專利名稱：磁懸浮飛輪齒輪鎖緊機構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于航天器技術領域，特別涉及一種適用于磁懸浮飛輪的齒輪鎖緊機構。
背景技術：
慣性執(zhí)行機構是各類衛(wèi)星、空間站等航天器平臺進行姿態(tài)控制所普遍采用的核心執(zhí)行機構，磁懸浮飛輪即是其中重要的一類。航天器變軌時，為防止飛輪的轉子對航天器系統(tǒng)進行干擾，需對轉子進行鎖緊，入軌工作時，還需解除原有的鎖緊狀態(tài)。鎖緊機構是磁懸浮飛輪中的關鍵技術，對可靠性、體積、重量、功耗等都有嚴格要求。要實現(xiàn)鎖緊機構的鎖緊和解鎖運動，最直觀的辦法是采用記憶合金。但記憶合金需要通以大電流、功耗特別大，而且使用壽命短，安全系數低，不能滿足高可靠、低功耗、重復鎖緊、解鎖的設計要求。1986年2月法國發(fā)射的“SP0T4”衛(wèi)星所采用的氣動鎖緊機構，依靠鋼絲繩勒緊碳纖維壓縮氣囊將飛輪抱緊，通過火工品斬斷鋼絲繩實現(xiàn)解鎖功能。這種方案的優(yōu)點是結構簡單可靠，缺點是由于鋼絲繩是柔性件，在拉升過程中會發(fā)生塑性變形，解鎖過程中由于鋼絲繩產生變形難以回彈，容易發(fā)生無法解鎖的危險。同時，氣囊結構在真空環(huán)境中工作，壓縮、膨脹過程很難控制，安全系數低。而且只能使用一次，不能重復使用，采用火攻品強制解鎖，一旦爆炸解鎖，就會產生大量的多余物，影響航天器的安全，這對于磁懸浮飛輪是絕對不能允許的。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術不足，提供一種高可靠、輕質量、低功耗、可重復鎖緊的齒輪傳動、鎖緊機構。本發(fā)明的技術方案是，磁懸浮飛輪齒輪鎖緊機構，包括電機驅動裝置、右連桿、右主動鎖緊齒輪、蓋板、4個小齒輪、4個從動鎖緊齒輪、左主動鎖緊齒輪、底座和左連桿；底座上有10個支撐座，右主動鎖緊齒輪、4個小齒輪、4個從動鎖緊齒輪和左主動鎖緊齒輪安裝在底座的支撐座上；右主動鎖緊齒輪、左主動鎖緊齒輪以及4個從動鎖緊齒輪上設有凸緣，用于與飛輪轉子內側輪緣的鎖緊槽相配合；蓋板緊固在底座上，蓋板上開有月牙形凹槽，對各鎖緊齒輪起限位作用；右連桿通過定位螺釘分別與右主動鎖緊齒輪和電機驅動裝置連接；左連桿通過定位螺釘分別與左主動鎖緊齒輪和電機驅動裝置連接。所述電機驅動裝置包括絲杠、右滑塊、左滑塊、絲杠齒輪、軸齒輪、電機齒輪、鎖緊微動開關、解鎖微動開關、電機和機座；所述絲杠采用兩段式T型螺紋，左右兩端分別為左旋螺紋和右旋螺紋；左滑塊、右滑塊的內孔螺紋分別和絲杠左旋螺紋、右旋螺紋配合；電機通過由電機齒輪、軸齒輪和絲杠齒輪組成的三級減速機構，帶動絲杠旋轉。所述電機齒輪、軸齒輪和絲杠齒輪組成的三級減速裝置，其電機減速比為I 200。所述右主動鎖緊齒輪、4個從動鎖緊齒輪和左主動鎖緊齒輪采用不銹鋼材料。
所述右主動鎖緊齒輪、左主動鎖緊齒輪以及4個從動鎖緊齒輪上的凸緣進行了硫化處理。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于(I)本發(fā)明采用電機驅動的齒輪傳動、鎖緊機構設計，能保證恒定傳動比、適用于重載荷傳動、結構緊湊，軸向尺寸較小，質量輕，效率高達90%以上，滿足系統(tǒng)設計要求。(2)本發(fā)明采用單電機鎖緊結構，避免了因為加工、裝配形成的誤差累積而造成個別鎖緊齒輪無法鎖緊的問題。