一种推力矢量调节机构锁定与展开装置.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103963999 A (43)申请公布日 2014.08.06 CN 103963999 A (21)申请号 201410139356.3 (22)申请日 2014.04.08 B64G 1/40(2006.01) (71)申请人 北京控制工程研究所 地址 100080 北京市海淀区北京 2729 信箱 (72)发明人 孙静 李晓辉 王斌 张强 刘继奎 高益军 王友平 于国庆 国锋 (74)专利代理机构 中国航天科技专利中心 11009 代理人 安丽 (54) 发明名称 一种推力矢量调节机构锁定与展开装置 (57) 摘要 本发明一种推力矢量调节机构锁定与展开装 置，。

2、 实现了矢量调节机构的轻质化的连接、 解锁以 及展开锁定功能， 本装置连接锁定功能可有效的 解决卫星发射过程中力学冲击对运动部件的影 响， 用于提高矢量调节机构发射时的力学性能， 本 装置的解锁展开功能用于提供入轨后矢量调节机 构的解锁展开， 保证入轨后的有效解锁和不干涉 矢量调节机构正常的运动功能和运动范围， 这种 锁定与展开装置已经应用于矢量调节机构压紧和 其他空间机构的压紧设计中。本发明提高矢量调 节机构发射时的力学性能， 解锁展开功能用于提 供入轨后矢量调节机构的解锁展开， 保证入轨后 的有效解锁和不干涉矢量调节机构正常的运动功 能和运动范围。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 。

3、页 说明书 3 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图4页 (10)申请公布号 CN 103963999 A CN 103963999 A 1/1 页 2 1. 一种推力矢量调节机构锁定与展开装置， 其特征在于包括 ： 压紧连接架 （1） 、 火工解 锁器 （2） 、 压紧支架 （3） 、 弹簧压块 （4） 、 支架轴承座 （5） 、 压紧轴承外端盖 （6） 、 压紧轴 （7） 、 压紧轴承锁紧圈 （8） 、 轴承 （9） 、 压紧轴承内端盖 （10） 、 扭转弹簧 （11） 、 锁紧座 （12） 、 压缩弹 簧 （13）。

4、 、 压缩弹簧端盖 （14） 和锁紧柱 （15） ； 矢量调节机构锁定与展开装置分为三种工作状态 ： 连接锁定状态、 展开解锁状态和到 位锁定状态 ： 连接锁定状态 ： 压紧连接架 （1） 的一端与矢量调节机构的活动板连接， 火工解锁器 （2） 通过螺母螺杆连接将压紧连接架 （1） 的另一端和压紧支架 （3） 的一端连接在一起， 在压紧 连接架 （1） 和压紧支架 （3） 之间有两个抗剪切的球面配合用于防止压紧连接架 （1） 和压紧 支架 （3） 之间产生剪切方向的错位， 压紧支架 （3） 另一端的脚部两侧分别安装在两压紧轴 （7） 上， 轴承 （9） 将压紧轴 （7） 支撑在支架轴承座 （5。

5、） 上， 支架轴承座 （5） 固定在矢量调节机 构的固定板上， 轴承 （9） 的轴向位置由压紧轴承锁紧圈 （8） 锁紧， 压紧轴承外端盖 （6） 和压 紧轴承内端盖 （10） 安装在支架轴承座 （5） 上用来保护轴承 （9） ， 扭转弹簧 （11） 的轴线穿在 压紧轴 （7） 上， 扭转弹簧 （11） 的一端通过弹簧压块 （4） 固定在压紧支架 （3） 上， 另一端固定 在支架轴承座 （5） 上， 通过给扭转弹簧 （11） 施加预紧力矩使其处于压紧状态， 锁紧座 （12） 安装在压紧支架 （3） 上， 压缩弹簧 （13） 、 压缩弹簧端盖 （14） 和锁紧柱 （15） 位于锁紧座 （12） 内。

6、， 锁紧柱 （15） 的一端为球面柱头， 另一端为细长导杆， 压缩弹簧 （13） 的轴线穿在锁紧柱 （15） 的导杆上， 并通过锁紧柱 （15） 和压缩弹簧端盖 （14） 的作用使压缩弹簧 （13） 处于预紧 力压紧状态 ； 锁紧柱 （15） 的球面柱头在压缩弹簧 （13） 的预紧力作用下与支架轴承座 （5） 的 端面相切 ； 展开解锁状态 ： 火工解锁器 （2） 点火解锁后， 压紧连接架 （1） 与火工解锁器 （2） 的螺母 螺杆组件部分跟随矢量调节机构的活动板保持不动 ； 压紧支架 （3） 在火工解锁器 （2） 点火 解锁后产生的后座力和扭转弹簧 （11） 的预紧力矩同时作用下绕压紧轴 （。

