CN110864707B - 一种高可靠性高自锁能力定标机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高可靠性高自锁能力定标机构，包括设置在基座上的驱动组件、执行组件和反馈组件，驱动组件驱动执行组件的打开与闭合，反馈组件反馈执行组件的旋转角度，驱动组件和反馈组件设置在执行组件的相对的两侧，驱动组件还配合有制动器；执行组件包括定标板，定标板固定在长轴上，长轴转动设置在基座上，驱动组件包括电机、第一联轴器、曲柄、连杆、拨销、挡销、扭簧、扭簧固定座，电机的输出轴通过第一联轴器与曲柄轴连接。本发明巧妙利用曲柄摇杆机构的“死点”原理并引入扭簧，可达到如下效果：可靠性高，装配工艺简单，生产效率高，刚度高，自锁性好，不仅适合于批量化生产，而且性能优良可以满足空间相机日益增长的辐射定标需求。

Description

一种高可靠性高自锁能力定标机构

技术领域

本发明属于航天的辐射定标领域，尤其是涉及一种高可靠性高自锁能力定标机构。

背景技术

传统定标机构往往采用蜗轮蜗杆驱动原理，这种驱动原理常常面临着以下四个问题。a)传统定标机构可靠性很差，当电机发生故障时，因为蜗轮蜗杆的自锁性，定标板无法自动返回到常开状态，只能保持在电机故障时的状态，有很大风险会遮挡光线，影响空间相机成像；b)传统定标机构装配工艺复杂，当蜗轮蜗杆装配关系过紧时能保证振动试验自锁，但是热循环试验过程中容易发生卡滞；当蜗轮蜗杆装配关系过松时可保证热循环试验过程不发生卡滞，但是振动试验时不容易实现自锁。因此需要反复调整蜗轮蜗杆装配关系，直至通过所有环境试验。c)传统定标机构生产效率低，因为蜗轮蜗杆的装配工艺复杂，导致其不利于批量化生产。d)传统定标机构振动试验时力学响应大，蜗轮蜗杆驱动原理决定了机构本身属于一种悬臂结构，这种结构会导致机构基频很低，而且振动试验时力学响应很大，存在影响光机结构的稳定性的风险。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种高可靠性高自锁能力定标机构，该机构不仅可以有效提升定标机构的可靠性，保证在电机出现故障时，依然可以自动恢复为通光状态，而且可以简化装配工艺，提高生产效率，降低发射及振动试验时的力学响应。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种高可靠性高自锁能力定标机构，包括设置在基座上的驱动组件、执行组件和反馈组件，所述的驱动组件驱动执行组件的打开与闭合，所述的反馈组件反馈执行组件的旋转角度，所述的驱动组件和反馈组件设置在执行组件的相对的两侧，所述驱动组件还配合有制动器；

所述的执行组件包括定标板，所述的定标板底部固定在长轴上，所述的长轴转动设置在基座上；

所述的驱动组件包括电机、第一联轴器、曲柄、连杆、拨销、挡销、扭簧、扭簧固定座，电机的输出轴通过第一联轴器与曲柄轴连接，所述的曲柄一端设置在曲柄轴上，曲柄的另一端通过连杆轴与连杆的一端转动连接，连杆的另一端与定标板的侧边转动连接，所述的制动器与电机连接；

所述的拨销固定在曲柄上，所述的扭簧的一端插入基座上的孔里，另一端抵在拨销的下表面，所述的扭簧套设在扭簧固定座上，所述的挡销固定在基座上，所述的挡销限位曲柄与连杆共线时曲柄的转动；所述的电机带动曲柄转动，曲柄带动连杆转动，所述的连杆带动定标板及长轴绕基座转动实现定标板的遮光与通光切换；

所述的反馈组件包括编码器，所述的编码器通过第二联轴器与长轴的一端连接，所述的编码器实时采集长轴的转动角度，所述的编码器固定在基座上。

进一步的，所述基座包括底板、正对设置的两块内侧板和错位设置的两块外侧板，四块侧板均平行固设在底板上，两块外侧板设置在两块内侧板的外侧，在两块内侧板的同侧固设一支撑板。

