CN207698025U - 二维转动机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及卫星部组件，具体地说是一种二维转动机构，包括安装板、滚动关节、方位关节及电控盒，其中方位关节与电控盒通过螺钉固定连接，所述滚动关节与方位关节通过螺钉固定连接、由该方位关节带动转动，安装板与方位关节通过螺钉固定连接。本实用新型安装在卫星本体上，实现了太阳帆能够自动、准确地带动电池阵转动，达到太阳电池阵获取更多电能的目的，大大提高了太阳能电池的利用率，是空间卫星帆板的原创性的创新设计。

Description

二维转动机构

技术领域

本实用新型涉及卫星部组件，具体地说是一种二维转动机构，可应用于卫星星体上。

背景技术

随着大型军事卫星、气象卫星及商用广播通信卫星的发展，对卫星的姿态控制精度要求愈来愈高，要求有效载荷的容量愈来愈大，于是三轴稳定长寿命大容量卫星应运而生。为了充分利用太阳能电池产生的电能，卫星上伸出一翼或两翼帆板，板上布满了太阳能电池；为使太阳能电池达到尽可能高的利用率，卫星还安置了驱动装置，实现带动电池阵转动并使其法线与太阳光射束重合，以获得尽可能多的电能。太阳帆板驱动机构是长寿命、大功率、三轴稳定卫星必不可少的部件之一。

现有卫星上帆板通常与卫星星体保持相对静止，或者在某类卫星的电池阵驱动机构对太阳定向只需要一个转动自由度。采用现有的驱动机构只能满足特定轨道卫星的使用要求，对于其他轨道的卫星则不适用。

因此，设计一种具有两个自由度的驱动机构对其他轨道卫星的长寿命可靠运行至关重要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种二维转动机构。该二维转动机构实现太阳帆能够自动、准确地带动电池阵转动并使其法线与太阳光射束重合，达到太阳电池阵获取更多电能的目的。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

本实用新型包括安装板、滚动关节、方位关节及电控盒，其中方位关节安装在电控盒上，所述滚动关节与方位关节相连、由该方位关节带动转动；

所述方位关节包括走线管、转接法兰A、驱动模块A、固定底座及传动机构，该固定底座安装在所述电控盒上，所述驱动模块A安装在固定底座内，输出端通过所述传动机构与转接法兰A连接，所述走线管的一端与固定底座相连，另一端分别穿过该转接法兰A及滚动关节并连接有所述安装板，所述走线管相对于转接法兰A及滚动关节可相对转动；

所述滚动关节包括转接法兰B、从动齿轮B、输出轴A、壳体、驱动模块B、驱动齿轮B、从动齿轮C、输出轴B、转接法兰C及支撑管，所述壳体安装在转接法兰A上，走线管的另一端由该壳体穿出，所述驱动模块B安装在壳体内，输出端连接有驱动齿轮B，所述转接法兰B及转接法兰C位于壳体的两侧，并分别与所述从动齿轮B及从动齿轮C相连，所述输出轴A及输出轴B位于壳体的两侧，一端分别与转接法兰B及转接法兰C相连，另一端为输出端；所述从动齿轮C与所述驱动齿轮B啮合传动，所述从动齿轮B通过安装在壳体内的支撑管与从动齿轮C连动，进而分别带动所述输出轴A及输出轴B同步转动；

其中：所述支撑管包括外壳、齿轮轴、左传动齿轮及右传动齿轮，该支撑管安装在所述壳体内，所述齿轮轴转动安装在该支撑管内，两端分别连接有与所述从动齿轮B啮合传动的左传动齿轮及与所述从动齿轮C啮合传动的右传动齿轮；所述输出轴A与输出轴B的轴向中心线共线，并与所述齿轮轴的轴向中心线平行，且垂直于所述走线管的轴向中心线；

所述固定底座内安装有光电编码器A，该光电编码器A的输入端连接有反馈齿轮A，所述反馈齿轮A由传动机构带动绕光电编码器A的回转中心回转，进而带动所述光电编码器A回转，实现反馈；所述光电编码器A与电控盒中的电路板相连；

所述壳体内安装有光电编码器B，该光电编码器B的输入端连接有反馈齿轮B，所述反馈齿轮B与从动齿轮C啮合传动、由该从动齿轮C带动绕光电编码器B的回转中心回转，进而带动所述光电编码器B回转，实现反馈；所述光电编码器B与电控盒中的电路板相连；

