CN106428638A - 一种单驱动多级同步可重复折展太阳能帆板展开机构 - Google Patents
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Abstract
一种单驱动多级同步可重复折展太阳能帆板展开机构，其主要包括：机架、电机、减速器、加速器、大小钢丝绳轮组件、钢丝绳和两级太阳能帆板,其中：机架固定在地面上；电机、减速器、联轴器、加速器依次串联连接，减速器和加速器固定在机架上，小钢丝绳轮组件固定在第一级太阳能帆板一侧的一端，该第一级太阳能帆板同一侧的另一端通过第一铰链与机架连接；第一级太阳能帆板另一侧的两端分别通过第二和第三铰链与第二级太阳能帆板连接；所述大钢丝绳轮组件设在两级太阳能帆板之间，钢丝绳连接大钢丝绳轮和小钢丝绳轮。本发明结构简单、成本低、可靠性强、故障率低、工作寿命长，可有效卸载在驱动过程中对驱动轴的径向拉力，避免驱动轴弯曲变形，提高传动精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种月球车用太阳能帆板展开机构。
技术背景
月球车太阳能帆板展开机构是月球车能源获取系统的重要组成部分，也是月球车最重要的可展开附件之一。由于其特殊的工作环境，对其有着功耗低、质量小、结构简单、转动灵活、控制方便的基本要求。目前，多级可重复展开式太阳能帆板展开机构均为有源展开机构，通常以电力为驱动。
在我国，对月球车用太阳能帆板有源展开机构的研究主要集中在各大高校：
其中哈尔滨工业大学设计出一种具有可重复折展功能的月球车用太阳翼展开机构，该种展开机构采用步进电机驱动、谐波减速器传动的方式对单块帆板进行折展，结构简单、可靠性高。但其为单块帆板展开，能够为月球车提供的电量有限，将会局限月球车其他功能的实现，影响到其工作效率。
浙江理工大学设计出一种重复折展锁解式太阳翼。其可展机构采用一种螺旋副和凸轮副两级运动副组合的机构，可改变轴的转向，该机构联接两块太阳帆板，配合同步带，实现多级帆板的同源驱动、同步折展动作。但其结构较为复杂，加工精度要求较高，螺旋副传动容易锁死，并且难以确保其在月球低重力等特殊条件下能够顺利运行工作。
上海交通大学设计出一种太阳能帆板关节展开机构。其基于电磁体和永磁体之间相互作用的原理，设计出电磁—永磁体驱动关节。驱动关节用于连接两太阳能帆板，既是结构件，又是功能件，可实现多级太阳能帆板的展开和收回。但其为关节驱动，需要多个驱动元件，能耗较高，且机械结构和控制单元都较为复杂，对控制系统依赖较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简便、便于加工、成本低、集成度高、可靠性强的月球车用单驱动多级同步可重复折展太阳能帆板展开机构。
本发明的技术方案如下：
本发明主要包括：机架、电机、减速器、加速器、大钢丝绳轮组件、小钢丝绳轮组件、钢丝绳和两级太阳能帆板。其中：机架为不动件，通过配重固定在地面上；电机、减速器、联轴器、加速器依次串联连接，减速器和加速器通过第一固定件固定在机架上；所述小钢丝绳轮组件包括小钢丝绳轮和小钢丝绳轮轴承座，该小钢丝绳轮轴承座与第一级太阳能帆板一侧的一端固定连接，小钢丝绳轮通过轴承配合安装在上述小钢丝绳轮轴承座上，加速器的输出轴穿过小钢丝绳轮轴承座并与小钢丝绳轮键连接，小钢丝绳轮在加速器的输出轴的驱动下转动；加速器的输入轴通过联轴器与减速器连接，该加速器输入轴的中部与第一铰接件铰接，该第一铰接件与上述小钢丝绳轮轴承座相邻近的固定在第一级太阳能帆板上，通过加速器输入轴驱动第一级太阳能帆板绕轴转动；加速器的输入轴与输出轴绕同一轴线转动，且转向相同