[發明專利]一種適合航天器高精度機構在軌應用的柔性球關節

有效

• 申請號: 201310204562.3
• 申請日: 2013-05-28
• 公開（公告）號: CN103277403A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 楊建中;吳瓊;劉海平;羅敏
• 申請（專利權）人: 北京空間飛行器總體設計部
• 主分類號: F16C11/06
• 分類號: F16C11/06
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 仇蕾安;郭德忠

技術領域

發明涉及一種柔性球關節，具體涉及一種適合航天器高精度機構在軌應用的柔性球關節，屬于機械結構技術領域。

背景技術

球關節一般指關節軸承，它由內圈和外圈組成，內圈外表面和外圈內表面為配合球面，實現相互連接的兩個物體之間的三自由度相對運動。由于關節軸承的內圈和外圈之間存在間隙，使其難以滿足高精度機構的需要。因此，人們又提出了利用特殊結構形式的彈性變形，實現兩個物體之間的三自由度相對運動，以滿足高精度機構的微小、高精度運動。該方法雖然解決了由關節軸承間隙帶來的運動誤差，但關節的結構形式復雜，對關節材料的疲勞性要求高，大大增加了加工的難度和成本。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種適合航天器高精度機構在軌應用的柔性球關節，結構簡單，精度高，加工方便，能適應航天器機構在軌應用。

本發明的適合航天器高精度機構在軌應用的柔性球關節包括兩個球面體、張緊繩，張緊螺柱和鎖緊螺母，兩個球面體通過張緊繩、張緊螺柱和鎖緊螺母連接，兩個球面體為球體被截面截取的一部分，二者的接觸面為球面，接觸部分構成球關節，通過兩個球面體的接觸面和張緊繩對球關節的運動空間進行約束，并承受相應的作用力。

球面體的尺寸由安裝空間及所承受的載荷確定，球面體上加工過垂直于截面且過截面圓心的圓孔，圓孔用于安裝張緊繩。

張緊繩大小由張緊繩和張緊螺柱的徑向尺寸確定，球面體的截面上加工以圓孔為中心的槽，槽用于安裝鎖緊螺母。

球面體的接觸部分涂覆二硫化鉬或潤滑材料。

張緊繩采用鋼絲繩或超彈性記憶合金絲，張緊繩兩端通過壓接或焊接與張緊螺柱實現固定連接，張緊繩一端的張緊螺柱和鎖緊螺母加工成一體，僅由另一端的張緊螺柱和鎖緊螺母調整張緊繩的張力。

張緊繩安裝后通過鎖緊螺母施加預定的擰緊力矩，從而使張緊繩承受一定的預緊力，預緊力矩的大小應保證在最大預期拉力作用下，球面體和球面體之間不出現間隙。

進一步的，本發明還包括一個彈簧墊片，彈簧墊片安裝在鎖緊螺母和球面體上槽的底面之間。

此外，兩個球面體中其中一個的球面由平面代替。

有益效果：通過張緊繩使兩個球面體壓緊，實現三維運動的同時，消除了球關節的間隙。由球面體承受關節所受的壓力，由張緊繩承受關節所受的拉力。如果關節所承受的拉力很小，那么張緊繩的張力就可以很小，這幾乎完全可以消除驅動球關節所需的額外的力矩。所有零件均采用熱膨脹系數相近的金屬材料制造，使得空間環境的變化對運動精度的影響可以忽略，因此，該球關節特別適合高精度、微小位移機構的在軌使用。

附圖說明

圖1是本發明的縱剖面構造示意圖；

圖2是本發明帶有定力彈簧墊片的示意圖；

圖3是本發明另外一種結構示意圖。

其中，1-上球面體，2-下球面體、3-張緊繩、4-張緊螺柱、5-鎖緊螺母、6、7-圓孔、8、9-槽、10-定力彈簧墊片。

具體實施方式

如圖1所示，本發明提供了一種適合航天器高精度機構在軌應用的柔性球關節，本發明主要包括上球面體1、下球面體2、張緊繩3、張緊螺柱4和鎖緊螺母5。球面體1和球面體2為球體的一部分，上球面體1上開有圓孔7和槽8，球面體2上開有圓孔6和槽9，張緊繩3穿過圓孔6和圓孔7。球面體1和球面體2通過張緊繩3、張緊螺柱4和鎖緊螺母5連接，球面體1和球面體2接觸部分的球面構成球關節。通過上球面體1、下球面體2的接觸球面和張緊繩3對球關節的運動進行約束，并承受相應的作用力。張緊繩3與兩個張緊螺柱4的連接為壓接或焊接，保證二者之間的連接可靠。兩個張緊螺柱4和對應鎖緊螺母5之間的連接為螺接，根據球關節預期承受的拉力確定張緊繩3的張力F，保證張緊繩3的張力F大于拉力，再根據張緊繩3的張力F大小，確定鎖緊螺母5的擰緊力矩M。擰緊力矩M的大小可按下式計算：