CN104335699B

CN104335699B - 飞行器对接机构旋转式双向缓冲装置

Info

Publication number: CN104335699B
Application number: CN200710082958.XA
Authority: CN
Inventors: 杨新海; 肖杰; 刘仲
Original assignee: Shanghai Aerospace System Engineering Institute
Current assignee: Shanghai Aerospace System Engineering Institute
Priority date: 2007-11-16
Filing date: 2007-11-16
Publication date: 2015-04-29
Anticipated expiration: 2027-11-16

Abstract

本发明公开了一种飞行器对接机构单转轴旋转式双向缓冲装置；包括：不动壳体与壳体、挡板组成的圆筒体，其内安装有与飞行器碰撞体相连的转轴和轴；转轴和轴上分别安装平面涡卷弹簧，每组弹簧具有两段，之间被可动壳体隔开；涡卷弹簧的内端固定在转轴或轴上，外缘端固定在可动壳体上；转轴或轴的前套筒和后套筒内分别安装凸轮盘组；转轴或轴和凸轮盘上各有一个凸块；转动可动壳体，弹簧的预紧力矩达到规定值时，所述的凸块互相贴合，用螺钉紧固实现弹簧的预紧。本发明还公开了一种双转轴旋转式双向缓冲装置。本发明解决了飞行器对接机构大角度缓冲行程问题，取得了结构简单，可靠性高等有益效果。

Description

飞行器对接机构旋转式双向缓冲装置

技术领域

本发明涉及航天领域空间飞行器设备，特别涉及空间飞行器对接机构中的一种旋转式双向缓冲装置。

背景技术

实现旋转缓冲功能的相关技术有汽车上的安全带，利用涡卷弹簧的多转性实现大行程的缓冲作用，其不足之处是：只能实现一个方向的缓冲，并且没有特定机构来完成多圈数旋转式输出。

目前，空间飞行器对接机构领域，有一种能够实现双向传动缓冲功能的装置，该装置采用螺旋扭簧来实现两个方向的旋转缓冲，其不足之处在于：因其缓冲功能是靠一根扭簧的旋紧和释放来实现的，故旋转能力小于半圈，不适合需要大角度缓冲行程的应用场合。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

为了解决现有技术双向传动缓冲装置不能适应大角度缓冲行程场合的问题，本发明的目的在于提供一种飞行器对接机构旋转式双向缓冲装置。利用本发明，可实现两飞行器的碰撞缓冲，可减小碰撞冲击时的峰值载荷，并实现恢复校正；还可实现飞行器对接缓冲机构中两轴间的差动缓冲。

为了达到上述发明目的，本发明的第一方面，为解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种飞行器对接机构单转轴旋转式双向缓冲装置，该装置包括：

与飞行器的壳体固定安装的不动壳体；不动壳体与壳体、挡板之间用螺钉联接，组成一个圆筒体，该圆筒体内圆中心的前端安装有转轴，其端头从圆筒体中伸出，通过齿轮传动与飞行器碰撞体相连；转轴的后端安装有轴，它与挡板之间用键联接，均无相对转动。在转轴和轴上分别安装有一组平面涡卷弹簧，每组具有两段弹簧，两段弹簧之间被可动壳体隔开。同一组中的两段弹簧同向安装；前、后两组弹簧也同向安装，并分别由前套筒和后套筒定位。两组平面涡卷弹簧的内端分别固定在转轴和轴上，它们的外缘端通过卡销分别固定在两个可动壳体上。两个可动壳体通过联接体用螺钉联接，并与前套筒和后套筒之间用螺钉固联后与不动壳体通过B轴承安装。前套筒与转轴、后套筒与轴通过A轴承安装。前套筒和后套筒内，分别安装有凸轮盘组，包括凸轮盘I和凸轮盘II；转轴或轴上，以及每个凸轮盘上各有一个凸块，凸块角度根据所需缓冲圈数计算得出，本发明为每个15°。前套筒或后套筒分别与凸轮盘I相连，在凸轮盘I与转轴或轴上凸块之间的轴上还空套了5个凸轮盘II，这样，转动可动壳体使弹簧的预紧力矩达到规定值的同时，各个凸块互相贴合，配钻前套筒和后套筒上的螺孔，用螺钉紧固，就实现了弹簧的预紧。

