CN111042701A - 一种用于实验箱联动的钢丝绳驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于实验箱联动的钢丝绳驱动装置，包括驱动机构、传动轴、绕线机构、中心轴、定位壳体、第一钢丝绳接头、第二钢丝绳接头和钢丝绳，绕线机构的一端与中心轴螺纹连接，另一端与传动轴花键连接；第一钢丝绳接头和第二钢丝绳接头分别固定安装在定位壳体的外侧壁上，且与定位壳体内相连通；钢丝绳的两端从第一钢丝绳接头和第二钢丝绳接头穿入定位壳体内，并分别缠绕在绕线机构上；其中，驱动机构驱动传动轴转动，带动绕线机构转动并沿中心轴的轴向移动，绕线机构同时做直线移动，可以补偿钢丝绳伸缩时与第一钢丝绳接头和第二钢丝绳接头之间产生的距离差，使第一钢丝绳接头的出线长度或入线长度等于第二钢丝绳接头的入线长度或出线长度。

Description

一种用于实验箱联动的钢丝绳驱动装置

技术领域

本发明涉及空间机构领域，尤其涉及一种用于实验箱联动的钢丝绳驱动装置。

背景技术

在空间科学研究中，离不开各种材料，特别是新材料的使用。材料空间环境暴露实验，目的在于研究材料在空间特殊环境效应作用下的使役行为。

1.空间环境对机构可靠性的影响

相对于在地面上工作的机构来说，空间机构的工作差异主要是由于空间环境引起，空间动力学环境与地面环境有所不同。

1.1空间环境的影响

(1)微重力影响

由于目前航天器通常是在地面上进行装调，也就是在重力作用下进行的装调，而当航天器进入太空中，其所处环境为微重力环境，装调过程中的重力会进行释放，发生变形。零件间的摩擦力变小，系统处于自由状态，来自外界的干扰会显得更加的突出。微重力对一般的机构影响较小，但对于某些释放机构的影响较大，如太阳电池阵中的压紧机构。

(2)压力差影响

压力差的影响通常在1×10-²Pa～1×10-⁵Pa的真空范围内发生，当航天器中存在密封结构时，此密封结构的内外太差会加大，导致结构变形或损坏。

(3)真空出气影响

材料表面存在吸附或吸收的气体并溶解于材料内部，这些气体在高于1×10-2Pa的真空度下进行释放，也即为真空出气。释放出的气体会重新凝聚在低温部件上，从而污染光学镜片、传感器以及具有光学选择特性的热控涂层，导致光学性能下降、太阳吸收率增加、温度升高。

(4)辐射传热影响

在真空环境中，辐射传热是航天器与外界的主要传热形式。因此，表面材料的辐射特性对热控功能的具有重要影响。当航天器各系统和机构未能工作在合理温度范围内时，结构件会由于所处环境温度变化而产生应力、变形甚至破裂，从而对航天器机构造成损坏。

(5)粘着与冷焊的影响

粘着与冷焊通常发生在压力为1×10^-7Pa以上的超高真空环境中。在地面上，固体表面总是吸附有机膜及其它膜，称它们为边界润滑的润滑剂，起减少摩擦系数的作用。在空间真空环境中，固体表面膜，当被部分或全部清除时，相接触的零件间会形成清洁的材料表面，进而出现不同程度的粘合现象，称为粘着。如果除去氧化膜，使表面达到原子清洁度，在一定的压力与温度的作用下，可进一步整体粘着，也就是形成冷焊。

防止冷焊的主要方法有选用不易发生冷焊的配偶材料，采用固体润滑、脂润滑或液体润滑剂，涂覆不易发生冷焊的材料膜层等。

(6)微流星与空间碎片

空间环境中存在着微流星以及由于人类太空活动而产生的各种太空碎片，由于它们都具备较高的速度与动能，即使是很小的一个碎片与航天器发生碰撞，都极可能导致设备出现故障。因此，航天器应加强对微流星与空间碎片的防范。

(7)太阳辐照环境影响

由于太阳辐照，会使得机械结构件产生机械力，尤其是受热不均引起的热弯曲效应最大，会使得结构产生低频振动。此外，温度的变化对于机构内的润滑剂的选用影响较大，需选择抗温变性能好的润滑剂。

