CN108860665A - 一种阻尼可控的对接机构传动缓冲系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阻尼可控的对接机构传动缓冲系统，为异体同构周边式对接机构，包括多组丝杠联系组合、差动组合、主驱动组合，作为上支点部件的丝杠联系组合连接于对接框上，对接框设置于对接环上；丝杠安装座为下支点部件，多个丝杠安装座并入差动组合，差动组合与主驱动组合连接；还包括多个可控阻尼器，可控阻尼器设置于与丝杠安装座之间；可控阻尼器设置为在对接缓冲过程中，可以受控启动和关闭阻尼功能的电磁阻尼器。本发明在对接捕获过程保证系统软的特性，一旦对接机构捕获后，可控阻尼器接通，使整个传动缓冲系统的阻尼变硬，大幅提高缓冲耗能能力，以提高对接机构的大范围对接适应能力，同时可保证原系统参数改变较小或不变。

Description

一种阻尼可控的对接机构传动缓冲系统

技术领域

本发明涉及空间对接装置，特别涉及一种阻尼可控的对接机构传动缓冲系统。

背景技术

空间对接机构(亦称对接系统)可以使两个航天器在空间轨道上结合并在结构上连接成一个整体，其广泛应用于空间站、空间实验室、空间平台等大型飞行器、舱段及设施的在轨装配、回收、补给、维修以及空间救援等领域，例如：神舟八号、神舟九号、神舟十号载人飞船与天宫一号目标飞行器通过对接系统实现两者之间的对接；神舟十一号载人飞船、天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室通过对接系统实现两者的对接；航天员通过对接通道进入到天宫一号、天宫二号实验舱内，开展空间探索及科学试验。

在天宫一号任务阶段的对接系统，其捕获传动缓冲系统，由于其内部传动链中布置的弹簧及阻尼元件均为固定参数的，因此其为一个固定阻尼刚度的机械式传动缓冲系统，其对接碰撞过程的捕获能力及缓冲耗能能力是固定的，对接适应范围为8吨～20吨的对接。当对接质量大幅提高至100吨～200吨的量级时，原有对接机构的缓冲系统的耗能能力将不能满足对接要求，如果对重新设计提高弹簧阻尼，则捕获性能变差，且受结构布局约束，导致结构布局需全新设计。

发明内容

本发明提供一种阻尼可控的对接机构传动缓冲系统，在对接碰撞捕获过程，保证系统软的特性，利于对接捕获，一旦对接机构捕获后，传动缓冲系统设置的可控阻尼器接通，使整个传动缓冲系统的阻尼变硬，大幅提高缓冲耗能能力，以提高对接机构的大范围对接适应能力，同时可保证原系统参数改变较小或不变。

本发明的技术方案如下：

一种阻尼可控的对接机构传动缓冲系统，所述传动缓冲系统为异体同构周边式对接机构，其机构部组件包括多组丝杠联系组合、差动组合、主驱动组合，其中，

每组所述丝杠联系组合中包括两个丝杠联系组合，每个所述丝杠联系组合设置为所述传动缓冲系统的上支点部件，并通过安装基体连接于对接框上，所述对接框设置于对接环上；所述传动缓冲系统的下支点部件设置为丝杠安装座，每个所述丝杠联系组合连接于一丝杠安装座，多个所述丝杠安装座并入所述差动组合，所述差动组合与所述主驱动组合连接；所述差动组合设置为使所述丝杠联系组合在受力不同的情况下可以产生差动并同时贮存能量，以使所述对接环恢复平衡姿态的机构；所述主驱动组合驱动主动对接机构的所述对接环推出和拉回运动，具有过载保护功能的驱动装置；

还包括多个可控阻尼器，每个所述可控阻尼器设置于与每组丝杠联系组合连接的所述丝杠安装座之间；所述可控阻尼器设置为在对接缓冲过程中，可以受控启动和关闭阻尼功能的阻尼器，在接触捕获之前及接触时刻，所述可控阻尼器处于断开状态，保证所述传动缓冲系统“软”的特性，有利于两飞行器捕获；待接触碰撞捕获之后，所述可控阻尼器接通，将传冲缓冲系统大幅变“硬”，保证缓冲各种情况各种吨位下的对接能量，大幅提高对接适应能力。