当XX飞行器的碰撞体与YY飞行器对接碰撞时，能量传递到转轴上，使其正向或反方向旋转，绕紧平面涡卷弹簧，当弹簧扭转5.5圈后，凸块之间嵌合而固紧，此后，无论输入力矩如何变动，机构都不工作；当碰撞外力消除后，弹簧释放能量，校正飞行器的碰撞体返回到初始位置。这样就实现了刚度稳定的双向缓冲功能，其中缓冲刚度由平面涡卷弹簧的力矩性能决定。

为了达到上述发明目的，本发明的第二方面，为解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种飞行器对接机构双转轴旋转式双向缓冲装置，该装置包括：

壳体与飞行器差动器壳体通过轴承安装连接；壳体内圆中心安装有两个左、右对称的转轴，两个转轴各自安装有一个平面涡卷弹簧，上述两个平面涡卷弹簧的外侧分别安装有一组凸轮盘，转轴的两端通过花键联接安装于飞行器缓冲机构的差动器内；平面涡卷弹簧内端分别固定在左、右对称的转轴上，平面涡卷弹簧的外缘端通过卡销固定在壳体上，左、右对称的两转轴通过隔圈支撑，能相对转动。壳体与凸轮套筒通过螺钉固联，并通过C轴承安装在转轴上。转轴上有一个凸块，凸轮套筒内端面也有一个凸块，在它们之间的转轴上还空套了3个凸轮盘，每个凸轮盘上也各有一个凸块，凸块角度根据所需缓冲圈数计算得出，本实施例为每个45°。转动壳体使弹簧的预紧力矩达到规定值的同时，各个凸块互相嵌合固紧，用螺钉紧固凸轮套筒和壳体，就可实现弹簧的预紧。

当XX飞行器与YY飞行器对接碰撞无姿态偏差时，XX飞行器缓冲机构的差动器不需要差动，转轴的左、右两轴同步旋转；当两飞行器对接碰撞有姿态偏差时，XX飞行器缓冲机构的差动器需要差动，靠转轴的左、右两轴相对旋转实现，旋转时，绕紧平面涡卷弹簧，当弹簧扭转3圈后，凸块之间嵌合固紧，此后，无论输入力矩如何变动，机构都不工作；当碰撞外力消除后，弹簧释放能量，差动器恢复。这样就实现了刚度稳定的双向缓冲功能，其中缓冲刚度由平面涡卷弹簧的力矩性能决定。

由上可见，本发明飞行器对接机构旋转式双向缓冲装置由于采用上述两种技术方案，能够在±60℃的高低温环境下实现多圈旋转缓冲，且在运转过程中力矩角度特性曲线平滑，刚度稳定，解决了现有技术的缓冲器旋转能力小于半圈，不适合大角度缓冲行程的问题。本发明采用纯机械结构，取得了结构简单，可靠性高等有益效果。

附图说明

图1是本发明飞行器对接机构单转轴旋转式双向缓冲装置的外形和内部结构示意图；其中：图1A为外形图；图1B为内部结构示意图；

图2是单转轴旋转式双向缓冲装置的剖视图；

图3是沿图2中的A-A线截取的剖视图；

图4是沿图2中的B-B线截取的剖视图。

为了方便对本发明的理解，将以上图中各零件的名称表示如下：

1-转轴、2-A轴承、3-前套筒、4-B轴承、5-凸轮盘I、6-凸轮盘II、7-不动壳体、8-卡销、9-平面涡卷弹簧、10-联接体、11-可动壳体、12-后套筒、13-轴、14-壳体、15-挡板、16-键。

图5是本发明飞行器对接机构双转轴旋转式双向缓冲装置的外形和内部结构示意图；

图6是双转轴旋转式双向缓冲装置的剖视图；

图7是沿图6中的A-A线截取的剖视图；

图8是沿图6中的B-B线截取的剖视图；

图9是沿图6中的C-C线截取的剖视图。

21-转轴、22-C轴承、23-凸轮套筒、24-壳体、25-隔圈、26-卡销、27-平面涡卷弹簧、28-凸轮盘。

具体实施方式

本发明飞行器对接机构旋转式双向缓冲装置采用多圈数旋转形式，其旋转机构主要由平面涡卷弹簧、凸轮盘、套筒、壳体、转轴等组成。壳体与飞行器固定安装或轴承安装，转轴通过齿轮传动等方式与传动链相连接，转轴与壳体间通过轴承安装，能实现相对旋转。机构可以设计成单转轴或双转轴输入输出形式，取决于飞行器的缓冲功能要求和传动方式。平面涡卷弹簧是缓冲功能动力执行元件，其预紧力通过壳体相对转轴旋转使弹簧饶紧一定角度后固定实现，预紧后由凸轮盘组上的凸块限位。平面涡卷弹簧内端与转轴联接，外端与壳体通过卡销联接。平面涡卷弹簧左、右两侧同向安装，每一侧可以由一片或几片平面涡卷弹簧组合使用。机构的缓冲圈数由凸轮盘上凸块的角度和凸轮盘数目两个变量来控制，能实现大于1的缓冲圈数。

