一种用于空间有效载荷的三爪联动式电驱锁紧解锁装置

1.本发明涉及空间应用技术领域，尤其涉及一种适用于空间光学精密有效载荷的发射状态力学防护并且可在轨无冲击解锁释放的三爪联动式电驱锁紧解锁装置。


背景技术：

2.现有技术一，申请号为201710887525.5，名称为《一种用于空间有效载荷的低冲击可重复锁紧与分离装置》的中国发明专利，参见图1～图3所示，该现有技术一公开的装置采用曲柄滑块组件中锁钩的摆转及直线运动耦合设计可以很好地实现对有效载荷的大范围捕获与锁紧；支撑座斜面结构与压紧块斜面结构的配合使用可以实现对有效载荷在发射过程受到的面内载荷进行有效地抵抗；在电机与曲柄滑块组件间设置蜗轮蜗杆，不仅可以实现减速增扭作用，而且其自锁特性可以保证装置对有效载荷锁紧的可靠性。
3.现有技术二，申请号为202111553010.4，名称为《一种用于航天器上活动可展机构的锁紧装置》的中国发明专利申请，参见图4所示，该现有技术二公开的装置包括驱动源、锁紧机构、卡爪，所述锁紧机构包括导轨、滑块、丝杆、导向槽，所述滑块可滑动地安装在所述丝杆上，滑块与丝杆组成具有自锁功能的螺旋副，滑块两侧的滑槽可滑动地安装在所述导轨上，导向槽包括直线段导向槽和弧线段导向槽，直线段导向槽底部设置有锁紧缺口，卡爪包括卡爪端部、卡爪导向轮、爪端部连接滑块，卡爪导向轮可沿导向槽进行滑动，驱动源的输出轴与丝杆连接。
4.本领域技术人员经过仔细分析上述现有技术一和现有技术二，得出以下现有技术的缺陷：
5.1、现有技术中的结构均为单一压紧块压接锁紧，仅限制被锁件的1个运动自由度，被锁件的约束由正压力和随之关联的静摩擦阻力决定，当被锁件承受大于静摩擦力的横向载荷时，压接块和被锁件将出现相对滑动，影响锁紧效果；
6.2、现有技术中的结构作为最终执行机构的压紧块均为长臂式结构，刚度较差，当被锁件承受外载荷时，反作用力通过长臂压紧块传递至摩擦副，形成弯矩，将导致摩擦力增大，在振动作用下摩擦副易出现局部破坏或焊蚀，进而导致机构卡死，影响解锁功能；
7.3、现有技术中的结构均采用一级自锁摩擦副实现锁紧的反向自锁，当机构内部存在间隙并且被锁件承受较大反向载荷时，在振动条件下，单级摩擦自锁并不可靠，机构会出现反向松动；
8.4、现有技术的结构尺寸在压紧方向均较长，不能做到小型化。
9.因此，基于上述技术问题，本领域的技术人员亟需研发一种用于空间有效载荷的三爪联动式电驱锁紧解锁装置。


