CN105659743B - 一种同轴双边弹簧驱动展开锁定机构 - Google Patents
一种同轴双边弹簧驱动展开锁定机构Info
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Abstract
本发明涉及一种同轴双边弹簧驱动展开锁定机构。所述驱动展开锁定机构中，公铰和母铰通过转轴连接在一起，并可绕转轴相对转动，一对或一对以上平面涡卷弹簧对称并同轴安装在公铰两侧。其中，平面涡卷弹簧内圈通过弹簧挡和转轴与公铰固定连接；平面涡卷弹簧外圈通过弹簧外圈固定轴和弹簧外圈固定套与母铰固定连接，锁紧钩安装在公铰上，其尾端具有凸台且伸出公铰。在展开锁定状态，锁紧钩尾端进入母铰的凹槽中，其尾端凸台落在锁紧槽中通过摩擦自锁实现锁定，锁紧钩受力方向与锁紧面法向的夹角应小于锁紧钩的摩擦自锁角。所述展开锁定机构结构简单紧凑、使用空间利用率提高、质量分布均匀、节省材料、同样驱动能力下重量更轻且可靠性高。<pb pnum="1" />
Description
技术领域
本发明涉及一种同轴双边弹簧驱动展开锁定机构，所述展开锁定机构尤其适用于月面重力环境下或其他行星重力环境下对航天器附件的展开和锁定。
背景技术
一些航天器附件，如天线、太阳翼等，在航天器发射阶段需要收拢压紧，在航天器进入太空轨道后需要解除压紧并展开，原来收拢的航天器附件结构部分需要组合成新的结构，即航天器附件由收拢状态展开后锁定。由于所述航天器附件由收拢状态展开后锁定主要是由展开锁定机构完成的，因此，展开锁定机构往往是航天器上必不可少的重要活动部件。
航天器上用于展开锁定附件的展开锁定机构多为一次性动作的机构，即航天器发射后，按规定的飞行时序，展开锁定机构只需要完成一次所规定的展开锁定动作。航天器上的展开锁定机构一般采用无源驱动，驱动力多由弹簧提供，锁定形式主要有机械限位、摩擦自锁等，比较典型的应用是卫星太阳翼板间展开锁定机构。由于太阳翼板通常在卫星入轨后就展开，在空间微重力环境下，太阳翼板的展开锁定机构展开阻力矩相对较小，因此，太阳翼板的展开锁定机构一般只需安装一只弹簧提供驱动力矩，即可实现太阳翼板的展开并可靠锁定。
随着航天器技术的不断发展，大型航天器附件进入轨道后的展开锁定和深空探测着陆器附件着陆后的展开锁定对展开锁定机构的驱动能力提出了更高的要求，仅以一只弹簧提供驱动力矩的展开锁定机构已经不能满足其展开锁定的要求，需要提供更大的驱动力矩。为了实现展开锁定机构输出较大驱动力矩，通常采用结构为：在展开锁定机构转轴的一端串连两只或两只以上的弹簧，以提供更大的驱动力矩。但是，所述通常采用的结构主要存在以下几个方面的问题：(1)由于仅在展开锁定机构转轴的一端串连两只或两只以上弹簧，将使得展开锁定机构安装有弹簧一边的外形尺寸较大，而未安装弹簧一边的空间无法利用，这对于空间布局紧凑的航天器机构设计是不利的；(2)由于展开锁定机构的弹簧扭矩集中在一侧，因此对展开锁定机构安装弹簧一侧结构的强度和刚度有较大的要求，为了使展开锁定机构在承载较大扭矩的情况下不发生明显变形或结构破坏，往往需要将展开锁定机构中安装有弹簧一侧的结构比未安装弹簧一侧结构的强度更高、刚度更好，从而造成展开锁定机构质量分布不均匀，浪费材料；(3)由于展开锁定机构驱动力矩集中在一侧，因此在展开锁定运动过程中，会产生偏心力矩；展开锁定机构的转轴受到偏心力矩的影响，使得展开锁定机构在运动过程中的阻力矩增大，从而影响展开锁定机构的展开可靠性；若偏心力矩导致展开锁定机构变形较大，还会增加展开锁定机构的锁定元件在锁定过程入锁的风险，降低了锁定可靠度。