(8)冷黑环境影响

冷黑环境是指不考虑太阳与航天器的辐射，航天器的热辐射全部被太空吸收，没有反射的环境。冷黑环境易导致航天器上的可伸缩性机构的伸展性能，并且影响某些有机材料的性能，导致材料的老化与脆化等。

2.提高机构可靠性的基本方法

(1)简化设计

结构越复杂，越容易出现故障，因此对机构的设计，应该避免复杂的、无谓的设计，尽量使得结构简单、高效。

(2)冗余设计

冗余设计通过采用重复配置资源的方式来提高系统可靠度，关键功能部件采用冗余设计方法，提高可靠度。如调焦机构中，可通过使用双电机、双编码器的结构设计方式，提高调焦机构的可靠度；火工机构中采用双点火器的冗余设计来提高可靠度。冗余设计是以增加系统质量、体积、成本、功耗为代价，来提高系统可靠度的方法，在具体使用时，应综合考虑、分析，权衡利弊。

(3)润滑设计

润滑设计需充分考虑机构所经历的各种环境，如地面运输、火箭发射、在轨工作等，综合考虑零件材料的性能，选取合适的润滑方式以确保机构有效润滑，保证机构的可靠度。

(4)裕度设计

裕度设计，也就是安全裕度设计，是对所设计的产品在精度、强度等方面留有余量设计。由于材料的性能、加工精度、装配精度、人员操作等均有一定的不确定性，而航天成本较大，因此对产品进行裕度设计，可规避一些隐藏的风险，提高系统的可靠度。

(5)热设计

热设计是根据产品寿命周期内的热环境，采取各种方法，减少产品与外界间的热交换，减少热应力对产品的影响。热设计主要包含两方面，一是对结构进行主动热控或被动热控，控制产品所处环境的温度，避免温度变化过大面产生的热应力；二是合理设计，控制材料的匹配、运动副间隙以减少热应力对产品的影响。

(6)静电防护设计

对于有静电防护要求的机构，如含电子学元器件、火工品等的机构，必须进行静电防护设计，元器件损坏或火工品被杂散电流误引爆、误动作。

(7)密封设计

航天器上有些机构需要进行密封设计，如高速轴承的液体润滑剂密封，气压机构或液压机构等。这些机构，一旦发生泄漏，后果会相当严重。而空间环境的复杂性，会导致密封材料老化、密封性能降低，因此，密封设计也是航天器可靠性设计的重要内容。

(8)可靠性试验

由于航天成本巨大，因此需要对关键功能部件进行可靠性测试试验，通过试验来验证其可靠性，同时也可根据试验结果指导设计工作。

在材料舱外暴露平台中，材料舱外暴露实验箱为各种材料提供安装空间及暴露环境，并在必要时为材料提供密闭防护环境。因此需要材料实验箱为可打开关闭的开关门设计；在有限的功耗、重量、体积等资源情况下，需要将各个材料实验箱打开或关闭使用一套驱动装置。

材料舱外暴露实验箱及开关门联动是指，根据需求在特定时间将暴露材料密闭起来，并且多个试验箱的打开关闭过程仅需要一个开门驱动装置，节省大量资源。

联动设计可节省大量功耗、重量、体积资源。

联动设计可使用钢丝绳驱动装置，通过一根钢丝绳依次将多个实验箱的开关门装置串联，钢丝绳驱动装置一边释放钢丝绳，一边收缩钢丝绳，使钢丝绳移动带动多个实验箱依次开关门。

但是现有的钢丝绳驱动装置放出的钢丝绳长度与收缩的钢丝绳长度不能实现相等，也就不能实现对实验箱开关门的准确控制，甚至可能发生失效的情况。

因此，如何实现一种能够为实验箱开关门联动提供动力的驱动装置，是亟待解决的重要问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种用于实验箱联动的钢丝绳驱动装置，以解决上述技术问题的至少一种。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于实验箱联动的钢丝绳驱动装置，包括驱动机构、传动轴、绕线机构、中心轴、定位壳体、第一钢丝绳接头、第二钢丝绳接头和钢丝绳，中心轴固定安装在定位壳体内，传动轴转动安装在定位壳体内，且中心轴与传动轴同轴设置；绕线机构设置在定位壳体内，其一端与中心轴螺纹连接，另一端与传动轴花键连接；

