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CN111547269B - 小行星探测勘察弹加旋释放装置 - Google Patents

小行星探测勘察弹加旋释放装置 Download PDF

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CN111547269B CN202010318314.1A CN202010318314A CN111547269B CN 111547269 B CN111547269 B CN 111547269B CN 202010318314 A CN202010318314 A CN 202010318314A CN 111547269 B CN111547269 B CN 111547269B
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Abstract

本发明提供了一种小行星探测勘察弹加旋释放装置，包括加旋机构、电磁释放机构、弹力释放机构、勘察弹拨叉和勘察弹，勘察弹拨叉包括杯状体和连接轴，连接轴固设在杯状体底部，勘察弹底端伸入杯状体中，勘察弹上部由电磁释放机构限位，电磁释放机构固定在机架的上部，加旋机构固定在机架的下部，加旋机构包括电机，电磁释放机构释放勘察弹时，电机的空心转子带动勘察弹拨叉的杯状体转动，勘察弹拨叉的杯状体带动勘察弹转动，胀断器通电时将连接轴的薄弱处拉断，勘察弹拔叉在弹簧的弹力下上移一段距离后被限位套限位，勘察弹继续上移，脱离勘察弹拨叉，实现勘察弹释放。本发明能够为地外小天体勘察弹增加旋转，达到预定转速后增加轴向位移并释放。

Description

小行星探测勘察弹加旋释放装置
技术领域
本发明属于勘察弹加旋技术领域，尤其是涉及一种小行星探测勘察弹加旋释放装置。
背景技术
小行星的观测对了解太空环境具有重要意义，同时其与地球上面的生命安全息息相关。小行星探测需要人造卫星向星体发射勘察弹，勘察弹发射前需要对弹体加旋以增加弹体的稳定性，确保勘察弹能够精准稳定地击中目标星体。针对国内该领域现有技术上的空白，设计研发小行星勘察弹加旋释放装置。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种小行星探测勘察弹加旋释放装置，能够为地外小天体勘察弹增加旋转，达到预定转速后增加轴向位移并释放。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种小行星探测勘察弹加旋释放装置，包括加旋机构、电磁释放机构、弹力释放机构、勘察弹拨叉和勘察弹，所述勘察弹拨叉包括杯状体和连接轴，所述连接轴固设在杯状体的底部，所述的勘察弹底端伸入勘察弹拨叉的杯状体中，勘察弹上部由电磁释放机构限位，所述的电磁释放机构固定在机架的上部，所述的加旋机构固定在机架的下部，所述的加旋机构包括电机，电磁释放机构释放勘察弹时，电机的空心转子通过第一扭矩传递机构带动勘察弹拨叉的杯状体转动，勘察弹拨叉的杯状体通过第二扭矩传递机构带动勘察弹转动；
所述的弹力释放机构包括压缩弹簧、限位板和胀断器，所述的限位板固定在空心转子的底端，所述的压缩弹簧设置在空心转子内，且下端抵在限位板上，上端抵在杯状体的下端面上，所述的胀断器设置在限位板的下方，且配合在连接轴的薄弱处，勘察弹拨叉的连接轴的末端依次穿过电机的空心转子、限位板和胀断器后与螺母连接，所述的限位板中部设有限制连接轴移动位移的限位套；