所述电控盒包括卫星转接法兰、盒体、立柱及电路板，该盒体内设有多个立柱，所述电路板位于盒体内、并设在多个立柱上；所述卫星转接法兰安装在盒体的顶部，作为安装所述方位关节的载体；

所述传动机构包括驱动齿轮A及从动齿轮A，该驱动齿轮A连接于所述驱动模块A的输出端，所述从动齿轮A套设在走线管外部，并通过深沟球轴承A与走线管转动连接，且与所述驱动齿轮A啮合传动；

所述固定底座内部容置有深沟球轴承A及角接触球轴承A，该深沟球轴承A的内圈与所述走线管相接触，所述角接触球轴承A的外圈与固定底座相接触，所述从动齿轮A与深沟球轴承A和角接触球轴承A相互配合接触，保持相对于走线管的位置不变；

所述壳体内部容置有角接触球轴承B、轴承座A、轴承座B、角接触球轴承C、深沟球轴承B及深沟球轴承C，该轴承座A与轴承座B分别安装在壳体的两侧，所述角接触球轴承B的外圈与深沟球轴承C的内圈分别与轴承座A相接触，角接触球轴承B的内圈与深沟球轴承C的外圈分别与所述从动齿轮B相互配合接触，保持该从动齿轮B的相对位置不变；所述角接触球轴承C的外圈与深沟球轴承B的内圈分别与轴承座B相接触，角接触球轴承C的内圈与深沟球轴承B的外圈分别与所述从动齿轮C相互配合接触，保持该从动齿轮C的相对位置不变；

所述壳体上开设有供走线管穿出的通孔。

本实用新型的优点与积极效果为：

1.本实用新型安装在卫星本体上，实现了太阳帆能够自动、准确地带动电池阵转动，达到太阳电池阵获取更多电能的目的，大大提高了太阳能电池的利用率，是空间卫星帆板的原创性的创新设计。

2.本实用新型的电路板具有独立的驱动与检测能力，只需要通过星务管理系统给电路板发送运动指令，即可实现转动机构的运动控制；通过星务管理系统与电路板之间的通讯，可以实时地观测本实用新型的运行状况；电路板具有运动驱动、热驱动、采集等功能，实时完成对转台各项指标的检测与控制。

3.本实用新型采用二自由度的机械机构，通过方位关节与滚动关节的运动组合，结合精密的传动和控制部件，可以实现方位与滚动自由度在设定的角度范围精确的定位；同时，本实用新型还具有反馈系统，实时地将系统关节的运动速度反馈至上位机，可实现速度的精确控制，从而减小本实用新型的变化对卫星本体产生的影响。

4.本实用新型采用便捷的安装接口，承载能力强，接口适应性广，通过更改局部的接口即可适应不同卫星产品与帆板产品，有效地提高了产品的扩展性与维护性，大大降低了产品的研发设计成本。

附图说明

图1为本实用新型的立体结构示意图；

图2为本实用新型方位关节的结构剖视图；

图3为本实用新型滚动关节的结构剖视图之一；

图4为图3的俯视剖视图；

图5为图3中支撑管的结构示意图；

图6为本实用新型电控盒的内部结构剖视图；

图7为图书的俯视图；

其中：101为安装板，102为滚动关节，103为方位关节，104为电腔盒，201为走线管，202为转接法兰A，203为深沟球轴承A，204为驱动齿轮A，205为驱动模块A，206为固定底座，207为光电编码器A，208为反馈齿轮A，209为从动齿轮A，210为角接触球轴承A，301为转接法兰B，302为从动齿轮B，303为输出轴A，304为角接触球轴承B，305为轴承座A，306为壳体，307为驱动模块B，308为驱动齿轮B，309为轴承座B，310为从动齿轮C，311为输出轴B，312为转接法兰C，313为角接触球轴承C，314为深沟球轴承B，315为反馈齿轮B，316为光电编码器B，317为深沟球轴承C，318为左传动齿轮，319为支撑管，320为右传动齿轮，321为通孔，322为外壳，323为齿轮轴，401为卫星转接法兰，402为盒体，403为立柱，404为电路板。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详述。

如图1所示，本实用新型包括安装板101、滚动关节102、方位关节103及电控盒104，其中方位关节103安装在电控盒104上，滚动关节102与方位关节103相连、由该方位关节103带动转动。