技术实现要素：

10.本发明的目的是提供一种用于空间有效载荷的三爪联动式电驱锁紧解锁装置，通过电机作为驱动源、并以蜗轮蜗杆机构驱动盘丝轴转动以驱使三根卡爪沿径向移动从而实
现被锁件的锁紧和解锁。
11.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
12.本发明的一种用于空间有效载荷的三爪联动式电驱锁紧解锁装置，该装置包括：
13.与被锁件配合的卡爪，所述卡爪的数量为三根，三根所述卡爪沿所述被锁件的周向均布、并沿所述被锁件的径向延伸；
14.电机；以及
15.与所述电机的输出端连接以驱动三根所述卡爪同步沿所述被锁件的径向移动的传动结构；
16.所述卡爪与所述被锁件的配合面被配置为具有多个间隔凸出面的牙型接触面。
17.进一步的，该装置具有与所述卡爪配合的卡爪滑动体；
18.所述卡爪滑动体沿其周向开设有三条卡爪滑动槽，所述卡爪位于对应的所述卡爪滑动槽内、并通过所述卡爪滑动槽驱使所述卡爪沿所述被锁件的径向移动。
19.进一步的，所述传动结构包括：
20.连接于所述电机输出端的蜗杆；以及
21.与所述蜗杆啮合以通过所述蜗杆驱动转动的蜗轮；
22.所述蜗轮上部连接有与其同步转动的盘丝轴，所述盘丝轴与所述卡爪配合并驱动所述卡爪运动。
23.进一步的，所述电机的输出端与所述蜗杆之间通过谐波减速器连接。
24.进一步的，所述盘丝轴表面具有螺旋线槽；
25.所述卡爪与所述盘丝轴配合一面具有与所述螺旋线槽匹配的螺旋线，所述盘丝轴通过所述螺旋线和所述螺旋线槽的配合驱动所述卡爪移动。
26.在上述技术方案中，本发明提供的一种用于空间有效载荷的三爪联动式电驱锁紧解锁装置，具有以下有益效果：
27.本发明的装置利用三爪卡盘作为锁紧执行机构，结合三角啮合牙型设计和尺寸控制，并在传动环节设置蜗轮蜗杆副和谐波减速器，可以实现对被锁件多自由度约束，提高了锁紧和解锁的可靠性，并大幅降低了结构尺寸。
附图说明
28.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1为现有技术一的装置的结构示意图一；
30.图2为现有技术一的装置的结构示意图二；
31.图3为现有技术一的装置的结构示意图三；
32.图4为现有技术二的装置的结构示意图；
33.图5为本发明实施例提供的一种用于空间有效载荷的三爪联动式电驱锁紧解锁装置的结构示意图；
34.图6为本发明实施例提供的一种用于空间有效载荷的三爪联动式电驱锁紧解锁装置的内部的结构示意图；
35.图7为本发明实施例提供的一种用于空间有效载荷的三爪联动式电驱锁紧解锁装置的剖视图。
36.附图标记说明：
37.1、被锁件；2、卡爪；3、卡爪滑动槽；4、电机；5、谐波减速器；6、蜗杆；7、蜗轮；8、盘丝轴；
38.101、牙型接触面；
39.201、螺旋线；
40.801、螺旋线槽。
具体实施方式
41.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
42.参见5至图7所示；
43.本实施例的一种用于空间有效载荷的三爪联动式电驱锁紧解锁装置，该装置包括：
44.与被锁件1配合的卡爪2，卡爪2的数量为三根，三根卡爪2沿被锁件1的周向均布、并沿被锁件1的径向延伸；
45.电机4；以及
46.与电机4的输出端连接以驱动三根卡爪2同步沿被锁件1的径向移动的传动结构；
47.卡爪2与被锁件1的配合面被配置为具有多个间隔凸出面的牙型接触面101。
48.具体的，本实施例公开了一种三爪联动式锁紧解锁装置，其通过三根卡爪2作为执行机构与被锁件1通过牙型接触面101实现锁紧；并利用电机4作为动力源，利用与电机4传动的传动结构实现卡爪2的联动以驱动卡爪2沿被锁件1的径向往复移动，从而切换被锁件1的锁紧和解锁状态。
49.优选的，为了能够对卡爪2移动实现导向，使得卡爪2能够沿被锁件1的径向移动，本实施例的装置具有与卡爪2配合的卡爪滑动体；
50.卡爪滑动体沿其周向开设有三条卡爪滑动槽3，卡爪2位于对应的卡爪滑动槽3内、并通过卡爪滑动槽3驱使卡爪2沿被锁件1的径向移动。
51.优选的，本实施例的传动结构包括：
52.连接于电机4输出端的蜗杆6；以及与蜗杆6啮合以通过蜗杆6驱动转动的蜗轮7；
53.蜗轮7上部连接有与其同步转动的盘丝轴8，盘丝轴8与卡爪2配合并驱动卡爪2运动。其中，本实施例的电机4的输出端与蜗杆6之间通过谐波减速器5连接。
54.另外，为了实现盘丝轴8和卡爪2的传动，本实施例的盘丝轴8表面具有螺旋线槽801；
55.卡爪2与盘丝轴8配合一面具有与螺旋线槽801匹配的螺旋线201，盘丝轴8通过螺旋线201和螺旋线槽801的配合驱动卡爪2移动。
56.本实施例的电机4作为动力源，其输出端通过谐波减速器5连接了蜗轮蜗杆机构，通过驱动蜗杆6转动以驱动蜗轮7转动，从而带动上方的盘丝轴8转动。本实施例的盘丝轴8具有与卡爪2底面的螺旋线201配合的螺旋线槽801，当盘丝轴8转动时，在螺旋线201和螺旋
线槽801的配合下就可以驱动卡爪2移动，同时，还因为该装置设计了能够对卡爪2的移动起到导向作用的卡爪滑动槽3，利用卡爪滑动槽3实现卡爪2径向移动的导向，保持卡爪2能够沿被锁件1的径向移动。
57.本实施例的三根卡爪2和被锁件1间通过牙型接触面101交错接触，限制被锁件1三个平移自由度和两个旋转自由度；盘丝轴8的螺旋线槽801与卡爪2底部的螺旋线201接触；卡爪2侧面与卡爪滑动槽3接触。当被锁件1承受外载荷时，载荷经被锁件1牙型接触面101传递至三根卡爪2，径向力经卡爪2的螺旋线201传递给盘丝轴8的螺旋线，横向力和弯矩由卡爪滑动槽3承受，由于卡爪2尺寸较小，弯矩也较小，而盘丝轴8承受的径向反力由轴系承担，切向反力经蜗轮7传递给蜗杆6，再经蜗杆6传递给谐波减速器5，由于盘丝螺旋副和蜗轮蜗杆副均具有良好的静态自锁性能，谐波减速器5也具有一定的自锁保持力矩，通过这样的三级自锁可以保证装置在恶劣力学环境下不会出现松动，提高了锁紧的可靠性。
58.在上述技术方案中，本发明提供的一种用于空间有效载荷的三爪联动式电驱锁紧解锁装置，具有以下有益效果：
59.本发明的装置利用三爪卡盘作为锁紧执行机构，结合三角啮合牙型设计和尺寸控制，并在传动环节设置蜗轮蜗杆副和谐波减速器5，可以实现对被锁件1多自由度约束，提高了锁紧和解锁的可靠性，并大幅降低了结构尺寸。
60.本发明的装置的卡爪结构尺寸小，当三根卡爪2抱紧被锁件1时，被锁件1反向载荷通过牙型接触面101传递给卡爪2，力的作用线与卡爪滑动槽3距离接近，卡爪2将承受较小的弯矩，降低其对解锁的不利影响。
61.以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

