專利名稱：適于太空環境的驅動裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于航天領域，具體來說涉及一種適于太空環境的驅動裝置。
背景技術：
航天器在太空中要適應太空環境，太空環境的特點是(1)極端溫度由于真空，傳 熱方式主要是輻射，受陽光直接照射的一面，可產生高達IO(TC以上；而背陰的一面，溫度 則可低至-10(TC -20(TC。 (2)高真空在通常的航天器飛行區域，壓力一般為10—6pa。 (3)
微重力由于遠離地球，引力減小，重力加速度小于1% g。其中對航天工作裝置影響最大的
是高溫低溫以及高真空度。電器在真空中會發生"放電現象"，而工業中常用電器的工作溫
度都在_40°C +60°〇之間。 真空放電是指電氣在低氣壓或高真空環境并有高電壓存在時電極間的放電現象。 實用新型專利97243359. 7"真空放電的防護裝置"設計了一種防護裝置，其結構是在每個絲 狀結構處，設置一個環形金屬腔體，將絲的尖端置于其中，腔體封閉并與絲體作電連接。優 化設計是同時對高壓電源的腔體進行樹脂灌封。本設計在不增加儀器體積、重量與能耗的 前提下，有效地消除了高壓真空放電現象，從而可以完全消除放電引起的測量噪聲，并確保 儀器不會受到放電損壞。 實用新型專利200920142674. X "航空航天用高溫柔軟電線"公開了一種航空航天 用高溫柔軟電線包括7根或7根以上的導體，導體外包裹著絕緣層。所述的導體為鍍銀軟 圓銅線。所述的導體外絕緣層材料為四氟乙烯-全氟烷基乙醚共聚物。本實用新型的電線 導體采用多根鍍銀軟銅線，提高了柔軟性；絕緣層采用高強度熱塑型氟乙烯-全氟烷基乙 醚共聚物材料，具有耐高溫、耐油、耐磨、耐酸堿、耐各種化學腐蝕，機械強度高、柔軟易加工 等優點，增加了耐高溫250°C級的柔軟型系列新產品。 實用新型專利200620078926. 3 "微矩形氣密電連接器"設計了一種微矩形氣密電 連接器，包括外殼、玻璃管、插孔、插孔引出端，所述外殼、插孔、插孔引出端皆為金屬件，所 述玻璃管套在插孔外并將插孔封裝在金屬殼體內，插孔和插孔引出端皆為兩排，本實用新 型將一排插孔的封裝部位打彎，使插孔引出端由兩排變成一排；將玻璃管封裝件改為用玻 璃粉直接填充在插孔打彎部位，并與外殼燒結成玻璃實體進行封裝。此一排引出端的數量 不變，在外殼上的橫向長度不變，所述插孔引出端的間距縮短為插孔間距的1/2長。由此使 連接器的結構更緊湊，體積更小；具有良好的密封效果。其漏率達到1X10—"Pa^3/s，能滿 足整機的氣密性要求，可用于航空、航天、艦艇及電子信息技術領域。 發明專利98122251. X "—種相變貯能復合材料"公開了一種相變貯能復合材料。
該相變貯能復合材料是以復合金屬相變材料作為貯能體，由至少兩種相變材料做成，兩種
材料互相疊合，在相變材料表層分別由具有涂層的金屬或非金屬外殼包裹。此相變貯能電
熱復合材料可廣泛用于家用電器、儀器儀表及航空航天領域等控溫保溫場合。 以上專利都對適于太空環境的某些元件進行了設計。但在將來的空間站建設以及
