本發(fā)明涉及航天器機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別是一種空間用高精度主動(dòng)鎖緊鉸鏈。

背景技術(shù)：

1、鉸鏈具有高精度可靠展開和鎖定的功能，被廣泛應(yīng)用于各類空間可展機(jī)構(gòu)。反射面等大型航天器載荷的尺寸較大，其自身基頻較低，因此鉸鏈鎖定后需要具有較高的剛度和定位精度，防止被展開載荷發(fā)生振動(dòng)變形和出現(xiàn)較大的定位誤差。

2、空間展開機(jī)構(gòu)領(lǐng)域常用的鉸鏈主要有兩種形式：凸輪式和插銷式。其中，以專利號cn111140590b為代表的凸輪式鉸鏈結(jié)構(gòu)簡單，以恒力矩彈簧作為驅(qū)動(dòng)源，將鎖定柱銷卡入鎖緊槽底部實(shí)現(xiàn)自鎖。但凸輪式鉸鏈的定位精度和剛度均較低，主要適用于太陽翼等輕型載荷以及對鎖定精度要求不高的場合。以專利號cn111092285b為代表的插銷式鉸鏈具有較高的鎖定精度，在展開臂等空間展開機(jī)構(gòu)中應(yīng)用廣泛，但由于沿關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸軸線移動(dòng)方向無約束或約束較弱，不利于整個(gè)機(jī)構(gòu)剛度的提高。

3、針對凸輪式和插銷式鉸鏈存在的不足，為滿足反射面等大型載荷大跨距、高精度、高剛度在軌展開的需求，本發(fā)明提出一種應(yīng)用于空間可展機(jī)構(gòu)的高精度主動(dòng)鎖緊鉸鏈。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有鉸鏈鎖定剛度較低，可靠性不足的問題，提供了一種空間用高精度主動(dòng)鎖緊鉸鏈，具有剛度高，鎖緊精度高，魯棒性強(qiáng)的特點(diǎn)。

2、本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種空間用高精度主動(dòng)鎖緊鉸鏈，包括驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置、定位裝置、鎖緊裝置、微動(dòng)開關(guān)和結(jié)構(gòu)板；

3、驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置包括共軸的固定合頁、運(yùn)動(dòng)合頁，分別與饋源艙和反射面連接；

4、結(jié)構(gòu)板包括饋源艙結(jié)構(gòu)板和反射面結(jié)構(gòu)板兩部分，分別與饋源艙和反射面連接；

5、鎖緊裝置包括兩組，每組中包括兩部分，一部分包括鎖緊驅(qū)動(dòng)組件、鎖緊螺桿，其中鎖緊螺桿安裝在饋源艙結(jié)構(gòu)板上，鎖緊驅(qū)動(dòng)組件為鎖緊螺桿提供鎖緊動(dòng)力；另一部分包括光電開關(guān)、認(rèn)扣彈簧、鎖緊螺母、加載碟簧，鎖緊螺母安裝在另一側(cè)反射面結(jié)構(gòu)板上與鎖緊螺桿相配合的位置，認(rèn)扣彈簧和加載碟簧分別安裝在鎖緊螺母兩側(cè)，光電開關(guān)安裝在鎖緊螺母處，用于識別鎖緊螺母的位置變化；

6、定位裝置包括兩組，各自對應(yīng)一組鎖緊裝置，每組定位裝置包括一個(gè)平面定位球和與之配合的剛度加強(qiáng)平面，一個(gè)槽定位球和與之配合的定位槽；平面定位球、槽定位球位于反射面結(jié)構(gòu)板上，鎖緊螺母軸線過一組中兩個(gè)定位球球心組成的線段的幾何中心；剛度加強(qiáng)平面、定位槽位于另一側(cè)的饋源艙結(jié)構(gòu)板上。

7、進(jìn)一步，機(jī)構(gòu)展開過程中，驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)合頁帶動(dòng)反射面結(jié)構(gòu)板向饋源艙結(jié)構(gòu)板轉(zhuǎn)動(dòng)靠近，鎖緊螺桿對準(zhǔn)鎖緊螺母，鎖緊螺桿不旋轉(zhuǎn)，頂著所述鎖緊螺母向前運(yùn)動(dòng)，使所述認(rèn)扣彈簧壓縮；反射面結(jié)構(gòu)板繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)機(jī)構(gòu)展開至預(yù)定角度微動(dòng)開關(guān)觸發(fā)，發(fā)出信號使鎖緊驅(qū)動(dòng)組件驅(qū)動(dòng)兩個(gè)鎖緊螺桿同時(shí)開始旋轉(zhuǎn)，鎖緊螺母在認(rèn)扣彈簧預(yù)緊力的作用下與鎖緊螺桿旋合鎖緊，鎖緊過程中加載碟簧被壓縮，推動(dòng)反射面結(jié)構(gòu)板上的平面定位球、槽定位球與所述饋源艙結(jié)構(gòu)板上的剛度加強(qiáng)平面、定位槽緊密貼合；光電開關(guān)識別鎖緊到位后，兩個(gè)鎖緊驅(qū)動(dòng)組件停止轉(zhuǎn)動(dòng)，鎖緊完成。