下面结合附图说明本发明的优选实施例。

图1～9是本发明飞行器对接机构旋转式双向缓冲装置的结构示意图。这些附图中给出了两个实施例，但是，应当指出，本发明并不局限于这两种类型的实施例，而是还包括由所附的权利要求书中规定的原理所包括的其它技术。

实施例1

图1～4是本发明飞行器对接机构单转轴旋转式双向缓冲装置的一个实施例。该机构可实现XX飞行器和YY飞行器间的碰撞缓冲，减小碰撞冲击时的峰值载荷，并实现恢复校正。

图1A是该单转轴旋转式双向缓冲装置的外形图；图1B是该装置去掉壳体后的分解图；图2是剖视图；图3是沿图2中的A-A线截取的剖视图；图4是沿图2中的B-B线截取的剖视图。

如图1～4的实施例所示，该装置包括：转轴1，A轴承2，前套筒3，B轴承4，凸轮盘I5，凸轮盘II6，不动壳体7，卡销8，平面涡卷弹簧9，联接体10，可动壳体11，后套筒12，轴13，壳体14，挡板15，键16。

图1A示出了本实施例的外形图，图1B示出了它的内部结构图。如图1B所示，平面涡卷弹簧9分前后两组，每组中具有两段弹簧；两组弹簧同向安装，同一组中两段弹簧也同向安装；凸轮盘分前后两组，每组包括：凸轮盘I5和凸轮盘II6，两组凸轮盘反向安装，以实现双向转动功能。

如图2所示：该装置包括：

与飞行器的壳体固定安装的不动壳体7；不动壳体7与壳体14、挡板15之间用螺钉联接，组成一个圆筒体，该圆筒体内圆中心的前端安装有转轴1，其端头从圆筒体中伸出，通过齿轮传动与飞行器碰撞体相连；转轴1的后端安装有轴13，它与挡板15之间用键16联接，均无相对转动。在转轴1和轴13上分别安装有一组平面涡卷弹簧9，每组具有两段弹簧，两段弹簧之间被可动壳体11隔开。同一组中的两段弹簧同向安装；前、后两组弹簧也同向安装，并分别由前套筒3和后套筒12定位。两组平面涡卷弹簧9的内端分别固定在转轴1和轴13上，它们的外缘端通过卡销8分别固定在两个可动壳体11上(参考图4)。两个可动壳体11通过联接体10用螺钉联接，并与前套筒3和后套筒12之间用螺钉固联后与不动壳体7通过B轴承4安装。前套筒3与转轴1、后套筒12与轴13通过A轴承2安装。前套筒3和后套筒12内，分别安装有凸轮盘组，包括凸轮盘I5和凸轮盘II6；转轴1或轴13上，以及每个凸轮盘上各有一个凸块，凸块角度根据所需缓冲圈数计算得出，本实施例为每个15°。前套筒3或后套筒12分别与凸轮盘I5相连，在凸轮盘I5与转轴1或轴13上凸块之间的轴上还空套了5个凸轮盘II6，这样，转动可动壳体11使弹簧的预紧力矩达到规定值的同时，各个凸块互相贴合，配钻前套筒3和后套筒12上的螺孔，用螺钉紧固，就实现了弹簧的预紧。图3示出了弹簧预紧时凸块互相贴合的状态。

下面对本发明实施例1的动作过程进行描述。

双向缓冲功能的实现：把不动壳体7与XX飞行器壳体固定安装，转轴1通过齿轮传动与XX飞行器碰撞体相连，飞行器的碰撞体与飞行器壳体可以相对运动。当XX飞行器的碰撞体与YY飞行器对接碰撞时，能量传递到转轴1上，使其正向或反方向旋转，绕紧平面涡卷弹簧9，当弹簧扭转5.5圈后，凸块之间嵌合而固紧，此后，无论输入力矩如何变动，机构都不工作；当碰撞外力消除后，弹簧释放能量，校正飞行器的碰撞体返回到初始位置。这样就实现了刚度稳定的双向缓冲功能，其中缓冲刚度由平面涡卷弹簧9的力矩性能决定。

