CN109356913A - 一种用于大型太空天线在轨组装的被动对接机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开可以用于大型太空天线在轨组装的被动对接机构,由公头和母头组成;所述的公头与移动天线模块相连,母头与固定天线模块相连,公头可以滑入母头,并通过切换轴推动钢珠,将钢珠顶在母头内壁上,进而实现锁紧,使天线的移动模块与固定模块实现固连。当公头受到反向的解锁力或振动时,可以保证钢珠自锁,进而确保锁紧的可靠性。当需要解锁时,需要手动拆除公头螺栓,就可以方便地将公母头分离。通过本发明可实现两个天线模块间的被动的对接和锁定,并在对接过程中,通过对公头与母头上的凹凸配合设计,可消除角度和位置误差,在锁定状态能够保证自锁。

Description

一种用于大型太空天线在轨组装的被动对接机构
技术领域
本发明属于机械设计领域,涉及一种可以用于大型太空天线在轨组装的被动对接机构。
背景技术
随着航天技术的快速发展,移动通信、导航和深空探测等对大型空间天线提出了更高的要求。由于卫星平台的功率有限,体积大型化成为了空间天线设计的主要趋势。但是天线运载飞行器的体积同样有限,因此研究人员提出了包括可展收天线在内的很多解决方案。但是天线的扩展量仍然是有限的,因此亟需一种自动在轨组装天线模块的操作系统,这种操作系统使得天线模块可以分批运送,并在太空完成在轨自动组装。
发明内容
本发明针对上述的大型太空天线在轨组装的任务,提出了一种被动对接机构,该机构的两端分别与两个天线模块固连,可以实现两个天线模块间的被动的对接和锁定,并在对接过程中消除角度和位置误差,在锁定状态能够保证自锁。
本发明一种可以用于大型太空天线在轨组装的被动对接机构,由公头和母头组成。其中,公头安装于移动天线模块上,母头安装于安装于固定天线模块上。
所述公头下部为锥形,侧壁周向上开设钢珠槽,钢珠槽内设置钢珠。公头内部具有与弹簧相接的切换轴,初始状态下切换轴受弹簧弹力作用,端部伸出公头下端端部。切换轴上设计有托板,通过切换头上移,托板可推动钢珠向外移动,使钢珠的一部分露出公头侧壁开孔。
母头内底部设置有解锁垫,解锁垫通过母头螺栓与母头间可拆卸连接;同时母头外壁开设腰型孔,由调节螺栓穿过腰型孔与母头相连。母头内壁下段为偏向锥形,上段整体为圆柱形,同时上段内还设计有一段圆锥面,用于与公头上的钢珠配合。
上述被动对接机构的对接过程如下:
A、对接过程分为接触-滑入-锁定三个阶段:
接触阶段:公头下部锥形接触母头顶部,随后公头滑入母头,进入滑入阶段;
滑入阶段:公头始终处于初始状态,切换轴端部接近解锁垫上表面,进入锁定阶段;
锁定阶段:切换轴端部与解锁垫表面接触,公头继续下移,造成切换轴上移,公头弹簧压缩;随着切换轴上移,切换轴的托板周向锥面下部推动钢珠,使钢珠在钢珠槽外移,直到接触到母头基座上段圆锥面后,完成锁定;
解锁时,首先将锁定螺栓松开取出,推动调节螺栓,将解锁垫下推到底,此时解锁垫上表面下移,切换轴受到弹簧推力下移,使钢珠与母头基座上段圆锥面间分离,锁定被解除。
本发明优点在于:
(1)本发明用于大型太空天线在轨组装的被动对接机构可以方便地用于大型太空天线的自动在轨组装,可靠性高,承载能力强,结构简单,操作方便;
(2)本发明用于大型太空天线在轨组装的被动对接机构能够在两个天线模块之间具有一定位姿误差的情况下被动地消除误差,实现准确、可靠的对接;
(3)本发明用于大型太空天线在轨组装的被动对接机构能够通过持续地下推公头,使切换轴推动钢珠实现被动锁定,无需驱动装置;
(4)本发明用于大型太空天线在轨组装的被动对接机构能够通过对母头锁定面的设计实现可靠的自锁;
(5)本发明用于大型太空天线在轨组装的被动对接机构只有通过拆卸公头螺栓实现手动解锁;