发明内容
针对现有技术中为实现航天器上展开锁定机构输出较大驱动力矩，通常采用在展开锁定机构转轴的一端串连2只或2只以上的弹簧的结构的缺陷，本发明的目的在于提供一种同轴双边弹簧驱动展开锁定机构，所述展开锁定机构结构简单紧凑、质量分布均匀、节省材料、重量轻且可靠性高。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
一种同轴双边弹簧驱动展开锁定机构，主要由公铰、母铰、平面涡卷弹簧、转轴、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、锁紧钩、锁紧钩转动轴、锁紧钩定位套、锁紧钩限位扭簧、锁紧钩限位扭簧压杆和锁紧钩垫块组成。
其中，公铰和母铰通过转轴连接，并可绕转轴相对转动；公铰和母铰沿中心对称面对称安装；在公铰的一侧，转轴通过定位销固定连接在公铰上；在公铰的另一侧，弹簧内圈固定套穿在转轴上，并通过定位销与公铰周向定位连接；一对以上平面涡卷弹簧对称安装在公铰两侧，在公铰一侧，一对平面涡卷弹簧中的一只平面涡卷弹簧内圈通过定位销与转轴定位连接；在公铰另一侧，另一只平面涡卷弹簧内圈通过定位销穿过弹簧内圈固定套与转轴定位连接；弹簧挡将平面涡卷弹簧压紧固定；在平面涡卷弹簧外侧通过弹簧外端盖将弹簧装紧固定；弹簧外圈固定轴通过一端的螺纹旋入母铰上，弹簧外圈固定套套在弹簧外圈固定轴上并与母铰轴孔配合定位连接；平面涡卷弹簧外圈安装固定在弹簧外圈固定套上，弹簧外圈固定套压盖将平面涡卷弹簧外圈固定部位压紧，并利用弹簧外圈固定轴另一端的螺纹部位通过螺母将弹簧外圈固定套压盖装紧；锁紧钩前端通过锁紧钩转动轴安装在公铰上，锁紧钩中心对称面与公铰中心对称面共面，并通过锁紧钩定位套对锁紧钩进行轴向定位，锁紧钩与锁紧钩定位套可相对转动；在锁紧钩定位套上安装锁紧钩限位扭簧，锁紧钩限位扭簧的一侧力作用臂扣在锁紧钩上，另一侧力作用臂搭在锁紧钩限位扭簧压杆上，以约束锁紧钩的运动，锁紧钩限位扭簧压杆穿过公铰固定在锁紧钩转动轴一侧；在公铰与锁紧钩接触部位安装锁紧钩垫块，以避免锁紧钩与公铰发生直接的金属碰撞而造成对锁紧钩的损伤；锁紧钩尾端伸出公铰与母铰相邻的一面，且尾端两侧具有凸台；在母铰上设有凹槽，所述凹槽中设有锁紧槽，在展开锁定状态，锁紧钩伸出公铰的尾端进入母铰的凹槽中，且尾端凸台可落在所述锁紧槽中，通过摩擦自锁实现锁定；为实现可靠锁定，锁紧钩受力方向与锁紧面法向的夹角应小于锁紧钩的摩擦自锁角。
其中，所述平面涡卷弹簧为一对或一对以上，当述平面涡卷弹簧为一对以上时，转轴同侧的各平面涡卷弹簧之间用垫隔开，相邻放置；优选在公铰和母铰相对转动面之间设置润滑垫，以减小摩擦；优选在锁紧钩与锁紧钩定位套相对转动面之间安设置锁紧钩转动润滑垫，以减小摩擦；公铰与母铰锁定后的相对位置还可通过限位螺钉来调节，限位螺钉安装在公铰与母铰相邻一边。
本发明所述压紧展开锁定机构工作过程中，当处于解锁收拢状态，公铰和母铰相对转过一定角度，使得平面涡卷弹簧有一定预变形以储存弹性势能，为展开锁定机构展开航天器附件提供驱动力矩；当航天器附件压紧解除后，所述展开锁定机构的平面涡卷弹簧储存的弹性势能释放，驱动航天器附件做展开运动，当展开锁定机构展开后，公铰和母铰做相对运动，二者相邻一边靠近，锁紧钩尾端进入母铰上的凹槽中并滑动，直至锁紧钩尾端凸台落入母铰的锁紧槽中锁定。在锁紧钩尾端进入母铰上的凹槽中滑动过程中，锁紧钩限位扭簧将锁紧钩压住，保证锁紧钩不因与母铰的凹槽发生碰撞而翻转导致锁紧钩无法进入锁紧槽。
