一种空间公转式大型驱动机构的制作方法

1.本发明属于空间飞行器驱动领域，涉及一种空间公转式大型驱动机构。


背景技术：

2.电传输功能是航天器在轨正常飞行的重要因素，关乎整个航天器的稳定运转，是维持航天器各类仪器、载荷乃至航天员生命系统的根本保障，其功能好坏决定着航天器运行的成败。随着航天技术的飞速发展，对于航天器电流和信号高效、可靠的传输要求越来越高，为了满足需求，航天器配置太阳翼驱动机构实现电传输功能，可驱动太阳翼实现对日定向，保持最大的传输功率，同时将太阳翼所产生转换的电流和信号传输至航天器内部。
3.现有的空间航天器转动机构多为一级减速方式加滑环方式或直接驱动方式，不能满足类似空间站领域太阳翼等大型载荷的驱动、大功率传输以及长寿命转动的需求，因此现阶段急需一种大功率传输、满足大载荷驱动的大型空间驱动机构，对于航天器装置的稳定运行及长寿命工作具有重要意义。


技术实现要素：

4.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种空间公转式大型驱动机构，解决目前驱动机构驱动载荷能力低、功率传输有限的技术缺点，实现大型太阳翼等载荷的驱动，具有传动链形式简洁巧妙、驱动能力强、传输功率高、使用寿命长以及稳定可靠的特点。
5.本发明解决技术的方案是：
6.一种空间公转式大型驱动机构，包括滚环电传输机构、下端面法兰、上端面法兰、驱动部件、回转支撑机构、夹持锁定机构、导轨、滚环上安装件、滚环下安装件、滚环连接件；
7.滚环上安装件安装在下端面法兰上表面，滚环下安装件安装在下端面法兰下表面，滚环电传输机构穿过下端面法兰，滚环电传输机构上端通过两侧的滚环上安装法兰与滚环上安装件进行连接固定，下端通过两侧的滚环下安装法兰与滚环下安装件进行连接固定；滚环电传输机构的转动端通过滚环连接件与上端面法兰连接；
8.两套夹持锁定机构间隔180
°
安装固定于下端面法兰上，每套夹持锁定机构上端用于夹持固定导轨；八套回转支撑机构固定在上端面法兰上，相邻两套回转支撑机构间距45
°
分布；回转支撑机构下端与环形导轨通过滚动副连接；驱动部件穿过上端面法兰，其末端齿轮与导轨的齿圈啮合，其上端固定在上端面法兰上；上端面法兰上用于固定载荷；
9.驱动部件接收到转动信号后，通过末端齿轮与导轨的齿圈啮合实现驱动部件围绕导轨公转，进而带动上端面法兰、滚环电传输机构转动，转动过程中将航天器外部所产生的电功率以及电信号传送至航天器内部。
10.优选的，下端面法兰与滚环上安装件同轴度在0.01mm范围内。
11.优选的，每套夹持锁定机构上端包括外夹持副和内夹持副，外夹持副依靠摩擦力与导轨外表面紧密贴合，内夹持副依靠摩擦力与导轨内表面紧密贴合，实现夹持锁定部件
上端与导轨的夹持固定，从而实现导轨与下端面法兰之间的刚性连接。
12.优选的，八套回转支撑机构距离上端面法兰高度一致。
13.优选的，回转支撑机构下端设置有外滚动轴承、内滚动轴承、底滚动轴承，外滚动轴承与导轨的外表面、内滚动轴承与导轨的内表面、底滚动轴承与导轨的上顶面分别形成滚动摩擦。
14.优选的，驱动部件包括电机组件、末端齿轮；
15.电机组件输出轴通过锁定螺钉与末端齿轮连接，末端齿轮与导轨的齿圈啮合。
16.优选的，安装后末端齿轮轴线与导轨轴线中心距偏差为-0.08mm～-0.02mm、平行度
±
0.04mm。
17.优选的，滚环电传输机构包括传输机构壳体、转动轴、功率滚环、信号滑环以及旋转变压器；
18.转动轴通过轴承支撑在传输机构壳体内，功率滚环、信号滑环以及旋转变压器依次套在转动轴上，且均与传输机构壳体固连，所述功率滚环采集航天器外部所产生的电功率，传送至航天器内部；
