一種六自由度自適應(yīng)柔性萬向節(jié)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種六自由度自適應(yīng)柔性萬向節(jié)，包括：安裝座、球墊、球套和柔性鉸。其中，安裝座主要用來實現(xiàn)一個平動方向的調(diào)節(jié)和安裝角度的初調(diào)。球墊主要用來實現(xiàn)另一個平動方向的精確調(diào)整。同時，球墊兩側(cè)設(shè)置有兩個球窩，通過與球套和壓緊螺母的配合，實現(xiàn)一個平動方向和三個轉(zhuǎn)動方向的精確調(diào)整，由此實現(xiàn)六自由度自適應(yīng)調(diào)節(jié)。此外，柔性鉸軸向具有較大的剛度、其它方向具有較小的剛度且具有較高的承載能力，所以在六自由度自適應(yīng)柔性萬向節(jié)調(diào)節(jié)到位、外圍部件安裝固定完畢后，柔性鉸可以有效傳遞軸向載荷，并釋放其他方向的載荷。
【專利說明】
一種六自由度自適應(yīng)柔性萬向節(jié)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種萬向節(jié)，具體涉及一種六自由度自適應(yīng)柔性萬向節(jié)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著遙感衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展，對地光學(xué)成像相機、對地測繪相機、測繪雷達等載荷的成像精度越來越高，對微振動干擾更加敏感。為有效抑制微振動的干擾，保證衛(wèi)星的成像精度，設(shè)計了一種并聯(lián)桁架式多擾源組合體減隔振裝置，通過多個隔振桿組合成的隔振平臺，將擾源組合體工作時產(chǎn)生的微振動進行隔離和衰減。為保證承載性能和可靠性，并聯(lián)桁架式減隔振裝置由多個隔振桿構(gòu)成過約束桿架系統(tǒng)，每個隔振桿由柔性接頭、彈簧、阻尼器、連接桿等組成。對于高精度遙感衛(wèi)星，用于安裝擾源組合體的隔振平臺大都具有較高的安裝精度要求。但由于零件加工精度的限制，每個隔振桿的幾何外形和安裝角度通常存在著誤差，若采用常規(guī)的柔性接頭將導(dǎo)致隔振桿安裝后存在著較大的內(nèi)應(yīng)力，隔振平臺的精度通常也難以保證。隔振桿的內(nèi)應(yīng)力將使柔性接頭和阻尼器產(chǎn)生較大的預(yù)應(yīng)力，嚴重降低其抗疲勞性能，甚至可能導(dǎo)致隔振桿破壞、隔振平臺失效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于此，本發(fā)明提供一種承載能力大、結(jié)構(gòu)簡單、精度高、自適應(yīng)性強的六自由度自適應(yīng)柔性萬向節(jié)。
[0004]所述的六自由度自適應(yīng)柔性萬向節(jié)包括:安裝座、球墊、球套和柔性鉸;所述安裝座包括:下安裝面和一端與下安裝面相連，另一端傾斜向上延伸的上安裝面;所述安裝座通過設(shè)置在其下安裝面上的兩個以上長圓安裝孔與外部平臺相連，所述長圓安裝孔的長度方向與所述下安裝面的長度方向一致，由此實現(xiàn)萬向節(jié)在所述下安裝面長度方向平動自由度的調(diào)節(jié);所述安裝座的上安裝面上設(shè)置有球墊安裝孔；
[0005]所述球墊的兩端面分別設(shè)置有用于安裝球套的球窩，所述球墊通過其端面上的長圓安裝孔固定在安裝座的上安裝面上，使其球窩所在位置與所述球墊安裝孔所在位置對應(yīng);所述球墊端面上的長圓安裝孔的長度方向與上安裝面的寬度方向一致，由此實現(xiàn)萬向節(jié)在所述上安裝面寬度方向平動自由度的調(diào)節(jié)；
