本發(fā)明涉及一種月球車用太陽(yáng)能帆板展開機(jī)構(gòu)。

技術(shù)背景

月球車太陽(yáng)能帆板展開機(jī)構(gòu)是月球車能源獲取系統(tǒng)的重要組成部分，也是月球車最重要的可展開附件之一。由于其特殊的工作環(huán)境，對(duì)其有著功耗低、質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)動(dòng)靈活、控制方便的基本要求。目前，多級(jí)可重復(fù)展開式太陽(yáng)能帆板展開機(jī)構(gòu)均為有源展開機(jī)構(gòu)，通常以電力為驅(qū)動(dòng)。

在我國(guó)，對(duì)月球車用太陽(yáng)能帆板有源展開機(jī)構(gòu)的研究主要集中在各大高校：

其中哈爾濱工業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)出一種具有可重復(fù)折展功能的月球車用太陽(yáng)翼展開機(jī)構(gòu)，該種展開機(jī)構(gòu)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、諧波減速器傳動(dòng)的方式對(duì)單塊帆板進(jìn)行折展，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高。但其為單塊帆板展開，能夠?yàn)樵虑蜍囂峁┑碾娏坑邢?，將?huì)局限月球車其他功能的實(shí)現(xiàn)，影響到其工作效率。

浙江理工大學(xué)設(shè)計(jì)出一種重復(fù)折展鎖解式太陽(yáng)翼。其可展機(jī)構(gòu)采用一種螺旋副和凸輪副兩級(jí)運(yùn)動(dòng)副組合的機(jī)構(gòu)，可改變軸的轉(zhuǎn)向，該機(jī)構(gòu)聯(lián)接兩塊太陽(yáng)帆板，配合同步帶，實(shí)現(xiàn)多級(jí)帆板的同源驅(qū)動(dòng)、同步折展動(dòng)作。但其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，加工精度要求較高，螺旋副傳動(dòng)容易鎖死，并且難以確保其在月球低重力等特殊條件下能夠順利運(yùn)行工作。

上海交通大學(xué)設(shè)計(jì)出一種太陽(yáng)能帆板關(guān)節(jié)展開機(jī)構(gòu)。其基于電磁體和永磁體之間相互作用的原理，設(shè)計(jì)出電磁—永磁體驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)。驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)用于連接兩太陽(yáng)能帆板，既是結(jié)構(gòu)件，又是功能件，可實(shí)現(xiàn)多級(jí)太陽(yáng)能帆板的展開和收回。但其為關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)，需要多個(gè)驅(qū)動(dòng)元件，能耗較高，且機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制單元都較為復(fù)雜，對(duì)控制系統(tǒng)依賴較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便、便于加工、成本低、集成度高、可靠性強(qiáng)的月球車用單驅(qū)動(dòng)多級(jí)同步可重復(fù)折展太陽(yáng)能帆板展開機(jī)構(gòu)。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明主要包括：機(jī)架、電機(jī)、減速器、加速器、大鋼絲繩輪組件、小鋼絲繩輪組件、鋼絲繩和兩級(jí)太陽(yáng)能帆板。其中：機(jī)架為不動(dòng)件，通過(guò)配重固定在地面上；電機(jī)、減速器、聯(lián)軸器、加速器依次串聯(lián)連接，減速器和加速器通過(guò)第一固定件固定在機(jī)架上；所述小鋼絲繩輪組件包括小鋼絲繩輪和小鋼絲繩輪軸承座，該小鋼絲繩輪軸承座與第一級(jí)太陽(yáng)能帆板一側(cè)的一端固定連接，小鋼絲繩輪通過(guò)軸承配合安裝在上述小鋼絲繩輪軸承座上，加速器的輸出軸穿過(guò)小鋼絲繩輪軸承座并與小鋼絲繩輪鍵連接，小鋼絲繩輪在加速器的輸出軸的驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)；加速器的輸入軸通過(guò)聯(lián)軸器與減速器連接，該加速器輸入軸的中部與第一鉸接件鉸接，該第一鉸接件與上述小鋼絲繩輪軸承座相鄰近的固定在第一級(jí)太陽(yáng)能帆板上，通過(guò)加速器輸入軸驅(qū)動(dòng)第一級(jí)太陽(yáng)能帆板繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)；加速器的輸入軸與輸出軸繞同一軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，且轉(zhuǎn)向相同，但加速器的輸入軸與輸出軸轉(zhuǎn)速不同，便使得第一級(jí)太陽(yáng)能帆板與小鋼絲繩輪繞同軸線轉(zhuǎn)動(dòng)且有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的角速度；該第一級(jí)太陽(yáng)能帆板同一側(cè)的另一端通過(guò)第一鉸鏈與機(jī)架連接；上述第一級(jí)太陽(yáng)能帆板另一側(cè)的兩端分別通過(guò)第二鉸鏈和第三鉸鏈與第二級(jí)太陽(yáng)能帆板連接；所述大鋼絲繩輪組件包括大鋼絲繩輪和第二鉸鏈，大鋼絲繩輪通過(guò)軸承配合安裝在第二鉸鏈上，通過(guò)第二鉸鏈驅(qū)動(dòng)第二級(jí)太陽(yáng)能帆板繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)；鋼絲繩通過(guò)內(nèi)錯(cuò)纏繞的方式連接大鋼絲繩輪和小鋼絲繩輪，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)并使得大鋼絲繩輪與小鋼絲繩輪轉(zhuǎn)向相反，進(jìn)而使得第一級(jí)太陽(yáng)能帆板與第二級(jí)太陽(yáng)能帆板同步運(yùn)動(dòng)且轉(zhuǎn)向相反。

