CN114275195B - 一种适用于空间环境的小型化可重复展收机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于空间环境的小型化可重复展收机构，包括：驱动机构及补偿关节；其中，所述驱动机构和所述补偿关节均与负载相连接。本发明的结构简单，体积小，重量轻，输出力矩大，转动速度可调节，可实现空间环境下负载(如太阳翼)的多次展开、收拢操作,具备到位指示和断电保持功能。

Description

一种适用于空间环境的小型化可重复展收机构

技术领域

本发明属于航天器技术领域，尤其涉及一种适用于空间环境的小型化可重复展收机构。

背景技术

目前,国内航天器的太阳帆板展开大多采用一次性无源展开到位并锁定的方案，即依靠铰链中驱动弹簧的动力,把太阳帆板展开到规定位置,然后依靠铰链中的锁定装置把太阳帆板固定在规定位置上。这种展开方式从设计技术的成熟度以及现有各型号的应用情况来看都较好,但对于需要多次展开、收拢的工况，或者需要在出错情况下进行逆操作的工况，这种一次性展开方式无法实现。此外，无源展开输出力矩较小，展开速度不可控，锁定冲击较大，一般不含角度传感器无法获得实时的展开角度信息，应用范围有限。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种适用于空间环境的小型化可重复展收机构，该机构结构简单，体积小，重量轻，输出力矩大，转动速度可调节，可实现空间环境下负载(如太阳翼)的多次展开、收拢操作,具备到位指示和断电保持功能。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种适用于空间环境的小型化可重复展收机构，包括：驱动机构及补偿关节；其中，所述驱动机构和所述补偿关节均与负载相连接。

上述适用于空间环境的小型化可重复展收机构中，所述驱动机构包括步进电机、电机转接件、销、电机端盖、谐波减速器、壳体、输出轴、轴承端盖、轴承组件、固定输出臂和转动输出臂；其中，所述步进电机与所述电机端盖之间通过止口定位，采用螺钉连接固定；所述步进电机的输出轴与所述电机转接件之间配打销孔，采用销钉连接，实现力矩传递；所述谐波减速器的输入端与所述电机转接件之间通过止口定位，采用螺钉连接固定；所述谐波减速器的固定端与所述电机端盖和所述壳体之间均通过止口定位，所述谐波减速器的固定端与所述壳体采用螺钉连接固定；所述谐波减速器的输出端与所述输出轴通过止口定位，采用螺钉连接固定；所述轴承组件由两个深沟球轴承和一个内隔圈组成；所述输出轴由所述轴承组件支撑定位，安装于所述壳体内；所述轴承端盖与所述壳体通过止口定位，采用螺钉连接固定，实现对轴承外圈的定位；所述固定输出臂与所述壳体通过止口定位，采用螺钉连接固定，所述固定输出臂与外部固定部分连接；所述转动输出臂与所述输出轴通过止口定位，采用螺钉连接固定，所述转动输出臂与转动负载连接；所述步进电机的力矩经所述谐波减速器放大后经所述输出轴及所述转动输出臂驱动负载转动。

上述适用于空间环境的小型化可重复展收机构中，所述补偿关节包括公铰链、母铰链、轴套、轴、键、微动开关、角位计、角位计支架、角位计转接件、销、微动开关支架和微动开关触发杆；其中，所述轴套安装于所述公铰链内，所述轴安装于所述轴套内，所述轴上设有键槽，所述母铰链与所述轴通过所述键连接，实现运动传递；所述角位计的外壳通过所述角位计支架与所述公铰链通过螺钉连接，所述角位计的转轴通过所述角位计转接件与所述轴通过型面连接；所述角位计的转轴与所述角位计转接件之间配打销孔，采用销钉连接；两个所述微动开关通过所述微动开关支架与所述公铰链通过螺钉连接，两个所述微动开关触发杆通过螺钉与所述母铰链连接，在展开、收拢到位时，通过微动开关触发杆触发微动开关，实现到位信号指示。

