CN114180102B - 一种用于航天器上活动可展机构的锁紧装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于航天器上活动可展机构的锁紧装置，包括驱动源、锁紧机构、卡爪，所述锁紧机构包括导轨、滑块、丝杆、导向槽，所述滑块可滑动地安装在所述丝杆上，滑块与丝杆组成具有自锁功能的螺旋副，滑块两侧的滑槽可滑动地安装在所述导轨上，所述导向槽包括直线段导向槽和弧线段导向槽，直线段导向槽底部设置有锁紧缺口，所述卡爪包括卡爪端部、卡爪导向轮，所述卡爪端部连接滑块，所述卡爪导向轮可沿导向槽进行滑动，所述驱动源的输出轴与所述丝杆连接。

Description

一种用于航天器上活动可展机构的锁紧装置
技术领域
本发明涉及航空航天锁紧装置领域，具体为一种用于航天器上活动可展机构的锁紧装置。
背景技术
当今世界主要航天国家间的空天领域竞争越来越激烈。无论在航天飞行器内还是在天地往返飞行器内，需要释放的载荷(目标)或重复操作回收的载荷(目标)，在飞行阶段都需要锁紧装置将其固定在舱内的指定位置，也即飞行过程中都离不开锁紧装置的锁紧固定。对于某些活动可展机构(如机械臂、舱门等)，往往需要多次锁紧与解锁，以满足不同的任务需求，故需要配套的具有可重复锁紧功能的装置。由于飞行器对舱内载荷有苛刻要求，这给重复锁紧装置的设计带来很大的困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够重复锁紧的用于航天器上活动可展机构的锁紧装置。
本发明提供一种用于航天器上活动可展机构的锁紧装置，包括驱动源、锁紧机构、卡爪，所述锁紧机构包括导轨、滑块、丝杆、导向槽，所述滑块可滑动地安装在所述丝杆上，滑块与丝杆组成具有自锁功能的螺旋副，滑块两侧的滑槽可滑动地安装在所述导轨上，所述导向槽包括直线段导向槽和弧线段导向槽，直线段导向槽底部设置有锁紧缺口，所述卡爪包括卡爪端部、卡爪导向轮，所述卡爪端部连接滑块，所述卡爪导向轮可沿导向槽进行滑动，所述驱动源的输出轴与所述丝杆连接。
优选地：所述导轨的截面一侧为圆弧面，另一侧为直线平面的导轨，直线平面侧与锁紧机构贴合，圆弧面侧与滑块的滑槽配合组成移动副，所述滑块的滑槽截面为弧面槽。
优选地：所述卡爪还包括卡爪压头，卡爪导向轮设置在卡爪压头和卡爪端部之间。
优选地：所述卡爪为7型结构的卡爪，7型结构卡爪的横向部为卡爪压头，7型结构卡爪的纵向端部为卡爪端部。
优选地：所述卡爪端部通过连接法兰、螺钉固定在滑块上，并组成转动副铰链。
优选地：所述卡爪压头上设置有截面一侧为圆弧面，另一侧为直线平面的孔，在锁紧状态下，与导轨形成间隙配合。
优选地：所述锁紧机构的横截面为封闭式的回型结构。
优选地：所述丝杆置于锁紧机构横截面中心，导轨均布在锁紧机构四个角上，与锁紧机构相匹配。
优选地：导轨与锁紧机构上的直线段导向槽平行。
优选地：还包括减速器，所述驱动源与减速器的蜗杆轴固连，减速器的蜗轮轴与所述丝杆固连。
本发明提供一种用于航天器上活动可展机构的锁紧装置，通过驱动源驱带动丝杆使滑块与丝杆组成具有自锁功能的螺旋副，当卡爪端部在直线段导向槽底部的锁紧缺口时，卡爪处于锁紧状态，当滑块沿着丝杆向上移动并带动卡爪导向轮从直线段导向槽移动到弧线段导向槽的完全解锁的位置时，使得卡爪处于解锁状态，从而实现多次(重复)锁紧与解锁需求。
在进一步的优选方案中还能获得更多的优点：例如：卡爪为“7”型结构的卡爪可以解决高刚度的问题。例如：锁紧机构的横截面则采用封闭式的回型结构，相比“T”型、“L”型、“C”型(或不完全“O”型)、“H”型等结构，在xy方向的抗弯刚度一致性较好。丝杆置于锁紧机构横截面中心，导轨的截面一侧为圆弧面，另一侧为直线平面的导轨，直线平面侧与锁紧机构贴合，圆弧面侧与滑块的滑槽配合组成移动副，所述滑块的滑槽截面为弧面槽，并均布在锁紧机构四个角上，与锁紧机构相匹配，在同样重量的情况下，该结构布局刚度较大，或者在满足刚度要求的情况下，整体重量较轻。