本发明所述展开锁定机构为一次性动作的机构，即航天器发射后，按规定的飞行时序，展开锁定机构只需要完成一次所规定的展开锁定动作，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锁定机构解锁，只需采用工具将锁紧钩从母铰的锁紧槽中顶出，然后用工具将公铰和母铰向展开运动相反方向施加作用力即可。
有益效果
1.本发明一种同轴双边弹簧驱动展开锁定机构，在所述展开锁定机构转轴上同轴双边安装弹簧，提高了所述展开锁定机构的使用空间利用率；
2.本发明一种同轴双边弹簧驱动展开锁定机构，在所述展开锁定机构转轴上同轴双边安装弹簧，使得所述展开锁定机构结构简单紧凑、布局更合理、质量分布均匀、节省材料、同样驱动能力下重量更轻且可靠性高；
3.本发明一种同轴双边弹簧驱动展开锁定机构，不仅适用于具有较大展开驱动力矩需求的航天器附件的展开锁定，同样也适用于一般航天器附件的展开锁定，应用范围广；
4.本发明一种同轴双边弹簧驱动展开锁定机构，具有较好的可拓展性，可实现1对或1对以上弹簧的同轴双边安装。
附图说明
图1为本发明一种同轴双边弹簧驱动展开锁定机构收拢锁定状态的主视图
图2为本发明一种同轴双边弹簧驱动展开锁定机构收拢锁定状态的俯视图。
图3为本发明一种同轴双边弹簧驱动展开锁定机构收拢状态的右视图。
图4为本发明一种同轴双边弹簧驱动展开锁定机构收拢状态的立体图。
图5为本发明一种同轴双边弹簧驱动展开锁定机构展开过程状态的立体图。
图6为本发明一种同轴双边弹簧驱动展开锁定机构展开锁定状态的立体图。
其中：1-公铰，2-母铰，3-平面涡卷弹簧，4-转轴，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-锁紧钩，13-锁紧钩转动轴，14-锁紧钩转动润滑垫，15-锁紧钩定位套，16-锁紧钩限位扭簧，17-锁紧钩限位扭簧压杆，18-锁紧钩垫块，19-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
如图1、图2和图3所示，一种同轴双边弹簧驱动展开锁定机构，主要由公铰1、母铰2、平面涡卷弹簧3、转轴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、锁紧钩12、锁紧钩转动轴13、锁紧钩转动润滑垫14、锁紧钩定位套15、锁紧钩限位扭簧16、锁紧钩限位扭簧压杆17、锁紧钩垫块18和限位螺钉19组成。
其中，公铰1和母铰2均为立体三角形结构，并根据本领常规技术进行减重优化设计，在每个面上设有凹槽。母铰2一角在公铰1一角凹槽两侧内部，所述两角通过一根转轴4连接，使公铰1和母铰2可绕转轴4相对转动，形成铰链结构。公铰1和母铰2沿中心对称面对称安装，公铰1和母铰2相对转动面之间装有润滑垫5，以减小摩擦。
在公铰1的一侧，转轴4通过定位销固定连接在公铰1上；在公铰1的另一侧，弹簧内圈固定套8套在转轴4上，并通过定位销与公铰1周向定位连接。
两只平面涡卷弹簧3对称安装在公铰1两侧；在公铰1一侧，一只平面涡卷弹簧3的内圈中心穿过转轴4，并通过定位销与转轴4定位连接，弹簧挡6将所述内圈压紧固定在转轴4上；在公铰1另一侧，另一只平面涡卷弹簧3的内圈中心穿过弹簧内圈固定套8，并通过定位销穿过弹簧内圈固定套8与转轴4定位连接，弹簧挡6将所述内圈压紧固定在弹簧内圈固定套8上；在两只平面涡卷弹簧3外侧均设有弹簧外端盖7，并分别用螺母将弹簧外端盖7拧紧以固定所述平面涡卷弹簧3，如图3中转轴4部分局部剖视图所示。
