CN107336258A - 一种适用于深空高低温环境的驱动关节 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种适用于深空高低温环境的驱动关节，其特征在于，该机构包括：步进电机、短杯式谐波减速器、旋转变压器、壳体端盖、壳体、输出轴、角接触轴承、碟簧、内轴套、外轴套、止动螺母和轴承端盖。电机力矩经减速器放大后经输出轴驱动执行机构转动，旋转变压器安装在输出轴上直接检测驱动关节输出角度，力矩传递路径最短，连接环节最少，从而使得本驱动关节具有适应温度范围宽、可靠性高、回差小、轴向跳动小和传递力矩大等优点。

Description

一种适用于深空高低温环境的驱动关节
技术领域
本发明涉及航空航天机电技术领域，特别涉及一种适用于深空高低温环境的驱动关节。
技术背景
驱动关节是星载执行机构(例如天线指向机构、展开机构、机械臂、驱动机构)的核心部件，是执行机构实现跟踪定向、定位的基础。
随着现代航空航天技术的快速发展，以空间站、登月计划和探火工程为代表的空间探测活动越来越频繁、任务也越来越复杂。对航天器舱外执行部件的跟踪定向性能、可靠性、深低温环境和高低温环境适应性等内容要求越来越高。
目前在空间驱动关节方面的研制，主要集中在地球中低轨道。对适用于复杂空间探测活动，尤其是以探火工程为代表的深空探测活动的驱动关节的研制相对较少。现有的驱动关节由于适应温度范围小、回差大、传动误差大、定位精度不高、深低温下摩擦力矩大甚至卡死、传动力矩小等问题而不能满足复杂深空探测任务的需求。因此，需要设计一种适用于未来航空航天发展需要的适用于深空环境的驱动关节。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供了一种适用于深空高低温环境的驱动关节，该机构包括：步进电机、短杯式谐波减速器、旋转变压器、壳体端盖、壳体、输出轴、角接触轴承、碟簧、内轴套、外轴套、止动螺母和轴承端盖；
所述步进电机与壳体端盖之间通过止口定位并连接固定；所述输出轴与短杯式谐波减速器输入端固定连接；短杯式谐波减速器固定端安装在壳体端盖和壳体之间，三者使用一组螺钉串联固定；短杯式谐波减速器输出端与输出轴固定连接，通过止口定位；电机力矩经减速器放大后经输出轴驱动执行机构转动，旋转变压器安装在输出轴上直接检测驱动关节输出角度；驱动轴与所述壳体之间用一对角接触轴承支撑，一对角接触轴承间安装碟簧来实现两轴承间轴向定压预紧；所述角接触轴承外圈通过壳体内孔端面和外轴套实现轴向固定，内圈通过驱动轴肩和内轴套实现轴向定位；旋转变压器与壳体固定连接，并压紧外轴套；旋转变压器与内轴套贴紧定位，通过止动螺母固定在驱动轴上；所述轴承端盖安装在壳体输出端，其侧面与止动螺母侧面平齐，减小驱动关节的轴向尺寸。
进一步，所述步进电机与壳体端盖之间用螺钉连接固定。
进一步，所述步进电机的输出轴与短杯式谐波减速器输入端使用平键进行力矩传递。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、电机力矩经减速器放大后经输出轴驱动执行机构转动，旋转变压器安装在输出轴上直接检测驱动关节输出角度，力矩传递路径最短，连接环节最少，从而使得本驱动关节可靠性高、回差小、轴向跳动小和传递力矩大。
2、角接触轴承采用背对背式安装，两轴承间安装碟形弹簧，实现轴向定压预紧，轴系刚度高、回转精度高、适应温度范围更宽。
3、通过半开口式止动螺母实现轴承的轴向固定，该固定方式通过螺母螺牙变形实现防松，拆卸方便，在较大变载荷情况下防松可靠。
4、输出轴可采用“D”型面进行力矩、运动传递和定位，传动精度高、传递力矩大。
附图说明
图1是本发明一种适用于深空高低温环境的驱动关节组成示意图；
图2是本发明一种适用于深空高低温环境的驱动关节输出轴接口示意图；
图3是本发明一种适用于深空高低温环境的驱动关节浮动支撑接口示意图；
图4是止动螺母结构示意图；
图示说明：
1—步进电机、2—短杯式谐波减速器、3—旋转变压器、4—壳体端盖、5—壳体、6—输出轴、7—角接触轴承、8—碟簧、9—内轴套、10—外轴套、11—止动螺母、12—轴承端盖、13—平键、14—浮动支撑安装接口、301—旋转变压器转子、302—旋转变压器定子。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详尽的描述：
本发明提供一种适用于深空高低温环境的驱动关节，该机构包括：步进电机1、短杯式谐波减速器2、旋转变压器3、壳体端盖4、壳体5、输出轴6、角接触轴承7、碟簧8、内轴套9、外轴套10、止动螺母11和轴承端盖12。
步进电机1与壳体端盖4之间通过止口定位，用螺钉连接固定；步进电机1的输出轴6 与短杯式谐波减速器2输入端固定连接，使用平键13进行力矩传递；短杯式谐波减速器2固定端安装在壳体端盖4和壳体5之间，三者使用一组螺钉串联固定，其中，壳体端盖4与壳体5之间间隙大于零；短杯式谐波减速器2输出端与输出轴6固定连接，通过止口定位；输出轴6与执行机构间可以通过圆周面、端面、“D”型面任意一种方式进行定位和力矩、运动传递；该轴系设计中，电机力矩经减速器放大后经输出轴驱动执行机构转动，旋转变压器3 安装在输出轴6上直接检测驱动关节输出角度，力矩传递路径最短，连接环节最少，从而使得本驱动关节具有可靠性高、回差小、轴向跳动小和传递力矩大等优点。
在驱动轴与壳体5之间用一对角接触轴承7支撑，采用的背对背的安装方式来提高轴系刚度，两轴承间安装碟簧8来实现两轴承间轴向定压预紧，在不同的温度环境下两轴承的轴向加载力不变，提高驱动关节轴系回转精度和可靠性。
角接触轴承7外圈通过壳体内孔端面和外轴套实现轴向固定，内圈通过驱动轴肩和内轴套9实现轴向定位。
旋转变压器定子302与壳体5固定连接，并压紧外轴套10；旋转变压器转子301与内轴套9贴紧定位，通过止动螺母固定在驱动轴上。
止动螺母11为一半开口六角形螺母，螺母开口一侧顶端预留沉头螺纹孔，螺钉拧入一侧的壁厚比另一侧略薄，螺母侧面设计环状止口；通过拧紧止动螺母缺口端的沉头螺钉改变止动螺母螺纹的相对位置而实现防松；该防松方式方便拆卸，在驱动关节承受较大变载荷的情况下，防松可靠性高。轴承端盖12安装在壳体输出端，其侧面与止动螺母侧面平齐，减小驱动关节的轴向尺寸。壳体端盖12预留支架安装接口，用于驱动关节在执行机构中的浮动支撑，以此提高驱动关节在执行机构中的刚度和轴系安装精度尺寸的稳定性。