附图说明
图1是本发明用于大型太空天线在轨组装的被动对接机构结构示意图;
图2是本发明用于大型太空天线在轨组装的被动对接机构的公头结构示意图;
图3是本发明用于大型太空天线在轨组装的被动对接机构的公头爆炸示意图;
图4是本发明用于大型太空天线在轨组装的被动对接机构的母头结构示意图;
图5是本发明用于大型太空天线在轨组装的被动对接机构的母头爆炸示意图;
图6a是本发明用于大型太空天线在轨组装的被动对接机构的对接过程中滑入阶段示意图;
图6b是本发明用于大型太空天线在轨组装的被动对接机构的对接过程中锁定过程示意图;
图6c是本发明用于大型太空天线在轨组装的被动对接机构的对接过程中锁定状态示意图;
图6d是本发明用于大型太空天线在轨组装的被动对接机构的解锁过程中解锁垫取消固定方式示意图;
图6e是本发明用于大型太空天线在轨组装的被动对接机构的解锁过程中解锁垫运动方式方式示意图;
图6f是本发明用于大型太空天线在轨组装的被动对接机构的解锁过程中解锁状态示意图;
图中:
1-公头 2-母头 101-公头基座
102-钢珠 103-锥形壳 104-切换轴
105-公头弹簧 106-空心圆柱 107-公头螺栓
108-钢珠槽 109-突起 104a-主轴
104b-托板 104c-导向柱 201-母头基座
202-母头螺栓 203-解锁垫 204-调节螺栓
具体实施方式
下面将结合附图和实例对本发明作进一步的详细说明。
本发明是一种可以用于大型太空天线在轨组装的被动对接机构,由公头1和母头2组成,如图1所示。
所述的公头1安装于移动天线模块上,包括公头基座101、钢珠102、锥形壳103、切换轴104和公头弹簧105组成,如图2、图3所示。其中,公头基座101底面上开有通孔,用于螺栓穿过,实现公头1与移动天线模块间的固定。公头1外缘周向上等间隔设计有梯形突起,进而相邻梯形突起间形成梯形凹进,用于公头1与母头2间的定位以及锥形壳103的固定。公头基座101底面上周向等角度间隔设计有三个空心圆柱106,用于定位切换轴104,限制切换轴104只能在沿轴向移动。
所述切换轴104位于锥形壳103内部,在安装锥形壳103前进行装配。切换轴104具有主轴104a、托板104b、导向柱104c构成的一体结构。其中,主轴104a底端与托板104b顶面间同轴相接。导向柱104c为三根,周向均布设计于托板104b底面外缘上。上述切换轴104的三根导向柱104c分别插入公头基座101的三个空心圆柱106内;同时在空心圆柱106上还套有公头弹簧105。公头弹簧105为圆柱螺旋压缩弹簧,两端分别与公头基座101底面和切换轴104的托板104b接触,可以在锁定前使切换轴104保持在最下位置。
所述锥形壳103身部为柱状结构,端部为锥形结构。锥形壳103与公头基座101同轴设置,身部末端与公头基座101底面间贴合,周向上由公头螺栓107穿过梯形突起上设计螺孔后,旋紧在锥形壳103底端周向上设计的螺纹孔中,实现公头基座101与锥形壳103之间的固定。锥形壳103端部同轴开有具有一定轴向长度的通道,使切换轴104的主轴105a可穿入通道内,并由锥形壳103端部穿出。同时,锥形壳103身部侧壁周向上开有等角度间隔的八个钢珠槽108,钢珠槽108内装填钢珠102,用于与切换轴104的托板104b周向上设计的内向倾斜斜面配合,实现公头1与母头2间的自锁;钢珠槽108靠近公头1轴线的一侧内径较大,远离公头1轴线一侧内径较小,可以从锥形壳103内部装填钢珠,使钢珠102不会由钢珠槽108内向外脱出钢珠槽108。