(3)本發(fā)明的鎖緊機構采用了絲杠、滑塊內孔T型螺紋配合結構，在鎖緊、解鎖過程中，滑塊都能實現(xiàn)自鎖，和采用彈片抱緊飛輪、利用彈力回彈實現(xiàn)鎖緊、解鎖相比，提高了安全系數。(4)本發(fā)明各鎖緊齒輪的凸緣采用硫化處理，包覆了一層硫化橡膠，這樣處理后，一方面可以在飛輪受沖擊振動過程中吸收一部份能量，另一方面可以增加鎖緊齒輪凸緣和凹槽嚙合時的預載荷，增加飛輪鎖緊狀態(tài)的安全系數。(5)本發(fā)明的鎖緊齒輪采用不銹鋼(lCrl8Ni9Ti)，滿足了飛輪帶磁環(huán)境設計的要求，鎖緊齒輪經優(yōu)化后，厚度只有8_，質量比較輕，滿足設計要求。


圖1為本發(fā)明的結構示意圖；圖2為本發(fā)明電機驅動裝置結構示意圖；圖3為本發(fā)明的工作流程框圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明做進一步說明。如圖1所示，磁懸浮飛輪齒輪鎖緊機構，包括電機驅動裝置1、右連桿2、右主動鎖緊齒輪3、蓋板4、4個小齒輪5、4個從動鎖緊齒輪6、左主動鎖緊齒輪7、底座8、左連桿9和4個定位螺釘10。底座8上有10個支撐座，右主動鎖緊齒輪3、4個小齒輪5、4個從動鎖緊齒輪6和左主動鎖緊齒輪7安裝在支撐座上。各個齒輪的內孔和各支撐座的外圓采用間隙配合，保證各齒輪在支撐座10上能夠自由轉動。右主動鎖緊齒輪3、左主動鎖緊齒輪7以及4個從動鎖緊齒輪6上設有凸緣，用于與轉子內側輪緣的鎖緊槽相配合，各齒面上安裝定位銷釘。各鎖緊齒輪和小齒輪安裝完畢后，將蓋板4通過螺釘緊固在底座8上，蓋板4上有月牙形凹槽，對各鎖緊齒輪上的定位銷釘起限位作用。右主動鎖緊齒輪3、4個從動鎖緊齒輪6和左主動鎖緊齒輪7采用不銹鋼材料，本實施例中為lCrl8Ni9Ti。滿足了飛輪帶磁環(huán)境設計的要求，鎖緊齒輪經優(yōu)化后，厚度只有8mm,質量比較輕,滿足設計要求。如圖2所示，所述電機驅動裝置I包括絲杠1-1、右滑塊1-2、左滑塊1-3、絲杠齒輪1-4、軸齒輪1-5、電機齒輪1-6、鎖緊微動開關1-7、解鎖微動開關1-8、電機1-9和機座1-10 ;絲杠1-1的外螺紋和右滑塊1-2、左滑塊1-3上螺紋的內孔配合。本發(fā)明電機驅動裝置I可以滿足轉子房內部空間尺寸小、系統(tǒng)低功耗的設計要求。右連桿2通過定位螺釘10分別和右主動鎖緊齒輪3和電機驅動裝置I中的左滑塊1-3相連接；左連桿9通過定位螺釘10分別和左主動鎖緊齒輪7和電機驅動裝置I中的右滑塊1-2相連接。定位螺釘10 —方面起連接作用，另一方面可以保證右連桿2、左連桿9、左主動鎖緊齒輪7和右主動鎖緊齒輪3自由轉動。本發(fā)明的絲杠1-1采用兩段式T型螺紋，左右兩端分別為左旋螺紋和右旋螺紋，左滑塊1-3、右滑塊1-2的內孔螺紋分別和絲杠左旋螺紋、右旋螺紋配合。在工作過程中，電機1-9通過由電機齒輪1-6、軸齒輪1-5、絲杠齒輪1-4組成的三級減速機構，帶動絲杠1-1旋轉，左滑塊1-3、右滑塊1-2將絲杠1-1的圓周運動轉化為直線運動。由于絲杠1-1采用的是T型螺紋，電機停止運動時能夠保證滑塊自鎖，采用這種設計，滿足系統(tǒng)停止工作時能夠自鎖的設計要求。考慮到一般電機輸出轉速大，扭矩小的特點，因此需設計齒輪減速機構以降低轉速，從而實現(xiàn)增加傳動扭矩的目的。