优选的，所述可控阻尼器包括依次连接的离合器、增速器和阻尼器。

优选的，所述可控阻尼器采用牙嵌离合式可控阻尼器技术方案，所述离合器为牙嵌式电磁离合器，所述增速器为齿轮增速器，所述阻尼器为电磁阻尼器，该部件为输入齿轮输入，牙嵌式电磁离合器前置，后端通过两级行星齿轮增速器增速至电磁阻尼器的结构形式。

优选的，多组所述丝杠联系组合为3组丝杠联系组合，每个所述丝杠联系组合包括一单轴弹簧机构和一电磁阻尼器。

优选的，所述差动组合包括双轴弹簧机构、中间弹簧机构和始端弹簧机构；多个所述丝杠安装座通过中间弹簧机构并联入所述差动组合。

优选的，所述主驱动组合包括摩擦制动器，所述摩擦制动器设置为利用摩擦力传递扭矩并在扭矩超过额定值时消耗对接碰撞能量并实现过载保护的装置。

优选的，所述传动缓冲系统还包括电磁拖动机构，所述电磁拖动机构设置为采用电磁铁吸合原理并用于切换对接机构差动功能的机构。

优选的，所述丝杠安装座包括滚珠丝杠组件。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

第一，使对接环有足够的灵活性偏离平衡位置，去适应与之对接的目标飞行器对接环之间的姿态偏差，实现两对接环贴合后柔性捕获；

第二，对接环在自身行程范围内具有缓冲碰撞动能的能力，适应多种对接目标和对接方式的需求；

第三，对接环偏离平衡位置后，具有校正对接环恢复到平衡位置的能力；

第四，碰撞过程中产生的力/力矩，能够得到有效控制；

第五，捕获碰撞缓冲校正完成后，能够驱动两飞行器相互靠紧，为刚性连接做准备。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为本发明的实施例的传动缓冲系统机构原理示意图；

图2为本发明的实施例的传动缓冲系统机构模装结构示意图(带对接环及捕获锁)；

图3为本发明的实施例的传动缓冲系统机构模装结构示意图；

图4为本发明的实施例的可控阻尼器机构原理图；

图5为本发明的实施例的可控阻尼器机构组成结构示意图；

图中标记：1-丝杠联系组合；2-丝杠安装座；3-差动组合；4-主驱动组合；5-第3号可控阻尼器；6-第2号可控阻尼器；7-第1号可控阻尼器；10-离合器；20-增速器；30-阻尼器；8-对接环；

图中缓冲元件为：EMC1～EMC3-电磁阻尼器；SSP1～SSP3-单轴弹簧机构；MSP1～MSP3-中间弹簧机构；DSP1～DSP2-双轴弹簧机构；HSP-始端弹簧机构；FM-摩擦制动器；CEMC1～CEMC3-可控阻尼器。

具体实施方式

下面结合附图，进一步阐述本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限定本发明的保护范围。在实际应用中本领域技术人员根据本发明做出的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

一种阻尼可控的对接机构传动缓冲系统，所述传动缓冲系统为异体同构周边式对接机构，一般安装于追踪飞行器，如载人飞船、货运飞船，参见图1-图3，其机构部组件包括多组丝杠联系组合、差动组合3、主驱动组合4，其中，

本实施例设置有3组丝杠联系组合，每组所述丝杠联系组合中包括两个丝杠联系组合1，每个所述丝杠联系组合设置为所述传动缓冲系统的上支点部件，并通过安装基体连接于对接框上，所述对接框设置于对接环8上；所述传动缓冲系统的下支点部件设置为丝杠安装座2，每个所述丝杠联系组合1连接于一丝杠安装座2，多个所述丝杠安装座2并入所述差动组合3，所述差动组合3与所述主驱动组合4连接；所述差动组合3设置为使所述丝杠联系组合1在受力不同的情况下可以产生差动并同时贮存能量，以使所述对接环8恢复平衡姿态的机构；所述主驱动组合4驱动主动对接机构的所述对接环8推出和拉回运动，具有过载保护功能的驱动装置；