所述的小鋼絲繩輪軸承座包括：第二固定件、小鋼絲繩輪軸筒、深溝球軸承、鍵、軸端擋圈、彈性擋圈，第二固定件固定在第一級(jí)太陽(yáng)能帆板上，小鋼絲繩輪軸筒通過(guò)螺栓固定連接在第二固定件上并與第二固定件的軸孔同軸，該小鋼絲繩輪軸筒通過(guò)兩個(gè)深溝球軸承與小鋼絲繩輪配合；加速器的輸出軸為一個(gè)階梯軸，該階梯軸的一端通過(guò)緊固裝置連接在加速器上，輸出力矩，其另一端穿過(guò)小鋼絲繩輪軸筒，通過(guò)鍵與小鋼絲繩輪連接，端頭設(shè)有軸端擋圈，小鋼絲繩輪內(nèi)側(cè)設(shè)有彈性擋圈，通過(guò)該軸端擋圈和彈性擋圈實(shí)現(xiàn)小鋼絲繩輪的軸向定位和固定；加速器的輸出軸與小鋼絲繩輪軸筒之間留有間隙，相互不接觸；兩個(gè)深溝球軸承中間設(shè)有軸套，小鋼絲繩輪軸筒一端設(shè)有彈性擋圈，通過(guò)該彈性擋圈和軸套實(shí)現(xiàn)深溝球軸承的軸向定位。

所述的第二鉸鏈包括：階梯軸、第二鉸接件、軸承座、自潤(rùn)滑軸承、大鋼絲繩輪軸筒、深溝球軸承、鍵、軸端擋圈、彈性擋圈，第二鉸接件固定在第二級(jí)太陽(yáng)能帆板上，軸承座固定在第一級(jí)太陽(yáng)能帆板上，大鋼絲繩輪軸筒通過(guò)螺栓固定在軸承座上并與軸承座的軸孔同軸，該大鋼絲繩輪軸筒通過(guò)兩個(gè)深溝球軸承與大鋼絲繩輪配合；第二鉸鏈中心的階梯軸依次通過(guò)鍵與第二鉸接件配合、通過(guò)自潤(rùn)滑軸承與軸承座配合、通過(guò)鍵與大鋼絲繩輪配合；階梯軸與大鋼絲繩輪軸筒之間留有間隙，相互不接觸；階梯軸的一端設(shè)有彈性擋圈，通過(guò)該彈性擋圈實(shí)現(xiàn)階梯軸的軸向定位，其另一端設(shè)有軸端擋圈，大鋼絲繩輪內(nèi)側(cè)設(shè)有彈性擋圈，通過(guò)該軸端擋圈和彈性擋圈實(shí)現(xiàn)大鋼絲繩輪的軸向定位和固定；兩個(gè)深溝球軸承中間設(shè)有軸套，大鋼絲繩輪軸筒一端設(shè)有彈性擋圈，通過(guò)該彈性擋圈和軸套實(shí)現(xiàn)深溝球軸承的軸向定位。