目前地面進行航天器模擬太空環境試驗中，都需要各種驅動裝置。尤其需要在工業中普遍應用的步進電機等易于控制的機構。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種適于太空環境的驅動裝置，它可以代替人 手，來完成宇航服在熱輻射實驗中的操作，或用于太空環境中作業的機械手的驅動，輔助完 成太空站的建設。 本發明的技術方案是這樣實現的 —種適于太空環境的驅動裝置，其特征在于，構成該裝置的零部件及其連接為大 齒輪與輸出軸鍵連接，所述的輸出軸通過第一軸承和第二軸承分別安裝于減速箱箱體和減 速箱背板上；通過放置于減速箱箱體通孔中環形槽中的第一密封圈，實現輸出軸與減速箱 箱體的密封。 小齒輪軸通過第三軸承和第四軸承分別安裝于減速箱箱體和減速箱背板上；所述 的大齒輪與所述的小齒輪軸嚙合。 減速箱背板通過止口和減速箱箱體的下口配合，通過沉頭螺釘與減速箱箱體的螺 紋連接固定。 步進電機軸經減速箱背板上的一個階梯孔與小齒輪軸下端的盲孔配合，用步進電 機軸緊定螺釘固定，步進電機的殼體采用螺釘安裝在減速箱背板上； 轉角傳感器經減速箱背板上的另一個階梯孔與輸出軸下端的盲孔配合，并用傳感 器軸緊定螺釘固定；轉角傳感器外殼固定在減速箱背板上。 在夾層殼體形成的內部圓筒形空腔的兩側壁面上對稱安裝第一加熱電阻和第二 加熱電阻，內壁面上貼有熱電偶。 夾層殼體通過螺釘與減速箱箱體的螺紋連接固定，其間通過置于減速箱箱體密封
槽中的第二密封圈密封；通過夾層殼體外壁兩側設的各一個螺孔向夾層中間的80%空間
充填熔點為40攝氏度的石蠟，然后兩側的螺孔用螺堵和組合密封墊圈封閉。 在夾層殼體的底部設置通孔，并安裝具有密封功能的電連接器；轉角傳感器，第一
加熱電阻，熱電偶，第二加熱電阻，步進電機的供電和控制線都連接在電連接器的一端，電
連接器的另一端通過耐高溫和低溫的屏蔽電纜和控制器相連接。 本發明的有益效果 本發明基于對電機工作環境進行控制的原理，設計了一種適于太空環境的步進電 機，減速器等一體的驅動裝置，可以使工業級電器元件適應于空間環境使用，可以顯著降低 成本。它可以代替人手，來完成宇航服在熱輻射實驗中的操作，或用于太空環境中作業的機 械手的驅動，輔助完成太空站的建設。
圖1適于太空環境的驅動裝置結構示意圖。
圖2適于太空環境的驅動裝置的電路框圖。 附圖中第三軸承1，大齒輪2，小齒輪軸3，輸出軸4，第一軸承5，第一密封圈6，傳 感器軸緊定螺釘7，第二軸承8，減速箱箱體9，組合密封墊圈10，螺堵11 ，螺釘12，沉頭螺釘 13，轉角傳感器14，第一加熱電阻15，熱電偶16，夾層殼體17，石蠟18，螺釘19，電纜20，電連接器21 ，第二加熱電阻22，步進電機23，螺釘24，減速箱背板25，第四軸承26，螺釘27，第 二密封圈28，步進電機軸緊定螺釘29
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明進一步詳細說明。
首先介紹本發明零部件的結構 減速箱箱體9，見圖l，為斷面為形的圓筒，其內端面上開有一個通孔和一個盲 孔，在通孔中，設一環形槽和一沉孔。通孔和盲孔兩孔間距為大齒輪2和小齒輪軸3的中心 距。在通孔的沉孔中安裝第一軸承5，在通孔中的環形槽中安裝第一密封圈6 ;盲孔中安裝 第三軸承1。減速箱箱體9的法蘭上均布螺紋孔和一放置第二密封圈28的密封槽，用于與 夾層殼體17連接及其間的密封。 減速箱背板25見圖l，其一個面上設兩個階梯孔，一個階梯孔用于安裝第四軸承 26和步進電機23軸的穿過其孔與小齒輪軸3連接；另一個梯階孔用于安裝第二軸承8和 轉角傳感器14軸的穿過其孔與輸出軸4的連接。減速箱背板25上設一個止口、法蘭上均 布四個沉孔，用于與減速箱箱體9的螺紋連接。在減速箱背板25的另一個面上設有固定轉 角傳感器14和步進電機23的螺紋孔。 夾層殼體17見圖l，其形狀為圓筒形，上端部為法蘭形，內部為圓筒形空腔，用不 銹鋼薄板焊接而成。外表面經過拋光處理，以減小對輻射的吸收強度。兩側都開有螺孔，通 過該螺孔向夾層中間的80%空間充填熔點為40攝氏度的石蠟18，然后兩側的螺孔用螺堵 ll和組合密封墊圈IO封閉。在夾層殼體17的底部開有一通孔，周邊均布螺孔，用于安裝具 有密封功能的電連接器21 ，實現殼體內外的電信號互通。