第一钢丝绳接头和第二钢丝绳接头分别固定安装在定位壳体的外侧壁上，且与定位壳体内相连通；

钢丝绳的两端分别从第一钢丝绳接头和第二钢丝绳接头穿入定位壳体内，并分别缠绕在绕线机构上；

其中，驱动机构驱动传动轴转动，带动绕线机构转动并沿中心轴和传动轴的轴向移动，使所述钢丝绳移动且第一钢丝绳接头的出线长度或入线长度等于第二钢丝绳接头的入线长度或出线长度。

本发明的有益效果是：中心轴固定安装在定位壳体内，定位壳体为中心轴提供定位固定基础；绕线机构与传动轴花键连接，传动轴只传递动力和扭矩，同时释放绕线机构在传动轴上的轴向移动自由度；驱动机构驱动传动轴转动，带动绕线机构转动，由于绕线机构与中心轴螺纹连接，且中心轴位置固定，所以，绕线机构在传动轴的转动作用下转动同时沿中心轴和传动轴的轴向移动；而绕线机构上缠绕有钢丝绳，转动的绕线机构上的钢丝绳，一边从第一钢丝绳接头伸出或收缩，另一边从第二钢丝绳接头收缩或伸出；同时，绕线机构在转动的同时做直线移动，可以补偿钢丝绳伸缩时与第一钢丝绳接头和第二钢丝绳接头之间产生的距离差，使第一钢丝绳接头的出线长度或入线长度等于第二钢丝绳接头的入线长度或出线长度。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，绕线机构包括第一绕线轮和第二绕线轮，第一绕线轮与中心轴螺纹连接，第二绕线轮与传动轴花键连接，且第一绕线轮与第二绕线轮固定连接；钢丝绳的两端分别缠绕在第一绕线轮和第二绕线轮上。

采用上述进一步方案的有益效果是：便于拆装且便于钢丝绳的两端点的固定，分为两个绕线轮再固定连接可提高绕线机构的整体强度。

进一步，第一绕线轮和第二绕线轮上分别设有相同的螺纹绕线凹槽；钢丝绳的两端分别沿螺纹绕线凹槽缠绕，且缠绕方向相反。

采用上述进一步方案的有益效果是：保证出线长度与入线长度相等。

进一步，还包括驱动壳体，驱动壳体与定位壳体固定连接并连通；驱动机构设置在驱动壳体内，传动轴远离绕线机构的一端伸入驱动壳体内并与驱动机构传动连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：驱动壳体为传动轴提供定位固定，使传动轴只发生转动，限制传动轴轴向的自由度。

进一步，还包括驱动盖和卡块，驱动盖套设在传动轴上并与驱动壳体固定连接，卡块设置在驱动盖与传动轴之间并与驱动盖固定连接；传动轴的外周侧向内凹陷形成圆环形的卡接凹槽，卡块上设有卡接凸起，卡接凸起与卡接凹槽适配卡接。

采用上述进一步方案的有益效果是：实现传动轴的卡接限位和可转动。

进一步，驱动机构为涡轮蜗杆电机。

采用上述进一步方案的有益效果是：提供运动和动力。

附图说明

图1为本发明定位壳体和驱动壳体内各部件爆炸示意图；

图2为本发明整体示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

710、驱动机构，720、传动轴，721、卡接凹槽，731、第一绕线轮，732、第二绕线轮，740、中心轴，750、定位壳体，760A、第一钢丝绳接头，760B、第二钢丝绳接头，770、钢丝绳，780、驱动壳体，781、驱动盖,782、卡块，783、卡接凸起。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

如图1和2所示，一种用于实验箱联动的钢丝绳驱动装置，包括驱动机构710、传动轴720、绕线机构、中心轴740、定位壳体750、第一钢丝绳接头760A、第二钢丝绳接头760B和钢丝绳770，中心轴740固定安装在定位壳体750内，传动轴720转动安装在定位壳体750内，且中心轴740与传动轴720同轴设置；绕线机构设置在定位壳体750内，其一端与中心轴740螺纹连接，另一端与传动轴720花键连接；