如图6、图7所示，电控盒104包括卫星转接法兰401、盒体402、立柱403及电路板404，该盒体402内设有多个立柱403，电路板404位于盒体402内、并设在多个立柱403上，电路板404与星务管理系统连接，接收星务管理系统发送的运动指令，用于控制二维转动机构的运动与外围设备的通讯。卫星转接法兰401安装在盒体402的顶部，作为与其他外围设备的安装接口，可安装于多种结构形式的产品，接口适应性强。

方位关节103的运动采用“电机+减速机+齿轮传动”的传动方式，负载能力强，定位准确，角速度可控，可靠性高等特点。如图2所示，方位关节103包括走线管201、转接法兰A202、深沟球轴承A203、驱动模块A205、固定底座206、光电编码器A207、反馈齿轮A208、角接触球轴承A210及传动机构，该固定底座206通过螺钉固接在卫星转接兰401上，驱动模块A205安装在固定底座206内，输出端通过传动机构与转接法兰A202连接。走线管201的一端与固定底座206固定连接，另一端分别穿过转接法兰A202及滚动关节102并连接有安装板101，走线管201相对于转接法兰A202及滚动关节102可相对转动。安装板101用于安装其他外围设备，且该设备相对于卫星转接法兰401的方位保持不变。本实施例的传动机构为齿轮传动机构，包括驱动齿轮A204及从动齿轮A209，该驱动齿轮A204连接于驱动模块A205的输出端，从动齿轮A209套设在走线管201外部，并通过深沟球轴承A203与走线管201转动连接，且与驱动齿轮A204啮合传动。固定底座206内部容置有深沟球轴承A203及角接触球轴承A210，该深沟球轴承A203的内圈与走线管201相接触，角接触球轴承A210的外圈与固定底座206相接触，从动齿轮A209与深沟球轴承A203和角接触球轴承A210相互配合接触，保持相对于走线管201的位置不变。固定底座206内安装有光电编码器A207，该光电编码器A207的输入端连接有反馈齿轮A208，反馈齿轮A208与从动齿轮A209啮合传动，由从动齿轮A209带动绕光电编码器A207的回转中心回转，进而带动光电编码器A207回转，实现反馈。驱动模块A205及光电编码器A207分别与电控盒104中的电路板404相连。

滚动关节102采用“电机+减速机+齿轮传动”的传动方式，负载能力强，定位准确，角速度可控，可以在任意角度位置停止。如图3～5所示，滚动关节102包括转接法兰B301、从动齿轮B302、输出轴A303、角接触球轴承304、轴承座A305、壳体306、驱动模块B307、驱动齿轮B308、轴承座B309、从动齿轮C310、输出轴B311、转接法兰C312、角接触球轴承C313、深沟球轴承B314、反馈齿轮B315、光电编码器B316、深沟球轴承C317及支撑管319，该壳体306安装在转接法兰A202上，在壳体306上开设有供走线管201穿出的通孔321，走线管201的另一端由壳体306穿出。驱动模块B307安装在壳体306内，输出端连接有驱动齿轮B308。转接法兰B301及转接法兰C312位于壳体306内部的两侧，并分别与容置于壳体306内的从动齿轮B302及从动齿轮C310通过螺钉固连。输出轴A303及输出轴B311位于壳体306的两侧，一端分别与转接法兰B301及转接法兰C312固定连接，另一端为输出端；从动齿轮C310与驱动齿轮B308啮合传动，从动齿轮B302通过安装在壳体306内的支撑管319与从动齿轮C310连动，进而分别带动输出轴A303及输出轴B311同步转动。输出轴A303及输出轴B311是本实用新型的最终输出端，用于连接太阳帆，其接口适应性强，可以满足多种结构形式的产品。壳体306内部容置有角接触球轴承B304、轴承座A305、轴承座B309、角接触球轴承C313、深沟球轴承B314及深沟球轴承C317，该轴承座A305与轴承座B309分别安装在壳体306的两侧，角接触球轴承B304的外圈与深沟球轴承C317的内圈分别与轴承座A305相接触，最终与壳体306相连接；角接触球轴承B304的内圈与深沟球轴承C317的外圈分别与从动齿轮B302相互配合接触，保持该从动齿轮B302的相对位置不变。角接触球轴承C313的外圈与深沟球轴承B314的内圈分别与轴承座B309相接触，，最终与壳体306相连接；角接触球轴承C313的内圈与深沟球轴承B314的外圈分别与从动齿轮C310相互配合接触，保持该从动齿轮C310的相对位置不变。壳体306内安装有光电编码器B316，该光电编码器B316的输入端连接有反馈齿轮B315，该反馈齿轮B315与从动齿轮C310啮合传动、由该从动齿轮C310带动绕光电编码器B316的回转中心回转，进而带动光电编码器B316回转，实现反馈。驱动模块B307及光电编码器B316分别与电控盒104中的电路板404相连。