进一步的，其中一块所述外侧板支撑电机，其中另一块所述外侧板支撑编码器，其中一块内侧板支撑曲柄轴和连杆轴，两块内侧板支撑长轴。

进一步的，所述连杆的两端各通过一滚针轴承安装在相应的轴上。

进一步的，定标板通过销钉及螺钉固定在长轴上，所述扭簧固定座固定在支撑板上。

进一步的，长轴采用一端固定一端游动的轴系布置方式，其中固定端采用一对角接触球轴承面对面安装支撑，游动端为一只深沟球轴承支撑。

进一步的，在定标板和基座表面均喷涂消杂光漆。

进一步的，在基座的支撑板的上边缘设置凹槽，电机带动定标板闭合时，定标板的边缘嵌合在凹槽内。

进一步的，所述定标板采用7075铝合金。

进一步的，所述基座采用高强度钛合金TC4，所述长轴采用轴承钢GCr15。

相对于现有技术，本发明所述的一种高可靠性高自锁能力定标机构具有以下优势：

本发明所述的一种高可靠性高自锁能力定标机构，

本发明巧妙利用曲柄摇杆机构的“死点”原理并引入扭簧，可达到如下效果：a)可靠性高：可保证当电机出现故障时，定标板将恢复为通光状态，不会遮光进而影响成像；b)装配工艺简单：没有蜗轮蜗杆传动，不需要反复的跑和及调整蜗轮蜗杆装配关系；c)生产效率高：因为本发明装配工艺简单，所以生产效率高；d)刚度高：定标机构处于通光状态时，曲柄和连杆位于同一条直线上，相当于曲柄摇杆机构“死点”位置，曲柄和连杆对定标板形成强有力的支撑；e)自锁性好：当定标机构处于通光状态时，即使有外部载荷(重力、振动等)作用在定标板上，定标板也不会转动。

本发明可靠性高，装配工艺简单，生产效率高，刚度高，自锁性好，不仅适合于批量化生产，而且性能优良可以满足空间相机日益增长的辐射定标需求。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的一种高可靠性高自锁能力定标机构通光状态的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的一种高可靠性高自锁能力定标机构遮光状态的结构示意图；

图3为一种高可靠性高自锁能力定标机构的原理图。

附图标记说明：

1-电机，2-制动器，3-挡销，4-长轴，5-连杆，6-定标板，7-第二联轴器，8-编码器，9-基座，901-底板，902-内侧板，903-外侧板，904-支撑板，905-凹槽，10-拨销，11-扭簧，12-曲柄，13-扭簧固定座，14-第一联轴器。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1-图3所示，一种高可靠性高自锁能力定标机构，包括设置在基座9上的驱动组件、执行组件和反馈组件，所述的驱动组件驱动执行组件的打开与闭合，所述的反馈组件反馈执行组件的旋转角度，所述的驱动组件和反馈组件设置在执行组件的相对的两侧，所述驱动组件还配合有制动器2；

所述的执行组件包括定标板6，所述的定标板6底部固定在长轴4上，所述的长轴4转动设置在基座9上；

所述的驱动组件包括电机1、第一联轴器14、曲柄12、连杆5、拨销10、挡销3、扭簧11和扭簧固定座13，电机1的输出轴通过第一联轴器14与曲柄轴连接，所述的曲柄12一端设置在曲柄轴上，曲柄12的另一端通过连杆轴与连杆5的一端转动连接，连杆5的另一端与定标板6的侧边转动连接，所述的制动器2与电机1连接；

所述的拨销10固定在曲柄12上，所述的扭簧11的一端插入基座9上的孔里，另一端抵在拨销10的下表面，所述的扭簧11套设在扭簧固定座13上，所述的挡销3固定在基座上，所述的挡销3限位曲柄9与连杆5共线时曲柄3的转动；所述的电机1带动曲柄9转动，曲柄9带动连杆5转动，所述的连杆5带动定标板6及长轴4绕基座9转动实现定标板6的遮光与通光切换；

所述的反馈组件包括编码器8，所述的编码器8通过第二联轴器7与长轴4的一端连接，所述的编码器8实时采集长轴4的转动角度，根据旋转角度来判断定标机构处于通光状态还是遮光状态，所述的编码器8固定在基座9上。

所述基座9包括底板901、正对设置的两块内侧板902和错位设置的两块外侧板903，四块侧板均平行固设在底板901上，两块外侧板903设置在两块内侧板902的外侧，在两块内侧板902的同侧固设一支撑板904。

其中一块所述外侧板支撑电机1，其中另一块所述外侧板支撑编码器8，其中一块内侧板支撑曲柄轴和连杆轴，两块内侧板支撑长轴4。

所述连杆5的两端各通过一滚针轴承安装在相应的轴上，曲柄的两端以及定标板上均设有一滚针轴承，且滚针轴承与连杆、曲柄、定标板均为过盈配合，轴承与相应轴的配合，使得机构转动灵活不卡滞。

定标板6通过销钉及螺钉固定在长轴4上，保证定标板6与长轴4的相对位置精度，所述扭簧固定座13固定在支撑板904上。

长轴4采用一端固定一端游动的轴系布置方式，其中固定端采用一对角接触球轴承面对面安装支撑，游动端为一只深沟球轴承支撑。

为避免在遮光状态发生漏光现象，在定标板6和基座9表面均喷涂消杂光漆。对于边缘及容易引起漏光位置增加遮光罩，在基座9的支撑板904的上边缘设置凹槽905，电机1带动定标板6闭合时，定标板6的边缘嵌合在凹槽905内，充分保证不会漏光。

所述定标板6采用7075铝合金，在结构上进行了轻量化设计，定标板6质量越轻越有利于机构自锁。

所述基座9采用高强度钛合金TC4，并采用一体化构型，所有结构件均固定在基座9上，经过稳定化处理，充分保证各结构件之间的相对位置精度和定标机构整体的刚度。所述长轴4采用轴承钢GCr15，淬火后经过稳定化处理，保证轴的强度及尺寸精度的稳定。