附图说明
图1为本发明用于航天器上活动可展机构的锁紧装置的轴侧剖视图；
图2为本发明滑块的结构示意图；
图3为本发明锁紧机构的结构示意图；
图4为本发明用于航天器上活动可展机构的锁紧装置重复锁紧装置原理图；
图5为本发明用于航天器上活动可展机构的锁紧装置解锁状态的结构示意图；
图6为本发明卡爪约束示意图；
图7为本发明卡爪的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1是根据本发明实施例提供的一种用于航天器上活动可展机构的锁紧装置的轴侧剖视图，包括驱动源1、驱动源1为驱动电机,锁紧机构3、卡爪4，锁紧机构3包括导轨3-1、滑块3-2、丝杆3-3、导向槽，丝杆3-3为梯形丝杆，驱动梯形丝杆转动可带动滑块3-2移动，反之，驱动滑块3-2并不能使得梯形丝杆转动。也即，使被锁紧物体在受外力作用下，不会通过卡爪4带动滑块3-2移动，即不会解锁，保证锁紧可靠性，滑块3-1可滑动地安装在丝杆3-3上，滑块3-1与梯形丝杆3-3组成具有自锁功能的螺旋副，如图2所示滑块3-1两侧的滑槽3-4可滑动地安装在导轨3-1上，导向槽包括直线段导向槽3-5和弧线段导向槽3-7，直线段导向槽3-5底部设置有锁紧缺口3-6，如图3所示，卡爪4包括卡爪端部4-1，卡爪导向轮4-2，卡爪端部4-1连接滑块3-1，卡爪导向轮4-2可沿导向槽进行滑动。驱动电机与减速器2的蜗杆轴(输入端)固连，蜗轮轴(输出端)与丝杆3-3固连，驱动电机的额定输出力矩T，减速器的减速比i，梯形丝杆螺距p，效率η，轴向负载Fs与丝杆输入扭矩Ts关系为其中，丝杆输入扭矩Ts＝T·i·η减速器。当T＝0.128Nm，i＝28，p＝2，η＝21.4％，η减速器＝25％时，Fs可输出600N轴向力(约61kgf)。整个重复锁紧装置重约1.8kg，通过较小的驱动电机输出力矩T即可获得较大的输出力Fs，解决了飞行器对舱内重量、环境适应性等苛刻要求。
如图4所示，通过驱动电机驱动减速器带动丝杆3-3使滑块3-2与丝杆3-3组成具有自锁功能的螺旋副，当卡爪端部4-1在直线段导向槽3-5底部的锁紧缺口3-6时，卡爪4处于锁紧状态，当滑块3-2沿着丝杆3-3向上移动并带动卡爪导向轮4-2从直线段导向槽3-5移动到弧线段导向槽3-7的完全解锁的位置3-8时，使得卡爪4处于解锁状态，如图5所示，从实现多次锁紧与解锁需求。折叠后的活动机构，各层之间不会完全贴合，往往会有间隙的存在，因而需要在各层的法线方向上，增加卡爪4的运动空间，便于卡爪4把最外层机构卡紧。卡爪4还包括卡爪压头4-3，卡爪导向轮4-2设置在卡爪压头4-3和卡爪端部4-1之间，卡爪压头4-3根据实际情况可为球面或锥面，卡爪端部4-1通过连接法兰4-4、螺钉固定在滑块3-2上，并组成转动副铰链，在锁紧机3上的导向槽分为直线段导向槽3-5和弧线段导向槽3-7，直线段导向槽3-5用于卡爪4的直线运动，也即是保证卡爪的捕获范围，在直线段导向槽3-5长度一定的条件下，当减小卡爪上卡爪导向轮4-2与接法兰4-4的距离，卡爪直线运动的范围变大，即容差变大，反之容差变小。
卡爪为“7”型结构的卡爪，“7”型结构卡爪的横向部为卡爪压头4-3，“7”型结构卡爪的纵向端部为卡爪端部4-2，将卡爪4的约束设置在卡爪4竖直侧方向的两端，即连接法兰的法兰接口(O处)和D型孔(A处)，有效的减少力F(卡爪压头)的力臂(＝0)，如若将A处约束改为B处(卡爪导向轮的接口)，则力F的力臂LB变大，卡爪4刚度下降；若使A、B两处约束时的刚度不变，则卡爪4的重量将会增加，如图6所示，不利于飞行器对减重的要求。
