CN105822742A - 旋转轴系的限位与自动解锁机构 - Google Patents

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Abstract

旋转轴系的限位与自动解锁机构，应用于空间技术领域，为了解决现有旋转轴系的限位与解锁装置的结构复杂，可靠性低的问题，该结构主要由限位齿轮、导向支座、限位导杆、第一弹簧、调紧盖、钢球、卡位座、第二弹簧和调紧螺钉组成；限位齿轮固定在旋转轴系上；导向支座与机身通过螺纹连接，限位导杆设置在导向支座内，导向支座对限位导杆实现导向作用；限位导杆的下端设置在限位齿轮上；第一弹簧套在限位导杆上部；调紧盖与导向支座上部通过螺纹连接，使第一弹簧产生压紧力；在导向支座的外壁上设置卡位座，钢球设置在卡位座内，通过第二弹簧和调紧螺钉将其压紧；该结构小巧，限位锁紧程度可调，该机构可广泛应用到空间技术领域和相关的旋转设备中。

Description

旋转轴系的限位与自动解锁机构
技术领域
本发明涉及一种空间设备中旋转轴系的限位与解锁机构，主要应用于空间技术领域，也可应用于其他相关设备中轴系的限位与解锁。
背景技术
随着空间技术的快速发展，对空间设备的性能要求越来越高，空间设备的调整和执行能力变的越来越重要，如空间遥感器中广泛采用的调焦机构等。在这些运动执行机构中，电机带动轴系转动是目前采用最为普遍的驱动方式。考虑到空间设备在发射过程中需要经历恶劣的力学环境，为保证运动执行机构的初始理想位置，并保护运动部件在发射过程中受到振动和冲击时不被损坏，需要在运动机构中加入限位装置使运动机构在发射过程中处于限位锁紧状态，空间设备进入预定轨道后开始工作，当运动机构需要执行运动功能时，限位装置应能够可靠的实现解锁。
目前常用的旋转轴系的限位与解锁装置主要有电磁式和火工品解锁式。电磁式方案需要专门的控制电路来控制电磁制动器的制动和释放，由于控制电路复杂导致在空间应用时的可靠性较低；火工品解锁方案解锁可靠，但解锁时的爆炸过程会对运动机构造成冲击等不良影响。而且针对空间设备来说，通过遥控指令实现专门解锁程序的过程非常复杂，而且可靠性也较差，因此有必要设计一种适合于空间设备中应用的旋转轴系的限位与自动解锁机构。
发明内容
本发明为了解决现有旋转轴系的限位与解锁装置结构复杂，在空间环境中应用解锁程序复杂且可靠性较低的问题，提出了一种主要面向空间设备应用的旋转轴系的限位与自动解锁机构。
旋转轴系的限位与自动解锁机构，其特征是，该机构主要由限位齿轮、导向支座、限位导杆、第一弹簧、调紧盖、钢球、卡位座、第二弹簧和调紧螺钉组成；
限位齿轮固定在旋转轴系上；
导向支座与机身通过螺纹连接，限位导杆设置在导向支座内，导向支座对限位导杆实现导向作用；
限位导杆的下端设置在限位齿轮上；
第一弹簧套在限位导杆上部；调紧盖与导向支座上部通过螺纹连接，使第一弹簧向限位导杆施加压紧力；
在导向支座(2)的外壁上设置卡位座(7)，钢球(6)设置在卡位座(7)内，通过第二弹簧(8)和调紧螺钉(9)将其压紧。
限位齿轮为具有多个V形槽的结构，且多个V形槽均匀分布在限位齿轮的圆周上。
限位导杆为上部圆柱半径小于下部圆柱半径的台阶式一体结构，其下端为球头，在下部圆柱外壁上具有导向槽，导向槽下端具有球窝；限位导杆的球头被定位到限位齿轮的V形槽中，球头与V形槽可以实现自动对准定位。
卡位座的位置与导向槽相对应，钢球通过第二弹簧和调紧螺钉将其压紧在导向槽内，可以防止限位导杆在导向支座中转动。
调紧盖为上端具有通孔的内螺纹结构，调紧盖与导向支座螺纹连接时，限位导杆上端穿过调紧盖的通孔。
在旋转轴系启动时，旋转轴系带动限位齿轮转动，限位齿轮上的V形槽推动限位导杆在导向支座内向上滑动，当限位导杆被推到一定高度时，钢球沿导向槽进入球窝，在钢球陷入球窝的过程中，使限位导杆继续向上滑动，从而使限位导杆的球头部分与限位齿轮的V形槽分离，从而实现解锁功能。