所述的胀断器通电时将连接轴的薄弱处拉断，勘察弹拔叉在压缩弹簧的回复力下上移一段距离后被限位套限位，勘察弹继续上移，脱离勘察弹拨叉，实现勘察弹的释放。
进一步的，所述第一扭矩传递机构包括均匀设置在勘察弹拨叉的杯状体下端面的若干凸块和均匀开设在电机的空心转子的上端面的若干凹槽，所述凸块和凹槽一一配合，通过凸块与凹槽的配合传递扭矩。
进一步的，所述第二扭矩传递机构包括与杯状体的上端一体设置的扩口结构，所述扩口结构与杯状体同轴设置，在扩口结构端部的内壁上沿圆周均匀设有多个与勘察弹上的凹槽配合的拨块，通过拨块与凹槽配合传递扭矩，所述拨块呈直角三棱柱状，且相互垂直的两个侧面与勘察弹上的凹槽配合，另一个侧面与扩口结构的内壁固定连接。
进一步的，所述第二扭矩传递机构包括沿杯状体圆周方向均匀布置若干弹簧臂，所有弹簧臂均沿着勘察弹的长度方向布置，且每个弹簧臂的自由端均设有一朝向勘察弹的第一卡头，在勘察弹的相应位置处对应开设有若干第一卡槽。
进一步的，所述第二扭矩传递机构包括绕杯状体外周顺次错接的多个活动臂，每个活动臂的一端与杯状体铰接，另一端设有第二卡头，中部通过弹簧与相邻的活动臂的第二卡头连接，若干活动臂布置在同一平面处，在勘察弹的相应位置处对应开设有若干第二卡槽。
进一步的，在胀断器与限位板之间的连接轴上及在胀断器与螺母之间的连接轴上均设有一推力轴承。
进一步的，所述电磁释放机构包括电磁铁和电磁铁伸缩销，所述电磁铁固定在机架上，断电时，电磁铁伸缩销伸出进入勘察弹表面对应的孔内，对勘察弹径向限位，通电时电磁铁伸缩销缩回，解除对勘察弹的径向约束。
进一步的，在勘察弹上部设有支撑组件，所述支撑组件包括支撑轴承，所述的支撑轴承通过弹性挡圈固定在轴承支座上，所述轴承支座固定在机架上。
进一步的，所述电机还包括电机定子、电机机壳、电机支座和电机端盖，所述空心转子和电机定子设置在由电机机壳和电机端盖围成的空间内，电机定子通过过盈配合镶嵌在电机机壳内，空心转子上下方各通过一深沟球轴承分别与电机机壳和电机端盖连接，在电机端盖上固设有一保护胀断器、螺母及连接轴端部的扣盖。
进一步的，所述连接轴上设有限位台阶，所述限位台阶与限位套配合。
相对于现有技术，本发明所述的小行星探测勘察弹加旋释放装置具有以下优势：
本发明所述的小行星探测勘察弹加旋释放装置，
1、利用胀断器记忆金属的特性，可以将勘察弹拨叉的轴快速断开，可以实现拨叉在轴向上的自动解锁功能，有效的完成勘察弹的释放工作。
2、零件(电机机壳、扣盖和空心转子等)进行了减重处理，符合对重量的限制的严格的要求。
3、胀断器两侧均通过一推力轴承分别与限位板和螺母接触，限位板固定在电机转子上，在加旋过程当中，胀断器不转动且不影响其他零件转动，对加旋过程的影响较小。
4、支撑轴承没有轴承内圈，在加旋器加旋过程中，能够提供径向约束；在释放过程中，也能够使勘察弹顺利通过。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的小行星探测勘察弹加旋释放装置的结构示意图；
图2为加旋机构的机构示意图；
图3为电磁释放机构的结构示意图；
图4为勘察弹释放过程示意图；
图5为第二种形式的第二扭矩传递机构的工作原理图；
图6为第三种形式的第二扭矩传递机构的工作原理图。
附图标记说明：
