一种空间飞行器对开式舱门展收机构

摘要

本发明涉及一种空间飞行器对开式舱门展收机构，用于完成舱门的开闭动作，具有定位和制动功能，属于空间机构技术领域。该展收机构包括舱门隔框、舱门大梁、舱门锁、左舱门、右舱门、舱门防热结构、机体防热结构、机构驱动轴系、舱门铰链和机构连杆组件。所述的机构驱动轴系包括步进电机、减速器、绝对式测角器、测角器固定座、左轴承座、右轴承座、轴承座安装板、测角器联轴节、电机转接轴、支撑轴承和调节环。所述的机构连杆组件包括异型曲柄、连杆、舱门铰链座、关节球轴承、销轴螺钉。本发明的展收机构采用步进电机驱动，传动环节少，传力路线直接，包络空间紧凑，具有较高的动态特性，能可靠的应用于空天飞行器的在轨工作。

说明书

技术领域

本发明涉及一种空间飞行器对开式舱门展收机构，用于完成舱门的开闭动 作，具有定位和制动功能，属于空间机构技术领域。

背景技术

空间飞行器一般会在有效载荷舱内装载一定数量的有效载荷执行预定任 务，要求在太空中打开舱门，释放有效载荷，在机动时关闭舱门，多次可重 复使用。如美国的航天飞机、X-37B等飞行器通过展收机构执行有效舱门的 打开和关闭动作。

舱门的展收机构是实现舱门重复开闭的关键部件，是一种能推动舱门绕 铰链旋转运动并定位的机电装置，要求装置具有极高的可靠性。

发明内容

本发明的目的是为了提出一种空间飞行器对开式舱门展收机构。主要解 决空天飞行器有效载荷舱门的开闭、定位和制动问题，可在轨重复使用，与 舱门锁配合，能完成飞行器在发射、飞行、返回过程中的舱内载荷保护问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种空间飞行器对开式舱门展收机构，该展收机构包括舱门隔 框、舱门大梁、舱门锁、左舱门、右舱门、舱门防热结构、机体防热结构、 机构驱动轴系、舱门铰链和机构连杆组件。

所述的机构驱动轴系包括步进电机、减速器、绝对式测角器、测角器固 定座、左轴承座、右轴承座、轴承座安装板、测角器联轴节、电机转接轴、 支撑轴承和调节环。

所述的机构连杆组件包括异型曲柄、连杆、舱门铰链座、关节球轴承、 销轴螺钉。

所述的舱门大梁、舱门防热结构、机体防热结构、机构驱动轴系、舱门 铰链和机构连杆组件为左右对称结构，在左舱门和右舱门上各安装一套，分 别驱动左舱门和右舱门独立运动。

所述舱门隔框为环形框结构，其中间两侧位置分别连接有舱门大梁，左 舱门和右舱门分别通过舱门铰链连接到各自的舱门大梁上，使舱门可以绕舱 门铰链转动。左舱门和右舱门外层分别固定连接有舱门防热结构，随舱门一 起运动，对左舱门和右舱门进行隔热防护，机体防热结构连接到舱门隔框和 舱门大梁外侧，起到隔热防护功能。

所述舱门锁安装到左舱门和右舱门对接处，当左舱门和右舱门关闭后对 左舱门和右舱门进行拉紧固定，并使左舱门和右舱门内侧边缘紧密搭接到舱 门隔框上形成稳定结构，防止左舱门和右舱门在外力的作用下被打开。

所述的机构驱动轴系、舱门铰链和机构连杆组件为舱门展收机构的核心 部分，是舱门进行开闭运动和位置控制的执行机构。机构驱动轴系通过轴承 座安装板与舱门大梁固定连接，使其固定不动，通过电机转接轴与异型曲柄 固定连接，将其产生的旋转运动传递出去。

所述舱门铰链为合页铰链结构，其固定端连接到舱门大梁上，其转动端 连接到对应的左舱门或右舱门上，使舱门可以绕舱门铰链轴线转动。

所述机构驱动轴系中步进电机连接到减速器，减速器连接到电机转接轴 上，电机转接轴两端安装两个支撑轴承，两个支撑轴承外圈又分别与左轴承 座和右轴承座连接，这种结构使得步进电机产生的旋转运动经过减速器减速 增力后输出给电机转接轴，电机转接轴在支撑轴承的支撑下可以绕轴承轴线 做旋转运动，从而将旋转运动传递到机构连杆组件上。