，但加速器的输入轴与输出轴转速不同，便使得第一级太阳能帆板与小钢丝绳轮绕同轴线转动且有相对运动的角速度；该第一级太阳能帆板同一侧的另一端通过第一铰链与机架连接；上述第一级太阳能帆板另一侧的两端分别通过第二铰链和第三铰链与第二级太阳能帆板连接；所述大钢丝绳轮组件包括大钢丝绳轮和第二铰链，大钢丝绳轮通过轴承配合安装在第二铰链上，通过第二铰链驱动第二级太阳能帆板绕轴转动；钢丝绳通过内错缠绕的方式连接大钢丝绳轮和小钢丝绳轮，实现传动并使得大钢丝绳轮与小钢丝绳轮转向相反，进而使得第一级太阳能帆板与第二级太阳能帆板同步运动且转向相反。
所述的小钢丝绳轮轴承座包括：第二固定件、小钢丝绳轮轴筒、深沟球轴承、键、轴端挡圈、弹性挡圈，第二固定件固定在第一级太阳能帆板上，小钢丝绳轮轴筒通过螺栓固定连接在第二固定件上并与第二固定件的轴孔同轴，该小钢丝绳轮轴筒通过两个深沟球轴承与小钢丝绳轮配合；加速器的输出轴为一个阶梯轴，该阶梯轴的一端通过紧固装置连接在加速器上，输出力矩，其另一端穿过小钢丝绳轮轴筒，通过键与小钢丝绳轮连接，端头设有轴端挡圈，小钢丝绳轮内侧设有弹性挡圈，通过该轴端挡圈和弹性挡圈实现小钢丝绳轮的轴向定位和固定；加速器的输出轴与小钢丝绳轮轴筒之间留有间隙，相互不接触；两个深沟球轴承中间设有轴套，小钢丝绳轮轴筒一端设有弹性挡圈，通过该弹性挡圈和轴套实现深沟球轴承的轴向定位。
所述的第二铰链包括：阶梯轴、第二铰接件、轴承座、自润滑轴承、大钢丝绳轮轴筒、深沟球轴承、键、轴端挡圈、弹性挡圈，第二铰接件固定在第二级太阳能帆板上，轴承座固定在第一级太阳能帆板上，大钢丝绳轮轴筒通过螺栓固定在轴承座上并与轴承座的轴孔同轴，该大钢丝绳轮轴筒通过两个深沟球轴承与大钢丝绳轮配合；第二铰链中心的阶梯轴依次通过键与第二铰接件配合、通过自润滑轴承与轴承座配合、通过键与大钢丝绳轮配合；阶梯轴与大钢丝绳轮轴筒之间留有间隙，相互不接触；阶梯轴的一端设有弹性挡圈，通过该弹性挡圈实现阶梯轴的轴向定位，其另一端设有轴端挡圈，大钢丝绳轮内侧设有弹性挡圈，通过该轴端挡圈和弹性挡圈实现大钢丝绳轮的轴向定位和固定；两个深沟球轴承中间设有轴套，大钢丝绳轮轴筒一端设有弹性挡圈，通过该弹性挡圈和轴套实现深沟球轴承的轴向定位。
在太阳能帆板的闭合过程中，第一级太阳能帆板在电机驱动下顺时针转动，由于加速器的作用，小钢丝绳轮顺时针转动且与第一级太阳能帆板有相对运动的角速度，内错缠绕的钢丝绳一遍拉紧带动大钢丝绳轮逆时针转动，进而带动第二级太阳能帆板逆时针转动，太阳能帆板闭合。在太阳能帆板运动过程中，大钢丝绳轮组件和小钢丝绳轮组件可有效地将钢丝绳对加速器的输出轴和对第二铰链中心的阶梯轴的径向拉力转化作用到第一级太阳能帆板上，从而避免了轴发生弯曲变形，影响传动精度。
本发明与现技术相比的具有如下优点：
(1)结构简单，常规加工即可，成本低；
(2)集成度高，太阳能帆板处于闭合状态时所占空间极小；
(3)可靠性强，故障率低，工作寿命长，适用于月球车不可回收维修的工作环境；
(4)电机驱动，伸展平稳，精度高，驱动过程可以控制，能耗低；
(5)该机构可有效卸载在驱动过程中对驱动轴的径向拉力，避免驱动轴弯曲变形，有效提高了传动精度。
附图说明
图1为本发明的立体示意简图。
图2为图1中小钢丝绳轮轴承座的结构示意图。
图3为图2的A-A视图。
图4为图1中第二铰链的结构示意图。
图5为图4中A-A视图。
图6为本发明太阳能帆板闭合状态时的立体示意简图。
具体实施方式
