CN106184816B - 一种航天器翻转机构的缓冲减速装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航天器翻转机构的缓冲减速装置，所述航天器翻转机构包括机架外壳和转动臂，所述机架外壳为半圆形结构，所述转动臂转动连接在所述机架外壳上，所述缓冲减速装置包括减速调节块和至少一个减速挡块，所述减速挡块安装在所述机架外壳上，所述减速调节块能够沿径向移动地安装在所述转动臂上，所述减速调节块能够在离心力的作用下伸出所述转动臂与所述减速挡块配合接触。本发明提出的航天器翻转机构的缓冲减速装置，不仅能够适应航天器翻转机构转速变化较大的工况，而且不影响航天器翻转机构的到位精度。

Description

一种航天器翻转机构的缓冲减速装置

技术领域

本发明涉及航天器应用领域，尤其涉及一种航天器翻转机构的缓冲减速装置。

背景技术

在现有的航天器翻转机构中，通常采用破断绳、橡胶垫和蜂窝缓冲垫等作为其缓冲减速装置；其中当航天器翻转机构的缓冲减速装置采用破断绳时，由于破断绳是通过控制力的方式来缓冲，当航天器翻转机构的翻转转速波动较大时，为了使转动臂能够正常旋转，则转动臂在最小速度是也能将破断绳拉断，即破断绳只能根据转动臂的下限设计，而当转速波动大、转速大的时候，破断绳的减速效果大大减弱，故破断绳的可适用范围较小，不适合翻转速度变化较大的工况；当航天器翻转机构的缓冲减速装置采用橡胶垫或蜂窝缓冲垫时，由于橡胶垫和蜂窝缓冲垫具有一定的弹性，很难控制受冲击后的厚度变化，因此翻转机构的到位精度则难以保证。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种航天器翻转机构的缓冲减速装置，不仅能够适应航天器翻转机构转速变化较大的工况，而且不影响航天器翻转机构的到位精度。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明公开了一种航天器翻转机构的缓冲减速装置，所述航天器翻转机构包括机架外壳和转动臂，所述机架外壳为半圆形结构，所述转动臂转动连接在所述机架外壳上，其特征在于，所述缓冲减速装置包括减速调节块和至少一个减速挡块，所述减速挡块安装在所述机架外壳上，所述减速调节块能够沿径向移动地安装在所述转动臂上，所述减速调节块能够在离心力的作用下伸出所述转动臂与所述减速挡块配合接触。

优选地，所述减速调节块在伸出所述转动臂时与所述减速挡块为锥度配合接触，其中所述减速调节块与所述减速挡块的锥度配合接触的斜面的倾斜角度均大于自锁角度。

优选地，所述减速调节块与所述减速挡块的摩擦系数为0.1～0.2。

优选地，所述减速调节块的截面为倒“T”形结构，其中所述减速调节块的倒“T”形结构的底部设置在所述转动臂与截面为“U”形结构的限位块构成的容置空间内，所述减速调节块的倒“T”形结构的上端部能够从所述容置空间沿着所述转动臂径向方向上的凹槽伸出。

优选地，所述减速调节块的倒“T”形结构的底部与所述转动臂之间设有弹性元件。

优选地，所述减速调节块的倒“T”形结构的上端部与所述减速挡块配合接触的两侧呈锥形结构，其中所述减速调节块两侧的锥形结构的斜面的倾斜角度大于或等于15°。

优选地，所述减速挡块在所述转动臂正转时与所述减速调节块配合接触的一侧呈锥形结构，其中所述减速挡块的该侧的锥形结构的斜面的倾斜角度大于或等于15°。

优选地，所述减速挡块在所述转动臂反转时与所述减速调节块配合接触的一侧呈圆弧形结构。

优选地，所述缓冲减速装置包括多个所述减速挡块，各个所述减速挡块分别安装在所述机架外壳的圆弧上，每相邻的两个所述减速挡块之间的角度其中L为所述减速调节块的最大伸出距离，ω为所述转动臂的转动速度，r为所述转动臂的半径。

