CN111404345A - 一种适用于空间环境的精密驱动关节 - Google Patents

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赵明宣
殷爱平
陈宝东
励吉鸿
钱志源
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Abstract

本发明提供了一种适用于空间环境的精密驱动关节，包括：直流力矩电机、光电编码器、角接触轴承、深沟球轴承、壳体、电机端盖、尾罩、驱动轴组件、轴承固定螺母、轴承挡圈、轴承隔圈、电机调整垫片、电机固定螺母、轴套和码盘转接环；其中，驱动轴组件由驱动轴前端和驱动轴末端组成。该关节采用以直流力矩电机作为驱动源的直接驱动，光电码盘采集轴系角度，定位预紧的背对背安装的角接触轴承支撑轴系，驱动轴组件和壳体采用钛合金材料，所有的定位配合面均采用0～5微米过盈量的小过盈配合。本驱动关节具有温度适应范围大、抗振、抗冲击、无轴系回差、回转精度和测角精度高、精度稳定性高等优点。

Description

一种适用于空间环境的精密驱动关节
技术领域
本发明涉及航空航天机电技术领域，特别涉及一种适用于空间环境的精密驱动关节。
背景技术
空间精密驱动关节用于驱动航空航天领域空间机构轴系转动并实时检测轴系转角，是光学相机、光通信和微波雷达伺服机构等精密机械的核心部件。驱动关节的技术水平决定了上述空间精密机械的精度等级。
为了适应光学载荷和微波雷达的需求，其伺服机构轴系驱动关节的驱动精度回转精度和测角精度需达到角秒量级。而现有的空间驱动关节主要用于航天器数传天线、中继天线和雷达天线，精度在角分量级以下，远不能满足上述精密机械的需求。
在地面厂房、实验室等室内，环境温度可控，无振动冲击干扰且不考虑重量代价的情况下，已开发出成熟产品可供选用。然而在空间应用，温度和力学条件要恶劣得多，且需重点考虑产品的轻量化，需要进行新的甚至是颠覆性的设计。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供了一种适用于空间环境的精密驱动关节，所述精密驱动关节包括：直流力矩电机、光电编码器、角接触轴承、深沟球轴承、壳体、电机端盖、尾罩、驱动轴组件、轴承固定螺母、轴承挡圈、轴承隔圈、电机调整垫片、电机固定螺母、轴套和码盘转接环。
直流力矩电机的电机定子固定在壳体内腔，电机转子用电机固定螺母固定在驱动轴组件上，电机转子与驱动轴组件之间通过平键传递力矩；驱动轴前端用一对角接触轴承支撑，驱动轴末端安装光电编码器；电机转子与光电编码器之间用深沟球轴承支撑。
所述驱动轴组件包括驱动轴前端和驱动轴末端，为阶梯剖断空心轴，组合加工成型；驱动轴前端和驱动轴末端之间通过小过盈配合的止口实现径向定位，在紧固平面上打锥销实现周向定位。
角接触轴承采用背对背定位安装于驱动关节前端定位止口内腔，可同时用于支撑伺服机构轴系；角接触轴承内圈用轴承固定螺母压紧，角接触轴承外圈用轴承挡圈固定。
码盘转接环作为光电编码器安装的调整环节，可修磨码盘安装面，确保驱动关节轴系端面跳动满足码盘安装要求。
精密驱动关节的转子，即驱动轴前端，与伺服机构之间通过小过盈配合的止口进行径向定位，在固定平面用圆柱销进行周向定位。
精密驱动关节定子，即壳体，通过止口与伺服机构间实现径向定位，在连接法兰之间通过锥销进行周向固定，以螺钉紧固。
壳体和驱动轴组件均采用TC4材料，与角接触轴承和深沟球轴承内外圈的材料轴承钢G95Cr18热膨胀系数基本一致。
驱动关节中止口均采用配作0～5微米过盈量的小过盈配合实现高精度径向定位。
本发明的有益效果在于，所提供的精密驱动关节具有温度适应范围大、抗振、抗冲击、无轴系回差、回转精度和测角精度高、精度稳定性高等优点。
附图说明
图1是本发明一种适用于空间环境的精密驱动关节组成示意图；
图2是本发明一种适用于空间环境的精密驱动关节外形示意图；
图3是本发明一种适用于空间环境的直流力矩电机组成示意图；
图4是本发明一种适用于空间环境的驱动轴组件组成示意图。
附图标记说明：
1—直流力矩电机、2—光电编码器、3—角接触轴承、4—深沟球轴承、5—壳体、6—电机端盖、7—尾罩、8—驱动轴组件、9—轴承固定螺母、10—轴承挡圈、11—轴承隔圈、12—电机调整垫片、13—电机固定螺母、14—轴套、15—码盘转接环，101—电机转子，102—电机定子，801—驱动轴前端和802—驱动轴末端。
具体实施方式
本发明提供了一种适用于空间环境的精密驱动关节，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。
