專利名稱：旋轉鎖定關節的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種機械式執行關節，特別是航天器機構系統中具有可靠旋轉 和鎖定功能的旋轉鎖定關節。
背景技術：
航天器機構系統往往承擔著航天器上重要部件在不同工況下切換的功能， 這一功能一般包括對整套系統初始位置的鎖定、工況切換以及對目的工況的鎖 定，這一系列動作就是通過機構系統中的執行單元來完成，執行單元必須為上 述動作提供所需的驅動力和約束力。
旋轉和鎖定是一般的機構系統中最主要的兩個動作，同時也是最關鍵的兩 個動作，完成這兩個動作的執行單元常常是相互獨立的。旋轉一般是指活動部 件圍繞固定部件所^L的轉動運動，它們之間通過連接部件(運動副)連接在一
起，鉸鏈關節是最常見的旋轉連接部件；驅動部件驅動活動部件通過連接部件 圍繞固定部件運動完成旋轉動作，連接部件和驅動部件就組成了旋轉動作的執 行單元。
為了實現上述功能，目前航天器機構系統中常見的執行單元是由與上述初 始位置的鎖定、工況切換和目的工況鎖定動作相對應的一系列單獨的執行單元 組成的執行單元組，每一個執行單元完成特定的功能。這樣的執行單元組必然 存在著零部件數量多、結構形式復雜、重量大、執行動作過程繁瑣等缺點。這 些缺點同時也會導致整套機構系統可靠性的下降。為了提高可靠性，以往的設 計經常釆取冗余設計的方法，這會給整個組件系統乃至整個航天器增加很多不 必要的重量。
以常見的衛星太陽翼為例，它的整套旋轉鎖定機構系統主要是由壓緊釋放 機構、展開鎖定機構和聯動機構組成，整套系統包含了幾十個零部件，系統復
雜且重量較重，各組成機構之間為串聯關系， 一個動作的成敗將決定整套機構
系統的成敗，因此機構系統的可靠度較低。
發明內容
本發明的技術解決問題是克服現有技術的不足，才是供一種由一個部件提 供旋轉所需的驅動力和鎖定所需的約束力，結構形式簡單、執行動作過程簡潔、 重量輕、可靠性高的旋轉鎖定關節。
本發明的技術解決方案為旋轉鎖定關節，包括固定鉸鏈關節、活動鉸鏈 關節和連接機構，固定鉸鏈關節和活動鉸鏈關節的內側通過固定連接軸連接， 外側通過連接機構連接；在固定鉸鏈關節外側通過軸連接一個片式執行彈簧， 片式執行彈簧的另一端通過軸連接在活動鉸鏈關節外側；展開動作執行前，片 式執行彈簧處于彎曲受力狀態。
所述連接釋放機構由鎖定剪和動作鉤組成，鎖定剪的結構形式為剪刀形狀， 位于固定鉸鏈關節上，用于展開動作執行前鎖定動作鉤；動作鉤前端為鉤子狀， 將固定鉸鏈關節與活動鉸鏈關節外側連接在一起。
所述片式執行彈簧是由彈性金屬材料或形狀記憶合金材料制成。
所述各連接軸采用鈦合金材料，鈥合金材料具有良好的機械性能可以提高 提高旋轉動作的穩定性。
上述方案的原理是釆用片式執行彈簧作為整個旋轉鎖定關節的關鍵部件， 將組件工況與片式執行彈簧的受力狀態緊密的聯系在一起。
動作執行前后固定鉸鏈關節均處于固定的位置，活動鉸鏈關節的一端通過 連接軸與固定鉸鏈關節連接在一起，連接釋放機構將活動鉸鏈關節的另 一端約 束在初始位置，片式執行彈簧兩端通過連接軸分別與固定4交鏈關節和活動鉸鏈 關節連接并處于受力狀態。
動作執行時先由連接釋放機構解除對活動鉸鏈關節和片式執行彈簧的約 束，然后連接釋放機構將引導片式執行彈簧開始動作，片式執行彈簧的約束力 解除內部應力開始釋放并將其轉化為系統驅動力，執行部件將驅動活動鉸鏈關
節通過與固定鉸鏈關節連接的連接軸圍繞固定鉸鏈關節由初始位置旋轉至目的 工況位置，驅動力矩正好結束。此時片式執行彈簧處于伸展狀態并將固定鉸鏈 關節與活動鉸鏈關節連接在一起，這一連接正好使活動鉸鏈關節的轉動受到約 束，這就完成了對活動鉸鏈關節的鎖定，此時片式執行彈簧將承受軸向拉壓力， 使組件具有較大的承載能力。
本發明與現有技術相比的優點在于
(1)通過對片式執行彈簧受力狀態的合理利用，巧妙地完成了動作過程。 與以往的此類產品相比，大大減少了動作執行過程的連接環節，減少了結構重 量，提高了系統的可靠性。
