[發明專利]一種適合航天器高精度機構在軌應用的柔性萬向節

有效

• 申請號: 201410602669.8
• 申請日: 2014-10-31
• 公開（公告）號: CN104455057A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 吳瓊;楊建中;羅敏;滿劍鋒;徐青華;劉衛
• 申請（專利權）人: 北京空間飛行器總體設計部
• 主分類號: F16D3/38
• 分類號: F16D3/38;F16D3/40
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 莊恒玲

技術領域

本發明屬于航天機構技術領域，具體地，涉及一種適合航天器高精度機構在軌應用的柔性萬向節。

背景技術

萬向節是一種空間連桿機構，能夠連接空間同一平面上相交的兩軸，具有兩個轉動自由度，能夠沿兩個轉動軸轉動并沿主軸傳遞較大的力和扭矩。萬向節的種類有很多，單十字軸萬向節是較為常用的一種，它由兩個叉形接頭和一個十字軸構成，通過十字軸軸頸與叉形接頭轉動孔的配合形成轉動副，實現沿兩個正交軸的轉動。但是，由于十字軸軸頸與叉形接頭轉動孔之間存在間隙，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兩自由度相對運動，以滿足高精度機構的微小、高精度運動，如專利Universal?joint?flexure?hinge?suspension?system?and?method?for?manufacturing?this?system(美國專利號：US4528864)和Universal?joint?with?torsionally-compliant?spider?assembly(美國專利號：US?6893350B2)等。這些方法雖然解決了由軸頸和轉動孔間隙帶來的運動誤差，但這類萬向結構形式復雜，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

本發明要解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供一種結構簡單、精度高、加工方便、適應航天器機構在軌應用的柔性萬向關節。

本發明公開了一種適合航天器高精度機構在軌應用的柔性萬向節，通過張緊繩將叉形接頭和十字軸連接在一起，叉形接頭和十字軸的接觸部分構成萬向節，在消除萬向節間隙的同時，能夠使機構實現兩自由度高精度運動。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種適合航天器高精度機構在軌應用的柔性萬向節，包括兩個叉形接頭和一個十字軸，其中，每個叉形接頭具有兩個耳片，所述十字軸具有呈“十”字布置的四個軸頸，兩個叉形接頭通過其四個耳片連接在所述十字軸的四個軸頸上，并且兩個叉形接頭分別位于十字軸的兩個相對的側面；每個耳片與相應的軸頸通過一根張緊繩、兩個張緊螺柱和兩個鎖緊螺母連接在一起，在所述叉形接頭與所述十字軸的接觸部分構成萬向節。

優選地，所述耳片為平板結構，所述軸頸為半圓柱結構，當連接到位時，所述耳片與所述軸頸的半圓面接觸。

優選地，所述耳片為半圓柱結構，所述軸頸為平板結構，當連接到位時，所述耳片的半圓面與所述軸頸接觸。

優選地，所述耳片和所述軸頸均為半圓柱結構，當連接到位時，所述耳片的半圓面與所述軸頸的半圓面接觸。

優選地，所述叉形接頭包括順序連接的圓柱部和“幾”形部，所述圓柱部垂直連接在所述“幾”形部的橫梁上，所述“幾”形部的兩個平行于橫梁的翼片構成所述兩個耳片；所述十字軸包括軸塊部，四個軸頸分別布置在所述軸塊部的四個側面上。

優選地，每個耳片上設置有一個第一扁錐孔，所述第一扁錐孔的上段為圓孔，用于與張緊螺柱相配合；下段具有兩兩相對的四個內表面，一對內表面為平行的平面，另一對內表面為相對稱的錐面；每個軸頸上設置有一個第二扁錐孔，所述第二扁錐孔的上段為圓孔，用于與張緊螺柱相配合；下段部分具有兩兩相對的四個內表面，一對內表面為平行的平面，另一對內表面為相對稱的錐面；當連接到位時，所述張緊繩的兩端分別穿過第一扁錐孔和第二扁錐孔，并分別與所述耳片和相應的軸頸上的張緊螺柱和鎖緊螺母共同作用，將所述耳片和所述軸頸連接在一起。

優選地，所述張緊繩的材料為鋼絲繩或超彈性記憶合金絲，并且所述張緊繩的兩段通過壓接或焊接的方式與其兩側的張緊螺柱連接在一起。

優選地，在所述鎖緊螺母與所述叉形接頭的耳片之間以及所述鎖緊螺母與所述十字軸的軸頸之間設置有定力彈簧墊片。

與現有技術相比，本發明的有益效果是，通過張緊繩使叉形接頭和十字軸壓緊，實現機構運動的同時，消除了萬向關節的間隙。由叉形接頭和十字軸接觸面承受關節所受的壓力，由張緊繩承受關節所受的拉力。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，該萬向節特別適合高精度、微小位移機構的在軌使用。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2a示出了本發明的叉形接頭與十字軸之間的連接部分，圖2b為圖2a中的M的放大示意圖，圖2c為圖2a中的N的放大示意圖；

圖3是叉形接頭的結構示意圖；

圖4是十字軸的結構示意圖；