本发明的有益效果是：空间设备在卫星发射过程中会遭受剧烈的振动和冲击，运用该机构可以使空间设备中的旋转轴系处于限位锁紧状态，从而保证运动执行机构的初始理想位置，而且能有效保护各运动部件受到损伤；当空间设备入轨运行后，该机构可以在旋转轴系启动时自动解锁，不需要专门的解锁程序。
该机构可以设计成模块化，使用时将机构固定在机身上，另外只需在旋转轴系上安装一个很小的限位齿轮，通过合理调节机构两处的弹簧压紧力，即可实现机构的限位和自动解锁功能。
本发明提出的旋转轴系的限位与自动解锁机构，具有结构紧凑，限位锁紧程度可调，轴系启动时可以自动解锁，而无需专门的解锁程序等特点。运用该机构可以解决在卫星发射过程中旋转轴系的限位锁紧及在轨运行后的解锁难题，可以方便的应用到空间技术领域和相关的旋转设备中。
附图说明
图1为本发明旋转轴系的限位与自动解锁机构示意图。
图2为本发明所述限位导杆的结构示意图。
图3为本发明所述限位导杆与限位齿轮V形槽之间的对准定位示意图。
具体实施方式
如图1所示，旋转轴系的限位与自动解锁机构，其主要由：限位齿轮1、导向支座2、限位导杆3、第一弹簧4、调紧盖5、钢球6、卡位座7、第二弹簧8和调紧螺钉9组成。
限位齿轮1为具有多个V形槽的结构，且多个V形槽均匀分布在限位齿轮1的圆周上，限位齿轮1固定在旋转轴系11上；导向支座2与机身10通过螺纹连接，限位导杆3设置在导向支座2内，导向支座2对限位导杆3实现导向作用；
如图2所示，限位导杆3为上部圆柱半径小于下部圆柱半径的台阶式一体结构，且其下端为球头3-1结构，在下部圆柱外壁上具有导向槽3-3，导向槽3-3下端具有球窝3-2。第一弹簧4套在限位导杆3的上部圆柱上；调紧盖5为上端具有通孔的内螺纹结构，调紧盖5与导向支座2上部通过螺纹连接，使第一弹簧4产生压紧力，在压紧力的作用下，限位导杆3的球头3-1被定位到限位齿轮1的V形槽中，球头3-1与V形槽之间可以实现自动对准定位，如图3所示。
在导向支座2的外壁上设置卡位座7，卡位座7的位置与导向槽3-2相对应。钢球6设置在卡位座7内，通过第二弹簧8和调紧螺钉9将其压紧在导向槽3-2内。
当旋转轴系11不连续转动时，在受到振动和冲击过程中，通过限位导杆3与限位齿轮1间的机械摩擦，以及在第一弹簧4的压紧力作用下限位导杆3的球头3-1与限位齿轮1的V形槽之间形成自动对准定位，如图3所示，实现对轴系的限位锁定功能。通过调紧盖5可以调节第一弹簧4对限位导杆3的压紧力，从而实现机构的锁紧程度可调，该机构对轴系受到的振动和冲击还具有一定的缓冲作用。
当空间设备进入预定轨道，机构需要执行运动功能时，旋转轴系11由电机驱动开始连续转动，旋转轴系11带动限位齿轮1转动，限位齿轮1上的V形槽推动限位导杆3向上滑动，当限位导杆3滑动到一定高度时，侧面的卡位钢球6沿着限位导杆3上的导向槽3-3进入限位导杆3上的球窝3-2内，在第二弹簧8的压力作用下，将限位导杆3卡在钢球6所在的高度，在钢球6卡入球窝3-2的过程中，使限位导杆3与限位齿轮1之间脱离，从而实现该限位机构的解锁功能。
采用该机构时需要设计合理的限位导杆球头半径和齿轮V形槽形状，通过优化设计选取合理的参数，才能在保证机构锁紧效果的同时防止出现卡死现象。
通过调紧盖调节弹簧1对限位导杆的压紧力时，不仅要考虑使限位机构充分锁紧，还要考虑旋转轴系的驱动力大小，即电机输入的转动力矩，尤其在电机转动力矩小的地方应用时，压紧力过大可能会导致电机无法带动轴系连续转动，导致该机构无法实现自动解锁。
将本发明提出的旋转轴系的限位与自动解锁机构应用在某空间遥感器的调焦机构中，在卫星发射过程中使调焦机构的旋转轴系保持限位锁紧状态，当卫星进入预定轨道需要执行运动功能时，通过遥控指令启动电机带动轴系转动使限位机构自动解锁，同时执行运动任务，运用本发明可靠的实现了空间设备中旋转轴系的限位和自动解锁功能。