上述切换轴104的主轴104a周向上设计有三个等角度间隔的突起109;同时在锥形壳103端部内设计有环形支撑面,支撑面內缘周向设计有三个等角度间隔的凹槽,使三个凹槽内部可分别容纳三个突起;通过突起与凹槽间的配合,实现在切换轴104装备过程中切换轴104的定位。同时切换轴104的托板104b周向侧壁为锥面,用来实现钢珠槽108内的钢珠102挤压与限位。
上述切换轴104的装配过程如下:
a、将切换轴104的主轴104a上三个突起分别插入锥形壳103尖端通孔处的三个凹槽内定位,此时切换轴104的托板104b顶面低于钢珠槽108,切换轴104的主轴104a端部突出于锥形壳103最下端;
b、在钢珠槽内填装钢珠102;
c、将切换轴104上移,使主轴104a上三个突起脱离三个凹槽后旋转切换轴;
d、在公头基座101上的三个空心圆柱106套上公头弹簧105,并将,使切换轴104的三个导向柱104c分别插入三个空心圆柱106内;并通过螺栓将公头基座101与锥形壳103两者间固定;由此受公头弹簧105的作用使切换轴104的主轴104a上三个突起顶在锥形壳103端部内的环形支撑面上,且切换轴104的主轴104a端部仍然突出于锥形壳103端部;同时切换轴104的托板105b下部低于钢珠槽108,此时钢珠102的活动不会被限制,可在由切换轴104的托板104b上部外壁限制的空间内自由移动,不会由钢珠槽108内脱落。上述公头基座101与锥形壳103对接完成后,各部分状态为公头1的初始状态。
所述母头2安装于固定天线模块上,包括母头基座201、母头螺栓202、解锁垫203与调节螺栓204;如图4、图5所示。母头基座201为筒状结构,内壁下段为偏向锥形,上段整体为圆柱形,内径与公头中锥形壳103的圆柱部分外径匹配;同时上段内还设计有一段圆锥面,用于与公头1上的钢珠配合,实现公头1与母头2间的自锁。母头基座201上缘周向上等间隔设计有梯形突起,进而相邻梯形突起间形成梯形凹进,用于与公头1间的对接定位。由此在公头1与母头2对接时,公头基座101外缘周向上的梯形突起分别与母头基座201上缘的梯形凹进相配合;当公头1与母头2轴向存在较小误差时,公头基座101的梯形突起斜面可在母头基座201梯形凹进斜面上滑动,以消除轴向误差。
所述解锁垫203为中心具有凹槽的圆柱结构,同轴设置于母头基座201内部。母头基座201下部侧壁上周向等角度间隔设计有八个通孔;八个通孔中的四个为圆柱孔,其余四个为腰型孔。四个母头螺栓202分别穿过四个圆柱孔,与解锁垫203侧壁周向上等间隔设置的四个螺纹孔螺纹连接,通过拧紧母头螺栓202实现解锁垫的锁死固定。四个调节螺栓204穿过四个腰型孔后,与解锁垫203侧壁周向上等间隔设置四个螺纹孔连接,但不锁死固定;由此当圆柱孔里的母头螺栓202松开时,可以通过拨动腰形孔的调节螺栓204,使解锁垫203可上下移动。
本发明被动对接机构的对接过程分为接触-滑入-锁定三个阶段:
S1接触阶段:由操作臂夹持移动天线模块靠近固定模块,公头1的锥形壳103最先接触到母头2的母头基座201上缘,由于锥形壳103下段的锥形曲面经过设计,因而可以保证在给定的误差范围内,公头1能够顺利滑入母头2。
S2滑入阶段:公头1始终处于初始状态,钢珠102的活动不会被限制,可以在切换轴104托板104b周向锥面上部和锥形壳103的钢珠槽108构成的空间中自由伸缩活动,因此公头1可以顺利进入母头2,且切换轴104的主轴104a接近解锁垫203上凹槽表面,如图6a所示。