19.信号滑环采集航天器外部所产生的电信号，传送至航天器内部；
20.旋转变压器对转动轴的位置进行实时监测和采集。
21.优选的，功率滚环包括柔性环结构、内导电环和外导电环；
22.内导电环套在转动轴上，随转动轴一起转动，外导电环与传输机构壳体固连；内导电环和外导电环之间形成环状空间，所述环状空间中并列布置多层柔性环结构；
23.太阳翼电源输出端通过线缆与内导电环连接，内导电环将太阳翼输出电源通过多层柔性环结构传输至外导电环；外导电环通过线缆与舱体内部设备连接。
24.优选的，每层柔性环结构包括若干惰轮和若干柔性环；
25.所述柔性环卡装在内导电环和外导电环形成的环状空间内，惰轮两侧设计有凹槽，相邻两个柔性环之间设置有一个惰轮，且所述柔性环卡在惰轮的相应凹槽内；惰轮直径小于柔性环直径。
26.本发明与现有技术相比的有益效果是：
27.(1)本发明提供的一种空间公转式大型驱动机构，可驱动太阳翼等大型载荷对日定向，从而实现对目标的跟踪与定向功能，并将电功率、电信号传输至航天器内部，具有传输功率高、使用寿命长以及稳定可靠的特点。
28.(2)本发明提供的一种空间公转式大型驱动机构装置，依靠驱动部件中末端齿轮与导轨啮合可实现驱动部件围绕导轨公转，以“行星”传动方式完成驱动，传动链形式简洁巧妙。
29.(3)本发明提供的一种空间公转式大型驱动机构装置，上端面法兰可适配安装大包络尺寸载荷，实现大型太阳翼的驱动，解决现有驱动机构驱动载荷能力低的技术问题。
30.(4)本发明提供的一种空间公转式大型驱动机构装置，配备独立的滚环电传输机构，可实现向航天器内部的大功率稳定传输，解决现有驱动机构电传输功率小、使用寿命短的技术问题。
附图说明
31.图1为本发明提供的一种空间公转式大型驱动机构装置整体结构图；
32.图2为本发明所涉及的滚环电传输机构的结构示意图；
33.图3为本发明所涉及的滚环电传输机构安装简图；
34.图4为本发明提供的一种空间公转式大型驱动机构装置整体结构正视图；
35.图5为本发明提供的一种空间公转式大型驱动机构装置整体结构剖视图；
36.图6为本发明所涉及的夹持锁定机构与导轨锁紧状态示意图；
37.图7为本发明所涉及的回转支撑机构与导轨锁紧状态示意图；
38.图8为本发明所涉及的导轨结构示意图；
39.图9为本发明所涉及的功率滚环结构示意图；
40.图示说明：
41.1—滚环电传输机构、2—下端面法兰、3—上端面法兰、4—驱动部件、5—回转支撑机构、6—夹持锁定机构、7—导轨、8—滚环上安装件、9—滚环下安装件、10—滚环连接件；101—功率滚环、102—信号滑环、103—旋转变压器、104—上安装法兰、105—下安装法兰、401—电机组件、402—末端齿轮、501—外滚动轴承、502—内滚动轴承、503—底滚动轴承、601—外夹持副、602—内夹持副、1011-惰轮、1012-柔性环、1013-外导电环、1014-内导电环。
具体实施方式
42.下面结合附图对本发明作进一步阐述。
43.如图1所示，本发明提出一种空间公转式大型驱动机构装置，包括滚环电传输机构1、下端面法兰2、上端面法兰3、驱动部件4、回转支撑机构5、夹持锁定机构6、导轨7、滚环上安装件8、滚环下安装件9、滚环连接件10。
44.如图3、5所示，滚环上安装件8、滚环下安装件9与下端面法兰2连接固定，为滚环电传输机构1的安装提供接口，滚环电传输机构1的安装采用滚环上安装法兰104与滚环上安装件8进行定位，为保持正常转动，下端面法兰2轴线与滚环上安装件8同轴度要求在0.01mm范围内，然后测量滚环下安装法兰105与滚环下安装件9之间的距离，并通过调整垫片与滚环下安装件9进行连接固定。