上述适用于空间环境的小型化可重复展收机构中，所述驱动机构的转动轴线与所述补偿关节的转动轴线同轴安装，驱动机构提供动力源实现转动，补偿关节随动提供辅助支撑。

上述适用于空间环境的小型化可重复展收机构中，所述谐波减速器的固定端与所述壳体之间设有第一调整垫片，所述电机端盖与所述壳体之间设有第二调整垫片。

上述适用于空间环境的小型化可重复展收机构中，所述轴承端盖与所述壳体之间设有第三调整垫片，用于调整轴承端盖与轴承外圈之间的轴向间隙。

上述适用于空间环境的小型化可重复展收机构中，所述轴套与所述公铰链之间为过盈配合，所述轴套与所述轴之间为间隙配合；所述母铰链与所述轴套之间有轴向间隙。

上述适用于空间环境的小型化可重复展收机构中，所述轴套采用自润滑铍青铜材料，并在所述轴套与所述轴之间涂润滑脂。

上述适用于空间环境的小型化可重复展收机构中，所述微动开关支架及所述微动开关触发杆上均设有腰形孔，用于调整微动开关及触发杆的相对位置，保证展开、收拢到位时微动开关可以可靠触发，给出到位信号。

上述适用于空间环境的小型化可重复展收机构中，所述轴两端安装挡圈，约束所述母铰链的轴向位置；所述公铰链为固定部分，与外部固定部分连接；所述母铰链为转动部分，与转动负载连接；所述转动输出臂驱动负载转动。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

本发明通过步进电机提供动力源，经过谐波减速器减速及力矩放大后，驱动负载实现多次展开、收拢，输出力矩较大，转动速度可调节；依靠步进电机自身的断电保持力矩实现到位后的位置保持，无锁定冲击。通过安装于补偿关节上的角位计可实时显示转动角度，通过微动开关可分别实现展开、收拢到位指示。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明一种适用于空间环境的小型化可重复展收机构的一实施例的外形图。

图2是本发明一种适用于空间环境的小型化可重复展收机构的一实施例的驱动机构剖视图。

图3是本发明一种适用于空间环境的小型化可重复展收机构的一实施例的补偿关节剖视图。

图4是本发明一种适用于空间环境的小型化可重复展收机构的一实施例的应用示意图(收拢状态)。

图5是本发明一种适用于空间环境的小型化可重复展收机构的一实施例的应用示意图(展开状态)。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。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2和图3所示，一种适用于空间环境的小型化可重复展收机构，包括驱动机构1及补偿关节2。驱动机构1包括步进电机101，电机转接件102，销103，电机端盖104，谐波减速器105，壳体106，输出轴107，轴承端盖108，轴承组件109，固定输出臂110，转动输出臂111，第一调整垫片112，第二调整垫片113，第三调整垫片114。补偿关节2包括公铰链201，母铰链202，轴套203，轴204，键205，微动开关206，角位计207，角位计支架208，角位计转接件209，销210，微动开关支架211，微动开关触发杆212。

所述步进电机101与所述电机端盖104之间通过止口定位，采用螺钉连接固定；所述步进电机101的输出轴与所述电机转接件102之间配打销孔，采用销103连接，实现力矩传递；所述谐波减速器105采用固体润滑以满足空间环境使用寿命要求，其输入端与所述电机转接件102之间通过止口定位，采用螺钉连接固定；所述谐波减速器105的固定端与所述电机端盖104和所述壳体106之间均通过止口定位，与所述壳体106采用螺钉连接固定；所述谐波减速器105的输出端与所述输出轴107通过止口定位，采用螺钉连接固定；所述轴承组件109由两个深沟球轴承和一个内隔圈组成，轴承采用固体润滑以满足空间环境使用寿命要求；所述输出轴107由所述轴承组件109支撑定位，安装于所述壳体106内；所述轴承端盖108与所述壳体106通过止口定位，采用螺钉连接固定，实现对轴承外圈的定位；所述固定输出臂110与所述壳体106通过止口定位，采用螺钉连接固定，所述固定输出臂110与外部固定部分连接；所述转动输出臂111与所述输出轴107通过止口定位，采用螺钉连接固定，所述转动输出臂111与转动负载连接。