实施例2

图5～9是本发明飞行器对接机构双转轴旋转式双向缓冲装置的一个实施例。该装置可实现XX飞行器对接缓冲机构中两轴间的差动缓冲。

图5A示出了实施例2的内部结构；图5B示出了其外形。图6是剖视图；图7是沿图6中的A-A线截取的剖视图；图8是沿图6中的B-B线截取的剖视图；图9是沿图6中的C-C线截取的剖视图。

如图5～9的实施例所示，该装置包括：转轴21、C轴承22、凸轮套筒23、壳体24、隔圈25、卡销26、平面涡卷弹簧27、凸轮盘28。

如图5A所示，平面涡卷弹簧27分左、右两件，且同向安装，两组凸轮盘28分别反向安装在两个平面涡卷弹簧27的外侧，以实现双向转动功能。

图6示出了机构内部零件的详细视图和各零件间的装配关系：壳体24与飞行器差动器壳体通过轴承安装连接；壳体24内圆中心安装有两个左、右对称的转轴21，各自安装有一个平面涡卷弹簧27，上述两个平面涡卷弹簧27的外侧分别安装有一组凸轮盘28，转轴21的两端通过花键联接安装于飞行器缓冲机构的差动器内；平面涡卷弹簧27内端分别固定在左、右对称的转轴21上，平面涡卷弹簧27的外缘端通过卡销26固定在壳体24上(参考图8)，左、右对称的两转轴21通过隔圈25支撑，能相对转动。壳体24与凸轮套筒23通过螺钉固联，并通过C轴承22安装在转轴21上。转轴21上有一个凸块，凸轮套筒23内端面也有一个凸块，在它们之间的转轴21上还空套了3个凸轮盘28，每个凸轮盘上也各有一个凸块，凸块角度根据所需缓冲圈数计算得出，本实施例为每个45°。转动壳体24使弹簧的预紧力矩达到规定值的同时，各个凸块互相嵌合固紧，用螺钉紧固凸轮套筒23和壳体24，这样，就实现了弹簧的预紧。图7和图9示出了弹簧预紧时凸块互相贴合的状态。

下面对本发明实施例2的动作过程进行描述。

双向缓冲功能的实现：壳体24与XX飞行器差动器壳体通过轴承安装，转轴21两端通过花键联接安装于XX飞行器缓冲机构的差动器内。当XX飞行器与YY飞行器对接碰撞无姿态偏差时，XX飞行器缓冲机构的差动器不需要差动，转轴21的左、右两轴同步旋转；当两飞行器对接碰撞有姿态偏差时，XX飞行器缓冲机构的差动器需要差动，靠转轴21的左、右两轴相对旋转实现，旋转时，绕紧平面涡卷弹簧27，当弹簧扭转3圈后，凸块之间嵌合固紧，此后，无论输入力矩如何变动，机构都不工作；当碰撞外力消除后，弹簧释放能量，差动器恢复。这样就实现了刚度稳定的双向缓冲功能，其中缓冲刚度由平面涡卷弹簧27的力矩性能决定。

上述两个实施例中的平面涡卷弹簧均采用高强度Cr-Ni不锈钢冷轧带材制成，其表面经MoS₂固体涂覆润滑处理，较大地提高了弹簧在常温和真空高温环境下的力矩稳定性。

由上可见，本发明飞行器对接机构旋转式双向缓冲装置由于采用上述两种技术方案，其平面涡卷弹簧采用表面经MoS₂固体涂覆润滑处理的高强度Cr-Ni不锈钢冷轧带材，因此，能够在±60℃的高低温环境下实现多圈旋转缓冲，且在运转过程中力矩角度特性曲线平滑，刚度稳定。由于弹簧扭转达到3圈或5.5圈，因此解决了现有技术的缓冲器旋转能力小于半圈，不适合大角度缓冲行程的问题。

显然，本领域的技术人员可以对本发明的飞行器对接机构双向缓冲装置进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形在内。