45.如图3、5所示，滚环电传输机构1的转动端通过滚环连接件10与上端面法兰3连接，滚环电传输机构1在驱动部件4的带动下，可驱动功率滚环101、信号滑环102的旋转部件随上端面法兰3同步转动，转动过程中将航天器外部所产生的功率以及电信号传送至航天器内部，滚环电传输机构1可实现功率电缆随转动轴同步转动，可避免转动端多圈连续转动过程后电缆拧绕问题，又可以实现大功率传输功能；
46.如图2、5所示，滚环电传输机构1包括传输机构壳体、转动轴、功率滚环101、信号滑环102以及旋转变压器103。转动轴通过轴承支撑在传输机构壳体内，功率滚环101、信号滑环102以及旋转变压器103依次套在转动轴上，且均与传输机构壳体固连，分别完成功率传输、信号传输以及位置检测的功能需求。功率滚环101采集航天器外部所产生的电功率，传送至航天器内部；信号滑环102采集航天器外部所产生的电信号，传送至航天器内部。旋转变压器103对转动轴的位置进行实时监测和采集。
47.滚环电传输机构1中的旋转变压器103可对转动部件的位置进行实时监测和采集，并将信号反馈给驱动控制器。
48.如图9所示，功率滚环101包括柔性环结构、内导电环1014和外导电环1013。内导电环1014套在转动轴上，随转动轴一起转动，外导电环1013与传输机构壳体固连；内导电环1014和外导电环1013之间形成环状空间，所述环状空间中并列布置多层柔性环结构；太阳翼电源输出端通过线缆与内导电环1014连接，内导电环1014将太阳翼输出电源通过多层柔性环结构传输至外导电环1013；外导电环1013通过线缆与舱体内部设备连接。每层柔性环结构包括若干惰轮1011和若干柔性环1012；
49.所述柔性环1012卡装在内导电环1014和外导电环1013形成的环状空间内，惰轮1011两侧设计有凹槽，相邻两个柔性环1012之间设置有一个惰轮1011，且所述柔性环1012卡在惰轮1011的相应凹槽内；惰轮1011直径小于柔性环1012直径。
50.带惰轮1011结构形式的功率滚环101，柔性环1012与内导电环1014、外导电环1013之间的接触电阻较小，可以有效的降低回路电阻，提高整个电传输装置的传输效率。并且柔性环1012在内导电环1014、外导电环1013之间为滚动接触方式，在寿命末期依然能够保持高电传输效率，故采用带惰轮1011的柔性环1012结构形式可实现高达180a的大功率电传输。
51.滚环电传输机构1的每一条传输通道均进行了冗余备份设计，单层多个柔性环1012结构，共同传输大电流，在单层柔性环结构中柔性环1012之间为并联关系，当一个柔性环1012的电接触性能下降或丧失，不会对整个环路电阻造成严重的影响，可保证电传输稳定可靠的长时间运行。
52.8套回转支撑机构5分布固定在上端面法兰3上，相邻两套回转支撑机构5间距45
°
分布，并通过调整垫片保证8套回转支撑机构3距离上端面法兰3高度一致。
53.如图5、7、8所示，导轨7通过回转支撑机构5与上端面法兰3连接，并可依靠回转支撑机构3中的3处滚动幅实现回转运动，回装支撑机构5中外滚动轴承501、内滚动轴承502、底滚动轴承503分别与导轨7的外表面、内表面面、上顶面形成滚动摩擦，可降低磨损，稳定转动过程中摩擦力矩的波动。
54.如图4、5所示，驱动部件1安装固定于上端面法兰3上，通过调整驱动锁定机构安装法兰满足安装后末端齿轮402轴线与导轨7轴线中心距偏差为-0.08mm～-0.02mm、平行度
±
0.04mm的要求，保证末端齿轮402与导轨7正常啮合.