导轨3-1的截面一侧为圆弧面，另一侧为直线平面的导轨，直线平面侧与锁紧机构贴合，圆弧面侧与滑块的滑槽配合组成移动副，滑块3-2的滑槽3-4截面为弧面槽，导轨的数量为两根或四根，导轨数量为四根，对称布置，效果最佳，四根导轨通过螺钉对称的固连在锁紧机3上，锁紧机构4的横截面则采用封闭式的回型结构，丝杆3-3置于锁紧机构4横截面中心，导轨均布在锁紧机构4四个角上，与锁紧机构4相匹配。锁紧机构4的横截面则采用封闭式的“回”型结构，相比“T”型、“L”型、“C”型(或不完全“O”型)、“H”型等结构，在xy方向的抗弯刚度一致性较好。丝杆3-3置于锁紧机构4横截面中心，导轨均布在锁紧机构4四个角上，与锁紧机构4的结构相匹配。在同样重量的情况下，该结构布局刚度较大，或者在满足刚度要求的情况下，整体重量较轻。同时，在锁紧机构4的侧边上增加有与舱体的安装接口，与减速器上舱体接口共同形成对锁紧机构4组件的约束。
锁紧机构4上有两条对称的导向槽，每条导向槽由直线段导向槽3-5和弧线段导向槽3-7组成；锁紧机构4上有四组对称分布的导轨的安装接口，四根导轨对称的固连在锁紧机构4上，且导轨略微高于锁紧机构4的上端面，在锁紧状态下，卡爪压头4-3上截面一侧为圆弧面，另一侧为直线平面的孔4-5可与导轨形成间隙配合，如图7所示。并且四根导轨与锁紧机构4上的直线段导向槽3-5平行。
丝杆3-3直径12mm，导程2mm，当驱动电机输出0.128Nm力矩时，卡爪锁紧力为600N，可实现强锁紧力的需求。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于航天器上活动可展机构的锁紧装置，其特征在于，包括驱动源、锁紧机构、卡爪，所述锁紧机构包括导轨、滑块、丝杆、导向槽，所述滑块可滑动地安装在所述丝杆上，滑块与丝杆组成具有自锁功能的螺旋副，滑块两侧的滑槽可滑动地安装在所述导轨上，所述导向槽包括直线段导向槽和弧线段导向槽，直线段导向槽底部设置有锁紧缺口，所述卡爪包括卡爪端部、卡爪导向轮，所述卡爪端部连接滑块，所述卡爪导向轮可沿导向槽进行滑动，所述驱动源输出轴与所述丝杆连接。
2.根据权利要求1所述的用于航天器上活动可展机构的锁紧装置，其特征在于，所述导轨的截面一侧为圆弧面，另一侧为直线平面的导轨，直线平面侧与锁紧机构贴合，圆弧面侧与滑块的滑槽配合组成移动副，所述滑块的滑槽截面为弧面槽。
3.根据权利要求2所述的用于航天器上活动可展机构的锁紧装置，其特征在于，所述卡爪还包括卡爪压头，卡爪导向轮设置在卡爪压头和卡爪端部之间。
4.根据权利要求3所述的用于航天器上活动可展机构的锁紧装置，其特征在于，所述卡爪为7型结构的卡爪，7型结构卡爪的横向部为卡爪压头，7型结构卡爪的纵向端部为卡爪端部。
5.根据权利要求4所述的用于航天器上活动可展机构的锁紧装置，其特征在于，所述卡爪端部通过连接法兰、螺钉固定在滑块上，并组成转动副铰链。
6.根据权利要求4所述的用于航天器上活动可展机构的锁紧装置，其特征在于，所述卡爪压头上设置有截面一侧为一半圆弧面，另一侧为直线平面的孔，在锁紧状态下，与导轨形成间隙配合。
7.根据权利要求4所述的用于航天器上活动可展机构的锁紧装置，其特征在于，所述锁紧机构的横截面为封闭式的回型结构。
8.根据权利要求7所述的用于航天器上活动可展机构的锁紧装置，其特征在于，所述丝杆置于锁紧机构横截面中心，导轨均布在锁紧机构四个角上，与锁紧机构相匹配。
9.根据权利要求8所述的用于航天器上活动可展机构的锁紧装置，其特征在于，导轨与锁紧机构上的直线段导向槽平行。
10.根据权利要求1-9任一项所述的用于航天器上活动可展机构的锁紧装置，其特征在于，还包括减速器，所述驱动源与减速器的蜗杆轴固连，减速器的蜗轮轴与所述丝杆固连。
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