(2 )由于組件在處于鎖定位置后片式執行彈簧承受的是軸向拉壓力，可以 使組件具有較大的承載能力。以鎳鈦(Ni-Ti)形狀記憶合金為例，其抗拉斷裂 強度可以達到960Mpa。
圖1為實施例中本發明的初始位置主視圖； 圖2為實施例中本發明的初始位置A-A截面圖； 圖3為實施例中本發明釋^:到達目的工況的截面圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作進一步i^L明。
如圖1、 2所示，本實施例的旋轉鎖定關節，包括固定鉸鏈關節1、活動鉸 鏈關節2、鎖定剪3、動作鉤4、片式執行彈簧5、固定連接軸6、下連接軸7 和上連接軸8組成。固定鉸鏈關節1和活動4交鏈關節2的內側通過固定連接軸 6連接，外側通過動作鉤4連接；鎖定剪3將動作鉤4鎖定；片式執行彈簧5 的一端通過下連接軸7與固定鉸鏈關節1連接，另一端通過上連接軸8和活動 鉸鏈關節2連接在一起。圖中箭頭方向為活動鉸鏈關節2展開的方向。 鎖定剪3的結構形式為剪刀形狀，其兩臂通過電磁鐵來釋放。 片式執行彈簧5采用鎳鈥(Ni-Ti)合金材料制成，能夠有效地提高鎖定位
置的指向精度。
展開動作執行前旋轉鎖定關節處于初始狀態，此時片式執行彈簧5處于彎 曲受力狀態。
如圖3所示，當本發明的旋轉鎖定關節釋放時，首先鎖定剪3解鎖，使動 作鉤4脫離初始位置，片式執行彈簧5的彎曲應力轉變為活動鉸鏈關節2的驅 動力，在此驅動力的作用下，活動鉸鏈關節2繞著固定連接軸6旋轉，當活動 鉸鏈關節2到達目的工況后，片式執行彈簧5的彎曲應力消失，此時整個旋轉 鎖定關節處于圖3所示的位置。
此時片式執行彈簧5處于伸展狀態并成為固定鉸鏈關節1與活動鉸鏈關節 2之間的一個連接件，它將約束活動鉸鏈關節2通過固定連接軸6圍繞固定鉸 鏈關節1的旋轉，此時片式執行彈簧5承受軸向拉壓力。
本實施例中，片式執行彈簧5的抗拉斷裂強度大于960Mpa。
權利要求
1、旋轉鎖定關節，包括固定鉸鏈關節(1)、活動鉸鏈關節(2)和連接釋放機構，固定鉸鏈關節(1)和活動鉸鏈關節(2)的內側通過固定連接軸(6)連接，外側通過連接釋放機構連接，其特征在于:在固定鉸鏈關節(1)外側通過下連接軸(7)連接一個片式執行彈簧(5)，片式執行彈簧(5)的另一端通過上連接軸(8)連接在活動鉸鏈關節(2)外側；展開動作執行前，片式執行彈簧處于彎曲受力狀態。
2、 根據權利要求1的旋轉鎖定關節，其特征在于所述連接釋放機構由鎖 定剪(3)和動作鉤(4)組成；鎖定剪(3)位于固定鉸鏈關節(2)上，用于 展開動作執行前，鎖定動作鉤(4);動作鉤(4)將固定鉸鏈關節(1)與活動 鉸鏈關節(2)外側連接在一起。
3、 根據權利要求1或2的旋轉鎖定關節，其特征在于所述片式執行彈簧 (5)使用形狀記憶合金材料或其它彈性材料。
4、 根據權利要求3的旋轉鎖定關節，其特征在于片式執行彈簧(5)的 抗拉斷裂強度大于800Mpa。
全文摘要
本發明公開了一種旋轉鎖定關節，包括固定鉸鏈關節(1)、活動鉸鏈關節(2)和連接釋放機構。固定鉸鏈關節(1)和活動鉸鏈關節(2)的內側通過固定連接軸(6)連接，外側通過連接釋放機構連接；在固定鉸鏈關節(1)的外側通過下連接軸(7)連接一個片式執行彈簧(5)，片式執行彈簧(5)的另一端通過上連接軸(8)連接在活動鉸鏈關節(2)外側；鎖定時，片式執行彈簧(5)處于彎曲受力狀態，展開到達目的工況后，片式執行彈簧(5)處于伸展狀態。本發明在鎖定和展開時合理利用片式執行彈簧(5)的受力狀態，與現有產品相比，減少了動作執行過程的連接環節，降低了結構重量，提高了系統可靠性，同時可以使組件具有較大的承載能力。
文檔編號B64G1/22GK101376434SQ20081022283
公開日2009年3月4日 申請日期2008年9月19日 優先權日2008年9月19日
發明者常新亞, 彭向中, 王培明, 邸國棟 申請人:航天東方紅衛星有限公司