本发明的工作原理为：

当需要定标时，电机1带动曲柄12旋转，曲柄12通过连杆5带动定标板6旋转，编码器8实时反馈定标板6的旋转角度，当曲柄12旋转约82°时，编码器8采集到定标板6旋转约96°，到达遮光位置，电机1断电，制动器2上电，制动器2制动电机1的旋转轴，提供制动力矩，提供保持遮光状态并开始定标。定标结束时，制动器2断电，电机1的旋转轴处于自由状态，定标板6在扭簧11作用下返回到通光状态。

当定标板6在任意位置时，如果电机1出现故障，失去动力，在扭簧11作用下，曲柄12会恢复紧靠在挡销3的状态，通过连杆5带动定标板6恢复为通光状态，充分保证机构的可靠性。

定标机构处于通光状态时，曲柄12和连杆5位于同一条直线上，相当于曲柄12摇杆机构“死点”位置，即使有外部载荷(重力等)作用在定标板6上，定标板6也不会转动。考虑到当动载荷(振动等)作用在曲柄12或连杆5上时，可能会破坏机构的自锁，因此扭簧11通过拨销10始终给予曲柄12一定的扭矩，将曲柄12紧靠在挡销3上，充分保证机构自锁状态的稳定。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (10)

1.一种高可靠性高自锁能力定标机构，其特征在于：包括设置在基座(9)上的驱动组件、执行组件和反馈组件，所述的驱动组件驱动执行组件的打开与闭合，所述的反馈组件反馈执行组件的旋转角度，所述的驱动组件和反馈组件设置在执行组件的相对的两侧，所述驱动组件还配合有制动器(2)；

所述的执行组件包括定标板(6)，所述的定标板(6)底部固定在长轴(4)上，所述的长轴(4)转动设置在基座(9)上；

所述的驱动组件包括电机(1)、第一联轴器(14)、曲柄(12)、连杆(5)、拨销(10)、挡销(3)、扭簧(11)和扭簧固定座(13)，电机(1)的输出轴通过第一联轴器(14)与曲柄轴连接，所述的曲柄(12)一端设置在曲柄轴上，曲柄(12)的另一端通过连杆轴与连杆(5)的一端转动连接，连杆(5)的另一端与定标板(6)的侧边转动连接，所述的制动器(2)与电机(1)连接；

所述的拨销(10)固定在曲柄(12)上，所述的扭簧(11)的一端插入基座(9)上的孔里，另一端抵在拨销(10)的下表面，所述的扭簧(11)套设在扭簧固定座(13)上，所述的挡销(3)固定在基座上，所述的挡销(3)限位曲柄(12)与连杆(5)共线时曲柄(12)的转动；所述的电机(1)带动曲柄(12)转动，曲柄(12)带动连杆(5)转动，所述的连杆(5)带动定标板(6)及长轴(4)绕基座(9)转动实现定标板(6)的遮光与通光切换；

所述的反馈组件包括编码器(8)，所述的编码器(8)通过第二联轴器(7)与长轴(4)的一端连接，所述的编码器(8)实时采集长轴(4)的转动角度，所述的编码器(8)固定在基座(9)上。

2.根据权利要求1所述的一种高可靠性高自锁能力定标机构，其特征在于：所述基座(9)包括底板(901)、正对设置的两块内侧板(902)和错位设置的两块外侧板(903)，四块侧板均平行固设在底板(901)上，两块外侧板(903)设置在两块内侧板(902)的外侧，在两块内侧板(902)的同侧固设一支撑板(904)。

3.根据权利要求2所述的一种高可靠性高自锁能力定标机构，其特征在于：其中一块所述外侧板支撑电机(1)，其中另一块所述外侧板支撑编码器(8)，其中一块内侧板支撑曲柄轴和连杆轴，两块内侧板支撑长轴(4)。

4.根据权利要求1所述的一种高可靠性高自锁能力定标机构，其特征在于：所述连杆(5)的两端各通过一滚针轴承安装在相应的连杆轴上。

5.根据权利要求2所述的一种高可靠性高自锁能力定标机构，其特征在于：定标板(6)通过螺钉固定在长轴(4)上，所述扭簧固定座(13)固定在支撑板(904)上。

6.根据权利要求1所述的一种高可靠性高自锁能力定标机构，其特征在于：长轴(4)采用一端固定一端游动的轴系布置方式，其中固定端采用一对角接触球轴承面对面安装支撑，游动端为一只深沟球轴承支撑。

7.根据权利要求1所述的一种高可靠性高自锁能力定标机构，其特征在于：在定标板(6)和基座(9)表面均喷涂消杂光漆。

8.根据权利要求7所述的一种高可靠性高自锁能力定标机构，其特征在于：在基座(9)的支撑板(904)的上边缘设置凹槽(905)，电机(1)带动定标板(6)闭合时，定标板(6)的边缘嵌合在凹槽(905)内。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种高可靠性高自锁能力定标机构，其特征在于：所述定标板(6)采用7075铝合金。

10.根据权利要求9所述的一种高可靠性高自锁能力定标机构，其特征在于：所述基座(9)采用高强度钛合金TC4，所述长轴(4)采用轴承钢GCr15。

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