在图1所示的单驱动多级同步可重复折展太阳能帆板展开机构示意图中，机架1为不动件，通过配重固定在地面上；电机2、减速器3、联轴器4、加速器6依次串联连接，减速器和加速器通过第一固定件5固定在机架上；小钢丝绳轮组件包括小钢丝绳轮7和小钢丝绳轮轴承座9，该小钢丝绳轮轴承座与第一级太阳能帆板15一侧的一端固定连接，小钢丝绳轮通过轴承配合安装在上述小钢丝绳轮轴承座上，加速器的输出轴穿过小钢丝绳轮轴承座并与小钢丝绳轮键连接，小钢丝绳轮在加速器的输出轴的驱动下转动；加速器的输入轴通过联轴器与减速器连接，该加速器输入轴的中部与第一铰接件10铰接，该第一铰接件与上述小钢丝绳轮轴承座相邻近的固定在第一级太阳能帆板上，通过加速器的输入轴驱动第一级太阳能帆板绕轴转动；加速器的输入轴与输出轴绕同一轴线转动，且转向相同，但加速器的输入轴与输出轴转速不同，便使得第一级太阳能帆板与小钢丝绳轮绕同轴线转动且有相对运动的角速度；该第一级太阳能帆板同一侧的另一端通过第一铰链16与机架连接；上述第一级太阳能帆板另一侧的两端分别通过第二铰链12和第三铰链14与第二级太阳能帆板13连接；大钢丝绳轮组件包括大钢丝绳轮11和第二铰链，大钢丝绳轮通过轴承配合安装在第二铰链上，通过第二铰链驱动第二级太阳能帆板绕轴转动；钢丝绳8通过内错缠绕的方式连接大钢丝绳轮和小钢丝绳轮，实现传动并使得大钢丝绳轮与小钢丝绳轮转向相反，进而使得第一级太阳能帆板与第二级太阳能帆板同步运动且转向相反。
如图2、图3所示，所述的小钢丝绳轮轴承座中的第二固定件18固定在第一级太阳能帆板上，小钢丝绳轮轴筒19通过螺栓固定连接在第二固定件上并与第二固定件的轴孔同轴，该小钢丝绳轮轴筒通过两个深沟球轴承21与小钢丝绳轮7配合；加速器的输出轴17为一个阶梯轴，该阶梯轴的一端通过紧固装置连接在加速器上，输出力矩，其另一端穿过小钢丝绳轮轴筒，通过键24与小钢丝绳轮连接，端头设有轴端挡圈23，小钢丝绳轮内侧设有弹性挡圈20，通过该轴端挡圈和弹性挡圈实现小钢丝绳轮的轴向定位和固定；加速器的输出轴与小钢丝绳轮轴筒之间留有间隙，相互不接触；两个深沟球轴承中间设有轴套25，小钢丝绳轮轴筒一端设有弹性挡圈22，通过该弹性挡圈和轴套实现深沟球轴承的轴向定位。
如图4、图5所示，所述的第二铰链中的第二铰接件26固定在第二级太阳能帆板上，轴承座28固定在第一级太阳能帆板上，大钢丝绳轮轴筒29通过螺栓固定在轴承座上并与轴承座的轴孔同轴，该大钢丝绳轮轴筒通过两个深沟球轴承35与大钢丝绳轮11配合；第二铰链中心的阶梯轴27依次通过键32与第二铰接件配合、通过自润滑轴承33与轴承座配合、通过键37与大钢丝绳轮配合；阶梯轴与大钢丝绳轮轴筒之间留有间隙，相互不接触；阶梯轴的一端设有弹性挡圈31，通过该弹性挡圈实现阶梯轴的轴向定位，其另一端设有轴端挡圈38，大钢丝绳轮内侧设有弹性挡圈34，通过该轴端挡圈和弹性挡圈实现大钢丝绳轮的轴向定位和固定；两个深沟球轴承中间设有轴套30，大钢丝绳轮轴筒一端设有弹性挡圈36，通过该弹性挡圈和轴套实现深沟球轴承的轴向定位。
在太阳能帆板的闭合过程中，第一级太阳能帆板在电机驱动下顺时针转动，由于加速器的作用，小钢丝绳轮顺时针转动且与第一级太阳能帆板有相对运动的角速度，内错缠绕的钢丝绳一遍拉紧带动大钢丝绳轮逆时针转动，进而带动第二级太阳能帆板逆时针转动，太阳能帆板闭合，直至极限位置，如图6所示。在太阳能帆板运动过程中，大钢丝绳轮组件和小钢丝绳轮组件可有效地将钢丝绳对加速器的输出轴和对第二铰链中心的阶梯轴的径向拉力转化作用到第一级太阳能帆板上，从而避免了轴发生弯曲变形，影响传动精度。
Claims (3)
