[發明專利]一種具有角度定位和鎖定功能的磁流變鉸鏈復合裝置

有效

• 申請號: 201410756750.1
• 申請日: 2014-12-10
• 公開（公告）號: CN104608941B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發明（設計）人: 余淼;溫明富;浮潔
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: B64G1/44
• 分類號: B64G1/44
• 代理公司: 重慶華科專利事務所50123
• 代理人: 康海燕

技術領域

本發明屬于磁流變材料的應用技術及機械定位與鎖定技術領域，特別涉及磁流變液/膠泥、連接鉸鏈及鎖定定位裝置。

背景技術

無源一次展開機構是現階段太陽能帆板陣列的主要展開手段，一般是以扭轉彈簧為展開驅動，相鄰的太陽能帆板、連接架及衛星本體之間采用鉸鏈進行連接，同時利用繩索聯動裝置對各部件的運動進行同步，帆板陣列通過壓緊機構收攏折疊于星體側壁上，扭轉彈簧安裝在鉸鏈內。展開時，利用火工釋放裝置斷開預緊繩索，帆板就在預緊扭簧的驅動下展開成一個平面。相對于有源展開機構，其結構簡單，質量輕，可靠性高。但因為是靠預緊扭轉彈簧提供展開驅動力，考慮到扭簧的展開過程扭矩是逐漸減小的，為了保證展開的可靠性，驅動扭簧的靜力矩裕度必須大于1，故在展開末端會有較多的剩余能量，其中部分能量轉化為沖擊載荷，所以，需要考慮采用一定技術抑制該沖擊。另一方面，需要考慮相鄰連接裝置間（星體與連接架、連接架與帆板、帆板與帆板）在特定展開角度的定位和鎖定技術。

發明內容

基于上述問題，本發明所要解決的技術問題是提供一種具有角度定位和鎖定功能的磁流變鉸鏈復合裝置，該裝置是可控的具有抗鎖定沖擊的連接鉸鏈，同時具有定位（特定角度，如90°、180°）和展開鎖定（轉動方向的鎖定）的功能。

本發明的目的是這樣實現的：

一種具有角度定位和鎖定功能的磁流變鉸鏈復合裝置，其包括基于磁流變液的旋轉緩沖裝置、連接鉸鏈、鎖定定位機構及絕對角度檢測機構。

所述基于磁流變液的旋轉緩沖裝置包括磁流變液、旋轉主軸、內筒、勵磁線圈和外筒。外筒和內筒分別與上端的鎖定端側面板及下端的傳感器端側面板螺紋緊固連接，勵磁線圈繞置于內筒外側的安裝槽中，磁流變液裝于內筒中。旋轉主軸穿過內筒中心，分別通過滾動軸承及O型密封圈與鎖定端側面板及傳感器端側面板連接，在內筒中的旋轉主軸上對稱設置有兩片葉片，所述內筒內壁上對稱設置有兩片擋片，擋片控制旋轉主軸葉片的最大旋轉角度不超過目標旋轉角度；相鄰葉片和擋片之間形成一個液體腔，腔體里面充滿磁流變液。

所述鎖定定位機構包括鎖定裝置運動導槽、鎖定裝置支撐架、預緊彈簧、鎖定銷、鎖定孔和所述鎖定端側面板；鎖定裝置支撐架通過定位鍵槽安裝在旋轉主軸上，預緊彈簧及鎖定銷自由放置于鎖定裝置支撐架的柱形孔中；在所述鎖定端側面板上有鎖定裝置運動導槽，鎖定裝置運動導槽的末端有鎖定孔；所述鎖定銷在預緊彈簧的推動及柱形孔的約束下，旋轉主軸旋轉過程中鎖定銷保持與鎖定運動導槽底面接觸，并在運動到鎖定孔位置實現鎖定。

所述絕對角度檢測機構包括由發光器件、準直透鏡/透鏡組、參考光柵、光強接收裝置組成的角度傳感器裝置、以及圓盤光柵、圓盤光柵安裝基座和所述傳感器端側面板；所述度傳感器裝置中的發光器件、準直透鏡/透鏡組、參考光柵和光強接收裝置均固定安裝于傳感器端側面板上，圓盤光柵固定安裝于圓盤光柵安裝基座上，圓盤光柵安裝基座通過定位鍵槽安裝在旋轉主軸上，在旋轉主軸旋轉運動中與之在旋轉方向上保持一致，有相同的旋轉角度。所述發光器件與參考光柵的刻線、圓盤光柵的刻線及光強接收裝置位于同一條軸線上。

所述連接鉸鏈包括衛星連接板和太陽能帆板連接架連接板，衛星連接板與外筒采用緊固螺釘連接固定，太陽能帆板連接架連接板與旋轉主軸連接固定。

本發明的基于磁流變液的旋轉緩沖裝置通過旋轉主軸在充滿磁流變液的缸筒內轉動，推動磁流變液在所述旋轉主軸和所述內筒間及所述外筒和所述主軸間的空隙流動，在所述線圈未通電時（即無磁場環境下）所述磁流變液類似于普通的黏性油液，呈現出牛頓流體的特性，而在磁場下其表觀黏度急劇增大，為非牛頓體，呈現出類固體的特性且該過程是連續可逆變化的。故當所述線圈通電后，缸筒內將充滿沿缸筒軸向的磁場，此時由于所述旋轉主軸的推動作用下產生垂直于軸向的周向運動，即所述磁流變液的流動方向與磁場方向垂直，根據相關理論，該條件下可以產生最大化的磁流變效應。因此，可以通過改變勵磁線圈中電流的方式來改變裝置的阻尼特性，從而抑制可能的結構振動，如在可展開太陽能帆板陣列中，到位鎖定階段迅速衰減鎖定沖擊，并可在展開鎖定后的服役階段抑制由外界環境引起的帆板間振動。

本發明的鎖定定位機構對特定展開角度進行定位，鎖定支撐架隨旋轉主軸，鎖定銷沿鎖定運動導槽的運動，當旋轉到特定角度（如90度、180度）時，恰好對應于在鎖定導槽中設置的鎖定孔，此時所述鎖定銷在預緊彈簧的作用下進入鎖定孔內，從而實現到位鎖定。