优选地，多个所述减速挡块均匀分布安装在与所述转动臂的初始转动位置夹角为45°～180°的所述机架外壳的圆弧上。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明的航天器翻转机构的缓冲减速装置通过在机架外壳上安装减速挡块，在转动臂上安装能够径向移动的减速调节块，在转动臂转动时，减速调节块在离心力的作用下会伸出转动臂与减速挡块配合接触，实现减速效果，可以适用于航天器翻转机构转速变化较大的工况，而且不影响航天器翻转机构的到位精度，从而提高了航天器的环境适应性和可靠性。

在进一步的方案中，本发明还可以具有以下有益效果：

减速调节块在伸出所述转动臂时与减速挡块为锥度配合接触，在实现防自锁的前提下，增大减速调节块与减速挡块的摩擦接触面积，提高减速效果。

减速调节块为倒“T”形结构，其上端部随着转动臂的转动而伸出与减速挡块配合接触，在减速调节块与转动臂之间设有弹性元件，可以根据实际情况需求通过选择不同弹性系数的弹性元件来调节减速调节块在转动臂转动时的伸出距离，扩大了缓冲减速装置的适用范围。

在转动臂正转时，减速调节块的为锥形结构的侧面与减速挡块的为锥形结构的侧面实现锥度配合接触，对转动臂产生减速效果；而在转动臂反转回复到初始位置时，减速调节块的为锥形结构的侧面与减速挡块的为圆弧形结构的侧面接触，大大降低低速回转时的阻力，方便将转动臂收回。

多个减速挡块分别安装在机架外壳的圆弧上，每相邻的两个减速挡块的角度大于设定的角度，使得在转动臂转动时，减速调节块被前一个减速挡块挤回至转动臂内时，通过相邻的两个减速挡块的空隙的时间内，减速调节块又可以在离心力的作用下伸出转动臂最大伸出距离，直到碰到下一个减速挡块；通过控制各个减速挡块之间的角度，可以让缓冲减速装置的整体减速效果更佳。另外，由于转动臂在转动过程中会受到一定的风压力矩，且在不同的角度下其力矩也跟随变化，将多个减速挡块均匀分布安装在与转动臂的初始转动位置夹角为45°～180°的机架外壳的圆弧上可以让翻转机构运作更好，缓冲减速装置的整体减速效果也更佳。

附图说明

图1是包含本发明优选实施例的缓冲减速装置的航天器翻转机构的俯视示意图；

图2是沿图1中I-I线的剖视示意图及局部放大示意图。

具体实施方式

下面对照附图并结合优选的实施方式对本发明作进一步说明。

如图1和图2所示，是包含本发明优选实施例的缓冲减速装置的航天器翻转机构的示意图，航天器翻转机构还包括机架外壳1和转动臂2，机架外壳1为半圆形结构，转动臂2是圆周运动机构，转动连接在机架外壳1上；缓冲减速装置包括减速调节块3和多个减速挡块4，多个减速挡块4安装在机架外壳1上，减速调节块3能够沿径向移动地安装在转动臂2上，当转动臂2作旋转运动时，减速调节块3在离心力的作用下会伸出转动臂2并与减速挡块4配合接触。部分实施例中，减速调节块3在伸出转动臂2时与减速挡块4锥度配合接触，减速调节块3与减速挡块4的锥度配合接触的斜面的倾斜角度均大于自锁角度；在实现防自锁的前提下，增大减速调节块3与减速挡块4的摩擦接触面积，提高减速效果。

如图2所示，减速调节块3的截面为倒“T”形结构，其中减速调节块3的倒“T”形结构的底部设置在转动臂2与截面为“U”形结构的限位块6构成的容置空间内，限位块6固定连接在转动臂2上；减速调节块的倒“T”形结构的上端部能够从容置空间沿着转动臂2径向方向上的凹槽21伸出，在离心力的作用下，减速调节块3的倒“T”形结构的底部能够在容置空间内沿着径向方向移动，使得减速调节块3的倒“T”形结构的上端部可以伸出到转动臂2之外与减速挡块4配合接触。其中，减速调节块3的倒“T”形结构的底部与转动臂2之间设有弹簧5，结合实际情况，可以选用不同弹性系数的弹簧5来控制减速调节块3随着离心力的作用而伸出转动臂2的距离。