7、7） 的轴线旋转， 并 与压紧连接架 （1） 分离， 同时火工解锁器 （2） 与压紧支架 （3） 连接的部分跟随压紧支架 （3） 旋转 ； 锁紧柱 （15） 、 压缩弹簧 （13） 、 压缩弹簧端盖 （14） 和锁紧座 （12） 随压紧支架 （3） 旋转 ； 与支架轴承座 （5） 相切的锁紧柱 （15） 的球面柱头在压缩弹簧 （13） 的预紧力作用下在支架 轴承座 （5） 的端面上滑动 ； 到位锁定状态 ： 锁紧柱 （15） 的球面柱头在支架轴承座 （5） 的端面上滑动到支架轴承座 （5） 的锁定孔位置处， 锁紧柱 （15） 在压缩弹簧 （13） 预紧推力的作用下， 其柱头陷入支架轴 承座 （。

8、5） 的锁定孔中， 扭转弹簧 （11） 的预紧力矩仍然对压紧支架 （3） 起压紧作用， 锁定孔对 锁紧柱 （15） 起限制作用， 从而使压紧支架 （3） 停止运动， 装置旋转动作被锁定。 2. 根据权利要求 1 所述的一种推力矢量调节机构锁定与展开装置， 其特征在于 ： 所述 支架轴承座 （5） 的锁定孔为锥面孔。 权 利 要 求 书 CN 103963999 A 2 1/3 页 3 一种推力矢量调节机构锁定与展开装置 技术领域 0001 本发明涉及一种推力矢量调节机构锁定与展开装置， 属于航天器结构和机构技术 领域。 背景技术 0002 航天领域中电推进系统所使用的矢量调节机构需要在卫星发射。

9、阶段对整个机构 以及推力器起支撑固定的作用， 保证机构经受得住卫星发射阶段的极其恶劣的力学环境 ； 此外， 在卫星入轨后对机构进行解锁展开， 释放对机构的束缚， 使机构能够正常开展工作， 这就需要一种可实现锁定展开的高刚度的装置完成电推进系统的任务 ； 同时， 由于航天器 对重量的苛刻要求， 锁定展开装置还需具备超轻质量的特点。 发明内容 0003 本发明的技术解决问题是 ： 克服现有技术的不足， 提供了一种推力矢量调节机构 锁定与展开装置， 可有效的解决发射过程中力学冲击对运动部件的影响， 用于提高矢量调 节机构发射时的力学性能， 解锁展开功能用于提供入轨后矢量调节机构的解锁展开， 保证 入。

10、轨后的有效解锁和不干涉矢量调节机构正常的运动功能和运动范围。 0004 本发明的技术解决方案是 ： 0005 一种推力矢量调节机构锁定与展开装置包括 ： 压紧连接架、 火工解锁器、 压紧支 架、 弹簧压块、 支架轴承座、 压紧轴承外端盖、 压紧轴、 压紧轴承锁紧圈、 轴承、 压紧轴承内端 盖、 扭转弹簧、 锁紧座、 压缩弹簧、 压缩弹簧端盖和锁紧柱 ； 0006 矢量调节机构锁定与展开装置分为三种工作状态 ： 连接锁定状态、 展开解锁状态 和到位锁定状态 ： 0007 连接锁定状态 ： 压紧连接架的一端与矢量调节机构的活动板连接， 火工解锁器通 过螺母螺杆连接将压紧连接架的另一端和压紧支架的一。

11、端连接在一起， 在压紧连接架和压 紧支架之间有两个抗剪切的球面配合用于防止压紧连接架和压紧支架之间产生剪切方向 的错位， 压紧支架另一端的脚部两侧分别安装在两压紧轴上， 轴承将压紧轴支撑在支架轴 承座上， 支架轴承座固定在矢量调节机构的固定板上， 轴承的轴向位置由压紧轴承锁紧圈 锁紧， 压紧轴承外端盖和压紧轴承内端盖安装在支架轴承座上用来保护轴承， 扭转弹簧的 轴线穿在压紧轴上， 扭转弹簧的一端通过弹簧压块固定在压紧支架上， 另一端固定在支架 轴承座上， 通过给扭转弹簧施加预紧力矩使其处于压紧状态， 锁紧座安装在压紧支架上， 压 缩弹簧、 压缩弹簧端盖和锁紧柱位于锁紧座内， 锁紧柱的一端为球面。