本發(fā)明由電機齒輪1-6、軸齒輪1-5、絲杠齒輪1-4組成的三級減速裝置，電機減速比為1: 200，經計算，輸出轉矩為INm時，電機功耗僅為三十瓦，由于功耗小，所選配電機尺寸較小，解決了系統(tǒng)空間尺寸有限，使得電機驅動裝置I布局困難的問題，滿足系統(tǒng)低功耗、高扭矩輸出的設計要求。本發(fā)明對各鎖緊齒輪凸緣進行了硫化處理，即在鎖緊齒輪凸緣上包覆一層橡膠。這樣處理后，一方面可以在鎖緊狀態(tài)轉子受沖擊振動過程中吸收一部份能量，另一方面可以增加轉子輪緣和凹槽嚙合時的預載荷，增加轉子鎖緊的安全系數。在所述蓋板4上設計月牙槽，其作用一方面保證機構在鎖緊前6個鎖緊齒輪凸緣呈圓周分布，各鎖緊齒輪鎖緊力均化；另一方面在解鎖過程中避免鎖緊齒輪回轉和轉子軸相碰撞，起到限位的作用。該機構設計簡單，無任何附加結構。本發(fā)明工作前，需要進行調零，具體步驟為啟動電機1-9，使電機1-9反轉(規(guī)定使齒輪實現(xiàn)鎖緊運動的電機轉向為正向)，通過電機齒輪1-6、軸齒輪1-5、絲杠齒輪1-4組成的三級減速裝置驅動絲杠1-1轉動，使右滑塊1-2、左滑塊1-3向內側滑動，拖動右連桿
2、左連桿9，從而帶動右主動鎖緊齒輪3、左主動鎖緊齒輪7轉動，通過小齒輪5，將轉動傳遞給4個從動鎖緊齒輪6，滑塊1-2觸動解鎖微動開關1-8，電機停止運動，實現(xiàn)“調零”。如圖3所示，本發(fā)明的工作過程分為四步，主要步驟如下(I)鎖緊過程接通電源，電機1-9通過由電機齒輪1-6、軸齒輪1-5、絲杠齒輪1-4組成的三級減速機構，帶動絲杠1-1旋轉，絲杠1-1上的左滑塊1-3、右滑塊1-2沿絲杠1-1軸向向中間位置移動，左滑塊1-3、右滑塊1-2牽動左連桿9、右連桿2，并分別帶動右主動鎖緊齒輪1-3、左主動鎖緊齒輪1-7轉動，通過4個小齒輪5傳動，帶動其余各從動鎖緊齒輪6轉動，各鎖緊齒輪凸緣和轉子輪緣內側凹槽做嚙合運動。(2)保持鎖緊狀態(tài)電機1-9繼續(xù)工作，左滑塊1-3、右滑塊1-2沿絲杠1_1軸向繼續(xù)向中間位置移動，右滑塊1-2觸動鎖緊微動開關1-7，電機1-9停止，此時各鎖緊齒輪凸緣和轉子凹槽相嚙合，依靠絲杠1-1和滑塊1-2、1-3的自鎖保持各鎖緊齒輪和轉子的鎖緊狀態(tài)。(3)解鎖過程反向驅動電機1-9，電機1-9通過由電機齒輪1-6、軸齒輪1_5、絲杠齒輪1-組成的三級減速機構，帶動絲杠1-1反向旋轉，右滑塊1-2、左滑塊1-3沿絲杠1-1軸向方向向兩側做分離運動，右滑塊1-2、左滑塊1-3分別牽動左連桿9、右連桿2，左連桿
9、右連桿2分別帶動左主動鎖緊齒輪1-7、右主動鎖緊齒輪1-3轉動，通過4個小齒輪5傳動，帶動4個從動鎖緊齒輪6轉動，各鎖緊齒輪凸緣和轉子輪緣內側凹槽做分離運動。(4)保持解鎖狀態(tài)電機1-9繼續(xù)工作，左滑塊1-3、右滑塊1-2沿絲杠1_1軸向繼續(xù)向中間位置移動，右滑塊1-2觸動解鎖微動開關1-8，電機1-停止9，依靠絲杠1-1和滑塊1-2、1-3的自鎖保持各鎖緊齒輪和轉子的解鎖狀態(tài)。經測試，本發(fā)明的鎖緊機構能保證恒定傳動比、適用于重載荷傳動、結構緊湊，軸向尺寸較小，質量輕，效率高達90%以上，滿足系統(tǒng)設計要求。以上內容是結合具體的優(yōu)選實施案例對本發(fā)明所作的詳細說明，不能認定本發(fā)明具體實施僅限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術領域的技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，對本發(fā)明的各組成部件、位置關系及連接方式在不改變其功能的情況下，進行的等效變換或替代，也落入本發(fā)明的保護范圍。本發(fā)明說明書中未詳細描述的內容屬本領域技術人員的公知技術。