第一钢丝绳接头760A和第二钢丝绳接头760B分别固定安装在定位壳体750的外侧壁上，且与定位壳体750内相连通；

钢丝绳770的两端从第一钢丝绳接头760A和第二钢丝绳接头760B穿入定位壳体750内，并分别缠绕在绕线机构上；

其中，驱动机构710驱动传动轴720转动，带动绕线机构转动并沿中心轴740和传动轴720的轴向移动，使钢丝绳770移动且第一钢丝绳接头760A的出线长度或入线长度等于第二钢丝绳接头760B的入线长度或出线长度。

中心轴740固定安装在定位壳体750内，定位壳体750为中心轴740提供定位固定基础；绕线机构与传动轴720花键连接，传动轴720只传递动力和扭矩，同时释放绕线机构在传动轴720上的轴向移动自由度；驱动机构710驱动传动轴720转动，带动绕线机构转动，由于绕线机构与中心轴740螺纹连接，且中心轴740位置固定，所以，绕线机构在传动轴720的转动作用下转动同时沿中心轴740和传动轴720的轴向移动；而绕线机构上缠绕有钢丝绳770，转动的绕线机构上的钢丝绳770，一边从第一钢丝绳接头760A伸出或收缩，另一边从第二钢丝绳接头760B收缩或伸出；同时，绕线机构在转动的同时做直线移动，可以补偿钢丝绳770伸缩时与第一钢丝绳接头760A和第二钢丝绳接头760B之间产生的距离差，使第一钢丝绳接头760A的出线长度或入线长度等于第二钢丝绳接头760B的入线长度或出线长度，这样可以保证两钢丝绳接头外部的钢丝绳770总长度一定，便于实现联动驱动。

具体的，传动轴720与绕线机构连接的一端为四方形矩形键设计，用于传递扭矩；同时释放绕线机构在传动轴720上的轴向移动自由度；在传动过程中，使绕线机构跟随钢丝绳运动而上下滑动。

如图1和2所示，一种用于实验箱联动的钢丝绳驱动装置，绕线机构包括第一绕线轮731和第二绕线轮732，第一绕线轮731与中心轴740螺纹连接，第二绕线轮732与传动轴720花键连接，且第一绕线轮731与第二绕线轮732固定连接；钢丝绳的两端分别缠绕在第一绕线轮731和第二绕线轮732上。

便于拆装且便于钢丝绳的两端点的固定，分为两个绕线轮再固定连接可提高绕线机构的整体强度。

具体的，如图1所示，第一绕线轮731的下部延伸出与插接凸起，插接凸起插入第二绕线轮732，实现第一绕线轮731和第二绕线轮732的对心，然后通过长螺栓将第一绕线轮731和第二绕线轮732固定连接，长螺栓穿过第一绕线轮731插入第二绕线轮732。

具体的，钢丝绳的两个端点分别紧固在第一绕线轮731和第二绕线轮732上。

如图1和2所示，一种用于实验箱联动的钢丝绳驱动装置，第一绕线轮731和第二绕线轮732上分别设有相同的螺纹绕线凹槽；钢丝绳的两端分别沿螺纹绕线凹槽缠绕，且缠绕方向相反。

钢丝绳的两端在第一绕线轮和第二绕线轮的缠绕方向相反。保证出线长度与入线长度相等。

第一绕线轮731、第二绕线轮732，缠绕钢丝绳，绕线轮上有螺旋沟槽即螺纹绕线凹槽，螺纹绕线凹槽内嵌套钢丝绳，并固定端点，第一绕线轮731与传动轴720花键轴连接，接受花键轴传递的动力，同时跟随钢丝绳运动，在花键轴上上下运动；第二绕线轮732通过螺钉与第一绕线轮731固定连接，在第一绕线轮731旋转及升降过程中，第二绕线轮732对应旋转或升降；当一个绕线轮缠绕钢丝绳时，另一个绕线轮释放钢丝绳，即钢丝绳在第一钢丝绳接头760A的出线或入线，同时在第二钢丝绳接头760B入线或出线；且保证出线长度与入线长度相等。

如图1和2所示，一种用于实验箱联动的钢丝绳驱动装置，还包括驱动壳体780，驱动壳体780与定位壳体750固定连接并连通；驱动机构设置在驱动壳体内，传动轴720远离绕线机构的一端伸入驱动壳体780内并与驱动机构传动连接。