8、進(jìn)一步，其中一組定位裝置中采用錐槽定位球和錐槽互相配合，另一組定位裝置中采用v型槽定位球和v型槽互相配合。

9、進(jìn)一步，饋源艙結(jié)構(gòu)板和反射面結(jié)構(gòu)板為形狀相同的矩形平板，兩個(gè)平面定位球、錐槽定位球、v型槽定位球分別對稱位于反射面結(jié)構(gòu)板上的四角處；一個(gè)平面定位球與錐槽定位球的球心連線、另一個(gè)平面定位球與v型槽定位球的球心連線，均與驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)軸呈空間垂直。

10、進(jìn)一步，錐槽、剛度加強(qiáng)平面、v型槽能夠進(jìn)行高度調(diào)節(jié)。

11、進(jìn)一步，驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置中用于驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)合頁的驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)組件包括驅(qū)動(dòng)支架、根鉸驅(qū)動(dòng)組件、萬向節(jié)聯(lián)軸器和傳動(dòng)軸；根鉸驅(qū)動(dòng)組件作為驅(qū)動(dòng)源，安裝在驅(qū)動(dòng)支架上，驅(qū)動(dòng)支架兩端分別對稱連接傳動(dòng)軸、萬向節(jié)聯(lián)軸器，再通過萬向節(jié)聯(lián)軸器對稱依次連接運(yùn)動(dòng)合頁和固定合頁。

12、進(jìn)一步，根鉸驅(qū)動(dòng)組件的作用軸線與傳動(dòng)軸所在軸線互相垂直，根鉸驅(qū)動(dòng)組件產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力，經(jīng)過錐齒輪進(jìn)行動(dòng)力分流，通過傳動(dòng)軸和萬向節(jié)聯(lián)軸器將傳動(dòng)力矩傳遞至兩個(gè)運(yùn)動(dòng)合頁。

13、進(jìn)一步，所述微動(dòng)開關(guān)包括兩個(gè)，分別設(shè)置在反射面結(jié)構(gòu)板的兩側(cè)。

14、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

15、(1)本發(fā)明采用大間隙傳動(dòng)軸系，可實(shí)現(xiàn)鉸鏈從收攏狀態(tài)到展開鎖緊狀態(tài)的逐級導(dǎo)向定位，并使軸系展開鎖緊狀態(tài)，傳動(dòng)軸位于軸孔中心，不參與最終定位，不影響重復(fù)精度；

16、(2)本發(fā)明定位裝置采用四點(diǎn)支撐構(gòu)型，通過多個(gè)平面定位球、錐槽定位球、v型槽定位球分別與高度可調(diào)的剛度加強(qiáng)平面、錐槽、v型槽配合冗余定位，進(jìn)一步提高大跨距鉸鏈的剛度。

17、(3)本發(fā)明采用螺桿導(dǎo)向和認(rèn)扣鎖緊方式，鎖緊裝置采用鎖緊螺桿導(dǎo)向，通過認(rèn)扣彈簧提供預(yù)緊力，并利用鎖緊螺母觸發(fā)光電開關(guān)信號，實(shí)現(xiàn)鎖緊到位可有效降低鎖緊力誤差，提高鎖緊裝置的可靠性。

18、(4)本發(fā)明驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置利用錐齒輪實(shí)現(xiàn)動(dòng)力分流，通過傳動(dòng)軸和萬向節(jié)聯(lián)軸器實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的長距離傳遞。