支撑管319包括外壳322、齿轮轴323、左传动齿轮318及右传动齿轮320，该支撑管319通过螺钉安装在壳体306内，并与轴承座A305具有轴孔配合，从而达到固定。齿轮轴323转动安装在支撑管319内，两端分别连接有与从动齿轮B302啮合传动的左传动齿轮318及与从动齿轮C310啮合传动的右传动齿轮320，从而通过从动齿轮B302及从动齿轮C310带动输出轴A303和输出轴B311同步转动。输出轴A303与输出轴B311的轴向中心线共线，并与齿轮轴323的轴向中心线平行，且垂直于走线管201的轴向中心线。

本实用新型的驱动模块A205及驱动模块B307均采用步进电机，结构可靠性高。

本实用新型的工作原理为：

驱动模块A205通电运动后，带动与其固定连接的驱动齿轮A204转动，通过驱动齿轮A204与从动齿轮A209组成的齿轮副的作用驱动从动齿轮A209旋转；从动齿轮A209在深沟球轴承A203和角接触球轴承A210的支撑作用下保持相对位置不变，从动齿轮A209从而带动与其固定连接的转接法兰A202进行回转运动，整个滚动关节102随转接法兰A292进行回转。在从动齿轮A209与反馈齿轮A208构成另外一组齿轮副传动，从而带动反馈齿轮208绕着光电编码器A207的回转中心进行回转，进而实现反馈的目的。

驱动模块B307通电运动后，带动与其固定连接的驱动齿轮B308转动，通过驱动齿轮B308与从动齿轮C310组成的齿轮副的作用驱动从动齿轮C310旋转；再通过从动齿轮C310与右传动齿轮320组成的齿轮副以及左传动齿轮318与从动齿轮B302组成的齿轮副，带动两侧的转接法兰B301与转接法兰C312同步转动，进而实现输出轴A303与输出轴B311同步转动。在从动齿轮C与反馈齿轮B315构成的另一组齿轮副传动，从而带动反馈齿轮B315绕着光电编码器B316的回转中心进行回转，进而实现反馈的目的。

方位关节103中的光电编码器A207和滚动关节102中的光电编码器B316可为绝对值旋转编码器，可以对被测产品的实时位移和旋转角度进行精确测量反馈，保证控制和定位要求。

Claims (10)

1.一种二维转动机构，其特征在于：包括安装板(101)、滚动关节(102)、方位关节(103)及电控盒(104)，其中方位关节(103)安装在电控盒(104)上，所述滚动关节(102)与方位关节(103)相连、由该方位关节(103)带动转动；

所述方位关节(103)包括走线管(201)、转接法兰A(202)、驱动模块A(205)、固定底座(206)及传动机构，该固定底座(206)安装在所述电控盒(104)上，所述驱动模块A(205)安装在固定底座(206)内，输出端通过所述传动机构与转接法兰A(202)连接，所述走线管(201)的一端与固定底座(206)相连，另一端分别穿过该转接法兰A(202)及滚动关节(102)并连接有所述安装板(101)，所述走线管(201)相对于转接法兰A(202)及滚动关节(102)可相对转动；

所述滚动关节(102)包括转接法兰B(301)、从动齿轮B(302)、输出轴A(303)、壳体(306)、驱动模块B(307)、驱动齿轮B(308)、从动齿轮C(310)、输出轴B(311)、转接法兰C(312)及支撑管(319)，所述壳体(306)安装在转接法兰A(202)上，走线管(201)的另一端由该壳体(306)穿出，所述驱动模块B(307)安装在壳体(306)内，输出端连接有驱动齿轮B(308)，所述转接法兰B(301)及转接法兰C(312)位于壳体(306)的两侧，并分别与所述从动齿轮B(302)及从动齿轮C(310)相连，所述输出轴A(303)及输出轴B(311)位于壳体(306)的两侧，一端分别与转接法兰B(301)及转接法兰C(312)相连，另一端为输出端；所述从动齿轮C(310)与所述驱动齿轮B(308)啮合传动，所述从动齿轮B(302)通过安装在壳体(306)内的支撑管(319)与从动齿轮C(310)连动，进而分别带动所述输出轴A(303)及输出轴B(311)同步转动。

