CN107856882B - 一种基于凸轮和连杆的复合式舱门展收装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于凸轮和连杆的复合式舱门展收装置，展收装置能够控制舱门不与周边结构发生干涉，用于完成较大厚度舱门的开合动作。本发明的舱门展收装置通过凸轮和连杆的运动配合，实现了舱门平动和转动的复合运动，通过舱门平动改变舱门转动位置，避免了展开过程舱门和周边结构发生干涉；本发明的舱门展收装置通过一组直齿轮带动凸轮和曲柄连杆机构运动，利用一个动力源完成舱门的平动和转动；通过调整齿轮的减速比，可以调整凸轮和连杆件的运动关系，能够增大凸轮的行程，同时减小凸轮的压力角，使运动更加平稳。

Description

一种基于凸轮和连杆的复合式舱门展收装置

技术领域

本发明涉及舱门开合机械技术领域，具体涉及一种基于凸轮和连杆的复合式舱门展收装置。

背景技术

可重复使用的航天器设有在轨打开的舱门，实现有效载荷的释放、空间环境的探测、空间科学实验等任务。航天器在轨机动及返回时需要关闭舱门，并且可以重复多次使用。在航天器的外表面通常会设置一层防热结构，避免航天器再入返回大气层时发生烧蚀。为了避免航天器内部的仪器设备的温度过高，防热结构的厚度相对金属舱壁一般较厚，这就给舱门展收增加了难度；如果展收装置安装在航天器外表面，其高温环境将非常恶劣，需要对展收装置进行一系列的防热保护；如果将展收装置安装在航天器内侧，由于舱门和舱体上防热结构较厚，利用现有展收装置展收过程中，舱门和舱体上防热结构容易和周边结构发生干涉，通过传统的单自由度转动式铰链很难完成展收任务。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于凸轮和连杆的复合式舱门展收装置，展收装置能够控制舱门不与周边结构发生干涉，用于完成较大厚度舱门的开合动作。

本发明的技术方案如下：

一种基于凸轮和连杆的复合式舱门展收装置，包括驱动组件、凸轮、凸轮转动轴、凸轮从动杆、凸轮导向器、曲柄、曲柄转动轴、连杆、第一转动副以及第二转动副；

所述凸轮上设有沟槽，沟槽沿凸轮曲线开设；其中，凸轮曲线依据设定的舱门运动规律获得，包括平动曲线段和转动曲线段，平动曲线段的终点即为转动曲线段的起点；所述平动曲线段用于实现舱门沿其法向的平动，转动曲线段用于实现舱门转动；

凸轮从动杆一端与凸轮导向器连接，凸轮导向器另一端位于凸轮沟槽内，凸轮导向器能够在凸轮沟槽内滑动，凸轮从动杆的另一端与第二转动副连接，第二转动副固定在舱门上；曲柄一端与曲柄转动轴固定连接，另一端与连杆的一端铰接，连杆的另一端与第一转动副连接，第一转动副固定在舱门上；

所述驱动组件用于驱动凸轮转动轴转动，凸轮转动轴通过传动机构带动曲柄转动轴转动，进而带动曲柄转动；所述凸轮转动过程中，凸轮导向器在凸轮沟槽内滑动，当凸轮导向器在凸轮沟槽的平动曲线段滑动时，所述凸轮从动杆和连杆推动舱门沿其法向的平动；当凸轮导向器在凸轮沟槽的转动曲线段滑动时，所述连杆推动舱门绕所述第二转动副的轴向转动。

其中，所述凸轮转动轴和曲柄转动轴之间的传动机构为由两个啮合的齿轮组成的直齿轮组，其中一个齿轮与凸轮转动轴连接，另一个齿轮与曲柄转动轴连接。

其中，所述平动曲线段为以凸轮转动轴为中心的变半径曲线，转动曲线段为以凸轮转动轴为中心的等半径段；

其中，令第一转动副进行上下平动运动，使得曲柄、连杆以及第一转动副组成一套曲柄滑块机构，得到第一转动副的运动规律；凸轮、凸轮转动轴、凸轮从动杆以及第二转动副组成的一套凸轮机构，令第二转动副的运动规律和第一转动副的运动规律一致，此时，凸轮从动杆与凸轮导向器相连的一端在凸轮上的运动曲线即为平动曲线段；在平动曲线段第一转动副和第二转动副向下运动；

在转动曲线段，第二转动副所在点处于静止状态，曲柄、连杆及第一转动副和第二转动副之间的舱门段共同组成一套曲柄连杆机构，第一转动副所在点绕第二转动副所在点转动。

其中，所述展收装置还包括支架，支架安装在舱门门框上，用于支撑凸轮转动轴、曲柄转动轴以及凸轮从动杆。

其中，所述支架侧面设有凸轮从动杆的轴向导向孔，凸轮从动杆套装在导向孔内。

有益效果：

1.本发明的舱门展收装置通过凸轮和连杆的运动配合，实现了舱门平动和转动的复合运动，通过舱门平动改变舱门转动位置，避免了展开过程舱门和周边结构发生干涉；

2.本发明的舱门展收装置通过一组直齿轮带动凸轮和曲柄连杆机构运动，利用一个动力源完成舱门的平动和转动；通过调整齿轮的减速比，可以调整凸轮和连杆件的运动关系，能够增大凸轮的行程，同时减小凸轮的压力角，使运动更加平稳；