技術(shù)特征：

1.一種空間用高精度主動(dòng)鎖緊鉸鏈，其特征在于：包括驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置(10)、定位裝置(20)、鎖緊裝置(30)、微動(dòng)開關(guān)(40)和結(jié)構(gòu)板(50)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間用高精度主動(dòng)鎖緊鉸鏈，其特征在于：機(jī)構(gòu)展開過程中，驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)合頁(12)帶動(dòng)反射面結(jié)構(gòu)板(52)向饋源艙結(jié)構(gòu)板(51)轉(zhuǎn)動(dòng)靠近，鎖緊螺桿(32)對準(zhǔn)鎖緊螺母(35)，鎖緊螺桿(32)不旋轉(zhuǎn)，頂著所述鎖緊螺母(35)向前運(yùn)動(dòng)，使所述認(rèn)扣彈簧(34)壓縮；反射面結(jié)構(gòu)板(52)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)機(jī)構(gòu)展開至預(yù)定角度微動(dòng)開關(guān)(40)觸發(fā)，發(fā)出信號使鎖緊驅(qū)動(dòng)組件(31)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)鎖緊螺桿(32)同時(shí)開始旋轉(zhuǎn)，鎖緊螺母(35)在認(rèn)扣彈簧(34)預(yù)緊力的作用下與鎖緊螺桿(32)旋合鎖緊，鎖緊過程中加載碟簧(36)被壓縮，推動(dòng)反射面結(jié)構(gòu)板(52)上的平面定位球(21)、槽定位球與所述饋源艙結(jié)構(gòu)板(52)上的剛度加強(qiáng)平面(24)、定位槽緊密貼合；光電開關(guān)(33)識別鎖緊到位后，兩個(gè)鎖緊驅(qū)動(dòng)組件(31)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，鎖緊完成。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間用高精度主動(dòng)鎖緊鉸鏈，其特征在于：其中一組定位裝置(20)中采用錐槽定位球(22)和錐槽(23)互相配合，另一組定位裝置(20)中采用v型槽定位球(26)和v型槽(25)互相配合。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的空間用高精度主動(dòng)鎖緊鉸鏈，其特征在于：饋源艙結(jié)構(gòu)板(51)和反射面結(jié)構(gòu)板(52)為形狀相同的矩形平板，兩個(gè)平面定位球(21)、錐槽定位球(22)、v型槽定位球(26)分別對稱位于反射面結(jié)構(gòu)板(52)上的四角處；一個(gè)平面定位球(21)與錐槽定位球(22)的球心連線、另一個(gè)平面定位球(21)與v型槽定位球(26)的球心連線，均與驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置(10)的傳動(dòng)軸呈空間垂直。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的空間用高精度主動(dòng)鎖緊鉸鏈，其特征在于：錐槽(23)、剛度加強(qiáng)平面(24)、v型槽(25)能夠進(jìn)行高度調(diào)節(jié)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間用高精度主動(dòng)鎖緊鉸鏈，其特征在于：驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置(10)中用于驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)合頁(12)的驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)組件包括驅(qū)動(dòng)支架(13)、根鉸驅(qū)動(dòng)組件(14)、萬向節(jié)聯(lián)軸器(15)和傳動(dòng)軸(16)；根鉸驅(qū)動(dòng)組件(14)作為驅(qū)動(dòng)源，安裝在驅(qū)動(dòng)支架(13)上，驅(qū)動(dòng)支架(13)兩端分別對稱連接傳動(dòng)軸(16)、萬向節(jié)聯(lián)軸器(15)，再通過萬向節(jié)聯(lián)軸器(15)對稱依次連接運(yùn)動(dòng)合頁(12)和固定合頁(11)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的空間用高精度主動(dòng)鎖緊鉸鏈，其特征在于：根鉸驅(qū)動(dòng)組件(14)的作用軸線與傳動(dòng)軸(16)所在軸線互相垂直，根鉸驅(qū)動(dòng)組件(14)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力，經(jīng)過錐齒輪進(jìn)行動(dòng)力分流，通過傳動(dòng)軸(16)和萬向節(jié)聯(lián)軸器(15)將傳動(dòng)力矩傳遞至兩個(gè)運(yùn)動(dòng)合頁(12)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間用高精度主動(dòng)鎖緊鉸鏈，其特征在于：所述微動(dòng)開關(guān)(40)包括兩個(gè)，分別設(shè)置在反射面結(jié)構(gòu)板(52)的兩側(cè)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種空間用高精度主動(dòng)鎖緊鉸鏈，包括驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置、定位裝置、鎖緊裝置、微動(dòng)開關(guān)和結(jié)構(gòu)板。機(jī)構(gòu)展開時(shí)，驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置通過錐齒輪分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)鉸鏈帶動(dòng)結(jié)構(gòu)板轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)反射面結(jié)構(gòu)板接近饋源艙結(jié)構(gòu)板時(shí)，鎖緊螺桿對準(zhǔn)鎖緊螺母，螺桿不旋轉(zhuǎn)，頂著鎖緊螺母向前運(yùn)動(dòng)，使認(rèn)扣彈簧壓縮；鉸鏈繼續(xù)展開運(yùn)動(dòng)，微動(dòng)開關(guān)在預(yù)定角度觸發(fā)，發(fā)出信號使鎖緊驅(qū)動(dòng)組件開始工作驅(qū)動(dòng)鎖緊螺桿旋轉(zhuǎn)，鎖緊螺母在認(rèn)扣彈簧推力的作用下與鎖緊螺桿旋合實(shí)現(xiàn)鎖緊，由光電開關(guān)實(shí)現(xiàn)鎖緊到位指示。本發(fā)明解決了現(xiàn)有鉸鏈鎖定剛度較低，可靠性不足的問題，具有剛度高，鎖緊精度高，魯棒性強(qiáng)的特點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：張書洋,張樸真,潘博,袁丁,賀為,劉金童,丁建中,羅文波,原勁鵬,閆亮,王丁,全源,李林,王春潔,張瑞雪
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6