2.根据权利要求1所述的二维转动机构，其特征在于：所述支撑管(319)包括外壳(322)、齿轮轴(323)、左传动齿轮(318)及右传动齿轮(320)，该支撑管(319)安装在所述壳体(306)内，所述齿轮轴(323)转动安装在该支撑管(319)内，两端分别连接有与所述从动齿轮B(302)啮合传动的左传动齿轮(318)及与所述从动齿轮C(310)啮合传动的右传动齿轮(320)。

3.根据权利要求2所述的二维转动机构，其特征在于：所述输出轴A(303)与输出轴B(311)的轴向中心线共线，并与所述齿轮轴(323)的轴向中心线平行，且垂直于所述走线管(201)的轴向中心线。

4.根据权利要求1所述的二维转动机构，其特征在于：所述固定底座(206)内安装有光电编码器A(207)，该光电编码器A(207)的输入端连接有反馈齿轮A(208)，所述反馈齿轮A(208)由传动机构带动绕光电编码器A(207)的回转中心回转，进而带动所述光电编码器A(207)回转，实现反馈；所述光电编码器A(207)与电控盒(104)中的电路板(404)相连。

5.根据权利要求1所述的二维转动机构，其特征在于：所述壳体(306)内安装有光电编码器B(316)，该光电编码器B(316)的输入端连接有反馈齿轮B(315)，所述反馈齿轮B(315)与从动齿轮C(310)啮合传动、由该从动齿轮C(310)带动绕光电编码器B(316)的回转中心回转，进而带动所述光电编码器B(316)回转，实现反馈；所述光电编码器B(316)与电控盒(104)中的电路板(404)相连。

6.根据权利要求1所述的二维转动机构，其特征在于：所述电控盒(104)包括卫星转接法兰(401)、盒体(402)、立柱(403)及电路板(404)，该盒体(402)内设有多个立柱(403)，所述电路板(404)位于盒体(402)内、并设在多个立柱(403)上；所述卫星转接法兰(401)安装在盒体(402)的顶部，作为安装所述方位关节(103)的载体。

7.根据权利要求1所述的二维转动机构，其特征在于：所述传动机构包括驱动齿轮A(204)及从动齿轮A(209)，该驱动齿轮A(204)连接于所述驱动模块A(205)的输出端，所述从动齿轮A(209)套设在走线管(201)外部，并通过深沟球轴承A(203)与走线管(201)转动连接，且与所述驱动齿轮A(204)啮合传动。

8.根据权利要求7所述的二维转动机构，其特征在于：所述固定底座(206)内部容置有深沟球轴承A(203)及角接触球轴承A(210)，该深沟球轴承A(203)的内圈与所述走线管(201)相接触，所述角接触球轴承A(210)的外圈与固定底座(206)相接触，所述从动齿轮A(209)与深沟球轴承A(203)和角接触球轴承A(210)相互配合接触，保持相对于走线管(201)的位置不变。

9.根据权利要求1所述的二维转动机构，其特征在于：所述壳体(306)内部容置有角接触球轴承B(304)、轴承座A(305)、轴承座B(309)、角接触球轴承C(313)、深沟球轴承B(314)及深沟球轴承C(317)，该轴承座A(305)与轴承座B(309)分别安装在壳体(306)的两侧，所述角接触球轴承B(304)的外圈与深沟球轴承C(317)的内圈分别与轴承座A(305)相接触，角接触球轴承B(304)的内圈与深沟球轴承C(317)的外圈分别与所述从动齿轮B(302)相互配合接触，保持该从动齿轮B(302)的相对位置不变；所述角接触球轴承C(313)的外圈与深沟球轴承B(314)的内圈分别与轴承座B(309)相接触，角接触球轴承C(313)的内圈与深沟球轴承B(314)的外圈分别与所述从动齿轮C(310)相互配合接触，保持该从动齿轮C(310)的相对位置不变。

10.根据权利要求1所述的二维转动机构，其特征在于：所述壳体(306)上开设有供走线管(201)穿出的通孔(321)。