所述机构驱动轴系中两个调节环分别安装在电机转接轴两端，支撑轴承 内侧，用于对支撑轴承的轴向位置进行调节。

所述机构驱动轴系中绝对式测角器的壳体通过测角器固定座连接到左轴 承座上，对绝对式测角器的位置进行固定。绝对式测角器的输入轴通过测角 器联轴节连接到电机转接轴，使得绝对式测角器的输入轴随电机转接轴一起 转动，从而完成对电机输出角度的测量，再通过机构的几何关系即可确定舱 门的转动位置。

所述机构驱动轴系中左轴承座和右轴承座同时固定到轴承座安装板上， 再将机构驱动轴系整体安装到舱门大梁上。

所述机构连杆组件中连杆两端镶嵌有关节球轴承，分别通过销轴螺钉与 异型曲柄和舱门铰链座连接，形成两个转动铰链副，实现零件间的相对转动。

所述机构连杆组件中舱门铰链座与对应的左舱门或右舱门固定连接，可 以将连杆的运动传递的舱门上，使舱门绕舱门铰链转动，实现舱门的开闭动 作。

所述舱门展收机构系统的工作过程为：步进电机产生旋转运动，经过减速 器减速增力后将运动传递到电机转接轴上，电机转接轴在支撑轴承支撑下绕 其轴线运动，并将旋转运动传递到异型曲柄，再通过异型曲柄、连杆、舱门 铰链座将运动关系传递到舱门上，并迫使相应的左舱门或右舱门绕其对应的 舱门铰链的轴线做开闭运动，从而完成舱门的展收动作。当舱门运动到预定 角度时，步进电机断电，由于步进电机有一定的保持力矩，通过减速器放大 后可成为维持舱门保持固定打开角度的阻力矩，当舱门所受外力小于该阻力 矩时，舱门不会随意发生转动。舱门处于关闭状态时，由舱门锁产生的锁紧 动作，将左舱门和右舱门拉靠到一起并锁紧。与步进电机同轴安装的绝对式 测角器是机构的位置反馈传感器，通过该测角器对步进电机进行转动角度测 量，再通过机构尺寸关系换算即可获得舱门的运动角度，从而完成对舱门运 动的闭环控制。

有益效果

本发明的展收机构采用步进电机驱动，传动环节少，传力路线直接，包络 空间紧凑，具有较高的动态特性，能可靠的应用于空天飞行器的在轨工作。

附图说明

图1为本发明的展收机构中舱门关闭时的结构示意图；

图2为本发明的展收机构中舱门打开时的结构示意图；

图3为本发明的展收机构部分结构示意图；

图4为本发明的展收机构中机构连杆组件的结构示意图；

图5为本发明的展收机构中机构驱动轴系的立体图；

图6为本发明的展收机构中机构驱动轴系的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例

如图1和图2所示，一种空间飞行器对开式舱门展收机构，包括舱门隔 框1、舱门大梁2、舱门锁3、左舱门4、右舱门5、舱门防热结构601、机体 防热结构602、机构驱动轴系7、舱门铰链8和机构连杆组件9。

如图5和图6所示，所述的机构驱动轴系7包括步进电机701、减速器 702、绝对式测角器703、测角器固定座704、左轴承座705、右轴承座706、 轴承座安装板707、测角器联轴节708、电机转接轴709、支撑轴承710和调 节环711。

如图3和图4所示，所述的机构连杆组件9包括异型曲柄901、连杆902、 舱门铰链座903、关节球轴承904、销轴螺钉905。

所述的舱门大梁2、舱门防热结构601、机体防热结构602、机构驱动轴 系7、舱门铰链8和机构连杆组件9为左右对称结构，在左舱门4和右舱门5 上各安装一套，分别驱动左舱门4和右舱门5独立运动。