3.本发明的舱门展收装置设有支架，为驱动组件、转动轴以及凸轮从动杆提供了安装接口，同时为整套机构提供了与舱门门框的安装接口，提高了展收装置的稳定性与集成度；

4.本发明的舱门展收装置全部位于舱体内，避免的外置铰链防热设计困难的问题，有效降低了展收舱门的设计难度，提高了产品的可靠性。

附图说明

图1为本发明舱门关闭状态示意图；

图2为本发明舱门打开状态示意图；

图3为本发明舱门展收装置组成图；

图4为本发明支架示意图；

图5为本发明凸轮示意图；

图6为本发明舱门展收装置工作示意图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

舱门1、门框2和两套展收装置3示意舱门关闭状态和打开状态，两套展收装置3分别位于门框2一端的两侧，用于打开和关闭舱门1；图1为本发明舱门关闭状态示意图；图2为舱门展开状态的示意图。

本实施例提供了基于凸轮和连杆的复合式舱门展收装置，展收装置3如图3所示，包括支架301、驱动组件302、小齿轮303、凸轮304、凸轮转动轴、凸轮从动杆305、大齿轮306、曲柄307、曲柄转动轴、连杆308、第一转动副309、第二转动副310以及凸轮导向器311。

支架301如图4所示，其底部的安装接口与门框2通过螺钉连接。支架301用于支撑凸轮304和曲柄307的转动轴，支架上设有两套轴安装接口，分别用于安装凸轮转动轴和曲柄转动轴，凸轮转动轴与曲柄转动轴间通过铰链、传送带或齿轮实现传动连接，本实施例中采用一组直齿轮进行传动连接，一组直齿轮包括小齿轮303和大齿轮306；小齿轮303通过螺钉与凸轮转动轴固定，大齿轮306通过其轴上的平键与曲柄转动轴连接，大小齿轮通过设计好的齿数和中心距实现啮合，在凸轮和曲柄连杆机构之间传递动力并分配两套机构的运动行程。

支架侧面设有凸轮从动杆的直线运动副，滑动副上设有与凸轮从动杆配合的圆孔，凸轮从动杆套装在该圆孔内，凸轮从动杆305能够沿在圆孔内沿其轴向滑动，起到对凸轮从动杆的运动起导向作用。

凸轮304如图5所示，凸轮上设有沟槽，沟槽沿运动规律得到的凸轮曲线开设，凸轮曲线包括平动曲线段和转动曲线段；平动曲线段的终点即为转动曲线段的起点；所述平动曲线段用于实现舱门平动，转动曲线段用于实现舱门转动；平动曲线段为以凸轮转动轴为中心的变半径曲线，转动曲线段为以凸轮转动轴为中心的等半径曲线。

令第一转动副309进行上下平动运动，使得曲柄307、连杆308以及第一转动副309组成一套曲柄滑块机构，得到第一转动副309的运动规律；凸轮304、凸轮转动轴、凸轮从动杆305以及第二转动副310组成的一套凸轮机构，在曲柄滑块机构与凸轮机构共同作用下，令第二转动副310的运动规律和第一转动副309的运动规律一致，此时，凸轮从动杆305与凸轮导向器311相连的一端在凸轮304上的运动曲线即为平动曲线段；如图5中凸轮曲线的AB段即为平动曲线段，凸轮从动杆305在AB段沟槽的运动使得舱门实现平动；

在转动过程中，第二转动副310所在点处于静止状态，曲柄307、连杆308及第一转动副309和第二转动副310之间的舱门段共同组成一套曲柄连杆机构，第一转动副309所在点绕第二转动副310所在点转动。

凸轮从动杆305的一端与凸轮导向器311连接，凸轮导向器311另一端位于凸轮沟槽内，能够在凸轮沟槽内滑动，凸轮从动杆305的另一端通过深沟球轴承与第二转动副310连接。其中，凸轮导向器一端位于凸轮的沟槽内，另一端与凸轮从动杆305通过螺纹连接；第二转动副310通过螺钉固定在舱门1上，第二转动副310所在点为舱门上的F点；曲柄307与连杆308之间通过关节轴承连接，连杆308与第一转动副309之间通过深沟球轴承连接，第一转动副309通过螺钉固定在舱门1上，所在点为舱门上的E点。所述转动副底部设计了安装孔，转动副通过安装孔与舱门1连接；

驱动组件302安装在支架上的凸轮转动轴接口上，为展收装置提供动力源，驱动组件302与凸轮转动轴相连，通过凸轮转动轴带动小齿轮303转动，进而带动大齿轮转动，大齿轮306通过曲柄转动轴与曲柄307连接，曲柄307通过花键与曲柄转动轴连接，另一端通过关节轴承与连杆308的一端铰接，连杆308的另一端与安装在舱门2上的第一转动副309通过深沟球轴承铰接。在凸轮转动轴的带动下实现直齿轮组及与之相连的凸轮和连杆机构转动。