[0006]所述球套為具有中心孔的半球形結(jié)構(gòu)，球套的外表面包括一個平面和一個球面，其中該平面為壓緊面，兩個所述球套分別安裝在球墊兩端的球窩內(nèi)，使球套的球面通過與所述球窩配合，由此實現(xiàn)萬向節(jié)在所述球套中心孔軸向上平動自由度的調(diào)節(jié)以及球面三個轉(zhuǎn)動方向自由度的調(diào)節(jié)；
[0007]所述柔性鉸一端同軸穿過球套和球墊的中心孔，固定在安裝座上；另一端與外圍設(shè)備相連。
[0008]所述柔性鉸包括螺桿、連接軸和連接盤，所述螺桿的一端穿過球套及球墊的中心孔，通過壓緊螺母固定在安裝座上，另一端通過連接軸與連接法蘭相連;所述連接法蘭上設(shè)置有用于與外圍設(shè)備相連的安裝孔;所述連接軸的圓周面上設(shè)置有兩個以上切槽，所述切槽包括沿連接軸圓周方向的弧形切口和弧形切口兩端沿軸向向下或向上延伸的條形切口，兩個以上所述切槽相互交叉。
[0009]令向同一方向延伸的兩相鄰條形切口之間的部分為軸芯，在每個軸芯與弧形切口連接端的端部兩側(cè)設(shè)置有對稱的凸臺。
[0010]有益效果:
[0011](I)該萬向節(jié)通過安裝座上設(shè)置的與衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的連接環(huán)節(jié)來實現(xiàn)一個平動方向的調(diào)節(jié)和隔振桿安裝角度的初調(diào);球墊上設(shè)置的與安裝座的連接環(huán)節(jié)來實現(xiàn)另一個平動方向的精確調(diào)整；同時，球墊兩側(cè)設(shè)置有兩個球窩，通過與球套和壓緊螺母的配合，實現(xiàn)一個平動方向和三個轉(zhuǎn)動方向的精確調(diào)整；由此通過安裝座、球墊和球套實現(xiàn)隔振桿安裝過程中的六自由度精確調(diào)節(jié)，具有結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)方便、精度高、適應(yīng)性強的特點。
[0012](2)柔性鉸在軸向具有較大的剛度和承載能力，同時在其它方向剛度較小且具有到位保護環(huán)節(jié)，可以有效承受發(fā)射過程中的沖擊載荷，有效傳遞軸向載荷、釋放其他方向載荷，具有承載能力大，且不影響衛(wèi)星姿態(tài)控制的特點。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為本發(fā)明使用時的安裝示意圖；
[0015]圖3是本發(fā)明中安裝座的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖4是本發(fā)明中球墊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖5是本發(fā)明中球套的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖6是本發(fā)明中柔性鉸的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖7是本發(fā)明中柔性鉸A向投影視圖；
[0020]圖8是本發(fā)明中柔性鉸B向投影視圖；
[0021 ]圖9本發(fā)明的一種防松設(shè)計示意圖。
[0022]其中:1-安裝座、2-球墊、3-球套、4-柔性鉸、5-壓緊螺母、6-安裝螺釘、7-防松螺母、10-隔振器、11-衛(wèi)星結(jié)構(gòu)、12-下安裝面、13-上安裝面、14-長圓安裝孔、15-球墊安裝孔、21球窩、31-壓緊面、32-球面、41-螺桿、42-連接法蘭、43-切槽、44-軸芯、45-凸臺、46-軸肩、461-軸肩內(nèi)表面、462-軸肩上表面、47-上法蘭面