S3锁定阶段:切换轴104的主轴104a端部与解锁垫203中心凹槽表面接触,切换轴104不能继续下移,但是操作臂会迫使公头1继续下移,从而切换轴104会相对于锥形壳103上移,公头弹簧105压缩,如图6b所示。随着切换轴104上移,使切换轴104的托板104b周向锥面下部侧面会推动钢珠102,使钢珠102在钢珠槽108中相对于锥形壳103外移,直到接触到母头基座201上段圆锥面后,完成锁定,如图6c所示,使天线的移动模块与固定模块实现固连。此时,若对公头1施加反向的解锁力,锥形壳103的钢珠槽对钢珠102施加向上的力,由于母头基座201上段圆锥面的倾角经过设计,可保证自锁,此时钢珠102被压紧在母头基座201上段圆锥面上而不会发生相对滑动,因此能够保证被动对接机构锁定后受到解锁力或发生震动时不会脱出,能够保证锁定的可靠性。
当需要对被动对接机构进行解锁时,首先如图6d所示,将用于固定解锁垫203的锁定螺栓202松开取出,推动调节螺栓,此时解锁垫203与母头基座201不再固连;然后如图6e所示,推动穿过腰形通孔的调节螺栓204,将解锁垫203下推到底,进而解锁垫203的上凹槽表面下移,允许切换轴104下移,受到弹簧106向下的推力,切换轴104下移到靠下位置,此时钢珠102的活动不再被限制,可以自由伸缩,锁定被解除;如图6f所示,只需对公头基座101施加反向力,就可以使公头1和母头2分离。

Claims (7)

1.一种可以用于大型太空天线在轨组装的被动对接机构,由公头和母头组成;公头安装于移动天线模块上,母头安装于安装于固定天线模块上,其特征在于:
所述公头下部为锥形,侧壁周向上开设钢珠槽,钢珠槽内设置钢珠;公头内部具有与弹簧相接的切换轴,初始状态下切换轴受弹簧弹力作用,端部伸出公头下端端部;切换轴上设计有托板,通过切换头上移,托板可推动钢珠向外移动,使钢珠的一部分露出公头侧壁开孔;
母头内底部设置有解锁垫,解锁垫通过母头螺栓与母头间可拆卸连接;同时母头外壁开设腰型孔,由调节螺栓穿过腰型孔与母头相连;母头内壁下段为偏向锥形,上段整体为圆柱形,同时上段内还设计有一段圆锥面,用于与公头上的钢珠配合。
2.如权利要求1所述一种可以用于大型太空天线在轨组装的被动对接机构,其特征在于:所述凹凸相间结构由在工头周向上以及母头顶部周向上等间隔设计的梯形结构构成。
3.如权利要求1所述一种可以用于大型太空天线在轨组装的被动对接机构,其特征在于:钢珠槽靠近公头轴线的一侧内径大于钢珠直径;钢珠槽远离公头轴线一侧小于钢珠直径。
4.如权利要求1所述一种可以用于大型太空天线在轨组装的被动对接机构,其特征在于:切换轴的托板周向侧壁为锥面,用来实现钢珠槽内的钢珠挤压与限位。
5.如权利要求1所述一种可以用于大型太空天线在轨组装的被动对接机构,其特征在于:切换轴的托板周向上设计为内向倾斜斜面,与钢珠配合;公头初始状态下,切换轴的托板下部低于钢珠槽,此时钢珠的活动不会被限制,可在由切换轴的托板上部外壁限制的空间内自由移动,不会由钢珠槽内脱落。
6.如权利要求1所述一种可以用于大型太空天线在轨组装的被动对接机构,其特征在于:公头上部周向设计有凹凸相间结构,与母头顶部周向上的凹凸相间结构配合。
7.如权利要求1所述一种可以用于大型太空天线在轨组装的被动对接机构,其特征在于:对接与解锁过程如下:
A、对接过程分为接触-滑入-锁定三个阶段:
接触阶段:公头下部锥形接触母头顶部,随后公头滑入母头,进入滑入阶段;
滑入阶段:公头始终处于初始状态,切换轴端部接近解锁垫上表面,进入锁定阶段;
锁定阶段:切换轴端部与解锁垫表面接触,公头继续下移,造成切换轴上移,公头弹簧压缩;随着切换轴上移,切换轴的托板周向锥面下部推动钢珠,使钢珠在钢珠槽外移,直到接触到母头基座上段圆锥面后,完成锁定;
B、解锁过程如下:
首先将锁定螺栓松开取出,推动调节螺栓,将解锁垫下推到底,此时解锁垫上表面下移,切换轴受到弹簧推力下移,使钢珠与母头基座上段圆锥面间分离,锁定被解除。
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