如图2所示，减速调节块3的倒“T”形结构的上端部的左右两侧呈锥形结构，该锥形结构的斜面的倾斜角度大于或等于15°；减速挡块4的截面的左侧也呈锥形结构，该锥形结构的斜面的倾斜角度也大于或等于15°；减速挡块4的截面的右侧呈圆弧形结构；当转动臂2顺时针转动时(即转动臂2从起始位置A时转动至终止位置B时)，减速调节块3的倒“T”形结构的上端部的右侧面与减速挡块4的截面的左侧面锥度配合接触，对转动臂2产生减速效果；当转动臂2逆时针转动时(即转动臂2从终止位置B回转至初始位置A时)，减速调节块3的倒“T”形结构的上端部的左侧面与减速挡块4的截面的右侧面接触，减速挡块4的截面的右侧面的圆弧形结构，大大降低了转动臂2低速回转时的阻力，方便转动臂2回收。其中在优选的实施例中，减速调节块3的倒“T”形结构的上端部的左侧面的锥形结构的斜面倾斜角度等于减速挡块4的截面的右侧面的锥形结构的斜面倾斜角度，可以让减速调节块3与减速挡块4锥度配合接触时接触面积更大，增强减速效果，其中减速调节块3和减速挡块4可以选用弹性模量高、强度高的高弹性合金钢，优选选用弹簧钢，且减速调节块3和减速挡块4的摩擦系数f优选为0.1～0.2。根据减速调节块3和减速挡块4的摩擦系数f可以计算出减速调节块3和减速挡块4的接触配合的自锁角度θ＝arctan(f)，其中减速调节块3和减速挡块4的接触配合的角度需大于自锁角度，而减速调节块3和减速挡块4的接触配合的角度越大，配合时产生的摩擦阻力越小，减速效果越差；由于在航天器翻转机构运行过程中，存在较大的风压力矩，使得转动臂2的转动速度较大，故在优选的实施例中，速调节块3和减速挡块4的接触配合的角度尽量选择较小，考虑减速调节块3和减速挡块4的摩擦系数f为0.1～0.2，自锁角度为6°～12°，本发明优选实施例中速调节块3和减速挡块4的接触配合的角度选为15°为最佳。

当转动臂2静止时，减速调节块3处于自由状态；当转动臂2转动时，减速调节块3随之运动，在离心力的作用下，克服弹簧6的弹力，向外伸出，与减速挡块4发生碰撞，对转动臂2产生减速效果。碰撞后，减速调节块3被减速挡块4挤回至转动臂2内，通过减速挡块4后，再被甩出，直到碰到下一个减速挡块4。减速调节块3与减速挡块4碰撞时，配合接触的长度P越长，每次碰撞时产生的减速效果越好；当每次碰撞减速效果一定时，减速挡块数量N越多，缓冲减速装置的整体减速效果越佳。由于航天器翻转机构的尺寸的限制，减速调节块3与减速挡块4的配合接触的长度P不能太长，减速挡块4的布置也受航天器翻转机构的影响，因此，航天器翻转机构的尺寸一定时，转动臂2在一定转速范围时，缓冲减速装置的缓冲效果S存在一个最大值，即S＝max(P*N)。由于减速调节块3的伸出距离受转动臂2的转动速度ω和伸出时间t的影响，伸出时间t即为转动臂转过相邻两个减速挡块4的时间，因此在本发明优选实施例中，将每相邻的两个减速挡块4之间的布置角度其中L为所述减速调节块的最大伸出距离，ω为所述转动臂的转动速度，r为所述转动臂的半径。最优选的情况下，每相邻的两个减速挡块4之间的布置角度即当减速调节块3被前一个减速挡块4挤回至转动臂2内后，再运动到下一个减速挡块4时，减速调节块3刚好被甩出最大伸出距离。

