[发明专利]一种基于SMA丝及螺旋摩擦副的空间轴系变预载机构

说明书

本发明提供一种基于SMA丝及螺旋摩擦副的空间轴系变预载机构，该机构包括1对角接触球轴承、SMA丝、螺旋转子环、螺旋静子环、推力滚针轴承、轴承座、轴承内环端盖、轴承外环端盖、衬套、波纹弹簧片。其中，螺旋转子环、螺旋静子环放置在球轴承外环之间，SMA丝两端连接在两螺旋环外表面，用于驱动螺旋转子环旋转。机构装配时，由于螺旋接触面的自锁特性，该机构可以保持轴系装配阶段的大预载；机构变载时，SMA丝驱动螺旋转子环，使其和螺旋静子环配合后的整体轴向长度发生改变，从而为轴系回转提供合适的预载。本发明所设计的空间轴系变预载机构简单紧凑，可多相变载、便于加工及地面测试，满足航天轴系对于轻质、高效驱动机构的相关技术要求。

技术领域

本发明涉及轴系预载调节机构的技术领域，特别涉及一种多相预载调节的空间轴系变预载机构。

背景技术

空间轴系是太阳帆板驱动机构、控制力矩陀螺、空间操控机械臂等伺服转动类宇航产品的重要组成部分，这类空间机电产品在发射时需要轴系具有较高的刚度，来抵抗发射过程中的振动和冲击；而发射入轨后，为了保证产品的回转精度和寿命，又希望轴系具有较小的摩擦阻力矩和波动量，来实现高精度的伺服控制。现有的技术手段是通过对空间轴系施加预载，使其有足够的刚度能够抵抗火箭发射时产生的动态载荷，而航天器入轨后却没有相应的技术手段来解除该预载，这就导致了空间轴系在轨工作时摩擦阻力过大，导致温升加剧，对使用寿命和回转精度都造成了严重影响。

基于液压、电磁、压电等驱动原理，国内外已经开发了多个轴系变预载机构，这些机构往往具有较为庞大的附属系统，由于空间环境的特殊性，此类变预载机构在航天器中的应用严重受限。近年来，针对空间使用环境下轴系的变预载需求，欧洲空间摩擦学实验室开发了双稳态梁主动变预载机构，法国ADR公司研制了SMA柱阵列变预载机构，这两种方案具有可靠性高、驱动精度好等优点，但双稳态梁主动变预载机构结构复杂，加工难度大、只能实现高低两相预载调节，而SMA柱阵列变预载机构响应速度慢、同步性差、且SMA柱的加工工艺复杂，进行地面测试的成本较高，此外该方案同样只能实现高低两相预载调节。

发明内容

本发明主要解决现有技术中所存在的尺寸过大、结构复杂、加工难度大、变载能力有限、不便于地面测试等问题，针对空间轴系使用要求，提供一种的结构形式简单紧凑、可多相变载、便于加工及地面测试的空间轴系变预载机构。

本发明采用的技术方案为：一种基于SMA丝及螺旋摩擦副的空间轴系变预载机构，具体包括：角接触球轴承、SMA丝、螺旋转子环、螺旋静子环、推力滚针轴承、轴承座、轴承内环端盖、轴承外环端盖、衬套、波纹弹簧片。

其中，角接触球轴承为1对，其内环部分是转动部件，与轴承内环端盖伸出的轴肩段配合，轴承内环端盖连接伺服电机，进而带动角接触球轴承内环在设定转速下旋转；两个角接触球轴承之间设有衬套，共同形成传力回路；角接触球轴承的外环部分是静止部件，支撑在轴承座上。螺旋转子环、螺旋静子环以及推力滚针轴承放置在角接触球轴承外环之间。SMA丝两端分别连接在螺旋转子环和螺旋静子环外表面，用于驱动螺旋转子环旋转。波纹弹簧片放置在角接触球轴承外环端面和轴承外环端盖之间，用于压紧角接触球轴承外环。

机构装配时，通过拧紧轴承内环端盖间的连接螺钉，对角接触球轴承内环施加轴向载荷，载荷经由滚动体传递到角接触球轴承外环上，使得轴承游隙被消除，此时轴系预载处于较高水平，从而可以抵抗航天器发射阶段的瞬态载荷。

机构变载时，对SMA丝通电加热，使其受热发生相变而收缩，驱动螺旋转子环旋转，使得螺旋转子环和螺旋静子环配合后的整体轴向长度发生改变，从而调节了轴系的预载水平。

需要复位时，将两根长螺钉穿过轴承座外表面的方孔，拧入螺旋转子环和螺旋静子环上的复位螺纹孔，反向旋动螺旋转子环，使得角接触球轴承外环被顶紧，提高了轴承预载荷，机构恢复到初始装配时的状态。

进一步地，所述1对角接触球轴承为背靠背安装，保证轴系既能够承受径向载荷，也能够承受轴向载荷。