在太陽(yáng)能帆板的閉合過(guò)程中，第一級(jí)太陽(yáng)能帆板在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，由于加速器的作用，小鋼絲繩輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)且與第一級(jí)太陽(yáng)能帆板有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的角速度，內(nèi)錯(cuò)纏繞的鋼絲繩一遍拉緊帶動(dòng)大鋼絲繩輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)第二級(jí)太陽(yáng)能帆板逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，太陽(yáng)能帆板閉合。在太陽(yáng)能帆板運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，大鋼絲繩輪組件和小鋼絲繩輪組件可有效地將鋼絲繩對(duì)加速器的輸出軸和對(duì)第二鉸鏈中心的階梯軸的徑向拉力轉(zhuǎn)化作用到第一級(jí)太陽(yáng)能帆板上，從而避免了軸發(fā)生彎曲變形，影響傳動(dòng)精度。

本發(fā)明與現(xiàn)技術(shù)相比的具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，常規(guī)加工即可，成本低；

(2)集成度高，太陽(yáng)能帆板處于閉合狀態(tài)時(shí)所占空間極??；

(3)可靠性強(qiáng)，故障率低，工作壽命長(zhǎng)，適用于月球車不可回收維修的工作環(huán)境；

(4)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，伸展平穩(wěn)，精度高，驅(qū)動(dòng)過(guò)程可以控制，能耗低；

(5)該機(jī)構(gòu)可有效卸載在驅(qū)動(dòng)過(guò)程中對(duì)驅(qū)動(dòng)軸的徑向拉力，避免驅(qū)動(dòng)軸彎曲變形，有效提高了傳動(dòng)精度。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的立體示意簡(jiǎn)圖。

圖2為圖1中小鋼絲繩輪軸承座的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為圖2的A-A視圖。

圖4為圖1中第二鉸鏈的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為圖4中A-A視圖。

圖6為本發(fā)明太陽(yáng)能帆板閉合狀態(tài)時(shí)的立體示意簡(jiǎn)圖。

具體實(shí)施方式

在圖1所示的單驅(qū)動(dòng)多級(jí)同步可重復(fù)折展太陽(yáng)能帆板展開機(jī)構(gòu)示意圖中，機(jī)架1為不動(dòng)件，通過(guò)配重固定在地面上；電機(jī)2、減速器3、聯(lián)軸器4、加速器6依次串聯(lián)連接，減速器和加速器通過(guò)第一固定件5固定在機(jī)架上；小鋼絲繩輪組件包括小鋼絲繩輪7和小鋼絲繩輪軸承座9，該小鋼絲繩輪軸承座與第一級(jí)太陽(yáng)能帆板15一側(cè)的一端固定連接，小鋼絲繩輪通過(guò)軸承配合安裝在上述小鋼絲繩輪軸承座上，加速器的輸出軸穿過(guò)小鋼絲繩輪軸承座并與小鋼絲繩輪鍵連接，小鋼絲繩輪在加速器的輸出軸的驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)；加速器的輸入軸通過(guò)聯(lián)軸器與減速器連接，該加速器輸入軸的中部與第一鉸接件10鉸接，該第一鉸接件與上述小鋼絲繩輪軸承座相鄰近的固定在第一級(jí)太陽(yáng)能帆板上，通過(guò)加速器的輸入軸驅(qū)動(dòng)第一級(jí)太陽(yáng)能帆板繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)；加速器的輸入軸與輸出軸繞同一軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，且轉(zhuǎn)向相同，但加速器的輸入軸與輸出軸轉(zhuǎn)速不同，便使得第一級(jí)太陽(yáng)能帆板與小鋼絲繩輪繞同軸線轉(zhuǎn)動(dòng)且有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的角速度；該第一級(jí)太陽(yáng)能帆板同一側(cè)的另一端通過(guò)第一鉸鏈16與機(jī)架連接；上述第一級(jí)太陽(yáng)能帆板另一側(cè)的兩端分別通過(guò)第二鉸鏈12和第三鉸鏈14與第二級(jí)太陽(yáng)能帆板13連接；大鋼絲繩輪組件包括大鋼絲繩輪11和第二鉸鏈，大鋼絲繩輪通過(guò)軸承配合安裝在第二鉸鏈上，通過(guò)第二鉸鏈驅(qū)動(dòng)第二級(jí)太陽(yáng)能帆板繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)；鋼絲繩8通過(guò)內(nèi)錯(cuò)纏繞的方式連接大鋼絲繩輪和小鋼絲繩輪，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)并使得大鋼絲繩輪與小鋼絲繩輪轉(zhuǎn)向相反，進(jìn)而使得第一級(jí)太陽(yáng)能帆板與第二級(jí)太陽(yáng)能帆板同步運(yùn)動(dòng)且轉(zhuǎn)向相反。

