一种适应于深空环境的星载轻型二维指向机构的制作方法

本发明涉及航空航天机电技术领域，特别涉及一种适应于深空环境的星载轻型二维指向机构。

技术背景

现代卫星的数据传输绝大多数依靠点波束抛物面天线，其波束角很小，一般只有几度，天线需指向地面接收站才能进行数据传输。在现代航空航天技术中，通过二维指向机构作为数传天线对地面接收站定向和跟踪的执行机构。

我国在二维指向机构方面，目前主要集中在地球中低轨道卫星二维指向机构的研制，对深空探测器二维指向机构研制相对较少。现有的二维指向机构因质量大、轴系安装精度低、适应温度范围小、活动电缆的温度不可控而不适于深空探测器使用。随着登月计划和探火工程为代表的深空探测活动的开展，迫切需要适应于深空探测器的二维指向机构。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种适应于深空环境的星载轻型二维指向机构，其特征在于，该机构包括：底座、十字框架、天线座、驱动关节、驱动轴、从动轴、旋转关节、旋转关节支架、销钉、十字波导、轴承盖、轴盖、加热器和深沟球轴承；轴系采用一端固定，一端游动设计；所述驱动关节固定端与底座固定连接，通过止口定位；驱动关节转动端与驱动轴固定连接，通过止口定位；所述驱动轴固定安装在十字框架的安装孔内；所述从动轴固定在十字框架的另一个安装孔内，另一端通过深沟球轴承支撑在底座轴承孔内；轴系一端通过驱动关节固定支撑，另一端采用深沟球轴承游动支撑，在极端低温的情况下，可避免因轴系材料热涨系数不一致而出现轴承卡死的问题；天线座在旋转关节支架上，旋转关节支架固定在底座上，旋转关节安装固定在旋转关节支架定位孔内，安装在二维指向机构腔体内；十字波导穿过十字框架，连接两旋转关节，旋转关节支架与底座之间使用销钉定位，且每个旋转关节支架及其安装位置编制唯一识别编号；从动轴一端用轴承盖密封，另一端用轴盖密封，轴承盖和轴盖上安装加热器，使从动轴内腔的温度在电缆的使用温度范围内。

进一步，所述深沟球轴承外圈在轴承孔内通过孔端面和轴承盖实现轴向定位，深沟球轴承内圈可在从动轴上沿轴向滑动。

进一步，所述从动轴为空心轴，作为电缆通道；

进一步，所述电缆沿底座、十字框架、天线座布置；电缆与从动轴同轴布置，在轴系转动过程中，电缆转动部分的活动幅度小；电缆穿过从动轴中心孔，以螺旋状布置在从动轴内，电缆在活动过程中，曲率半径变化最小。

进一步，所述旋转关节支架的定位孔与底座轴承孔组合一体加工。

进一步，所述十字框架采用中空设计。

进一步，所述天线座采用镂空框架式构型，在头部压紧，提高二维机构刚度。

本发明采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下优点：

1)轴系采用一端固定，一端游动设计，使二维指向机构适应的温度范围更宽；

2)活动电缆以螺旋状布置在从动轴腔内，二维指向机构在转动过程中，电缆曲率半径变化小，提高活动电缆的可靠性和寿命；

3)从动轴为中空轴，内腔作为电缆通道，从动轴两端封闭并使用加热器控制从动轴内腔(活动电缆通道)温度，可将活动电缆工作温度控制在最佳范围内；

4)将旋转关节支架定位孔与底座轴承孔组合加工，且旋转关节与底座一体设计，提高轴系各轴的同轴度；

5)底座、十字框架、天线座均采用镂空框架式构型，轴采用中空设计，降低了二维指向机构的质量。

附图说明

图1是本发明一种适应于深空环境的星载轻型二维指向机构结构示意图；

图2是本发明一种适应于深空环境的星载轻型二维指向机构剖视图；

图3是电缆通道(从动轴系)结构示意图；

图4是电缆在从动轴内腔的布置示意图；

图示说明：

1—底座、2—十字框架、3—天线座、4—驱动关节、5—驱动轴、6—从动轴、7—旋转关节、8—旋转关节支架、9—销钉、10—十字波导、11—轴承盖、12—轴盖、13—加热器、14—深沟球轴承、15—电缆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详尽的描述：

本发明提供一种适应于深空环境的星载轻型二维指向机构，其特征在于，该机构包括：底座1、十字框架2、天线座3、驱动关节4、驱动轴5、从动轴6、旋转关节7、旋转关节支架8、销钉9、十字波导10、轴承盖11、轴盖12、加热器13和深沟球轴承14；二维指向机构两个轴垂直布置，两个轴系设计和组成完全一致；这里详细介绍其中一个轴系，另一轴系不再赘述。

驱动关节4固定端与底座1固定连接，通过止口定位；转动端与驱动轴5固定连接，通过止口定位；驱动轴5固定安装在十字框架2的安装孔内；从动轴6固定在十字框架2的另一个安装孔内，另一端通过深沟球轴承14支撑在底座1轴承孔内，轴承外圈在轴承孔内容通过孔端面和轴承盖实现轴向定位，轴承内圈可在从动轴上沿轴向滑动。

驱动组件供电和信号电缆15沿底座1、十字框架2、天线座布置；从动轴6为空心轴，作为电缆15通道；电缆15与从动轴6同轴布置，在轴系转动过程中，电缆15转动部分的活动幅度小；电缆15穿过从动轴中心孔，以螺旋状布置在从动轴6内，电缆15在活动过程中，曲率半径变化最小；

从动轴6一端用轴承盖11密封，另一端用轴盖12密封，轴承盖11和轴盖12上安装加热器13，使从动轴6内腔(即电缆活动部分布线通道)的温度在电缆15的使用温度范围内。

轴系一端通过驱动关节7固定支撑，另一端采用深沟球轴承14游动支撑，在极端低温的情况下，可避免因轴系材料热涨系数不一致而出现轴承卡死的问题；

旋转关节支架8固定在底座1上，其定位孔与底座1轴承孔组合一体加工；旋转关节7安装固定在旋转关节支架8定位孔内，安装在二维指向机构腔体内；十字波导10穿过十字框架2，连接两旋转关节7，十字框架2采用中空设计方案。

天线座3采用镂空框架式构型，在头部压紧，提高二维机构刚度。

旋转关节支架8与底座1之间使用销钉9定位，且每个旋转关节支架8及其安装位置编制唯一识别编号，旋转关节7的安装按如下步骤实施：

1)拧松旋转关节支架的固定螺钉，取下销钉，将旋转关节支架从底座上拆下，并记录识别编号；

2)将旋转关节与旋转关节支架用螺钉固定；

3)将拼装完成的旋转关节与旋转关节支架整体按照识别编号安装在原位置，用销钉复位。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种适应于深空环境的星载轻型二维指向机构，该机构包括：底座、十字框架、天线座、驱动关节、驱动轴、从动轴、旋转关节、旋转关节支架、销钉、十字波导、轴承盖、轴盖、加热器和深沟球轴承；轴系采用一端固定，一端游动设计；从动轴为温度可控的空心轴，作为电缆通道；该二维指向机构适应于深空环境极端低温下执行跟踪定向任务。

技术研发人员：赵明宣;王献忠;杨金平;李建辉;李源;黄庆平
受保护的技术使用者：上海宇航系统工程研究所
技术研发日：2017.07.04
技术公布日：2017.12.15