12、柱头， 另一端为细长导 杆， 压缩弹簧的轴线穿在锁紧柱的导杆上， 并通过锁紧柱和压缩弹簧端盖的作用使压缩弹 簧处于预紧力压紧状态 ； 锁紧柱的球面柱头在压缩弹簧的预紧力作用下与支架轴承座的端 面相切 ； 0008 展开解锁状态 ： 火工解锁器点火解锁后， 压紧连接架与火工解锁器的螺母螺杆组 件部分跟随矢量调节机构的活动板保持不动 ； 压紧支架在火工解锁器点火解锁后产生的后 说 明 书 CN 103963999 A 3 2/3 页 4 座力和扭转弹簧的预紧力矩同时作用下绕压紧轴的轴线旋转， 并与压紧连接架分离， 同时 火工解锁器与压紧支架连接的部分跟随压紧支架旋转 ； 锁紧柱、 压缩弹簧、 压缩。

13、弹簧端盖和 锁紧座随压紧支架旋转 ； 与支架轴承座相切的锁紧柱的球面柱头在压缩弹簧的预紧力作用 下在支架轴承座的端面上滑动 ； 0009 到位锁定状态 ： 锁紧柱的球面柱头在支架轴承座的端面上滑动到支架轴承座的锁 定孔位置处， 锁紧柱在压缩弹簧预紧推力的作用下， 其柱头陷入支架轴承座的锁定孔中， 扭 转弹簧的预紧力矩仍然对压紧支架起压紧作用， 锁定孔对锁紧柱起限制作用， 从而使压紧 支架停止运动， 装置旋转动作被锁定。 0010 所述压紧支架的脚部设计了过锁定位置的卡死保护功能， 当出现锁紧柱的柱头没 有陷入支架轴承座锁定孔的情况， 也即到位锁定功能失效时， 压紧支架在扭转弹簧的预紧 力矩作用。

14、下继续旋转， 直到其脚部卡死在矢量调节机构固定板上， 整个装置停止运动， 此时 的锁定任务仍然完成。 0011 所述锁紧柱的一端设计为球面柱头， 支架轴承座的锁定孔设计为锥面， 可保证锁 定与展开装置到位锁定时， 锁紧柱的球面柱头可顺利进入支架轴承座的锁定孔中。 0012 所述支架轴承座的锁定孔为锥面孔。 0013 本发明与现有技术相比的有益效果是 ： 0014 （1） 本发明一种推力矢量调节机构锁定与展开装置实现了机构的轻质化的连接、 解锁以及展开锁定功能， 这种锁定与展开装置可以应用于空间或地面指向调节类机构的压 紧和解锁， 这种装置已经应用于离子推力器矢量调节机构中。 0015 （2） 。

15、本发明一种推力矢量调节机构锁定与展开装置其连接锁定功能可有效的解决 力学冲击对运动部件的影响， 用于提高机构的力学性能。 0016 （3） 本发明一种推力矢量调节机构锁定与展开装置其解锁展开功能用于提供机构 的解锁展开， 保证有效解锁和不干涉机构正常的运动功能和运动范围。 附图说明 0017 图 1 为本发明三维示意图 ； 0018 图 2 为本发明结构示意图 ； 0019 图 3 为本发明展开解锁状态及抗剪切球面配合示意图 ； 0020 图 4 为本发明锁定与展开装置锁定柱三维示意图 ； 0021 图 5 为本发明到位锁定原理示意图 ； 0022 图 6 为本发明支架轴承座三维示意图。 具体。

16、实施方式 0023 下面结合附图进一步说明本发明的结构组成和工作原理 0024 如图 1、 2 所示， 本发明一种推力矢量调节机构锁定与展开装置包括 ： 压紧连接架 1、 火工解锁器 2、 压紧支架 3、 弹簧压块 4、 支架轴承座 5、 压紧轴承外端盖 6、 压紧轴 7、 压紧 轴承锁紧圈 8、 轴承 9、 压紧轴承内端盖 10、 扭转弹簧 11、 锁紧座 12、 压缩弹簧 13、 压缩弹簧 端盖 14 和锁紧柱 15 ； 0025 矢量调节机构锁定与展开装置分为三种工作状态 ： 连接锁定状态、 展开解锁状态 说 明 书 CN 103963999 A 4 3/3 页 5 和到位锁定状态 ； 。