Claims (6)

1.旋转轴系的限位与自动解锁机构，其特征是，该机构主要由限位齿轮(1)、导向支座(2)、限位导杆(3)、第一弹簧(4)、调紧盖(5)、钢球(6)、卡位座(7)、第二弹簧(8)和调紧螺钉(9)组成；
限位齿轮(1)固定在旋转轴系(11)上；
导向支座(2)与机身(10)通过螺纹连接，限位导杆(3)设置在导向支座(2)内，导向支座(2)对限位导杆(3)实现导向作用；
限位导杆(3)的下端设置在限位齿轮(1)上；
第一弹簧(4)套在限位导杆(3)上部；调紧盖(5)与导向支座(2)上部通过螺纹连接，使第一弹簧(4)向限位导杆(3)施加压紧力；
在导向支座(2)的外壁上设置卡位座(7)，钢球(6)设置在卡位座(7)内，通过第二弹簧(8)和调紧螺钉(9)将其压紧。
2.根据权利要求1所述的旋转轴系的限位与自动解锁机构，其特征是，限位齿轮(1)为具有多个V形槽的结构，且多个V形槽均匀分布在限位齿轮(1)的圆周上。
3.根据权利要求2所述的旋转轴系的限位与自动解锁机构，其特征是，限位导杆(3)为上部圆柱半径小于下部圆柱半径的台阶式一体结构，其下端为球头(3-1)，在下部圆柱外壁上具有导向槽(3-3)，导向槽(3-3)下端具有球窝(3-2)；限位导杆(3)的球头(3-1)被定位到限位齿轮(1)的V形槽中，球头(3-1)与V形槽可以实现自动对准定位。
4.根据权利要求3所述的旋转轴系的限位与自动解锁机构，其特征是，卡位座(7)的位置与导向槽(3-3)相对应，钢球(6)通过第二弹簧(8)和调紧螺钉(9)将其压紧在导向槽(3-3)内，可以防止限位导杆(3)在导向支座(2)中转动。
5.根据权利要求3或4所述的旋转轴系的限位与自动解锁机构，其特征是，调紧盖(5)为上端具有通孔的内螺纹结构，调紧盖(5)与导向支座(2)螺纹连接时，限位导杆(3)上端穿过调紧盖(5)的通孔。
6.根据权利要求3或4所述的旋转轴系的限位与自动解锁机构，其特征是，在旋转轴系(11)启动时，旋转轴系(11)带动限位齿轮(1)转动，限位齿轮(1)上的V形槽推动限位导杆(3)在导向支座(2)内向上滑动，当限位导杆(3)被推到一定高度时，钢球(6)沿导向槽(3-3)进入球窝(3-2)，在钢球(6)陷入球窝(3-2)的过程中，使限位导杆(3)继续向上滑动，从而使限位导杆(3)的球头(3-1)部分与限位齿轮(1)的V形槽分离，从而实现解锁功能。
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