Claims (7)

1.一种适用于深空高低温环境的驱动关节，其特征在于，包括：步进电机、短杯式谐波减速器、旋转变压器、壳体端盖、壳体、输出轴、角接触轴承、碟簧、内轴套、外轴套、止动螺母和轴承端盖；
所述步进电机与壳体端盖之间通过止口定位并连接固定；所述输出轴与短杯式谐波减速器输入端固定连接；短杯式谐波减速器固定端安装在壳体端盖和壳体之间，三者使用一组螺钉串联固定；短杯式谐波减速器输出端与输出轴固定连接，通过止口定位；电机力矩经减速器放大后经输出轴驱动执行机构转动，旋转变压器安装在输出轴上直接检测驱动关节输出角度；驱动轴与所述壳体之间用一对角接触轴承支撑，一对角接触轴承间安装碟簧来实现两轴承间轴向定压预紧；所述角接触轴承外圈通过壳体内孔端面和外轴套实现轴向固定，内圈通过驱动轴肩和内轴套实现轴向定位；旋转变压器与壳体固定连接，并压紧外轴套；旋转变压器与内轴套贴紧定位，通过止动螺母固定在驱动轴上；所述轴承端盖安装在壳体输出端，其侧面与止动螺母侧面平齐，减小驱动关节的轴向尺寸。
2.根据权利要求1所述的一种适用于深空高低温环境的驱动关节，其特征在于，所述步进电机与壳体端盖之间用螺钉连接固定。
3.根据权利要求1所述的一种适用于深空高低温环境的驱动关节，其特征在于，所述步进电机的输出轴与短杯式谐波减速器输入端使用平键进行力矩传递。
4.根据权利要求1所述的一种适用于深空高低温环境的驱动关节，其特征在于，所述壳体端盖与壳体之间间隙大于零。
5.根据权利要求1所述的一种适用于深空高低温环境的驱动关节，其特征在于，所述输出轴与执行机构间可以通过圆周面、端面、“D”型面任意一种方式进行定位和力矩、运动传递。
6.根据权利要求1所述的一种适用于深空高低温环境的驱动关节，其特征在于，所述旋转变压器包括：旋转变压器转子、旋转变压器定子；所述旋转变压器定子与壳体固定连接，并压紧外轴套；旋转变压器转子与内轴套贴紧定位，通过止动螺母固定在驱动轴上。
7.根据权利要求1所述的一种适用于深空高低温环境的驱动关节，其特征在于，所述止动螺母为一半开口六角形螺母，螺母开口一侧顶端预留沉头螺纹孔，螺钉拧入一侧的壁厚比另一侧略薄，螺母侧面设计环状止口。
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