[發明專利]一種基于SMA絲及螺旋摩擦副的空間軸系變預載機構

有效

• 申請號: 202111120337.2
• 申請日: 2021-09-24
• 公開（公告）號: CN113983144B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 張小勇;張宇航;蔣俊;張強;張激揚;周元子
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學;北京控制工程研究所
• 主分類號: F16H57/00
• 分類號: F16H57/00;F16H57/022
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種基于SMA絲及螺旋摩擦副的空間軸系變預載機構，該機構包括1對角接觸球軸承、SMA絲、螺旋轉子環、螺旋靜子環、推力滾針軸承、軸承座、軸承內環端蓋、軸承外環端蓋、襯套、波紋彈簧片。其中，螺旋轉子環、螺旋靜子環放置在球軸承外環之間，SMA絲兩端連接在兩螺旋環外表面，用于驅動螺旋轉子環旋轉。機構裝配時，由于螺旋接觸面的自鎖特性，該機構可以保持軸系裝配階段的大預載；機構變載時，SMA絲驅動螺旋轉子環，使其和螺旋靜子環配合后的整體軸向長度發生改變，從而為軸系回轉提供合適的預載。本發明所設計的空間軸系變預載機構簡單緊湊，可多相變載、便于加工及地面測試，滿足航天軸系對于輕質、高效驅動機構的相關技術要求。

技術領域

本發明涉及軸系預載調節機構的技術領域，特別涉及一種多相預載調節的空間軸系變預載機構。

背景技術

空間軸系是太陽帆板驅動機構、控制力矩陀螺、空間操控機械臂等伺服轉動類宇航產品的重要組成部分，這類空間機電產品在發射時需要軸系具有較高的剛度，來抵抗發射過程中的振動和沖擊；而發射入軌后，為了保證產品的回轉精度和壽命，又希望軸系具有較小的摩擦阻力矩和波動量，來實現高精度的伺服控制。現有的技術手段是通過對空間軸系施加預載，使其有足夠的剛度能夠抵抗火箭發射時產生的動態載荷，而航天器入軌后卻沒有相應的技術手段來解除該預載，這就導致了空間軸系在軌工作時摩擦阻力過大，導致溫升加劇，對使用壽命和回轉精度都造成了嚴重影響。

基于液壓、電磁、壓電等驅動原理，國內外已經開發了多個軸系變預載機構，這些機構往往具有較為龐大的附屬系統，由于空間環境的特殊性，此類變預載機構在航天器中的應用嚴重受限。近年來，針對空間使用環境下軸系的變預載需求，歐洲空間摩擦學實驗室開發了雙穩態梁主動變預載機構，法國ADR公司研制了SMA柱陣列變預載機構，這兩種方案具有可靠性高、驅動精度好等優點，但雙穩態梁主動變預載機構結構復雜，加工難度大、只能實現高低兩相預載調節，而SMA柱陣列變預載機構響應速度慢、同步性差、且SMA柱的加工工藝復雜，進行地面測試的成本較高，此外該方案同樣只能實現高低兩相預載調節。

發明內容

本發明主要解決現有技術中所存在的尺寸過大、結構復雜、加工難度大、變載能力有限、不便于地面測試等問題，針對空間軸系使用要求，提供一種的結構形式簡單緊湊、可多相變載、便于加工及地面測試的空間軸系變預載機構。

本發明采用的技術方案為：一種基于SMA絲及螺旋摩擦副的空間軸系變預載機構，具體包括：角接觸球軸承、SMA絲、螺旋轉子環、螺旋靜子環、推力滾針軸承、軸承座、軸承內環端蓋、軸承外環端蓋、襯套、波紋彈簧片。

其中，角接觸球軸承為1對，其內環部分是轉動部件，與軸承內環端蓋伸出的軸肩段配合，軸承內環端蓋連接伺服電機，進而帶動角接觸球軸承內環在設定轉速下旋轉；兩個角接觸球軸承之間設有襯套，共同形成傳力回路；角接觸球軸承的外環部分是靜止部件，支撐在軸承座上。螺旋轉子環、螺旋靜子環以及推力滾針軸承放置在角接觸球軸承外環之間。SMA絲兩端分別連接在螺旋轉子環和螺旋靜子環外表面，用于驅動螺旋轉子環旋轉。波紋彈簧片放置在角接觸球軸承外環端面和軸承外環端蓋之間，用于壓緊角接觸球軸承外環。

機構裝配時，通過擰緊軸承內環端蓋間的連接螺釘，對角接觸球軸承內環施加軸向載荷，載荷經由滾動體傳遞到角接觸球軸承外環上，使得軸承游隙被消除，此時軸系預載處于較高水平，從而可以抵抗航天器發射階段的瞬態載荷。

機構變載時，對SMA絲通電加熱，使其受熱發生相變而收縮，驅動螺旋轉子環旋轉，使得螺旋轉子環和螺旋靜子環配合后的整體軸向長度發生改變，從而調節了軸系的預載水平。

需要復位時，將兩根長螺釘穿過軸承座外表面的方孔，擰入螺旋轉子環和螺旋靜子環上的復位螺紋孔，反向旋動螺旋轉子環，使得角接觸球軸承外環被頂緊，提高了軸承預載荷，機構恢復到初始裝配時的狀態。

進一步地，所述1對角接觸球軸承為背靠背安裝，保證軸系既能夠承受徑向載荷，也能夠承受軸向載荷。