还包括多个可控阻尼器，对应设置有3组丝杠联系组合设置有个可控阻尼器，分别为第1号可控阻尼器7、第2号可控阻尼器6、第3号可控阻尼器5，每个所述可控阻尼器设置于与每组丝杠联系组合连接的所述丝杠安装座2之间；所述可控阻尼器设置为在对接缓冲过程中，可以受控启动和关闭阻尼功能的阻尼器30，在接触捕获之前及接触时刻，所述可控阻尼器处于断开状态，保证所述传动缓冲系统“软”的特性，有利于两飞行器捕获；待接触碰撞捕获之后，所述可控阻尼器接通，将传冲缓冲系统大幅变“硬”，保证缓冲各种情况各种吨位下的对接能量，大幅提高对接适应能力。

结合图4和图5，所述可控阻尼器包括依次连接的离合器10、增速器20和阻尼器30。

进一步的，所述可控阻尼器采用牙嵌离合式可控阻尼器技术方案，所述离合器10为牙嵌式电磁离合器，所述增速器20为齿轮增速器，所述阻尼器30为电磁阻尼器，该部件为输入齿轮输入，牙嵌式电磁离合器10前置，后端通过两级行星齿轮增速器20增速至电磁阻尼器30的结构形式。

进一步的，多组所述丝杠联系组合为3组丝杠联系组合，每个所述丝杠联系组合1包括单轴弹簧机构SSP1-SSP3和电磁阻尼器EMC1-EMC3。

进一步的，所述差动组合3包括双轴弹簧机构DSP1-DSP2、中间弹簧机构MSP1-MSP3和始端弹簧机构HSP；多个所述丝杠安装座2通过中间弹簧机构MSP1-MSP3并联入所述差动组合3。

进一步的，所述主驱动组合包括摩擦制动器FM，所述摩擦制动器FM设置为利用摩擦力传递扭矩并在扭矩超过额定值时消耗对接碰撞能量并实现过载保护的装置。

进一步的，所述传动缓冲系统还包括电磁拖动机构，所述电磁拖动机构设置为采用电磁铁吸合原理并用于切换对接机构差动功能的机构。

为了更好的说明本发明，下方具体实施例对本发明进行详细的描述。

实施例

一种阻尼可控的对接机构传动缓冲系统，包括对接环8、对接框、3组丝杠联系组合1、6组丝杠安装座2及其相关连接附件、差动组合3、主驱动组合4、若干个弹簧机构、若干个电磁阻尼器、3套可控阻尼器等机构部组件。

在对接机构上共有3套捕获锁，沿周向均匀分布在对接环的3个导向板上，每套捕获锁有2个锁舌。对接碰撞过程，在主被动对接环导向板的初始导向下，随着对接环的贴合，捕获锁锁舌被挤压并弹出实现捕获。捕获之后，同时开始的缓冲过程，对接机构传动缓冲系统，为了缓冲两飞行器碰撞过程中的冲击，将传动链设计为柔性系统，并在传动链中增加了吸收、消耗、储藏和释放能量的部件，如摩擦制动器和电磁阻尼器用于消耗能量，各种弹簧机构用于缓冲碰撞过程中的运动动能，同时具有校正对接环恢复到平衡位置的能力。当传动参数及弹簧阻尼各元件参数确定后，整个对接机构的缓冲性能就确定了，适应对接能量范围即确定了，其捕获缓冲性能是确定的。在传动缓冲系统增加了3套可控阻尼器，可控阻尼器的特性是捕获过程不介入，以保证对接环“软”的特性，利于捕获，捕获之后介入，使传动缓冲系统并联入一个大的阻尼，提高缓冲能力，有利于大幅提高对接机构的缓冲适应范围。

本发明中的可控阻尼器部件采用的是一种牙嵌离合式可控阻尼器技术方案，该部件为输入齿轮输入，牙嵌式电磁离合器前置，后端通过两级行星齿轮增速器增速至电磁阻尼器的结构形式，主要有牙嵌式电磁离合器、两级NGW行星增速器及电磁阻尼器三部分组成。

