CN108482715B - 一种具有解锁展开功能的空间锁紧解锁装置 - Google Patents

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Abstract

为减少空间运动机构锁紧解锁装置的数量、增加空间运动机构的转动范围、提高空间运动机构的可靠性，本发明提供了一种具有解锁展开功能的空间锁紧解锁装置，包括Y形锁紧支座、火工品、锁紧螺母、锁紧支架、卷轴、平面蜗卷弹簧、卷轴座和信号反馈组件；锁紧支座上端用于安装火工品；火工品的螺栓头穿过锁紧支座上部、锁紧支架下部后与锁紧螺母相连；螺栓头伸出锁紧螺母的端部外设置有吸能环和回收盒；锁紧支架上部设置卷轴座，二者通过卷轴连接；锁紧支架与卷轴间装有平面蜗卷弹簧；平面蜗卷弹簧上施加有设定的初始力矩；信号反馈组件用于反馈锁紧支架的位置信息。本发明解锁分离后不会阻挡空间运动机构转动，增加了空间运动机构的转动范围。

Description

一种具有解锁展开功能的空间锁紧解锁装置
技术领域
本发明属于空间精密运动机构技术领域，涉及一种空间锁紧解锁装置。
背景技术
空间运动机构在卫星发射阶段需承受一定的力学条件，为避免转动部件在力学条件下发生转动而对搭载在空间运动机构上的载荷及周围设备造成损伤，需在发射阶段对转动部件的自由度进行限制；为保证空间运动机构及搭载其上的载荷正常工作，卫星入轨后，需恢复转动部件的转动自由度。
目前，空间运动机构锁紧解锁的实现方法是：需对空间运动机构的每个转动自由度采用一套(或两套)独立的刚性锁紧解锁装置进行锁紧解锁，因而锁紧解锁装置数量多、运动机构的可靠性相对较低，并且限制了空间运动机构的转动范围。因此，在对空间运动机构有严苛体积、重量、可靠性要求或者连续旋转需求的条件下，对各转动自由度进行独立刚性锁紧解锁的装置是无法满足设计要求的。
发明内容
为减少空间运动机构锁紧解锁装置的数量、增加空间运动机构的转动范围、提高空间运动机构的可靠性，本发明提供了一种具有解锁展开功能的空间锁紧解锁装置。
本发明的技术方案：
一种具有解锁展开功能的空间锁紧解锁装置，其特殊之处在于：包括锁紧支座、火工品、锁紧螺母、锁紧支架、卷轴、平面蜗卷弹簧、卷轴座和信号反馈组件；
所述锁紧支座的上端用于安装所述火工品，锁紧支座的下端用于将所述空间锁紧解锁装置固定安装在待锁紧解锁空间运动机构的安装台面上；
所述火工品包括螺栓头和火工品本体；所述火工品的螺栓头穿过锁紧支座上部、所述锁紧支架下部后与所述锁紧螺母相连；所述螺栓头伸出所述锁紧螺母的端部外设置有吸能环；吸能环外设置有回收盒；
所述锁紧支架为Y形支架，其上部设置所述卷轴座，二者通过所述卷轴连接，形成铰链转动副；
所述锁紧支架与卷轴之间安装有平面蜗卷弹簧，平面蜗卷弹簧的两端分别与锁紧支架和卷轴固连；所述平面蜗卷弹簧上施加有设定的初始力矩；
所述信号反馈组件设置在所述卷轴座上，用于反馈所述锁紧支架的位置信息。
进一步地，所述设定的初始力矩根据所述空间锁紧解锁装置的展开力矩确定，应保证所述展开力矩满足设计裕度＞1的要求。
进一步地，所述平面蜗卷弹簧采用钛合金材料制成。
进一步地，所述铰链转动副具有相对运动的表面镀有二硫化钼固体润滑剂。
进一步地，信号反馈组件为位置信号开关。
本发明的有益效果：
1、本发明具备解锁展开功能,即解锁分离后锁紧支架在蜗卷弹簧的作用下绕卷轴展开到设定位置，使得空间运动机构在转动时不会被阻挡，从而增加了空间运动机构的转动范围，实现大范围或连续旋转。
2、锁紧解锁机构为单点失效机构，常规设计中每个转动自由度至少需要一个锁紧解锁机构，而本发明通过单个锁紧机构对空间二维运动机构两轴转动自由度同时约束和释放，在对同一空间二维运动机构进行锁紧解锁时，利用本发明实现锁紧解锁时所需锁紧机构的数量较少，使得空间运动机构的可靠性提高；本发明通过一个机构实现两轴空间运动机构的锁紧，相对于传统锁紧方式，省去了一套锁紧装置，进而减少了总体重量。
3、本发明不仅可以用于两轴空间运动机构，也可用于单轴或两轴空间运动机构，适应性强；对于单轴空间运动机构，本发明将旋转部件与底座连接固定，限制其旋转自由度，解锁后可恢复其自由转动；对于两轴空间运动机构，本发明将第二级旋转部件与底座连接固定，可同时限制其两轴旋转自由度，解锁后可同时恢复其两轴自由转动。
4、本发明在锁紧支架和卷轴形成的运动副处采用固体润滑处理，能保证锁紧解锁装置在空间环境中不发生冷焊和卡死。
5、本发明活动关节(卷轴、锁紧支架、卷轴座形成的铰链)与吸能环可吸收火工品栓解爆时产生的冲击能量，减少对锁紧解锁装置周边设备的伤害。
