[发明专利]一种适合航天器高精度机构在轨应用的柔性万向节

说明书

技术领域

本发明属于航天机构技术领域，具体地，涉及一种适合航天器高精度机构在轨应用的柔性万向节。

背景技术

万向节是一种空间连杆机构，能够连接空间同一平面上相交的两轴，具有两个转动自由度，能够沿两个转动轴转动并沿主轴传递较大的力和扭矩。万向节的种类有很多，单十字轴万向节是较为常用的一种，它由两个叉形接头和一个十字轴构成，通过十字轴轴颈与叉形接头转动孔的配合形成转动副，实现沿两个正交轴的转动。但是，由于十字轴轴颈与叉形接头转动孔之间存在间隙，使其难以满足高精度机构的需要。因此，人们又提出了利用特殊结构形式的弹性变形，实现两个物体之间的两自由度相对运动，以满足高精度机构的微小、高精度运动，如专利Universal joint flexure hinge suspension system and method for manufacturing this system(美国专利号：US4528864)和Universal joint with torsionally-compliant spider assembly(美国专利号：US 6893350B2)等。这些方法虽然解决了由轴颈和转动孔间隙带来的运动误差，但这类万向结构形式复杂，对关节材料的疲劳性要求高，大大增加了加工的难度和成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种结构简单、精度高、加工方便、适应航天器机构在轨应用的柔性万向关节。

本发明公开了一种适合航天器高精度机构在轨应用的柔性万向节，通过张紧绳将叉形接头和十字轴连接在一起，叉形接头和十字轴的接触部分构成万向节，在消除万向节间隙的同时，能够使机构实现两自由度高精度运动。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种适合航天器高精度机构在轨应用的柔性万向节，包括两个叉形接头和一个十字轴，其中，每个叉形接头具有两个耳片，所述十字轴具有呈“十”字布置的四个轴颈，两个叉形接头通过其四个耳片连接在所述十字轴的四个轴颈上，并且两个叉形接头分别位于十字轴的两个相对的侧面；每个耳片与相应的轴颈通过一根张紧绳、两个张紧螺柱和两个锁紧螺母连接在一起，在所述叉形接头与所述十字轴的接触部分构成万向节。

优选地，所述耳片为平板结构，所述轴颈为半圆柱结构，当连接到位时，所述耳片与所述轴颈的半圆面接触。

优选地，所述耳片为半圆柱结构，所述轴颈为平板结构，当连接到位时，所述耳片的半圆面与所述轴颈接触。

优选地，所述耳片和所述轴颈均为半圆柱结构，当连接到位时，所述耳片的半圆面与所述轴颈的半圆面接触。

优选地，所述叉形接头包括顺序连接的圆柱部和“几”形部，所述圆柱部垂直连接在所述“几”形部的横梁上，所述“几”形部的两个平行于横梁的翼片构成所述两个耳片；所述十字轴包括轴块部，四个轴颈分别布置在所述轴块部的四个侧面上。

优选地，每个耳片上设置有一个第一扁锥孔，所述第一扁锥孔的上段为圆孔，用于与张紧螺柱相配合；下段具有两两相对的四个内表面，一对内表面为平行的平面，另一对内表面为相对称的锥面；每个轴颈上设置有一个第二扁锥孔，所述第二扁锥孔的上段为圆孔，用于与张紧螺柱相配合；下段部分具有两两相对的四个内表面，一对内表面为平行的平面，另一对内表面为相对称的锥面；当连接到位时，所述张紧绳的两端分别穿过第一扁锥孔和第二扁锥孔，并分别与所述耳片和相应的轴颈上的张紧螺柱和锁紧螺母共同作用，将所述耳片和所述轴颈连接在一起。

优选地，所述张紧绳的材料为钢丝绳或超弹性记忆合金丝，并且所述张紧绳的两段通过压接或焊接的方式与其两侧的张紧螺柱连接在一起。

优选地，在所述锁紧螺母与所述叉形接头的耳片之间以及所述锁紧螺母与所述十字轴的轴颈之间设置有定力弹簧垫片。

与现有技术相比，本发明的有益效果是，通过张紧绳使叉形接头和十字轴压紧，实现机构运动的同时，消除了万向关节的间隙。由叉形接头和十字轴接触面承受关节所受的压力，由张紧绳承受关节所受的拉力。所有零件均采用热膨胀系数相近的金属材料制造，使得空间环境的变化对运动精度的影响可以忽略，因此，该万向节特别适合高精度、微小位移机构的在轨使用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2a示出了本发明的叉形接头与十字轴之间的连接部分，图2b为图2a中的M的放大示意图，图2c为图2a中的N的放大示意图；

图3是叉形接头的结构示意图；

图4是十字轴的结构示意图；