技术特征：
1.一种用于空间有效载荷的三爪联动式电驱锁紧解锁装置，其特征在于，该装置包括：与被锁件(1)配合的卡爪(2)，所述卡爪(2)的数量为三根，三根所述卡爪(2)沿所述被锁件(1)的周向均布、并沿所述被锁件(1)的径向延伸；电机(4)；以及与所述电机(4)的输出端连接以驱动三根所述卡爪(2)同步沿所述被锁件(1)的径向移动的传动结构；所述卡爪(2)与所述被锁件(1)的配合面被配置为具有多个间隔凸出面的牙型接触面(101)。2.根据权利要求1所述的一种用于空间有效载荷的三爪联动式电驱锁紧解锁装置，其特征在于，该装置具有与所述卡爪(2)配合的卡爪滑动体；所述卡爪滑动体沿其周向开设有三条卡爪滑动槽(3)，所述卡爪(2)位于对应的所述卡爪滑动槽(3)内、并通过所述卡爪滑动槽(3)驱使所述卡爪(2)沿所述被锁件(1)的径向移动。3.根据权利要求1所述的一种用于空间有效载荷的三爪联动式电驱锁紧解锁装置，其特征在于，所述传动结构包括：连接于所述电机(4)输出端的蜗杆(6)；以及与所述蜗杆(6)啮合以通过所述蜗杆(6)驱动转动的蜗轮(7)；所述蜗轮(7)上部连接有与其同步转动的盘丝轴(8)，所述盘丝轴(8)与所述卡爪(2)配合并驱动所述卡爪(2)运动。4.根据权利要求3所述的一种用于空间有效载荷的三爪联动式电驱锁紧解锁装置，其特征在于，所述电机(4)的输出端与所述蜗杆(6)之间通过谐波减速器(5)连接。5.根据权利要求3所述的一种用于空间有效载荷的三爪联动式电驱锁紧解锁装置，其特征在于，所述盘丝轴(8)表面具有螺旋线槽(801)；所述卡爪(2)与所述盘丝轴(8)配合一面具有与所述螺旋线槽(801)匹配的螺旋线(201)，所述盘丝轴(8)通过所述螺旋线(201)和所述螺旋线槽(801)的配合驱动所述卡爪(2)移动。

技术总结
本发明公开了一种用于空间有效载荷的三爪联动式电驱锁紧解锁装置，包括卡爪、电机、以及与电机的输出端连接以驱动三根卡爪同步沿被锁件的径向移动的传动结构；卡爪与被锁件的配合面被配置为具有多个间隔凸出面的牙型接触面。本发明的装置利用三爪卡盘作为锁紧执行机构，结合三角啮合牙型设计和尺寸控制，并在传动环节设置蜗轮蜗杆副和谐波减速器，可以实现对被锁件多自由度约束，提高了锁紧和解锁的可靠性，并大幅降低了结构尺寸。并大幅降低了结构尺寸。并大幅降低了结构尺寸。


技术研发人员：徐抒岩 董吉洪 赵伟国 薛闯 谭龙 蒋弘扬
受保护的技术使用者：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
技术研发日：2022.12.23
技术公布日：2023/4/5