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0024]為解決并聯(lián)桁架式減隔振裝置的多桿過約束高精度裝配問題，本實施例提供一種適用于航天器并聯(lián)桁架式減振裝置的六自由度自適應(yīng)柔性萬向節(jié)。
[0025]如圖1所示，該六自由度自適應(yīng)柔性萬向節(jié)包括:安裝座1、球墊2、兩個球套3、柔性鉸4以及若干壓緊螺母5和若干安裝螺釘6。使用時，六自由度自適應(yīng)柔性萬向節(jié)的一端與隔振器10連接，另一端與衛(wèi)星結(jié)構(gòu)11連接，如圖2所示。
[0026]所述安裝座I用來實現(xiàn)與衛(wèi)星結(jié)構(gòu)11的連接以及柔性鉸4與球墊2的安裝，并通過柔性鉸4的安裝角度保證隔振桿中隔振器的初始安裝角度。如圖3所示，安裝座I的下安裝面12通過設(shè)置的若干長圓安裝孔14實現(xiàn)與衛(wèi)星結(jié)構(gòu)11的連接;上安裝面13上設(shè)置了用于安裝球墊2的球墊安裝孔15以及位于球墊安裝孔15周圍用于固定球墊2的若干固定孔。安裝時，在所述球墊安裝孔15內(nèi)放置球墊2，兩個球套3分別通過壓緊螺母5壓緊在球墊2的兩側(cè)，最后球墊2通過若干安裝螺釘6安裝到安裝座I上。所述下安裝面11與上安裝面13之間的夾角α用來保證隔振器的初始安裝角度。
[0027]為方便描述，分別建立隔振桿安裝坐標(biāo)系OXYZ和隔振桿本體坐標(biāo)系^X7疒其中隔振桿安裝坐標(biāo)系OXYZ以下安裝面12所在平面中，安裝座I的長度方向為X軸，寬度方向為Y軸，垂直于下安裝面12的方向為Z軸(X軸、Y軸、Z軸符合右手定則)；隔振桿本體坐標(biāo)系以上安裝面13所在平面中，上安裝面13的長度方向為X7軸(上安裝面13傾斜的方向)，寬度方向為Y'軸(Y,軸與Y軸方向一致)，垂直于上安裝面13的方向為Z7軸(X,軸、礦軸、Z7軸符合右手定則)，如圖3所示。
[0028]安裝座I中下安裝面11上所設(shè)置的長圓安裝孔14在隔振桿安裝坐標(biāo)系X軸方向的尺寸大于Y軸方向的尺寸，由此隔振桿安裝過程中，可通過安裝座I沿長圓安裝孔12長度方向的移動，來實現(xiàn)隔振桿沿隔振桿安裝坐標(biāo)系X軸方向平動的精確調(diào)節(jié)。為保證球墊2的平動調(diào)節(jié)，所設(shè)置的球墊安裝孔15可設(shè)計為長圓孔，即球墊安裝孔15在隔振桿本體坐標(biāo)系Y'軸方向的尺寸大于X,軸的尺寸。
[0029]球墊2用來實現(xiàn)柔性鉸4與安裝座I的連接、隔振桿沿隔振桿安裝坐標(biāo)系Y軸方向平動的精確調(diào)節(jié)以及球套3的安裝。如圖4所示，球墊2上設(shè)置有若干長圓形安裝孔，該長圓形安裝孔與上安裝面13上用于固定球墊2的固定孔匹配，該長圓形安裝孔在隔振桿本體坐標(biāo)系疒軸方向的尺寸大于X,軸方向的尺寸，由于隔振桿通過柔性鉸4安裝在安裝座I上，安裝過程中，可通過球墊2沿該長圓安裝孔的移動，來實現(xiàn)隔振桿沿隔振桿安裝坐標(biāo)系Y軸方向平動的精確調(diào)節(jié)。同時，在球墊2的兩端面分別設(shè)置了用于安裝球套3的球窩21。