所述谐波减速器105固定端与所述壳体106之间设有第一调整垫片112，所述电机端盖104与所述壳体106之间设有第二调整垫片113，用于调整谐波减速器输入端、固定端、输出端三部分的相对位置，以满足谐波减速器的安装要求；所述轴承端盖108与所述壳体106之间设有第三调整垫片114，用于调整轴承端盖108与轴承外圈之间的轴向间隙，以满足空间高低温环境下的使用需求。

所述轴套203采用铍青铜自润滑材料，安装于所述公铰链201内，二者为过盈配合；所述轴204安装于所述轴套203内，二者为间隙配合，且所述轴套203与所述轴204之间涂适量空间润滑脂；所述轴204上设有键槽，所述母铰链202与所述轴204通过所述键205连接，实现运动传递；所述母铰链202与所述轴套203之间有轴向间隙，可适应空间高低温环境；所述轴204两端安装挡圈，约束所述母铰链202的轴向位置；所述角位计207的外壳通过所述角位计支架208与所述公铰链201通过螺钉连接，所述角位计207的转轴通过所述角位计转接件209与所述轴204通过型面连接；所述角位计207的转轴与所述角位计转接件209之间配打销孔，采用销210连接；两个所述微动开关206通过所述微动开关支架211与所述公铰链201通过螺钉连接，两个所述微动开关触发杆212通过螺钉与所述母铰链202连接，所述微动开关支架211及所述微动开关触发杆212上均设有腰形孔，用于调整微动开关及触发杆的相对位置，保证展开、收拢到位时微动开关可以被触发杆可靠触发，给出到位信号。所述公铰链201为固定部分，与外部固定部分连接；所述母铰链202为转动部分，与转动负载连接。

通过选择不同的步进电机及谐波减速器组合，可以实现不同尺寸、不同转速、不同输出力矩及保持力矩的驱动机构。本例中所选电机及减速器，可实现输出力矩不小于6Nm，断电保持力矩不小于2Nm，加电保持力矩不小于7Nm。驱动机构及补偿关节总重量不超过750g。其中驱动机构包络尺寸不超过80mm×80mm×120mm，补偿关节包络尺寸不超过80mm×80mm×65mm。可适应-70℃～+100℃的空间应用环境。

本实施例的工作原理如图4、图5所示，所述驱动机构的转动轴线与所述补偿关节的转动轴线同轴安装，驱动机构的固定输出臂和补偿关节的公铰链同时与固定部分连接，驱动机构的转动输出臂和补偿关节的母铰链同时与转动负载连接。驱动机构内步进电机的力矩经谐波减速器放大后经输出轴及转动输出臂驱动负载转动，补偿关节随动提供辅助支撑，补偿关节上的角位计实时显示转动角度信息，展开或收拢到位后微动开关触发杆触发相应的微动开关，给出到位信号。控制器控制电机正转、反转，可实现重复展开、收拢；控制器给步进电机发出不同的驱动频率，可控制电机转速；控制器断电，展收机构可依靠步进电机的断电保持力矩保持在指定位置。

本发明通过步进电机提供动力源，经过谐波减速器减速及力矩放大后，驱动负载实现多次展开、收拢，输出力矩较大，转动速度可调节；依靠步进电机自身的断电保持力矩实现到位后的位置保持，无锁定冲击。通过安装于补偿关节上的角位计可实时显示转动角度，通过微动开关可分别实现展开、收拢到位指示。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种适用于空间环境的小型化可重复展收机构，其特征在于包括：驱动机构(1)及补偿关节(2)；其中，所述驱动机构(1)和所述补偿关节(2)均与负载相连接；

所述驱动机构(1)包括步进电机(101)、电机转接件(102)、销(103)、电机端盖(104)、谐波减速器(105)、壳体(106)、输出轴(107)、轴承端盖(108)、轴承组件(109)、固定输出臂(110)和转动输出臂(111)；其中，

所述步进电机(101)与所述电机端盖(104)之间通过止口定位，采用螺钉连接固定；

所述步进电机(101)的输出轴与所述电机转接件(102)之间配打销孔，采用销钉连接，实现力矩传递；

所述谐波减速器(105)的输入端与所述电机转接件(102)之间通过止口定位，采用螺钉连接固定；

所述谐波减速器(105)的固定端与所述电机端盖(104)和所述壳体(106)之间均通过止口定位，所述谐波减速器(105)的固定端与所述壳体(106)采用螺钉连接固定；

