空間恆力矩無源驅動裝置的製作方法
2023-09-19 08:10:55 2
專利名稱：空間恆力矩無源驅動裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種無源驅動機構，具體地，涉及一種空間恆力矩無源驅動裝置。
背景技術：
隨著太空飛行器多功能、大尺寸要求與運載工具有效載荷艙容積限制的矛盾越發尖銳，太空飛行器上需大量使用展開式結構，即入軌前處於收攏狀態以減小包絡，入軌後展開成工作狀態有效拓展太空飛行器功能。展開式結構為了完成展開功能，必須配備可靠穩定的驅動裝置，而具有一維轉動功能的無源驅動裝置是航天任務中最常使用的裝置。經對現有技術的文獻檢索發現，目前使用的無源驅動裝置多採用渦卷彈簧或扭簧作為動力源，此類驅動裝置的局限性體現在以下兩個方面:一是輸出力矩為漸變力矩，力矩值隨著轉動角度的變化線性變化，為保證力矩輸出末段的力矩裕度，使最終輸出總能量遠大於要求，產生額外衝擊；二是力矩值偏低，無法實現更大力矩的輸出，難以適應多種任務的需求。為此，如何提供一種力矩恆定、衝擊小、力矩輸出範圍寬的性能優異的驅動裝置，成為業內亟待解決的問題。
發明內容
針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種空間恆力矩無源驅動裝置，以解決現有無源驅動裝置存在的性能不佳、衝擊大、力矩值偏低的技術問題。
根據本發明的一個方面，提供一種空間恆力矩無源驅動裝置，包括:第一安裝部、第二安裝部、彈簧固定盤、彈簧導向盤和儲能彈簧，第一安裝部和第二安裝部軸連接，彈簧固定盤與第一安裝部連接，彈簧導向盤與第二安裝部連接，儲能彈簧分別與彈簧固定盤和彈簧導向盤連接。優選地，彈簧固定盤、彈簧導向盤均為圓柱狀。優選地，彈簧固定盤的半徑為儲能彈簧自然半徑的I 2倍，彈簧導向盤的半徑小於儲能彈簧自然半徑。優選地，儲能彈簧包括有效變形區、無效變形區和非變形區，有效變形區為彈簧固定盤與彈簧導向盤之間的切線區域，提供恆定的力矩輸出；無效變形區為緊貼彈簧固定盤的部分，無有效的力矩輸出；非變形區為伸出彈簧導向盤外的部分，無有效的力矩輸出。優選地，第一安裝部和第二安裝部連接空間結構或載荷。優選地，第一安裝部和第二安裝部之間進行無源轉動，轉動範圍為0° 180°。優選地，儲能彈簧採用彈性模量高金屬材料製成。優選地，儲能彈簧由單層或多層彈性金屬片製成。與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果:首先，本發明的空間恆力矩無源驅動裝置在設計過程中充分考慮太空飛行器展開式結構的使用需求，具有力矩恆定、衝擊小、力矩輸出範圍寬的優點。
其次，本發明的空間恆力矩無源驅動裝置在設計過程中充分考慮適應多種杆件、板件、載荷等多種部件的安裝接口要求，只要對第一安裝部、第二安裝部進行適應性修改，就可以滿足不同太空飛行器的安裝使用要求，同時不會造成性能的下降或質量的增加，具有較高的通用性，應用前景廣闊。
通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特徵、目的和優點將會變得更明顯:圖1為本發明空間恆力矩無源驅動裝置處於收攏狀態的結構示意圖；圖2為本發明空間恆力矩無源驅動裝置處於展開狀態的結構示意圖；圖3為本發明空間恆力矩無源驅動裝置的動作原理圖。圖中:1為第一安裝部，2為第二安裝部，3為彈簧固定盤，4為彈簧導向盤，5為儲能彈簧。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助於本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬於本發明的保護範圍。請參閱圖1至圖3，一種空間恆力矩無源驅動裝置，包括:第一安裝部1、第二安裝部2、彈簧固定盤3、彈簧導向盤4和儲能彈簧5，第一安裝部I和第二安裝部2鉸連接，彈簧固定盤3與第一安裝部I連接，彈簧導向盤4與第二安裝部2連接，儲能彈簧5分別與彈簧固定盤3和彈簧導向盤4連接。`第一安裝部作為彈簧固定盤的安裝基礎，其外端可與其他結構相連。