本发明精密驱动关节组成示意图如图1所示，图2是本发明精密驱动关节外形示意图，包括：直流力矩电机、光电编码器、角接触轴承、深沟球轴承、壳体、电机端盖、尾罩、驱动轴组件、轴承固定螺母、轴承挡圈、轴承隔圈、电机调整垫片、电机固定螺母、轴套和码盘转接环。
精密驱动关节采用分体式电机，如图3所示；电机定子通过一端的定位面安装在壳体内腔，另一端通过沉头螺钉固定；电子转子用电机固定螺母固定在驱动轴组件上，通过平键传递力矩，通过与轴肩之间的电机调整垫片调整与电机定子之间的轴向距离；驱动轴前端用一对角接触轴承支撑；电机端盖用螺钉固定在壳体末端，通过止口实现二者之间的径向定位，在固定平面打锥销实现周向定位；驱动轴末端和电机端盖之间用深沟球轴承支撑，轴承内圈通过轴套和码盘转接环固定，外圈游动；光电编码器以尾罩保护，安装在精密驱动关节尾部，其读数头和信号处理板安装在电机盖上，码盘粘贴固定在码盘转接环上。其中，尾罩用沉头螺钉固定在电机端盖外柱面上。
驱动轴组件如图4所示，包括驱动轴前端和驱动轴末端，为阶梯剖断空心轴，组合加工成型；驱动轴前端和驱动轴末端之间通过止口实现径向定位，在紧固平面上打锥销实现周向定位，以螺钉紧固。
角接触轴承采用背对背定位安装于驱动关节前端定位止口内腔，可同时用于支撑伺服机构轴系；预紧力120N，通过调整轴承内外轴承隔圈的高度差实现预紧力加载；轴承内圈用轴承固定螺母压紧，外圈用轴承挡圈固定。
码盘转接环作为光电编码器安装的调整环节，修磨码盘安装面调整码盘转接环两面的平行度，确保驱动关节轴系端面跳动满足码盘安装要求。
精密驱动关节的转子，即驱动轴组件前端，与伺服机构之间通过止口进行径向定位，在固定平面用圆柱销进行周向定位，固定螺钉由伺服机构端拧入。
精密驱动关节定子，即壳体，通过止口与伺服机构间实现径向定位，在连接法兰之间通过锥销进行周向固定，以螺钉紧固。
壳体和驱动轴组件均采用TC4材料，与轴承内外圈的材料轴承钢G95Cr18热膨胀系数基本一致。
驱动关节中止口均采用配作0～5微米过盈量的小过盈配合实现高精度径向定位。
需要说明的是，上文只是对本发明进行示意性说明和阐述，本领域的技术人员应当明白，对本发明的任意修改和替换都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种适用于空间环境的精密驱动关节，其特征在于，所述精密驱动关节包括直流力矩电机、壳体、驱动轴组件和光电编码器；所述直流力矩电机包括电机定子和电机转子，电机定子固定在壳体内腔，电机转子固定在驱动轴组件上；所述驱动轴组件包括驱动轴前端和驱动轴末端，驱动轴前端用一对角接触轴承支撑，驱动轴末端安装光电编码器；光电编码器与电机转子之间用深沟球轴承支撑。
2.如权利要求1所述的一种适用于空间环境的精密驱动关节，其特征在于，所述驱动轴前端与伺服机构之间通过止口进行径向定位，在固定平面用圆柱销进行周向定位。
3.如权利要求1所述的一种适用于空间环境的精密驱动关节，其特征在于，壳体通过止口与伺服机构间实现径向定位，在连接法兰之间通过锥销进行周向固定，以螺钉紧固。
4.如权利要求1所述的一种适用于空间环境的精密驱动关节，其特征在于，所述角接触轴承安装在精密驱动关节前端定位止口内腔，用于支撑伺服机构轴系；角接触轴承内圈用轴承固定螺母压紧，外圈用轴承挡圈固定。
5.如权利要求2～4任一权利要求所述的一种适用于空间环境的精密驱动关节，其特征在于，所述止口采用配作0～5微米过盈量的小过盈配合实现高精度径向定位。
6.如权利要求1所述的一种适用于空间环境的精密驱动关节，其特征在于，所述电机转子通过电机固定螺母固定在驱动轴组件上，电机转子通过与轴肩之间的电机调整垫片来调整与电机定子之间的轴向距离。
7.如权利要求1所述的一种适用于空间环境的精密驱动关节，其特征在于，所述精密驱动关节还包括电机端盖，所述电机端盖固定在壳体末端，通过止口实现电机端盖和壳体末端之间的径向定位，通过在固定平面打锥销实现周向定位。
8.如权利要求7所述的一种适用于空间环境的精密驱动关节，其特征在于，驱动轴末端和电机端盖之间用深沟球轴承支撑，所述深沟球轴承内圈通过轴套和码盘转接环固定，深沟球轴承外圈游动。
9.如权利要求8所述的一种适用于空间环境的精密驱动关节，其特征在于，所述光电编码器以尾罩保护，安装在精密驱动关节尾部，光电编码器读数头和信号处理板安装在电机盖上，光电编码器码盘固定在码盘转接环上，所述尾罩固定在电机端盖外柱面上。
10.如权利要求9所述的一种适用于空间环境的精密驱动关节，其特征在于，所述角接触轴承通过调整轴承隔圈的高度差实现预紧力加载。
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