1-螺母，2-推力轴承，3-胀断器，4-扣盖，5-深沟球轴承，6-电机定子，7-电机机壳，8-空心转子，9-连接轴，10-勘察弹拨叉，11-勘察弹，12-弹性挡圈，13-支撑轴承，14-轴承支座，15-电磁铁，16-电磁铁伸缩销，17-机架，18-压缩弹簧，19-电机支座，20-电机端盖，21-限位板，22-拨块，23-弹簧臂，24-第一卡头，25-活动臂，26-第二卡头，27-弹簧。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1-图4所示，小行星探测勘察弹加旋释放装置，包括加旋机构、电磁释放机构、弹力释放机构、勘察弹拨叉10和勘察弹11，所述勘察弹拨叉10包括杯状体和连接轴9，所述连接轴9固设在杯状体的底部，所述的勘察弹11底端伸入勘察弹拨叉10的杯状体中，勘察弹11上部由电磁释放机构限位，所述的电磁释放机构固定在机架17的上部，所述的加旋机构固定在机架17的下部，所述的加旋机构包括电机，电磁释放机构释放勘察弹11时，电机的空心转子8通过第一扭矩传递机构带动勘察弹拨叉10的杯状体转动，勘察弹拨叉10的杯状体通过第二扭矩传递机构带动勘察弹11转动；
所述的弹力释放机构包括压缩弹簧18、限位板21和胀断器3，所述的限位板21固定在空心转子8的底端，所述的压缩弹簧18设置在空心转子8内，且下端抵在限位板21上，上端抵在杯状体的下端面上，所述的胀断器3设置在限位板21的下方，且配合在连接轴9的薄弱处，勘察弹拨叉10的连接轴9的末端依次穿过电机的空心转子8、限位板21和胀断器2后与螺母1连接，所述的限位板21中部设有限制连接轴9移动位移的限位套；
所述的胀断器3通电时将连接轴9的薄弱处拉断，勘察弹拔叉10在压缩弹簧18的回复力下上移一段距离后被限位套限位，勘察弹11继续上移，脱离勘察弹拨叉10，实现勘察弹11的释放。
第一扭矩传递机构包括均匀设置在勘察弹拨叉10的杯状体下端面的若干凸块和均匀开设在电机的空心转子8的上端面的若干凹槽，所述凸块和凹槽一一配合，通过凸块与凹槽的配合传递扭矩。
第二扭矩传递机构包括与杯状体的上端一体设置的扩口结构，所述扩口结构与杯状体同轴设置，在扩口结构端部的内壁上沿圆周均匀设有多个与勘察弹上的凹槽配合的拨块22，通过拨块22与凹槽配合传递扭矩，所述拨块22呈直角三棱柱状，且相互垂直的两个侧面与勘察弹上的凹槽配合，另一个侧面与扩口结构的内壁固定连接。
在胀断器3与限位板21之间的连接轴9上及在胀断器3与螺母1之间的连接轴上均设有一推力轴承2。
电磁释放机构包括电磁铁15和电磁铁伸缩销16，所述电磁铁15固定在机架17上，断电时，电磁铁伸缩销16伸出进入勘察弹11表面对应的孔内，对勘察弹11径向限位，通电时电磁铁伸缩销16缩回，解除对勘察弹11的径向约束。
在勘察弹11上部设有支撑组件，所述支撑组件包括支撑轴承13，所述的支撑轴承13通过弹性挡圈12固定在轴承支座14上，所述轴承支座14固定在机架17上。支撑轴承13没有轴承内圈，在加旋器加旋过程中，能够提供径向约束；在释放过程中，也能够使勘察弹11顺利通过。
电机还包括电机定子6、电机机壳7、电机支座19和电机端盖20，所述空心转子8和电机定子6设置在由电机机壳7和电机端盖20围成的空间内，电机定子6通过过盈配合镶嵌在电机机壳7内，空心转子8上下方各通过一深沟球轴承5分别与电机机壳7和电机端盖20连接，在电机端盖20上固设有一保护胀断器3、螺母1及连接轴端部的扣盖4。扣盖4、电机机壳7和空心转子8上都开设有减重孔，进行了减重处理，使得整体装置重量符合严格的要求。
连接轴9上设有限位台阶和薄弱段，且薄弱段设置在限位台阶的下方，所述限位台阶与限位套配合。
