锁的所需驱动力矩达到3400Nm，且随着θ角度的减小而逐渐增大，使接近或完全自锁，从而实现高刚度锁定。

如图6所示，上述锁钩2的销轴11可手动拔出和插入，销轴11拔出后，锁钩2可绕转轴12沿解锁方向转动，即可解除锁钩2与锁舌32的楔紧力，实现手动解除锁定功能。

综上所述，本发明的高刚度展开到位锁定装置，由于采取上述的技术方案，使得大面积太阳电池翼或大型空间天线阵在发射入轨展开锁定后无回转间隙，有效提高了锁定刚度，可克服在变轨时的大冲击负载。解决了现有技术不能实现完全锁紧，即锁定后有运动间隙，锁定刚度不高，以及锁紧定位精度要求过高的问题。

本发明的高刚度展开到位锁定装置实现了展开机构高刚度展开到位锁紧功能，展开锁紧运动简单，运动精度要求低，锁定刚度高，锁定可靠性高。本发明的高刚度展开到位锁定装置可手动解锁，提高了锁紧装置工作的可靠性。本发明的高刚度展开到位锁定装置到位锁紧后无回转间隙，有效提高了锁定刚度。

以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (6)

1.一种高刚度展开到位锁定装置，其特征在于，包括上支架、下支架、至少一锁钩和至少一锁舌组件，所述上支架通过轴承与所述下支架连接，所述上支架可相对于所述下支架旋转运动，所述锁钩连接在所述上支架上，所述锁舌组件连接在所述下支架上，所述锁钩可与所述锁舌组件配合以锁定所述上支架与所述下支架之间的相对旋转运动，所述锁钩通过转轴和至少一销轴与所述上支架连接。

2.如权利要求1所述的高刚度展开到位锁定装置，其特征在于，所述锁钩的前部内侧设有过渡圆弧曲面，在过渡圆弧曲面远离锁钩的前端部的一端设有凹陷的楔形台阶。

3.如权利要求2所述的高刚度展开到位锁定装置，其特征在于，所述锁舌组件包括壳体、碟簧和锁舌，所述壳体固定连接在所述下支架上，所述锁舌限位于所述壳体的空腔中并可从所述空腔中凸伸出以与所述锁钩相配合，所述碟簧套设在锁舌上并限位于所述空腔中。

4.如权利要求3所述的高刚度展开到位锁定装置，其特征在于，所述锁舌包括连接体和连接在所述连接体一端的锁定体，所述连接体上设有限位凸环，所述碟簧套设在连接体上且位于限位凸环与壳体之间，限位凸环限位于所述壳体内。

5.如权利要求4所述的高刚度展开到位锁定装置，其特征在于，所述锁定体的前端部设有楔形面，所述楔形面可与所述楔形台阶相配合。

6.如权利要求1所述的高刚度展开到位锁定装置，其特征在于，所述上支架上设有上支架限位面，所述下支架设有下支架限位面，所述上支架限位面与所述下支架限位面之间的夹角为α，其中，0°≤α≤90°。