構成本發明的零部件間的連接為 —種適于太空環境的驅動裝置，見圖l，構成該裝置的零部件連接為大齒輪2與 輸出軸4鍵連接，所述的輸出軸4通過第一軸承5和第二軸承8分別安裝于減速箱箱體9和 減速箱背板25上；輸出軸4可以在第一、第二軸承的支撐下旋轉；小齒輪軸3可以在第三、 第四軸承的支撐下旋轉；通過放置于減速箱箱體9通孔中環形槽中的第一密封圈6，實現輸 出軸4與減速箱箱體9的密封； 小齒輪軸3通過第三軸承1和第四軸承26分別安裝于減速箱箱體9和減速箱背 板25上；所述的大齒輪2與所述的小齒輪軸嚙合； 減速箱背板25通過止口和減速箱箱體9的下口配合，通過沉頭螺釘13與減速箱 箱體9的螺紋連接固定； 步進電機23軸經減速箱背板25上的一個階梯孔與小齒輪軸3下端的盲孔配合， 并用步進電機軸緊定螺釘29固定，步進電機23的殼體采用螺釘24安裝在減速箱背板25 上；步進電機23旋轉時，帶動小齒輪軸3旋轉，小齒輪軸3帶動大齒輪2旋轉，從而驅動輸 出軸4旋轉，驅動其它執行機構。 轉角傳感器14經減速箱背板25上的另一個階梯孔與輸出軸4下端的盲孔配合， 并用傳感器軸緊定螺釘7緊固；轉角傳感器14外殼固定在減速箱背板25上；轉角傳感器 14隨大齒輪2的轉動一起轉動。 在夾層殼體17形成的內部圓筒形空腔的兩側壁面上對稱安裝第一加熱電阻15和第二加熱電阻22，內壁面上貼有熱電偶9 ; 夾層殼體17通過螺釘27與減速箱箱體9的螺紋連接固定，其間通過置于減速箱 箱體9密封槽中的第二密封圈28密封；通過夾層殼體17外壁兩側設的各一個螺孔向夾層 中間的80%空間充填熔點為40攝氏度的石蠟18，然后兩側的螺孔用螺堵11和組合密封墊 圈IO封閉。 在夾層殼體17的底部設置通孔，并在外側孔周圍均布螺紋孔，在通孔中安裝具有 密封功能的電連接器21，電連接器21通過螺釘19固定在夾層殼體17上；轉角傳感器14， 第一加熱電阻15，熱電偶16，第二加熱電阻22，步進電機23的供電和控制線都連接在電連 接器21的一端，電連接器21的另一端通過耐高溫和低溫的屏蔽電纜20和控制器相連接。 電連接器21采用的專利號200620078926. 3，實用新型名稱為"微矩形氣密電連接器"的電 連接器。 圖2為適于太空環境的驅動裝置的電路框圖，該控制電路以單片機為核心，由觸
摸屏給單片機發出轉角指令，單片機的一路輸出控制電機控制器，電機控制器控制步進電
機23。單片機輸出的另外兩路分別控制第一開關和第二開關，第二開關和第一開關分別控
制第一加熱電阻15和第二加熱電阻22。熱電偶16檢測到的溫度信號和轉角傳感器14的