本申请的加旋释放装置的工作过程为：电磁铁15安装在机架17上，通电后电磁铁伸缩销16缩回，解除勘察弹11的径向约束，电机通电以后，空心转子8旋转，由于勘察弹拨叉10与空心转子8之间有第一扭矩传递机构(也就是凸块和凹槽的配合)相连，使得勘察弹拨叉10以相同的转速转动，由于第二扭矩传递机构的设置，使得勘察弹11在勘察弹拨叉10的带动下一起转动，由于限位板21与空心转子8相连，胀断器3通过一个推力轴承2与限位板21接触，胀断器3另一侧通过另一个推力轴承2与螺母1连接，胀断器3对勘察弹拨叉10的加旋过程不产生影响，在勘察弹11达到预定转速后，胀断器3通电，胀断器3为记忆金属，胀断器3受热膨胀将连接轴9逐渐拉长，最终早连接轴9的薄弱区被拉断，勘察弹拨叉10的杯状体在压缩弹簧18的回复力作用下向上移动，勘察弹拨叉10的限位台阶(即轴肩)被限位板21卡住，停止向上移动，而勘察弹11的顶部为锥状，拨块22呈直角三棱柱状，且相互垂直的两个侧面与勘察弹上的凹槽配合，另一个侧面与扩口结构的内壁固定连接，这就使得拨块22只能传递扭矩，并不影响勘察弹11的轴向向上的运动，因此，勘察弹11因惯性继续向上移动，加旋释放装置完成加旋和释放工作。
第二扭矩传递机构除了以上介绍的形式，还可以是以下两种形式，分别记为第二种形式和第三种形式：
其中第二种形式为：如图5所示，第二扭矩传递机构包括沿杯状体圆周方向均匀布置若干弹簧臂23，所有弹簧臂23均沿着勘察弹11的长度方向布置，且每个弹簧臂23的自由端均设有一朝向勘察弹11的第一卡头24，在勘察弹11的相应位置处对应开设有若干第一卡槽。工作过程为：在勘察弹11安装过程中，第一卡头24将勘察弹11的弹头固定，第一卡头24限制弹头的轴向位移，电机的空心转子8转动时，带动勘察弹拨叉10转动，从而带动所有第一卡头24一起转动，同时向弹头上传递扭矩，勘察弹11开始增加转速，当勘察弹11达到预定转速后，第一卡头24在离心力的作用下产生径向滑动，解除对弹头的轴向约束。
其中第三种形式为：如图6所示，其中图a)为正视剖视图，图b)和图c)均为图a)的A-A向视图，第二扭矩传递机构包括绕杯状体外周顺次错接的多个活动臂25，每个活动臂25的一端与杯状体铰接，另一端设有第二卡头26，中部通过弹簧27与相邻的活动臂25的第二卡头26连接，若干活动臂25布置在同一平面处，在勘察弹11的相应位置处对应开设有若干第二卡槽。工作过程为：在弹体安装完成以后，第二卡头25在弹簧27的弹力作用下卡住勘察弹11的弹头，电机旋转带动勘察弹拨叉10的杯状体转动，从而带动第二卡头25旋转，第二卡头25向勘察弹11上传递扭矩，勘察弹11开始加旋，当勘察弹11达到预定转速后，第二卡头25在离心力作用下向外张开，解除第二卡头25对勘察弹11的约束。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种小行星探测勘察弹加旋释放装置，其特征在于：包括加旋机构、电磁释放机构、弹力释放机构、勘察弹拨叉(10)和勘察弹(11)，所述勘察弹拨叉(10)包括杯状体和连接轴(9)，所述连接轴(9)固设在杯状体的底部，所述的勘察弹(11)底端伸入勘察弹拨叉(10)的杯状体中，勘察弹(11)上部由电磁释放机构限位，所述的电磁释放机构固定在机架(17)的上部，所述的加旋机构固定在机架(17)的下部，所述的加旋机构包括电机，电磁释放机构释放勘察弹(11)时，电机的空心转子(8)通过第一扭矩传递机构带动勘察弹拨叉(10)的杯状体转动，勘察弹拨叉(10)的杯状体通过第二扭矩传递机构带动勘察弹(11)转动；
所述的弹力释放机构包括压缩弹簧(18)、限位板(21)和胀断器(3)，所述的限位板(21)固定在空心转子(8)的底端，所述的压缩弹簧(18)设置在空心转子(8)内，且下端抵在限位板(21)上，上端抵在杯状体的下端面上，所述的胀断器(3)设置在限位板(21)的下方，且配合在连接轴(9)的薄弱处，勘察弹拨叉(10)的连接轴(9)的末端依次穿过电机的空心转子(8)、限位板(21)和胀断器(2)后与螺母(1)连接，所述的限位板(21)中部设有限制连接轴(9)移动位移的限位套；