驱动壳体780为传动轴720提供定位固定，使传动轴720只发生转动，限制传动轴720轴向的自由度。

如图1和2所示，一种用于实验箱联动的钢丝绳驱动装置，还包括驱动盖781和卡块782，驱动盖781套设在传动轴720上并与驱动壳体780固定连接，卡块782设置在驱动盖781与传动轴720之间并与驱动盖781固定连接；传动轴720的外周侧向内凹陷形成圆环形的卡接凹槽721，卡块782上设有卡接凸起783，卡接凸起783与卡接凹槽721适配卡接。

实现传动轴720的卡接限位和可转动。

如图1和2所示，一种用于实验箱联动的钢丝绳驱动装置，驱动机构710为涡轮蜗杆电机。提供运动和动力

具体的，涡轮蜗杆电机包括电机、蜗杆和涡轮，蜗杆连接在电机的输出端，涡轮与蜗杆连接。传动轴720穿设在涡轮的中心位置且通过平键连接。将电机输出运动和动力传输到传动轴720上，同时改变传动方向。

本实施例的有益效果是：通过本实施例可以实现用一个驱动装置带动多个实验箱依次开关门，且本实施例安装于材料暴露平台内部空余区域内，占用空间小；联动设计使用钢丝绳，走向对装置主机布局适应能力强，占用空间小，重量轻，节省资源。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例一”、“实施例二”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体方法、装置或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、方法、装置或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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 (6)

1.一种用于实验箱联动的钢丝绳驱动装置，其特征在于，包括驱动机构、传动轴、绕线机构、中心轴、定位壳体、第一钢丝绳接头、第二钢丝绳接头和钢丝绳，所述中心轴固定安装在所述定位壳体内，所述传动轴转动安装在所述定位壳体内，且所述中心轴与所述传动轴同轴设置；所述绕线机构设置在所述定位壳体内，其一端与所述中心轴螺纹连接，另一端与所述传动轴花键连接；

所述第一钢丝绳接头和第二钢丝绳接头分别固定安装在所述定位壳体的外侧壁上，且与所述定位壳体内相连通；

所述钢丝绳的两端分别从所述第一钢丝绳接头和第二钢丝绳接头穿入所述定位壳体内，并分别缠绕在所述绕线机构上；

其中，所述驱动机构驱动所述传动轴转动，带动所述绕线机构转动并沿所述中心轴和所述传动轴的轴向移动，使所述钢丝绳移动且所述第一钢丝绳接头的出线长度或入线长度等于所述第二钢丝绳接头的入线长度或出线长度。

2.根据权利要求1所述一种用于实验箱联动的钢丝绳驱动装置，其特征在于，所述绕线机构包括第一绕线轮和第二绕线轮，所述第一绕线轮与所述中心轴螺纹连接，所述第二绕线轮与所述传动轴花键连接，且所述第一绕线轮与所述第二绕线轮固定连接；所述钢丝绳的两端分别缠绕在所述第一绕线轮和所述第二绕线轮上。

3.根据权利要求2所述一种用于实验箱联动的钢丝绳驱动装置，其特征在于，所述第一绕线轮和第二绕线轮上分别设有相同的螺纹绕线凹槽；所述钢丝绳的两端分别沿所述螺纹绕线凹槽缠绕，且缠绕方向相反。

4.根据权利要求1所述一种用于实验箱联动的钢丝绳驱动装置，其特征在于，还包括驱动壳体，所述驱动壳体与所述定位壳体固定连接并连通；所述驱动机构设置在所述驱动壳体内，所述传动轴远离所述绕线机构的一端伸入所述驱动壳体内并与所述驱动机构传动连接。

5.根据权利要求4所述一种用于实验箱联动的钢丝绳驱动装置，其特征在于，还包括驱动盖和卡块，所述驱动盖套设在所述传动轴上并与所述驱动壳体固定连接，所述卡块设置在所述驱动盖与所述传动轴之间并与所述驱动盖固定连接；所述传动轴的外周侧向内凹陷形成圆环形的卡接凹槽，所述卡块上设有卡接凸起，所述卡接凸起与所述卡接凹槽适配卡接。

6.根据权利要求1-5任一项所述一种用于实验箱联动的钢丝绳驱动装置，其特征在于，所述驱动机构为涡轮蜗杆电机。

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