舱门2转动过程对应的凸轮曲线即转动曲线段，如图5中凸轮曲线的BC段，凸轮导向器311在BC段沟槽的运动中，第二转动副310所在点保持静止，舱门绕第二转动副310所在点的转动。

通过凸轮曲线的设计，实现舱门平动和转动的复合运动，所述凸轮曲线分为AB和BC两段，AB段的轨迹与曲柄连杆机构工作的前半段相匹配，实现舱门的沿305轴向平动；BC段的轨迹为等直径的曲线，与曲柄连杆机构配合实现了舱门的转动。

舱门展开前半阶段，保证舱门上与凸轮从动杆连接的F点的直线运动规律和由曲柄连杆连接的E点的直线运动规律一致，实现舱门的直线平动，直至舱门与舱体相互分离；展开后半阶段，将凸轮曲线设计成等半径，使F点处于静止状态，舱门在凸轮连杆机构的带动下实现绕F点转动，最终实现舱门的展开；舱门收拢过程是展开过的逆运动。

图6为本发明展收装置的工作示意图，图中虚线状态为舱门打开状态时机构的位置。

通过设计不同的凸轮曲线，能够控制曲柄滑块机构和曲柄连杆机构做不同的运动，满足不同的任务需求。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于凸轮和连杆的复合式舱门展收装置，其特征在于，包括驱动组件(302)、凸轮(304)、凸轮转动轴、凸轮从动杆(305)、凸轮导向器(311)、曲柄(307)、曲柄转动轴、连杆(308)、第一转动副(309)以及第二转动副(310)；

所述凸轮(304)上设有沟槽，沟槽沿凸轮曲线开设；其中，凸轮曲线依据设定的舱门运动规律获得，包括平动曲线段和转动曲线段，平动曲线段的终点即为转动曲线段的起点；所述平动曲线段用于实现舱门沿其法向的平动，转动曲线段用于实现舱门转动；

凸轮从动杆(305)一端与凸轮导向器(311)连接，凸轮导向器(311)另一端位于凸轮沟槽内，凸轮导向器(311)能够在凸轮沟槽内滑动，凸轮从动杆(305)的另一端与第二转动副(310)连接，第二转动副(310)固定在门框(2)上；曲柄(307)一端与曲柄转动轴固定连接，另一端与连杆(308)的一端铰接，连杆(308)的另一端与第一转动副(309)连接，第一转动副(309)固定在舱门(1)上；

所述驱动组件(302)用于驱动凸轮转动轴转动，凸轮转动轴通过传动机构带动曲柄转动轴转动，进而带动曲柄(307)转动；所述凸轮(304)转动过程中，凸轮导向器(311)在凸轮沟槽内滑动，当凸轮导向器(311)在凸轮沟槽的平动曲线段滑动时，所述凸轮从动杆(305)和连杆(308)推动门框(2)沿其法向的平动；当凸轮导向器(311)在凸轮沟槽的转动曲线段滑动时，所述连杆(308)推动门框(2)绕所述第二转动副(310)的轴向转动。

2.根据权利要求1所述的一种基于凸轮和连杆的复合式舱门展收装置，其特征在于，所述凸轮转动轴和曲柄转动轴之间的传动机构为由两个啮合的齿轮组成的直齿轮组，其中一个齿轮与凸轮转动轴连接，另一个齿轮与曲柄转动轴连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于凸轮和连杆的复合式舱门展收装置，其特征在于，所述平动曲线段为以凸轮转动轴为中心的变半径曲线，转动曲线段为以凸轮转动轴为中心的等半径段；

其中，令第一转动副(309)进行上下平动运动，使得曲柄(307)、连杆(308)以及第一转动副(309)组成一套曲柄滑块机构，得到第一转动副(309)的运动规律；凸轮(304)、凸轮转动轴、凸轮从动杆(305)以及第二转动副(310)组成的一套凸轮机构，令第二转动副(310)的运动规律和第一转动副(309)的运动规律一致，此时，凸轮从动杆(305)与凸轮导向器相连的一端在凸轮(304)上的运动曲线即为平动曲线段；在平动曲线段第一转动副(309)和第二转动副(310)向下运动；

在转动曲线段，第二转动副(310)所在点处于静止状态，曲柄(307)、连杆(308)及第一转动副(309)和第二转动副(310)之间的舱门段共同组成一套曲柄连杆机构，第一转动副(309)所在点绕第二转动副(310)所在点转动。

4.根据权利要求1所述的一种基于凸轮和连杆的复合式舱门展收装置，其特征在于，所述展收装置还包括支架(301)，支架(301)安装在舱门门框上，用于支撑凸轮转动轴、曲柄转动轴以及凸轮从动杆。

5.根据权利要求4所述的一种基于凸轮和连杆的复合式舱门展收装置，其特征在于，所述支架(301)侧面设有凸轮从动杆(305)的轴向导向孔，凸轮从动杆(305)套装在导向孔内。