1.一种单驱动多级同步可重复折展太阳能帆板展开机构，其包括：机架(1)、电机(2)、减速器(3)、加速器(6)、大钢丝绳轮组件、小钢丝绳轮组件、钢丝绳(8)和两级太阳能帆板(23、15),其特征在于：所述机架为不动件，通过配重固定在地面上；电机、减速器、联轴器(4)、加速器依次串联连接，减速器和加速器通过第一固定件(5)固定在机架上；所述小钢丝绳轮组件包括小钢丝绳轮(7)和小钢丝绳轮轴承座(9)，该小钢丝绳轮轴承座与第一级太阳能帆板(15)一侧的一端固定连接，小钢丝绳轮通过轴承配合安装在上述小钢丝绳轮轴承座上，加速器的输出轴穿过小钢丝绳轮轴承座并与小钢丝绳轮键连接，小钢丝绳轮在加速器的输出轴的驱动下转动；加速器的输入轴通过联轴器与减速器连接，该加速器输入轴的中部与第一铰接件(10)铰接，该第一铰接件与上述小钢丝绳轮轴承座相邻近的固定在第一级太阳能帆板上，通过加速器的输入轴驱动第一级太阳能帆板绕轴转动；加速器的输入轴与输出轴绕同一轴线转动，且转向相同，但加速器的输入轴与输出轴转速不同，便使得第一级太阳能帆板与小钢丝绳轮绕同轴线转动且有相对运动的角速度；该第一级太阳能帆板同一侧的另一端通过第一铰链(16)与机架连接；上述第一级太阳能帆板另一侧的两端分别通过第二铰链(12)和第三铰链(14)与第二级太阳能帆板(13)连接；所述大钢丝绳轮组件包括大钢丝绳轮(11)和第二铰链(12)，大钢丝绳轮通过轴承配合安装在第二铰链上，通过第二铰链驱动第二级太阳能帆板绕轴转动；钢丝绳(8)通过内错缠绕的方式连接大钢丝绳轮和小钢丝绳轮，实现传动并使得大钢丝绳轮与小钢丝绳轮转向相反，进而使得第一级太阳能帆板与第二级太阳能帆板同步运动且转向相反。
2.根据权利要求1所述的一种单驱动多级同步可重复折展太阳能帆板展开机构，其特征在于：所述的小钢丝绳轮轴承座包括：第二固定件(18)、小钢丝绳轮轴筒(19)、深沟球轴承(21)、键(24)、轴端挡圈(23)、弹性挡圈(20,22)，第二固定件(18)固定在第一级太阳能帆板上，小钢丝绳轮轴筒通过螺栓固定连接在第二固定件上并与第二固定件的轴孔同轴，该小钢丝绳轮轴筒通过两个深沟球轴承与小钢丝绳轮(7)配合；加速器的输出轴(17)为一个阶梯轴，该阶梯轴的一端通过紧固装置连接在加速器上，输出力矩，其另一端穿过小钢丝绳轮轴筒，通过键(24)与小钢丝绳轮连接，端头设有轴端挡圈(23)，小钢丝绳轮内侧设有弹性挡圈(20)，通过该轴端挡圈和弹性挡圈实现小钢丝绳轮的轴向定位和固定；加速器的输出轴与小钢丝绳轮轴筒之间留有间隙，相互不接触；两个深沟球轴承中间设有轴套(25)，小钢丝绳轮轴筒一端设有弹性挡圈(22)，通过该弹性挡圈和轴套实现深沟球轴承的轴向定位。
3.根据权利要求1所述的一种单驱动多级同步可重复折展太阳能帆板展开机构，其特征在于：所述的第二铰链包括：阶梯轴(27)、第二铰接件(26)、轴承座(28)、自润滑轴承(33)、大钢丝绳轮轴筒(29)、深沟球轴承(35)、键(32,37)、轴端挡圈(38)、弹性挡圈(31、34、36)，第二铰接件固定在第二级太阳能帆板上，轴承座固定在第一级太阳能帆板上，大钢丝绳轮轴筒通过螺栓固定在轴承座上并与轴承座的轴孔同轴，该大钢丝绳轮轴筒通过两个深沟球轴承与大钢丝绳轮(11)配合；第二铰链中心的阶梯轴(27)依次通过键(32)与第二铰接件配合、通过自润滑轴承与轴承座配合、通过键(37)与大钢丝绳轮配合；阶梯轴与大钢丝绳轮轴筒之间留有间隙，相互不接触；阶梯轴的一端设有弹性挡圈(31)，通过该弹性挡圈实现阶梯轴的轴向定位，其另一端设有轴端挡圈(38)，大钢丝绳轮内侧设有弹性挡圈(34)，通过该轴端挡圈和弹性挡圈实现大钢丝绳轮的轴向定位和固定；两个深沟球轴承中间设有轴套(30)，大钢丝绳轮轴筒一端设有弹性挡圈(36)，通过该弹性挡圈和轴套实现深沟球轴承的轴向定位。
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