如圖2、圖3所示，所述的小鋼絲繩輪軸承座中的第二固定件18固定在第一級(jí)太陽(yáng)能帆板上，小鋼絲繩輪軸筒19通過(guò)螺栓固定連接在第二固定件上并與第二固定件的軸孔同軸，該小鋼絲繩輪軸筒通過(guò)兩個(gè)深溝球軸承21與小鋼絲繩輪7配合；加速器的輸出軸17為一個(gè)階梯軸，該階梯軸的一端通過(guò)緊固裝置連接在加速器上，輸出力矩，其另一端穿過(guò)小鋼絲繩輪軸筒，通過(guò)鍵24與小鋼絲繩輪連接，端頭設(shè)有軸端擋圈23，小鋼絲繩輪內(nèi)側(cè)設(shè)有彈性擋圈20，通過(guò)該軸端擋圈和彈性擋圈實(shí)現(xiàn)小鋼絲繩輪的軸向定位和固定；加速器的輸出軸與小鋼絲繩輪軸筒之間留有間隙，相互不接觸；兩個(gè)深溝球軸承中間設(shè)有軸套25，小鋼絲繩輪軸筒一端設(shè)有彈性擋圈22，通過(guò)該彈性擋圈和軸套實(shí)現(xiàn)深溝球軸承的軸向定位。

如圖4、圖5所示，所述的第二鉸鏈中的第二鉸接件26固定在第二級(jí)太陽(yáng)能帆板上，軸承座28固定在第一級(jí)太陽(yáng)能帆板上，大鋼絲繩輪軸筒29通過(guò)螺栓固定在軸承座上并與軸承座的軸孔同軸，該大鋼絲繩輪軸筒通過(guò)兩個(gè)深溝球軸承35與大鋼絲繩輪11配合；第二鉸鏈中心的階梯軸27依次通過(guò)鍵32與第二鉸接件配合、通過(guò)自潤(rùn)滑軸承33與軸承座配合、通過(guò)鍵37與大鋼絲繩輪配合；階梯軸與大鋼絲繩輪軸筒之間留有間隙，相互不接觸；階梯軸的一端設(shè)有彈性擋圈31，通過(guò)該彈性擋圈實(shí)現(xiàn)階梯軸的軸向定位，其另一端設(shè)有軸端擋圈38，大鋼絲繩輪內(nèi)側(cè)設(shè)有彈性擋圈34，通過(guò)該軸端擋圈和彈性擋圈實(shí)現(xiàn)大鋼絲繩輪的軸向定位和固定；兩個(gè)深溝球軸承中間設(shè)有軸套30，大鋼絲繩輪軸筒一端設(shè)有彈性擋圈36，通過(guò)該彈性擋圈和軸套實(shí)現(xiàn)深溝球軸承的軸向定位。

在太陽(yáng)能帆板的閉合過(guò)程中，第一級(jí)太陽(yáng)能帆板在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，由于加速器的作用，小鋼絲繩輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)且與第一級(jí)太陽(yáng)能帆板有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的角速度，內(nèi)錯(cuò)纏繞的鋼絲繩一遍拉緊帶動(dòng)大鋼絲繩輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)第二級(jí)太陽(yáng)能帆板逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，太陽(yáng)能帆板閉合，直至極限位置，如圖6所示。在太陽(yáng)能帆板運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，大鋼絲繩輪組件和小鋼絲繩輪組件可有效地將鋼絲繩對(duì)加速器的輸出軸和對(duì)第二鉸鏈中心的階梯軸的徑向拉力轉(zhuǎn)化作用到第一級(jí)太陽(yáng)能帆板上，從而避免了軸發(fā)生彎曲變形，影響傳動(dòng)精度。