6、本发明解锁后可展开，不影响两轴空间运动机构的转动范围，使得两轴空间运动机构具备连续旋转的可能。
附图说明
图1为本发明的主视图。
图2为本发明的侧视图。
图3-图5是本发明的工作过程示意图，其中，图3为锁紧状态，图4为解锁状态，图5为展开状态。
图6是单轴空间运动机构锁紧状态示意图。
图7是单轴空间运动机构的展开状态示意图。
图8是两轴空间运动机构的锁紧状态示意图。
图9是两轴空间运动机构展开状态示意图。
图10是对本发明进行力学试验验证的试验条件和结果。
图11是对本发明进行真空温度循环验证的试验条件和结果。
图12是对本发明进行解锁冲击试验证的试验条件和结果。
图中标号：1-锁紧支座；2-回收盒；3-锁紧支架；4-平面蜗卷弹簧；5-吸能环；6-火工品；7-卷轴；8-卷轴座；9-信号反馈组件；10-锁紧螺母；A-固定端；B-锁紧端。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
参见图1、图2，本发明的空间锁紧解锁装置包括锁紧支座1、火工品6、锁紧螺母10、吸能环5、回收盒2、锁紧支架3、卷轴7、平面蜗卷弹簧4、卷轴座8，以及安装在卷轴座3上用于反馈锁紧支架位置信息的信号反馈组件9。
锁紧支座1上端用于安装火工品6，下端为固定端A，使用时，将锁紧支座1的固定端A与待锁紧解锁空间运动机构一起固定在空间运动机构的安装台面上。
火工品6包括螺栓头和火工品本体；火工品6的螺栓头穿过锁紧支座1上部、锁紧支架3下部后与锁紧螺母10相连。
锁紧支架3与卷轴座8通过卷轴7连接，形成铰链转动副，在铰链转动副具有相对运动的表面镀二硫化钼固体润滑材料，以保证空间锁紧解锁装置在空间环境中不发生冷焊和卡死；
卷轴座8的上部为锁紧端B，使用时，将卷轴座8锁紧端B与待锁紧解锁空间运动机构的旋转部件连接，形成转动端；当用于单轴空间运动机构时，卷轴座8与其旋转部件固定连接，当用于两轴空间运动机构时，卷轴座8与其第二级旋转部件固定连接；
卷轴7与卷轴座8固连，在锁紧支架3和卷轴7间安装一个钛合金(TB2)材料制成的平面蜗卷弹簧4，平面蜗卷弹簧4的两端分别与锁紧支架3和卷轴7固连，并施加有一定的初始力矩，以保证空间锁紧解锁装置的展开力矩满足设计裕度＞1的要求；钛合金(TB2)材料制成的平面蜗卷弹簧4,具有工作范围大，扭矩大、工艺成熟、不易发生氢脆、性能稳定等优点；
空间锁紧解锁装置的展开力矩是指平面蜗卷弹簧4在锁紧位置时平面蜗卷弹簧4自身的展开力矩，其设计主要根据空间锁紧解锁装置的铰链转动副在真空、高温、低温等环境条件下的最大摩擦力矩和设计裕度要求确定，设计裕度＝(空间锁紧解锁装置的展开力矩-摩擦力矩)/摩擦力矩，摩擦力矩通过现有计算分析方法和试验测试可以获得。
平面蜗卷弹簧4自身的展开力矩主要由平面蜗卷弹簧4的刚度系数和平面蜗卷弹簧4的工作角度决定，刚度系数可通过现有计算分析方法和试验测试获得。
在卫星发射阶段，将空间锁紧解锁装置中的锁紧支架3通过火工品6连接在锁紧支座1上，限制空间运动机构的方位和俯仰两轴转动自由度，实现对空间运动机构两轴转动自由度的约束，本发明锁紧状态见图3，两轴空间运动机构的锁紧状态见图8，单轴空间运动机构的锁紧状态见图6。
卫星入轨后，空间锁紧解锁装置收到解锁指令后解爆，火工品6的螺栓头与火工品6本体在火药爆炸冲击力的作用下发生分离，从而使锁紧支架3与锁紧支座1分离，解除对锁紧支架3的约束，本发明解锁状态见图4。
解锁分离后，锁紧支架3在平面蜗卷弹簧4的作用下绕卷轴7展开到设定位置(设定位置是根据运动机构结构形式和转动范围设计的)，本发明展开状态见图5；锁紧支架3展开至设定位置后，信号反馈组件9(可采用位置信号开关)向卫星星务管理器发送相应的解锁成功信号，告知卫星星务管理器空间运动机构恢复了方位和俯仰转动自由度；两轴空间运动机构的展开状态见图9，单轴空间运动结构的展开状态见图7。
本发明在解锁时，吸能环5与火工品6的螺栓头、锁紧螺母10连接在一起，撞击回收盒2，使吸能环5产生一定的塑性变形，从而吸收解锁时火工品6螺栓头的冲击能量，减少冲击对设备的伤害；卷轴7、锁紧支架3、卷轴座8之间形成铰链运动副，各零件之间存在一定的配合间隙，大大增加了装置的阻尼特性，使火工品6解锁时产生的高频冲击能量得到有效衰减。
试验验证：
将本发明各组件功能在力学试验、真空温度循环试验和解锁冲击试验中进行效果验证，试验条件和结果见图10、图11、图12，从中可以看出，本发明锁紧和解锁展开功能正常，技术状态良好，能够满足设计任务需求。