55.如图5、8所示，导轨7整个内圈均为渐开线齿轮，末端齿轮402通过与导轨7内圈齿啮合实现驱动部件4围绕导轨7公转，以“行星”传动方式完成驱动，进而带动上端面法兰3转动的功能；
56.如图6所示，夹持锁定机构6安装固定于下端面法兰2，2套夹持锁定部件6呈180
°
分布于下端面法兰2，每套夹持锁定部件6通过外夹持副601、内夹持副602依靠摩擦力分别于导轨内外表面紧密贴合实现与导轨7的夹持固定，从而实现导轨7与下端面法兰2之间的刚性连接。
57.如图1所示，上端面法兰3为直径可达1450mm，可匹配连接大尺寸包络的载荷。
58.当驱动部件4接收到转动信号时，电机组件401开始转动，依次通过输出轴、末端齿轮402进行传递，末端齿轮402通过与导轨7啮合实现驱动部件4围绕导轨7公转，以“行星”传
动方式完成驱动，进而带动上端面法兰3转动的功能，滚环电传输机构1跟随上端面法兰3同时转动，航天器外部产生的电功率、电信号通过滚环电传输机构1传送至航天器内部，实现大功率传输的功能。
59.本发明提出一种空间公转式大型驱动机构，滚环电传输机构由功率滚环、信号滑环以及旋转变压器组成，分别完成功率传输、信号传输以及位置检测的功能需求，并通过上滚环安装件、下滚环安装件与下端面法兰连接固定；8套回转支撑机构分布固定在上端面法兰上，导轨通过回转支撑机构与上端面法兰连接，并可依靠回转支撑机构中的滚动幅实现回转运动；下端面法兰通过夹持锁定机构与导轨夹持为一个整体，实现固定导轨的作用；驱动部件安装固定于上端面法兰上，末端齿轮通过与导轨啮合实现围绕导轨公转，进而带动上端面法兰转动的功能，滚环电传输机构通过上端面法兰连接件与上端面法兰连接，从而实现滚环电传输机构与上端面法兰以及外部载荷的共同转动，并将外部所产生的功率传输至航天器内部，实现大功率传输功能。本发明仅需带动上端面法兰等回转件即可实现公转式运转，驱动太阳翼等大型载荷实现对日定向，并具有传动链形式简洁巧妙、驱动能力强、传输功率高以及稳定可靠的特点。
60.本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

技术特征：
1.一种空间公转式大型驱动机构，其特征在于：包括滚环电传输机构(1)、下端面法兰(2)、上端面法兰(3)、驱动部件(4)、回转支撑机构(5)、夹持锁定机构(6)、导轨(7)、滚环上安装件(8)、滚环下安装件(9)、滚环连接件(10)；滚环上安装件(8)安装在下端面法兰(2)上表面，滚环下安装件(9)安装在下端面法兰(2)下表面，滚环电传输机构(1)穿过下端面法兰(2)，滚环电传输机构(1)上端通过两侧的滚环上安装法兰(104)与滚环上安装件(8)进行连接固定，下端通过两侧的滚环下安装法兰(105)与滚环下安装件(9)进行连接固定；滚环电传输机构(1)的转动端通过滚环连接件(10)与上端面法兰(3)连接；两套夹持锁定机构(6)间隔180
°
安装固定于下端面法兰(2)上，每套夹持锁定机构上端用于夹持固定导轨(7)；八套回转支撑机构(5)固定在上端面法兰(3)上，相邻两套回转支撑机构(5)间距45
°
分布；回转支撑机构(5)下端与环形导轨通过滚动副连接；驱动部件(4)穿过上端面法兰(3)，其末端齿轮与导轨的齿圈啮合，其上端固定在上端面法兰(3)上；上端面法兰(3)上用于固定载荷；驱动部件(4)接收到转动信号后，通过末端齿轮与导轨(7)的齿圈啮合实现驱动部件(4)围绕导轨(7)公转，进而带动上端面法兰(3)、滚环电传输机构(1)转动，转动过程中将航天器外部所产生的电功率以及电信号传送至航天器内部。2.根据权利要求1所述的一种空间公转式大型驱动机构，其特征在于：下端面法兰(2)与滚环上安装件(8)同轴度在0.01mm范围内。3.