当离合器磁轭组件未通电时，离合器输入轴上的端面齿与齿圈上的端面齿之间有一定的间隙，使飞行器传动链及离合器输入轴的旋转运动不会传递至离合器输出端，即行星增速器及电磁阻尼器不工作，此时对接机构传动缓冲系统保持小阻尼特性。

当离合器磁轭组件通电时，离合器输入轴端面与衔铁互相吸引，带动齿圈轴向运动，使齿圈上的端面齿和离合器输入轴上的端面齿吸合，此时输入齿轮的旋转运动通过花键传递至离合器输入轴，再通过端面齿传递至离合器输出端，带动增速器运动，增速器通过太阳轮输出转速至阻尼器输入轴，阻尼器输入轴带动阻尼器转子杯做旋转运动，切割由阻尼器磁钢在阻尼器内定子和阻尼器壳体之间气隙处产生的磁力线，产生阻尼力矩，实现机构的大阻尼特性，达到对接机构制动耗能的目的。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种阻尼可控的对接机构传动缓冲系统，所述传动缓冲系统为异体同构周边式对接机构，其机构部组件包括多组丝杠联系组合、差动组合、主驱动组合，其中，

每组所述丝杠联系组合中包括两个丝杠联系组合，每个所述丝杠联系组合设置为所述传动缓冲系统的上支点部件，并通过安装基体连接于对接框上，所述对接框设置于对接环上；所述传动缓冲系统的下支点部件设置为丝杠安装座，每个所述丝杠联系组合连接于一丝杠安装座，多个所述丝杠安装座并入所述差动组合，所述差动组合与所述主驱动组合连接；所述差动组合设置为使所述丝杠联系组合在受力不同的情况下可以产生差动并同时贮存能量，以使所述对接环恢复平衡姿态的机构；所述主驱动组合驱动主动对接机构的所述对接环推出和拉回运动，具有过载保护功能的驱动装置；

其特征在于，还包括多个可控阻尼器，每个所述可控阻尼器设置于与每组丝杠联系组合连接的所述丝杠安装座之间；所述可控阻尼器设置为在对接缓冲过程中，可以受控启动和关闭阻尼功能的阻尼器。

2.根据权利要求1的一种阻尼可控的对接机构传动缓冲系统，其特征在于，所述可控阻尼器包括依次连接的离合器、增速器和阻尼器。

3.根据权利要求2的一种阻尼可控的对接机构传动缓冲系统，其特征在于，所述可控阻尼器采用牙嵌离合式可控阻尼器技术方案，该部件为输入齿轮输入，牙嵌式电磁离合器前置，后端通过两级行星齿轮增速器增速至电磁阻尼器的结构形式。

4.根据权利要求1的一种阻尼可控的对接机构传动缓冲系统，其特征在于，多组所述丝杠联系组合为3组丝杠联系组合，每个所述丝杠联系组合包括一单轴弹簧机构和一电磁阻尼器。

5.根据权利要求1的一种阻尼可控的对接机构传动缓冲系统，其特征在于，所述差动组合包括双轴弹簧机构、中间弹簧机构和始端弹簧机构；多个所述丝杠安装座通过中间弹簧机构并联入所述差动组合。

6.根据权利要求1的一种阻尼可控的对接机构传动缓冲系统，其特征在于，所述主驱动组合包括摩擦制动器，所述摩擦制动器设置为利用摩擦力传递扭矩并在扭矩超过额定值时消耗对接碰撞能量并实现过载保护的装置。

7.根据权利要求1的一种阻尼可控的对接机构传动缓冲系统，其特征在于，所述传动缓冲系统还包括电磁拖动机构，所述电磁拖动机构设置为采用电磁铁吸合原理并用于切换对接机构差动功能的机构。

8.根据权利要求1的一种阻尼可控的对接机构传动缓冲系统，其特征在于，所述丝杠安装座包括滚珠丝杠组件。