17、0026 连接锁定状态如图 1、 2 所示 ： 压紧连接架 1 的一端与矢量调节机构的活动板连接 活动板为矢量调节机构中需要随控制进行指向的部件， 可以为任何形式的活动部件， 火工 解锁器 2 通过螺母螺杆连接将压紧连接架 1 的另一端和压紧支架 3 的一端连接在一起， 如 图 3 所示， 在压紧连接架 1 和压紧支架 3 之间有两个抗剪切的球面配合， 防止压紧连接架 1 和压紧支架 3 之间产生剪切方向的错位， 压紧支架 3 另一端的脚部两侧分别安装在两压紧 轴 7 上， 轴承 9 将压紧轴 7 支撑在支架轴承座 5 上， 支架轴承座 5 固定在矢量调节机构的固 定板上固定板为矢量调节机构中。

18、固定不动的部件， 可以为任何形式的固定部件， 一般为一 个底板， 轴承 9 的轴向位置由压紧轴承锁紧圈 8 锁紧， 压紧轴承外端盖 6 和压紧轴承内端盖 10 安装在支架轴承座 5 上用来保护轴承 9， 扭转弹簧 11 的轴线穿在压紧轴 7 上， 扭转弹簧 11的一端通过弹簧压块4固定在压紧支架3上， 另一端固定在支架轴承座5上， 通过给扭转 弹簧 11 施加预紧力矩使其处于压紧状态， 锁紧座 12 安装在压紧支架 3 上， 压缩弹簧 13、 压 缩弹簧端盖 14 和锁紧柱 15 位于锁紧座 12 内， 如图 4 所示， 锁紧柱 15 的一端为球面柱头， 另一端为细长导杆， 压缩弹簧 13 的。

19、轴线穿在锁紧柱 15 的导杆上， 并通过锁紧柱 15 和压缩 弹簧端盖14的作用使压缩弹簧13处于预紧力压紧状态 ； 锁紧柱15的球面柱头在压缩弹簧 13 的预紧力作用下与支架轴承座 5 的端面相切 ； 0027 展开解锁状态如图3所示 ： 火工解锁器2点火解锁后， 压紧连接架1与火工解锁器 2 的螺母螺杆组件部分跟随矢量调节机构的活动板保持不动 ； 压紧支架 3 在火工解锁器 2 点火解锁后产生的后座力和扭转弹簧11的预紧力矩同时作用下绕压紧轴7的轴线旋转， 并 与压紧连接架 1 分离， 同时火工解锁器 2 与压紧支架 3 连接的部分跟随压紧支架 3 旋转 ； 锁 紧柱 15、 压缩弹簧 1。

20、3、 压缩弹簧端盖 14 和锁紧座 12 随压紧支架 3 旋转 ； 与支架轴承座 5 相 切的锁紧柱 15 的球面柱头在压缩弹簧 13 的预紧力作用下在支架轴承座 5 的端面上滑动 ； 0028 到位锁定状态如图5所示 ： 锁紧柱15的球面柱头在支架轴承座5的端面上滑动到 支架轴承座 5 的锁定孔位置处， 锁紧柱 15 在压缩弹簧 13 预紧推力的作用下， 其柱头陷入设 计为锥面的支架轴承座5的锁定孔中如图6所示， 装置的旋转动作被锁定， 整个装置不再运 动， 完成到位锁定任务 ； 扭转弹簧11的预紧力矩仍然对压紧支架3起压紧作用， 锁定孔对锁 紧柱 15 起限制作用， 从而使压紧支架 3 停。

21、止运动。 0029 压紧支架3的脚部设计了过锁定位置的卡死保护功能， 当出现锁紧柱15的柱头没 有陷入支架轴承座 5 锁定孔的情况， 也即到位锁定功能失效时， 压紧支架 3 在扭转弹簧 11 的预紧力矩作用下继续旋转， 直到其脚部卡死在矢量调节机构固定板上， 整个装置停止运 动， 此时的锁定任务仍然完成。 0030 如图 4、 6 所示， 所述锁紧柱 15 的一端设计为球面柱头， 支架轴承座 5 的锁定孔设 计为锥面， 可保证锁定与展开装置到位锁定时， 锁紧柱 15 的球面柱头可顺利进入支架轴承 座 5 的锁定孔中。 0031 本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知技术。 说 明 书 CN 103963999 A 5 1/4 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 103963999 A 6 2/4 页 7 图 2 说 明 书 附 图 CN 103963999 A 7 3/4 页 8 图 3 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 103963999 A 8 4/4 页 9 图 6 说 明 书 附 图 CN 103963999 A 9 。