所述舱门隔框1为环形框结构，其中间两侧位置分别连接有舱门大梁2， 左舱门4和右舱门5分别通过舱门铰链8连接到各自的舱门大梁2上，使舱 门可以绕舱门铰链8转动。左舱门4和右舱门5外层分别固定连接有舱门防 热结构601，随舱门一起运动，对左舱门4和右舱门5进行隔热防护，机体 防热结构602连接到舱门隔框1和舱门大梁2外侧，起到隔热防护功能。

所述舱门锁3安装到左舱门4和右舱门5对接处，当左舱门4和右舱门5 关闭后对左舱门4和右舱门5进行拉紧固定，并使左舱门4和右舱门5内侧 边缘紧密搭接到舱门隔框1上形成稳定结构，防止左舱门4和右舱门5在外 力的作用下被打开。

所述的机构驱动轴系7、舱门铰链8和机构连杆组件9为舱门展收机构的 核心部分，是舱门进行开闭运动和位置控制的执行机构。机构驱动轴系7通 过轴承座安装板707与舱门大梁2固定连接，使其固定不动，通过电机转接 轴709与异型曲柄901固定连接，将其产生的旋转运动传递出去。

所述舱门铰链8为合页铰链结构，其固定端连接到舱门大梁2上，其转 动端连接到对应的左舱门4或右舱门5上，使舱门可以绕舱门铰链轴线转动。

所述机构驱动轴系7中步进电机701连接到减速器702，减速器702连接 到电机转接轴709上，电机转接轴709两端安装两个支撑轴承710，两个支 撑轴承710外圈又分别与左轴承座705和右轴承座706连接，这种结构使得 步进电机701产生的旋转运动经过减速器702减速增力后输出给电机转接轴 709，电机转接轴709在支撑轴承710的支撑下可以绕轴承轴线做旋转运动， 从而将旋转运动传递到机构连杆组件9上。

所述机构驱动轴系7中两个调节环711分别安装在电机转接轴709两端， 支撑轴承710内侧，用于对支撑轴承710的轴向位置进行调节。

所述机构驱动轴系7中绝对式测角器703的壳体通过测角器固定座704 连接到左轴承座705上，对绝对式测角器703的位置进行固定。绝对式测角 器703的输入轴通过测角器联轴节708连接到电机转接轴709，使得绝对式 测角器703的输入轴随电机转接轴709一起转动，从而完成对电机输出角度 的测量，再通过机构的几何关系即可确定舱门的转动位置。

所述机构驱动轴系7中左轴承座705和右轴承座706同时固定到轴承座 安装板707上，再将机构驱动轴系7整体安装到舱门大梁2上。

所述机构连杆组件9中连杆902两端镶嵌有关节球轴承904，分别通过销 轴螺钉905与异型曲柄901和舱门铰链座903连接，形成两个转动铰链副， 实现零件间的相对转动。

所述机构连杆组件9中舱门铰链座903与对应的左舱门4或右舱门5固 定连接，可以将连杆的运动传递的舱门上，使舱门绕舱门铰链8转动，实现 舱门的开闭动作。

图1与图2为本发明所述舱门展收机构的工作状态示意图。图1为舱门 处于关闭状态示意图，图2为在机构作用下，舱门被打开状态的示意图。

本发明所述舱门展收机构系统的工作过程为步进电机701产生旋转运动， 经过减速器702减速增力后将运动传递到电机转接轴709上，电机转接轴709 在支撑轴承710支撑下绕其轴线运动，并将旋转运动传递到异型曲柄901， 再通过异型曲柄901、连杆902、舱门铰链座903将运动关系传递到舱门上， 并迫使相应的左舱门4或右舱门5绕其对应的舱门铰链8的轴线做开闭运动， 从而完成舱门的展收动作。当舱门运动到预定角度时，步进电机701断电， 由于步进电机有一定的保持力矩，通过减速器702放大后可成为维持舱门保 持固定打开角度的阻力矩，当舱门所受外力小于该阻力矩时，舱门不会随意 发生转动。舱门处于关闭状态时，由舱门锁3产生的锁紧动作，将左舱门4 和右舱门5拉靠到一起并锁紧。与步进电机701同轴安装的绝对式测角器703 是机构的位置反馈传感器，通过该测角器对步进电机701进行转动角度测量， 再通过机构尺寸关系换算即可获得舱门的运动角度，从而完成对舱门运动的 闭环控制。