權利要求
1.磁懸浮飛輪齒輪鎖緊機構，其特征在于包括電機驅動裝置(I)、右連桿(2)、右主動鎖緊齒輪(3)、蓋板(4)、4個小齒輪(5)、4個從動鎖緊齒輪￠)、左主動鎖緊齒輪(7)、底座(8)和左連桿(9);底座⑶上有10個支撐座，右主動鎖緊齒輪(3)、4個小齒輪(5)、4個從動鎖緊齒輪(6)和左主動鎖緊齒輪(7)安裝在底座(8)的支撐座上；右主動鎖緊齒輪(3)、左主動鎖緊齒輪(7)以及4個從動鎖緊齒輪(6)上設有凸緣，用于與飛輪轉子內側輪緣的鎖緊槽相配合；蓋板(4)緊固在底座(8)上，蓋板(4)上開有月牙形凹槽，對各鎖緊齒輪起限位作用；右連桿(2)通過定位螺釘(10)分別與右主動鎖緊齒輪(3)和電機驅動裝置(I)連接；左連桿(9)通過定位螺釘(10)分別與左主動鎖緊齒輪(7)和電機驅動裝置(I)連接。
2.根據權利要求1的磁懸浮飛輪齒輪鎖緊機構，其特征在于所述電機驅動裝置(I)包括絲杠(1-1)、右滑塊(1-2)、左滑塊(1-3)、絲杠齒輪(1-4)、軸齒輪(1-5)、電機齒輪(1-6)、鎖緊微動開關(1-7)、解鎖微動開關(1-8)、電機(1-9)和機座(1-10);所述絲杠(1-1)采用兩段式T型螺紋，左右兩端分別為左旋螺紋和右旋螺紋；左滑塊(1-3)、右滑塊(1-2)的內孔螺紋分別和絲杠左旋螺紋、右旋螺紋配合；電機(1-9)通過由電機齒輪(1-6)、軸齒輪(1-5)和絲杠齒輪(1-4)組成的三級減速機構，帶動絲杠(1-1)旋轉。
3.根據權利要求2的磁懸浮飛輪齒輪鎖緊機構，其特征在于所述電機齒輪(1-6)、軸齒輪(1-5)和絲杠齒輪(1-4)組成的三級減速裝置，其電機減速比為1: 200。
4.根據權利要求1的磁懸浮飛輪齒輪鎖緊機構，其特征在于所述右主動鎖緊齒輪(3)、4個從動鎖緊齒輪(6)和左主動鎖緊齒輪(7)采用不銹鋼材料。
5.根據權利要求1的磁懸浮飛輪齒輪鎖緊機構，其特征在于所述右主動鎖緊齒輪(3)、左主動鎖緊齒輪(7)以及4個從動鎖緊齒輪(6)上的凸緣進行了硫化處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種磁懸浮飛輪齒輪鎖緊機構，包括電機驅動裝置(1)、右連桿(2)、右主動鎖緊齒輪(3)、蓋板(4)、4個小齒輪(5)、4個從動鎖緊齒輪(6)、左主動鎖緊齒輪(7)、底座(8)和左連桿(9)。本發(fā)明采用電機驅動的齒輪傳動、鎖緊機構設計，能保證恒定傳動比、適用于重載荷傳動、結構緊湊，軸向尺寸較小，質量輕，效率高達90％以上，滿足系統(tǒng)設計要求。同時，本發(fā)明采用單電機鎖緊結構，避免了因為加工、裝配形成的誤差累積而造成個別鎖緊齒輪無法鎖緊的問題。
文檔編號H02K7/116GK103029850SQ20121054420
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月11日 優(yōu)先權日2012年12月11日
發(fā)明者楊國倉, 萬玉民, 付紅偉 申請人:北京興華機械廠