[0030]球套3用于固定柔性鉸4，并通過與球墊2的配合，實現(xiàn)隔振桿三個轉(zhuǎn)動自由度的精確調(diào)節(jié)。如圖5所示，球套3為具有中心孔的半球形結(jié)構(gòu)，其外表面包括一個平面和一個球面，其中該平面為壓緊面31，通過壓緊螺母5實現(xiàn)柔性鉸的壓緊固定，并實現(xiàn)隔振桿沿隔振桿本體坐標(biāo)系Z7軸方向平動自由度的調(diào)節(jié)。同時，球套3的球面32通過與球墊2上球窩21的配合，使隔振桿可以在隔振桿本體坐標(biāo)系三個方向進行轉(zhuǎn)動自由度的精確調(diào)節(jié)。
[0031]柔性鉸4用于實現(xiàn)隔振桿軸向載荷的傳遞和其他方向載荷的釋放，柔性鉸4的一端固定在安裝座I上，另一端與隔振器相連。柔性鉸4包括依次連接的螺桿41、連接軸和連接法蘭42，如圖6-8所示。所述螺桿41的一端同軸穿過球套3及球墊2的中心孔，通過壓緊螺母固定在安裝座I上，另一端通過連接軸與連接法蘭42相連，連接法蘭42上設(shè)置若干安裝孔用于隔振器的安裝。連接軸的圓周面上設(shè)置有若干切槽43，所述切槽43包括沿連接軸圓周方向的弧形切口和弧形切口兩端沿軸向(向下或向上)延伸的條形切口，若干所述切槽相互交叉。通過軸芯44以及軸芯44上所設(shè)置的切槽43來實現(xiàn)柔性鉸4的軸向(S卩Z'軸方向)高剛度、其他方向(V軸和礦軸方向)低剛度。
[0032]如圖6所示，本實施例中在連接軸的圓周面上設(shè)置有四個大小相同的切槽43，其中兩個切槽的弧形切口位于連接軸的上部，條形切口沿軸向向下延伸，另外兩個切槽的弧形切口位于連接軸的下部，條形切口沿軸向向上延伸;條形切口向同一方向延伸的兩個切槽相鄰條形切口之間的部分為軸芯44，條形切口向不同方向延伸的兩個切槽相鄰條形切口之間的部分為軸肩46。在每個軸芯44與弧形切口連接端的端部兩側(cè)設(shè)置有對稱的凸臺45，當(dāng)V軸和Y'軸方向載荷過大時，軸肩46內(nèi)表面461與凸臺45接觸或軸肩46上表面462與上法蘭面47接觸，通過軸肩46對軸芯44的位移進行限制，輔助軸芯44承受外界載荷，避免軸芯44發(fā)生過大變形而破壞。
[0033]為避免球套3發(fā)生松脫，可對壓緊螺母5施加一定的擰緊力矩并涂覆螺紋防松膠；也可以增加防松螺母7，用雙螺母形式進行防松，防松螺母7可以與壓緊螺母5相同，也可以不同，如圖7所示。
[0034]當(dāng)航天器并聯(lián)桁架式減振裝置需要反復(fù)拆裝時，為保證其重復(fù)安裝精度的精度，并聯(lián)桁架式減振裝置第一次安裝到位后，可以對安裝座I與衛(wèi)星結(jié)構(gòu)、安裝座I與球墊2分別配打定位孔。在并聯(lián)桁架式減振裝置拆卸過程中，只需松開安裝座I內(nèi)部的壓緊螺母和鎖緊螺母，而不松開柔性鉸4與球墊2之間的壓緊螺母和鎖緊螺母。在并聯(lián)桁架式減振裝置再次安裝過程中，通過軸銷分別保證支座I與衛(wèi)星結(jié)構(gòu)之間以及支座I與球墊2之間安裝位置的一致性，進而保證隔振桿X向和Y向的重復(fù)安裝精度;通過柔性鉸4與球墊2之間的壓緊螺母和鎖緊螺母，保證隔振桿軸向重復(fù)安裝精度，同時，保證隔振桿三個轉(zhuǎn)動方向的重復(fù)安裝精度。
[0035]經(jīng)過六自由度自適應(yīng)柔性萬向節(jié)的調(diào)整，可以保證并聯(lián)桁架式減隔振裝置的安裝精度，避免隔振桿安裝后存在較大的變形和內(nèi)應(yīng)力，從而可以有效提高隔振桿的抗疲勞性能和可靠性。