在母铰2两侧有对称结构如下：弹簧外圈固定轴9通过一端的螺纹旋入母铰2上，弹簧外圈固定套10套在弹簧外圈固定轴9上并与母铰2轴孔配合定位连接；平面涡卷弹簧3的外圈安装固定在弹簧外圈固定套10上，弹簧外圈固定套压盖11将平面涡卷弹簧3的外圈固定部位压紧，并利用弹簧外圈固定轴9另一端的螺纹部位通过螺母将弹簧外圈固定套压盖11装紧。
在公铰1与转动轴4连接角的对边上设有对边凹槽，锁紧钩转动轴13穿过所述对边凹槽，锁紧钩12前端穿过锁紧钩转动轴13安装在公铰1上的对边凹槽中，锁紧钩12的尾端伸出公铰1与母铰2相邻的一面，且尾端两侧具有凸台，锁紧钩12中心对称面与公铰1中心对称面共面；如图2中锁紧钩定位套15部分局部剖视图所示，锁紧钩定位套15在锁紧钩12前端两侧各有一个，分别套在锁紧钩转动轴13上，对锁紧钩12在锁紧钩转动轴13上进行轴向定位，锁紧钩12与锁紧钩定位套15可相对转动，在锁紧钩12与锁紧钩定位套15相对转动面之间安装锁紧钩转动润滑垫14以减小摩擦；在锁紧钩转动轴13外的锁紧钩定位套15上安装锁紧钩限位扭簧16，锁紧钩限位扭簧16中心穿过锁紧钩定位套15，锁紧钩限位扭簧16的一侧力作用臂扣在锁紧钩12上，另一侧力作用臂搭在锁紧钩限位扭簧压杆17上，以约束锁紧钩12的运动，锁紧钩限位扭簧压杆17固定在锁紧勾转动轴13一侧，穿过公铰1上的对边凹槽，如图2中锁紧钩限位扭簧压杆17部分局部剖视图所示；在公铰1与锁紧钩12接触部位安装一锁紧钩垫块18，以避免锁紧钩12与公铰1发生直接的金属碰撞而造成对锁紧钩12的损伤。
在母铰2与转动轴4连接角的对边上设有对边凹槽，所述凹槽中设有锁紧槽，在锁定状态，锁紧钩12伸出公铰1的尾端可进入母铰2的对边凹槽中，且尾端凸台可落在所述锁紧槽中，并通过摩擦自锁实现锁定。为实现可靠锁定，锁紧钩12受力方向与锁紧面法向的夹角应小于锁紧钩12的摩擦自锁角。
公铰1与母铰2锁定后的相对位置还可通过限位螺钉19来调节，限位螺钉19安装在公铰1与母铰2相邻一边，如图1中限位螺钉19处局部剖视图所示。
本实施例所述压紧展开锁定机构工作时，当处于解锁收拢状态，公铰1和母铰2相对转过一定角度，使得平面涡卷弹簧3有一定预变形以储存弹性势能，为展开锁定机构展开航天器附件提供驱动力矩，如图4所示；当航天器附件压紧解除后，所述展开锁定机构的平面涡卷弹簧3储存的弹性势能释放，驱动航天器附件做展开运动，当展开锁定机构展开后，公铰1和母铰2做相对运动，二者相邻一边靠近，锁紧钩12尾端进入母铰2对边凹槽中并滑动，直至锁紧钩12尾端凸台落入母铰2的锁紧槽中锁定。在锁紧钩12尾端进入母铰2对边凹槽中滑动过程中，锁紧钩限位扭簧16将锁紧钩12压住，保证锁紧钩12不因与母铰2对边凹槽发生碰撞而翻转导致锁紧钩12无法进入锁紧槽。本实施例展开锁定机构的展开运动过程及展开后锁定状态分别如图5、图6所示。
本实施例所述展开锁定机构为一次性动作的机构，即航天器发射后，按规定的飞行时序，展开锁定机构只需要完成一次所规定的展开锁定动作，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锁定机构解锁，只需采用工具将锁紧钩12从母铰2的锁紧槽中顶出，然后用工具将公铰1和母铰2向展开运动相反方向施加作用力即可。
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。