根据权利要求1所述的一种空间公转式大型驱动机构，其特征在于：每套夹持锁定机构上端包括外夹持副(601)和内夹持副(602)，外夹持副(601)依靠摩擦力与导轨外表面紧密贴合，内夹持副(602)依靠摩擦力与导轨内表面紧密贴合，实现夹持锁定部件上端与导轨(7)的夹持固定，从而实现导轨(7)与下端面法兰(2)之间的刚性连接。4.根据权利要求1所述的一种空间公转式大型驱动机构，其特征在于：八套回转支撑机构距离上端面法兰高度一致。5.根据权利要求1所述的一种空间公转式大型驱动机构，其特征在于：回转支撑机构(5)下端设置有外滚动轴承(501)、内滚动轴承(502)、底滚动轴承(503)，外滚动轴承(501)与导轨(7)的外表面、内滚动轴承(502)与导轨(7)的内表面、底滚动轴承(503)与导轨(7)的上顶面分别形成滚动摩擦。6.根据权利要求1所述的一种空间公转式大型驱动机构，其特征在于：驱动部件(4)包括电机组件(401)、末端齿轮(402)；电机组件(401)输出轴通过锁定螺钉与末端齿轮(402)连接，末端齿轮与导轨的齿圈啮合。7.根据权利要求6所述的一种空间公转式大型驱动机构，其特征在于：安装后末端齿轮(402)轴线与导轨(7)轴线中心距偏差为-0.08mm～-0.02mm、平行度
±
0.04mm。8.根据权利要求1所述的一种空间公转式大型驱动机构，其特征在于：滚环电传输机构(1)包括传输机构壳体、转动轴、功率滚环(101)、信号滑环(102)以及旋转变压器(103)；转动轴通过轴承支撑在传输机构壳体内，功率滚环(101)、信号滑环(102)以及旋转变压器(103)依次套在转动轴上，且均与传输机构壳体固连，所述功率滚环(101)采集航天器外部所产生的电功率，传送至航天器内部；
信号滑环(102)采集航天器外部所产生的电信号，传送至航天器内部；旋转变压器(103)对转动轴的位置进行实时监测和采集。9.根据权利要求8所述的一种空间公转式大型驱动机构，其特征在于：功率滚环(101)包括柔性环结构、内导电环(1014)和外导电环(1013)；内导电环(1014)套在转动轴上，随转动轴一起转动，外导电环(1013)与传输机构壳体固连；内导电环(1014)和外导电环(1013)之间形成环状空间，所述环状空间中并列布置多层柔性环结构；太阳翼电源输出端通过线缆与内导电环(1014)连接，内导电环(1014)将太阳翼输出电源通过多层柔性环结构传输至外导电环(1013)；外导电环(1013)通过线缆与舱体内部设备连接。10.根据权利要求9所述的一种空间公转式大型驱动机构，其特征在于：每层柔性环结构包括若干惰轮(1011)和若干柔性环(1012)；所述柔性环(1012)卡装在内导电环(1014)和外导电环(1013)形成的环状空间内，惰轮(1011)两侧设计有凹槽，相邻两个柔性环(1012)之间设置有一个惰轮(1011)，且所述柔性环(1012)卡在惰轮(1011)的相应凹槽内；惰轮(1011)直径小于柔性环(1012)直径。

技术总结
一种空间公转式大型驱动机构，滚环电传输机构与下端面法兰连接固定；导轨通过回转支撑机构与上端面法兰连接，并可依靠回转支撑机构中的滚动幅实现回转运动；下端面法兰通过夹持锁定机构与导轨夹持为一个整体；驱动部件安装固定于上端面法兰上，末端齿轮通过与导轨啮合实现围绕导轨公转，进而带动上端面法兰转动，滚环电传输机构通过滚环连接件与上端面法兰连接，实现滚环电传输机构与上端面法兰以及外部载荷的共同转动，并将外部所产生的功率传输至航天器内部，实现大功率传输功能。本发明仅需带动上端面法兰运动即可实现公转式运转，驱动太阳翼等大型载荷实现对日定向，并具有传动链形式简洁巧妙、驱动能力强、传输功率高以及稳定可靠的特点。稳定可靠的特点。稳定可靠的特点。


技术研发人员：张凯 马志飞 钱志源 屈传坤 杨德财 来霄毅 任海辽 黄大兴 王治易
受保护的技术使用者：上海宇航系统工程研究所
技术研发日：2023.05.29
技术公布日：2023/8/9