所述的胀断器(3)通电时将连接轴(9)的薄弱处拉断，勘察弹拔叉(10)在压缩弹簧(18)的回复力下上移一段距离后被限位套限位，勘察弹(11)继续上移，脱离勘察弹拨叉(10)，实现勘察弹(11)的释放。
2.根据权利要求1所述的小行星探测勘察弹加旋释放装置，其特征在于：所述第一扭矩传递机构包括均匀设置在勘察弹拨叉(10)的杯状体下端面的若干凸块和均匀开设在电机的空心转子(8)的上端面的若干凹槽，所述凸块和凹槽一一配合，通过凸块与凹槽的配合传递扭矩。
3.根据权利要求1所述的小行星探测勘察弹加旋释放装置，其特征在于：所述第二扭矩传递机构包括与杯状体的上端一体设置的扩口结构，所述扩口结构与杯状体同轴设置，在扩口结构端部的内壁上沿圆周均匀设有多个与勘察弹上的凹槽配合的拨块(22)，通过拨块(22)与凹槽配合传递扭矩，所述拨块(22)呈直角三棱柱状，且相互垂直的两个侧面与勘察弹上的凹槽配合，另一个侧面与扩口结构的内壁固定连接。
4.根据权利要求1所述的小行星探测勘察弹加旋释放装置，其特征在于：所述第二扭矩传递机构包括沿杯状体圆周方向均匀布置若干弹簧臂(23)，所有弹簧臂(23)均沿着勘察弹(11)的长度方向布置，且每个弹簧臂(23)的自由端均设有一朝向勘察弹(11)的第一卡头(24)，在勘察弹(11)的相应位置处对应开设有若干第一卡槽。
5.根据权利要求1所述的小行星探测勘察弹加旋释放装置，其特征在于：所述第二扭矩传递机构包括绕杯状体外周顺次错接的多个活动臂(25)，每个活动臂(25)的一端与杯状体铰接，另一端设有第二卡头(26)，中部通过弹簧(27)与相邻的活动臂(25)的第二卡头(26)连接，若干活动臂(25)布置在同一平面处，在勘察弹(11)的相应位置处对应开设有若干第二卡槽。
6.根据权利要求1所述的小行星探测勘察弹加旋释放装置，其特征在于：在胀断器(3)与限位板(21)之间的连接轴(9)上及在胀断器(3)与螺母(1)之间的连接轴上均设有一推力轴承(2)。
7.根据权利要求1所述的小行星探测勘察弹加旋释放装置，其特征在于：所述电磁释放机构包括电磁铁(15)和电磁铁伸缩销(16)，所述电磁铁(15)固定在机架(17)上，断电时，电磁铁伸缩销(16)伸出进入勘察弹(11)表面对应的孔内，对勘察弹(11)径向限位，通电时电磁铁伸缩销(16)缩回，解除对勘察弹(11)的径向约束。
8.根据权利要求1所述的小行星探测勘察弹加旋释放装置，其特征在于：在勘察弹(11)上部设有支撑组件，所述支撑组件包括支撑轴承(13)，所述的支撑轴承(13)通过弹性挡圈(12)固定在轴承支座(14)上，所述轴承支座(14)固定在机架(17)上。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的小行星探测勘察弹加旋释放装置，其特征在于：所述电机还包括电机定子(6)、电机机壳(7)、电机支座(19)和电机端盖(20)，所述空心转子(8)和电机定子(6)设置在由电机机壳(7)和电机端盖(20)围成的空间内，电机定子(6)通过过盈配合镶嵌在电机机壳(7)内，空心转子(8)上下方各通过一深沟球轴承(5)分别与电机机壳(7)和电机端盖(20)连接，在电机端盖(20)上固设有一保护胀断器(3)、螺母(1)及连接轴端部的扣盖(4)。
10.根据权利要求9所述的小行星探测勘察弹加旋释放装置，其特征在于：所述连接轴(9)上设有限位台阶，所述限位台阶与限位套配合。
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