Claims

1. 一种飞行器对接机构单转轴旋转式双向缓冲装置；其特征在于，该装置包括：

与飞行器的壳体固定安装的不动壳体[7]；不动壳体[7]与壳体[14]、挡板[15]之间用螺钉联接组成一个圆筒体；上述圆筒体的内圆中心前端安装有转轴[1]，其端头从圆筒体中伸出，通过齿轮传动与飞行器碰撞体相连；转轴[1]的后端安装有轴[13]，它与挡板[15]之间用键[16]联接，均无相对转动；在转轴[1]和轴[13]上分别安装有一组平面涡卷弹簧[9]，每组具有两段弹簧，两段弹簧之间被可动壳体[11]隔开，同一组中的两段弹簧同向安装；前、后两组弹簧也同向安装，并分别由前套筒[3]和后套筒[12]定位；两组平面涡卷弹簧[9]的内端分别固定在转轴[1]和轴[13]上，它们的外缘端通过卡销[8]分别固定在两个可动壳体[11]上；两个可动壳体[11]通过联接体[10]用螺钉联接，并与前套筒[3]和后套筒[12]之间用螺钉固联后与不动壳体[7]通过B轴承[4]安装；前套筒[3]与转轴[1]、后套筒[12]与轴[13]分别通过A轴承[2]安装；前套筒[3]和后套筒[12]内，分别安装有凸轮盘组，包括凸轮盘I[5]和凸轮盘II[6]；转轴[1]、轴[13]上，以及每个凸轮盘上均各有一个凸块；前套筒[3]和后套筒[12]分别与凸轮盘I[5]相连，在凸轮盘I[5]与转轴[1]上凸块之间的轴上、凸轮盘I[5]与轴[13]上凸块之间的轴上各空套了5个凸轮盘II[6]。

2.根据权利要求1所述的一种飞行器对接机构单转轴旋转式双向缓冲装置，其特征在于：所述的转轴[1]上的凸块角度、轴[13]上的凸块角度，以及每个凸轮盘上的凸块角度均为每个15°。

3.根据权利要求1或2所述的一种飞行器对接机构单转轴旋转式双向缓冲装置，其特征在于：所述的可动壳体[11]转动、弹簧的预紧力矩达到规定值状态时，所述的转轴[1]上的凸块与每个凸轮盘上的凸块互相贴合，轴[13]上的凸块与每个凸轮盘上的凸块互相贴合，配钻前套筒[3]和后套筒[12]上的螺孔，用螺钉紧固，实现弹簧的预紧。

4.根据权利要求1所述的一种飞行器对接机构单转轴旋转式双向缓冲装置，其特征在于：所述的平面涡卷弹簧[9]采用高强度Cr-Ni不锈钢冷轧带材，其表面经MoS₂固体涂覆润滑处理。

5.一种飞行器对接机构双转轴旋转式双向缓冲装置；其特征在于，该装置包括：

壳体[24]与飞行器差动器壳体通过轴承安装连接；壳体[24]内圆中心安装有两个左、右对称的转轴[21]，各自安装有一个平面涡卷弹簧[27]，上述两个平面涡卷弹簧[27]的外侧分别安装有一组凸轮盘[28]；转轴[21]的两端通过花键联接安装于飞行器缓冲机构的差动器内；所述的平面涡卷弹簧[27]内端分别固定在左、右对称的转轴[21]上，平面涡卷弹簧[27]的外缘端通过卡销[26]固定在壳体[24]上，左、右对称的两转轴[21]通过隔圈[25]支撑，能相对转动；壳体[24]与凸轮套筒[23]通过螺钉固联，并通过C轴承[22]安装在转轴[21]上；转轴[21]上有一个凸块，凸轮套筒[23]内端面也有一个凸块，在它们之间的转轴[21]上还空套了3个凸轮盘[28]，每个凸轮盘上也各有一个凸块。

6.根据权利要求5所述的一种飞行器对接机构双转轴旋转式双向缓冲装置，其特征在于：所述的转轴[21]上的凸块角度、凸轮套筒[23]内端面上的凸块角度，以及3个凸轮盘[28]上的凸块角度均为每个45°。

7.根据权利要求5或6所述的一种飞行器对接机构双转轴旋转式双向缓冲装置，其特征在于：所述的壳体[24]转动、弹簧的预紧力矩达到规定值状态时，所述的转轴[21]上的凸块、凸轮套筒[23]内端面上的凸块，以及3个凸轮盘[28]上的凸块三者互相嵌合固紧，用螺钉紧固凸轮套筒[23]和壳体[24]，实现弹簧的预紧。

8.根据权利要求5所述的一种飞行器对接机构双转轴旋转式双向缓冲装置，其特征在于：所述的平面涡卷弹簧[27]采用高强度Cr-Ni不锈钢冷轧带材，其表面经MoS₂固体涂覆润滑处理。