本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明的精神和原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种同轴双边弹簧驱动展开锁定机构，其特征在于：所述展开锁定机构包括：公铰(1)、母铰(2)、平面涡卷弹簧(3)、转轴(4)、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)、锁紧钩(12)、锁紧钩转动轴(13)、锁紧钩定位套(15)、锁紧钩限位扭簧(16)、锁紧钩限位扭簧压杆(17)和锁紧钩垫块(18)；
其中，公铰(1)和母铰(2)沿中心对称面通过转轴(4)对称安装连接，并可绕转轴(4)相对转动；在公铰(1)的一侧，转轴(4)通过定位销固定连接在公铰(1)上；在公铰(1)的另一侧，弹簧内圈固定套(8)穿在转轴(4)上，并通过定位销与公铰(1)周向定位连接；一对以上平面涡卷弹簧(3)对称安装在公铰(1)两侧，在公铰(1)一侧，平面涡卷弹簧中的一对平面涡卷弹簧中的一只平面涡卷弹簧(3)内圈通过定位销与转轴(4)定位连接；在公铰(1)另一侧，另一只平面涡卷弹簧(3)内圈通过定位销穿过弹簧内圈固定套(8)与转轴(4)定位连接；弹簧挡(6)将平面涡卷弹簧(3)压紧固定；在平面涡卷弹簧(3)外侧通过弹簧外端盖(7)将弹簧装紧固定；弹簧外圈固定轴(9)通过一端的螺纹旋入母铰(2)上，弹簧外圈固定套(10)套在弹簧外圈固定轴(9)上并与母铰(2)轴孔配合定位连接；平面涡卷弹簧(3)外圈安装固定在弹簧外圈固定套(10)上，弹簧外圈固定套压盖(11)将平面涡卷弹簧(3)外圈固定部位压紧，并利用弹簧外圈固定轴(9)另一端的螺纹部位通过螺母将弹簧外圈固定套压盖(11)装紧；锁紧钩(12)前端通过锁紧钩转动轴(13)安装在公铰(1)上，锁紧钩(12)中心对称面与公铰(1)中心对称面共面，并通过锁紧钩定位套(15)对锁紧钩(12)进行轴向定位，锁紧钩(12)与锁紧钩定位套(15)可相对转动；在锁紧钩定位套(15)上安装锁紧钩限位扭簧(16)，锁紧钩限位扭簧(16)的一侧力作用臂扣在锁紧钩(12)上，另一侧力作用臂搭在锁紧钩限位扭簧压杆(17)上，锁紧钩限位扭簧压杆(17)穿过公铰(1)固定在锁紧钩转动轴一侧；在公铰(1)与锁紧钩(12)接触部位安装锁紧钩垫块(18)；锁紧钩(12)尾端伸出公铰(1)与母铰(2)相邻的一面，且尾端两侧具有凸台；在母铰(2)上设有凹槽，所述凹槽中设有锁紧槽，在展开锁定状态，锁紧钩(12)伸出公铰(1)的尾端进入母铰的凹槽中，且尾端凸台可落在所述锁紧槽中，通过摩擦自锁实现锁定；锁紧钩(12)受力方向与锁紧面法向的夹角应小于锁紧钩(12)的摩擦自锁角。
2.根据权利要求1所述的一种同轴双边弹簧驱动展开锁定机构，其特征在于：所述平面涡卷弹簧(3)为一对以上，当所述平面涡卷弹簧超过一对时转轴(4)同侧的各平面涡卷弹簧(3)之间用垫隔开。
3.根据权利要求1或2所述的一种同轴双边弹簧驱动展开锁定机构，其特征在于：在公铰(1)和母铰(2)相对转动面之间设置润滑垫(5)。
4.根据权利要求1或2所述的一种同轴双边弹簧驱动展开锁定机构，其特征在于：锁紧钩(12)与锁紧钩定位套(15)相对转动面之间安设置锁紧钩转动润滑垫(14)。
5.根据权利要求1或2所述的一种同轴双边弹簧驱动展开锁定机构，其特征在于：公铰(1)与母铰(2)相邻一边安装有限位螺钉(19)。
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