第二安裝部作為彈簧導向盤的安裝基礎，其外端可與其他結構相連。第一安裝部與第二安裝部的轉動軸連接，構成能夠進行一維轉動的活動部件。彈簧固定盤與彈簧導向盤通過儲量彈簧連接，儲能彈簧與彈簧固定盤之間為無相對運動的固定關係，儲能彈簧與彈簧導向盤之間為可相對滑動的約束關係，進而實現持續輸出恆定力矩的功能(參見附圖3)。第一安裝部與第二安裝部間通過轉動軸連接，具有一維轉動功能。上述兩者外端可與其他空間結構或載荷連接，具體可以連接杆件、板件、載荷等多種部件。第一安裝部與第二安裝部間能夠實現一維無源轉動，轉動角度範圍為0° 180°。彈簧固定盤與第一安裝部連接固定，彈簧導向盤與第二安裝部連接固定，彈簧固定盤與彈簧導向盤通過儲能彈簧發生關係，從而實現持續輸出恆定力矩的功能。彈簧固定盤、彈簧導向盤為圓柱狀，彈簧固定盤的半徑應為儲能彈簧自然半徑的I 2倍，彈簧導向盤的半徑應小於彈簧自然半徑。儲能彈簧包括有效變形區、無效變形區和非變形區。有效變形區為彈簧固定盤與彈簧導向盤之間的切線區域，提供恆定的力矩輸出。無效變形區為緊貼彈簧固定盤的部分，無有效的力矩輸出。非變形區為伸出彈簧導向盤外的部分，無有效的力矩輸出(參見附圖3)。儲能彈簧通常由彈性模量高的金屬材料製造，由單層或多層彈性金屬片構成。
本發明採用力矩輸出恆定設計理念設計而成，能夠實現一維無源轉動，最大轉動角度180°，能夠實現整個轉動過程中持續輸出恆定力矩。該驅動裝置能夠為多種空間展開結構提供展開動力源，具有結構簡單、驅動力矩恆定、到位衝擊小的優點，具有較高的通用性。以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明並不局限於上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的範圍內做出各種變形或修改，這並不影響本發明的實 質 內容。
權利要求
1.一種空間恆力矩無源驅動裝置，其特徵在於，包括:第一安裝部、第二安裝部、彈簧固定盤、彈簧導向盤和儲能彈簧，所述第一安裝部和第二安裝部軸連接，所述彈簧固定盤與所述第一安裝部連接，所述彈簧導向盤與所述第二安裝部連接，所述儲能彈簧分別與所述彈簧固定盤和彈簧導向盤連接。
2.根據權利要求1所述的空間恆力矩無源驅動裝置，其特徵在於，所述彈簧固定盤、彈簧導向盤均為圓柱狀。
3.根據權利要求2所述的空間恆力矩無源驅動裝置，其特徵在於，所述彈簧固定盤的半徑為所述儲能彈簧自然半徑的I 2倍，所述彈簧導向盤的半徑小於所述儲能彈簧自然半徑。
4.根據權利要求1所述的空間恆力矩無源驅動裝置，其特徵在於，所述儲能彈簧包括有效變形區、無效變形區和非變形區，所述有效變形區為彈簧固定盤與彈簧導向盤之間的切線區域，提供恆定的力矩輸出；所述無效變形區為緊貼彈簧固定盤的部分，無有效的力矩輸出；所述非變形區為伸出彈簧導向盤外的部分，無有效的力矩輸出。
5.根據權利要求1所述的空間恆力矩無源驅動裝置，其特徵在於，所述第一安裝部和第二安裝部連接空間 結構或載荷。
6.根據權利要求1所述的空間恆力矩無源驅動裝置，其特徵在於，所述第一安裝部和第二安裝部之間進行無源轉動，轉動範圍為0° 180°。
7.如權利要求4所示的空間恆力矩無源驅動裝置，其特徵在於，所述儲能彈簧採用彈性模量高金屬材料製成。
8.如權利要求7所述的空間恆力矩無源驅動裝置，其特徵在於，所述儲能彈簧由單層或多層彈性金屬片製成。
全文摘要
本發明提供了一種空間恆力矩無源驅動裝置，包括第一安裝部、第二安裝部、彈簧固定盤、彈簧導向盤和儲能彈簧，第一安裝部和第二安裝部軸連接，彈簧固定盤與第一安裝部連接，彈簧導向盤與第二安裝部連接，儲能彈簧分別與彈簧固定盤和彈簧導向盤連接。本發明具有力矩恆定、衝擊小、力矩輸出範圍寬、通用性高的優點。
文檔編號B64G1/22GK103241388SQ20131014887
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月25日 優先權日2013年4月25日
發明者王萌, 王智磊, 杜三虎, 薛景賽 申請人:上海衛星工程研究所