[0036]以上所述是對本發(fā)明優(yōu)選實施方式的具體說明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可做出多種等同變型或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申請專利要求所限定的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種六自由度自適應(yīng)柔性萬向節(jié)，其特征在于，包括:安裝座、球墊、球套和柔性鉸；所述安裝座包括:下安裝面和一端與下安裝面相連，另一端傾斜向上延伸的上安裝面;所述安裝座通過設(shè)置在其下安裝面上的兩個以上長圓安裝孔與外部平臺相連，所述長圓安裝孔的長度方向與所述下安裝面的長度方向一致，由此實現(xiàn)萬向節(jié)在所述下安裝面長度方向平動自由度的調(diào)節(jié);所述安裝座的上安裝面上設(shè)置有球墊安裝孔； 所述球墊的兩端面分別設(shè)置有用于安裝球套的球窩，所述球墊通過其端面上的長圓安裝孔固定在安裝座的上安裝面上，使其球窩所在位置與所述球墊安裝孔所在位置對應(yīng);所述球墊端面上的長圓安裝孔的長度方向與上安裝面的寬度方向一致，由此實現(xiàn)萬向節(jié)在所述上安裝面寬度方向平動自由度的調(diào)節(jié)； 所述球套為具有中心孔的半球形結(jié)構(gòu)，球套的外表面包括一個平面和一個球面，其中該平面為壓緊面，兩個所述球套分別安裝在球墊兩端的球窩內(nèi)，使球套的球面通過與所述球窩配合，由此實現(xiàn)萬向節(jié)在所述球套中心孔軸向上平動自由度的調(diào)節(jié)以及球面三個轉(zhuǎn)動方向自由度的調(diào)節(jié)； 所述柔性鉸一端同軸穿過球套和球墊的中心孔，固定在安裝座上；另一端與外圍設(shè)備相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六自由度自適應(yīng)柔性萬向節(jié)，其特征在于，所述柔性鉸包括螺桿、連接軸和連接盤，所述螺桿的一端穿過球套及球墊的中心孔，通過壓緊螺母固定在安裝座上，另一端通過連接軸與連接法蘭相連;所述連接法蘭上設(shè)置有用于與外圍設(shè)備相連的安裝孔;所述連接軸的圓周面上設(shè)置有兩個以上切槽，所述切槽包括沿連接軸圓周方向的弧形切口和弧形切口兩端沿軸向向下或向上延伸的條形切口，兩個以上所述切槽相互交叉。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的六自由度自適應(yīng)柔性萬向節(jié)，其特征在于，令條形切口向同一方向延伸的兩個切槽相鄰兩條形切口之間的部分為軸芯，在所述軸芯與弧形切口連接端的端部兩側(cè)設(shè)置有對稱的凸臺。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的六自由度自適應(yīng)柔性萬向節(jié)，其特征在于，所述球套通過壓緊螺母壓緊在所述球墊的球窩內(nèi)，安裝時，對所述壓緊螺母施加有設(shè)定的擰緊力矩并涂覆螺紋防松膠。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的六自由度自適應(yīng)柔性萬向節(jié)，其特征在于，所述球套通過壓緊螺母和防松螺母壓緊在所述球墊的球窩內(nèi)。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的六自由度自適應(yīng)柔性萬向節(jié)，其特征在于，所述球墊安裝孔為長圓孔，該長圓孔的長度方向與所述安裝座上安裝面的寬度方向一致。
【文檔編號】F16D3/16GK105840677SQ201610339850
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月20日
【發(fā)明人】吳瓊, 羅敏, 劉國青, 徐青華, 何德華
【申請人】北京空間飛行器總體設(shè)計部