所述谐波减速器(105)的输出端与所述输出轴(107)通过止口定位，采用螺钉连接固定；

所述轴承组件(109)由两个深沟球轴承和一个内隔圈组成；

所述输出轴(107)由所述轴承组件(109)支撑定位，安装于所述壳体(106)内；

所述轴承端盖(108)与所述壳体(106)通过止口定位，采用螺钉连接固定，实现对轴承外圈的定位；

所述固定输出臂(110)与所述壳体(106)通过止口定位，采用螺钉连接固定，所述固定输出臂(110)与外部固定部分连接；

所述转动输出臂(111)与所述输出轴(107)通过止口定位，采用螺钉连接固定，所述转动输出臂(111)与转动负载连接；

所述步进电机(101)的力矩经所述谐波减速器(105)放大后经所述输出轴及所述转动输出臂驱动负载转动。

2.根据权利要求1所述的适用于空间环境的小型化可重复展收机构，其特征在于：所述补偿关节(2)包括公铰链(201)、母铰链(202)、轴套(203)、轴(204)、键(205)、微动开关(206)、角位计(207)、角位计支架(208)、角位计转接件(209)、销(210)、微动开关支架(211)和微动开关触发杆(212)；其中，

所述轴套(203)安装于所述公铰链(201)内，所述轴(204)安装于所述轴套(203)内，所述轴(204)上设有键槽，所述母铰链(202)与所述轴(204)通过所述键(205)连接，实现运动传递；

所述角位计(207)的外壳通过所述角位计支架(208)与所述公铰链(201)通过螺钉连接，所述角位计(207)的转轴通过所述角位计转接件(209)与所述轴(204)通过型面连接；所述角位计(207)的转轴与所述角位计转接件(209)之间配打销孔，采用销钉连接；

两个所述微动开关(206)通过所述微动开关支架(211)与所述公铰链(201)通过螺钉连接，两个所述微动开关触发杆(212)通过螺钉与所述母铰链(202)连接，在展开、收拢到位时，通过微动开关触发杆触发微动开关，实现到位信号指示。

3.根据权利要求1所述的适用于空间环境的小型化可重复展收机构，其特征在于：所述驱动机构的转动轴线与所述补偿关节的转动轴线同轴安装，驱动机构提供动力源实现转动，补偿关节随动提供辅助支撑。

4.根据权利要求1所述的适用于空间环境的小型化可重复展收机构，其特征在于：所述谐波减速器(105)的固定端与所述壳体(106)之间设有第一调整垫片(112)，所述电机端盖(104)与所述壳体(106)之间设有第二调整垫片(113)。

5.根据权利要求1所述的适用于空间环境的小型化可重复展收机构，其特征在于：所述轴承端盖(108)与所述壳体(106)之间设有第三调整垫片(114)，用于调整轴承端盖与轴承外圈之间的轴向间隙。

6.根据权利要求2所述的适用于空间环境的小型化可重复展收机构，其特征在于：所述轴套与所述公铰链之间为过盈配合，所述轴套与所述轴之间为间隙配合；所述母铰链与所述轴套之间有轴向间隙。

7.根据权利要求2所述的适用于空间环境的小型化可重复展收机构，其特征在于：所述轴套采用自润滑铍青铜材料，并在所述轴套与所述轴之间涂润滑脂。

8.根据权利要求2所述的适用于空间环境的小型化可重复展收机构，其特征在于：所述微动开关支架及所述微动开关触发杆上均设有腰形孔，用于调整微动开关及触发杆的相对位置，保证展开、收拢到位时微动开关可以可靠触发，给出到位信号。

9.根据权利要求2所述的适用于空间环境的小型化可重复展收机构，其特征在于：所述轴(204)两端安装挡圈，约束所述母铰链(202)的轴向位置；所述公铰链为固定部分，与外部固定部分连接；所述母铰链为转动部分，与转动负载连接；所述转动输出臂驱动负载转动。