Claims (5)

1.一种具有解锁展开功能的空间锁紧解锁装置，其特征在于：包括锁紧支座(1)、火工品(6)、锁紧螺母(10)、锁紧支架(3)、卷轴(7)、平面蜗卷弹簧(4)、卷轴座(8)和信号反馈组件(9)；
所述锁紧支座(1)的上端用于安装所述火工品(6)，锁紧支座(1)的下端用于将所述空间锁紧解锁装置固定安装在待锁紧解锁空间运动机构的安装台面上；
所述火工品(6)包括螺栓头和火工品本体；所述火工品(6)的螺栓头穿过锁紧支座(1)上部、所述锁紧支架(3)下部后与所述锁紧螺母(10)相连；所述螺栓头伸出所述锁紧螺母(10)的端部外设置有吸能环(5)；吸能环(5)外设置有回收盒(2)；
所述锁紧支架(3)为Y形支架，其上部设置所述卷轴座(8)，二者通过所述卷轴(7)连接，形成铰链转动副；
所述锁紧支架(3)与卷轴(7)之间安装有平面蜗卷弹簧(4)，平面蜗卷弹簧(4)的两端分别与锁紧支架(3)和卷轴(7)固连；所述平面蜗卷弹簧(4)上施加有设定的初始力矩；
所述信号反馈组件(9)设置在所述卷轴座(8)上，用于反馈所述锁紧支架(3)的位置信息。
2.根据权利要求1所述的具有解锁展开功能的空间锁紧解锁装置，其特征在于：所述设定的初始力矩根据空间锁紧解锁装置的展开力矩确定，应保证所述展开力矩满足设计裕度＞1的要求。
3.根据权利要求1所述的具有解锁展开功能的空间锁紧解锁装置，其特征在于：所述平面蜗卷弹簧(4)采用钛合金材料制成。
4.根据权利要求1-3任一所述的具有解锁展开功能的空间锁紧解锁装置，其特征在于：所述铰链转动副具有相对运动的表面镀有二硫化钼固体润滑剂。
5.根据权利要求4所述的具有解锁展开功能的空间锁紧解锁装置，其特征在于：信号反馈组件(9)为位置信号开关。
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