轉角信號反饋給單片機。 本發明的作用介紹如下。 轉角指令通過觸摸屏發給單片機，單片機發出指令給電機控制器，電機控制器輸 出電信號通過電纜20并經電連接器21到步進電機23時，步進電機23旋轉，帶動小齒輪軸 3旋轉，小齒輪軸3帶動大齒輪2旋轉，從而帶動輸出軸4旋轉，輸出軸4驅動其它執行機 構。所轉角度由轉角傳感器14檢測，經電連接器21和電纜20反饋給單片機，和轉角指令 相比較，實現閉環控制。 當熱電偶9檢測到夾層殼體17內壁溫度低于-l(TC時，熱電偶9把電信號傳給單 片機，單片機發出相應的指令啟動第二開關，第一開關，第一加熱電阻15和第二加熱電阻 22開始加熱，提高腔內溫度；當夾層殼體17內壁溫度達到+l(TC以上時，第一加熱電阻15 和第二加熱電阻22停止加熱；當夾層殼體17內壁溫度達到+401:時，夾層殼體17中的夾 層中的石蠟11開始融化，吸收熱量從而阻止腔內溫度再提高。石蠟的融化吸熱量足以維持 IO小時以上的輻射吸收熱量，滿足驅動裝置在太空每個白天被陽光照射時間的輻射不會過 熱，也滿足地面熱輻射試驗每次試驗時間的要求。從而控制了腔內溫度在-l(TC到+40°〇之 間，從而適合常用電器的使用。
權利要求
一種適于太空環境的驅動裝置，其特征在于，構成該裝置的零部件及其連接為大齒輪(2)與輸出軸(4)鍵連接，所述的輸出軸(4)通過第一軸承(5)和第二軸承(8)分別安裝于減速箱箱體(9)和減速箱背板(25)上；通過放置于減速箱箱體(9)通孔中環形槽中的第一密封圈(6)，實現輸出軸(4)與減速箱箱體(9)的密封；小齒輪軸(3)通過第三軸承(1)和第四軸承(26)分別安裝于減速箱箱體(9)和減速箱背板(25)上；所述的大齒輪(2)與所述的小齒輪軸(3)嚙合；減速箱背板(25)通過止口和減速箱箱體(9)的下口配合，通過沉頭螺釘(13)與減速箱箱體(9)的螺紋連接固定；步進電機(23)軸經減速箱背板(25)上的一個階梯孔與小齒輪軸(3)下端的盲孔配合，用步進電機軸緊定螺釘(29)固定，步進電機(23)的殼體采用螺釘(24)安裝在減速箱背板(25)上；轉角傳感器(14)經減速箱背板(25)上的另一個階梯孔與輸出軸(4)下端的盲孔配合，并用傳感器軸緊定螺釘(7)固定；轉角傳感器(14)外殼固定在減速箱背板(25)上；在夾層殼體(17)形成的內部圓筒形空腔的兩側壁面上對稱安裝第一加熱電阻(15)和第二加熱電阻(22)，內壁面上貼有熱電偶(16)；夾層殼體(17)通過螺釘(27)與減速箱箱體(9)的螺紋連接固定，其間通過置于減速箱箱體(9)密封槽中的第二密封圈(28)密封；通過夾層殼體(17)外壁兩側設的各一個螺孔向夾層中間的80％空間充填熔點為40攝氏度的石蠟(18)，然后兩側的螺孔用螺堵(11)和組合密封墊圈(10)封閉；在夾層殼體(17)的底部設置通孔，并用螺釘(19)安裝具有密封功能的電連接器(21)；轉角傳感器(14)，第一加熱電阻(15)，熱電偶(16)，第二加熱電阻(22)，步進電機(23)的供電和控制線都連接在電連接器(21)的一端，電連接器(21)的另一端通過耐高溫和低溫的屏蔽電纜(20)和控制器相連接。
全文摘要
本發明屬于航天領域，具體涉及一種適于太空環境的驅動裝置。大齒輪與輸出軸鍵連接，輸出軸由裝于減速箱箱體和減速箱背板上的軸承支承，小齒輪軸和大齒輪嚙合，構成減速機構；步進電機驅動小齒輪軸，轉角傳感器檢測輸出軸的轉角，在夾層殼體內安裝加熱電阻，內壁面上貼熱電偶；夾層中間充填熔點為40攝氏度的石蠟。所有電信號通過電連接器和控制器相連接。電機工作環境溫度被控制器控制，從而使普通步進電機適于太空環境使用，可以顯著降低航天驅動機構的成本。
文檔編號B64G1/42GK101792025SQ20101014393
公開日2010年8月4日 申請日期2010年4月7日 優先權日2010年4月7日
發明者呂寵, 周明連, 張春, 張玉堃, 文劍, 王彥超, 趙鑫 申請人:北京交通大學