在本发明优选实施例中，航天器的翻转机构的转动臂2在转动过程中会受到一定的风压力矩，且在不同角度下，其力矩不同，在具体实施例中，以起始位置A为起点，转动臂2的转动角度与风压力矩的关系如下表1。

表1转动臂的转动角度与风压力矩的关系

转动角度/°	0	45	75	90	120	180
							风压力局/N·m	-1	2	20	30	8	7

根据上述风压力矩的分布，在优选实施例中，多个减速挡块4均匀分布在与转动臂2的初始转动位置A的夹角为45°～180°的机架外壳的圆弧上，在具体实施例中，将每相邻的两个减速挡块4之间的布置角度设为7.5°，在与转动臂2的初始转动位置A的夹角为45°～180°的机架外壳的圆弧上共布置18个减速挡块4。

综上所述，本发明优选实施例的航天器翻转机构的缓冲减速装置不仅可以适用于航天器翻转机构转速变化较大的工况，而且不影响航天器翻转机构的到位精度，从而提高了航天器的环境适应性和可靠性。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种航天器翻转机构的缓冲减速装置，所述航天器翻转机构包括机架外壳和转动臂，所述机架外壳为半圆形结构，所述转动臂转动连接在所述机架外壳上，其特征在于，所述缓冲减速装置包括减速调节块和至少一个减速挡块，所述减速挡块安装在所述机架外壳上，所述减速调节块能够沿径向移动地安装在所述转动臂上，所述减速调节块能够在离心力的作用下伸出所述转动臂与所述减速挡块配合接触。

2.根据权利要求1所述的缓冲减速装置，其特征在于，所述减速调节块在伸出所述转动臂时与所述减速挡块为锥度配合接触，其中所述减速调节块与所述减速挡块的锥度配合接触的斜面的倾斜角度均大于自锁角度。

3.根据权利要求1所述的缓冲减速装置，其特征在于，所述减速调节块与所述减速挡块的摩擦系数为0.1～0.2。

4.根据权利要求1至3任一项所述的缓冲减速装置，其特征在于，所述减速调节块的截面为倒“T”形结构，其中所述减速调节块的倒“T”形结构的底部设置在所述转动臂与截面为“U”形结构的限位块构成的容置空间内，所述减速调节块的倒“T”形结构的上端部能够从所述容置空间沿着所述转动臂径向方向上的凹槽伸出。

5.根据权利要求4所述的缓冲减速装置，其特征在于，所述减速调节块的倒“T”形结构的底部与所述转动臂之间设有弹性元件。

6.根据权利要求4所述的缓冲减速装置，其特征在于，所述减速调节块的倒“T”形结构的上端部与所述减速挡块配合接触的两侧呈锥形结构，其中所述减速调节块两侧的锥形结构的斜面的倾斜角度大于或等于15°。

7.根据权利要求6所述的缓冲减速装置，其特征在于，所述减速挡块在所述转动臂正转时与所述减速调节块配合接触的一侧呈锥形结构，其中所述减速挡块的该侧的锥形结构的斜面的倾斜角度大于或等于15°。

8.根据权利要求6所述的缓冲减速装置，其特征在于，所述减速挡块在所述转动臂反转时与所述减速调节块配合接触的一侧呈圆弧形结构。

9.根据权利要求1至3任一项所述的缓冲减速装置，其特征在于，所述缓冲减速装置包括多个所述减速挡块，各个所述减速挡块分别安装在所述机架外壳的圆弧上，每相邻的两个所述减速挡块之间的角度其中L为所述减速调节块的最大伸出距离，ω为所述转动臂的转动速度，r为所述转动臂的半径。

10.根据权利要求9所述的缓冲减速装置，其特征在于，多个所述减速挡块均匀分布安装在与所述转动臂的初始转动位置夹角为45°～180°的所述机架外壳的圆弧上。