专利名称：一种空间用轻小型驱动机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及航天仪器驱动装置，具体涉及一种空间用轻小型驱动机构，它应用于大负载，低速并需要断电自锁的航天仪器设备中。
背景技术：
随着航天技术的不断发展，航天仪器中运动部件使用越来越频繁，遥感仪器中驱动扫描镜进行多元并扫或凝视扫描，指向系统中用于驱动望远镜进行跟踪捕获瞄准，太阳帆板中用于驱动展开等等。目前使用的驱动电机基本选用电磁电机，其体积大，质量重。且断电后自锁力矩非常微小，因此负载较大的系统为了能够适应航天力学振动要求，通常增加锁紧机构，一般为火工品(如爆炸螺栓)或者电磁阀。两者均存在可靠性隐患，且锁紧装置一旦失效无法解锁，就意味着整个仪器设备任务失败，完全无法工作，近年来已有多起锁紧装置失效导致航天设备无法正常运行的事件。谐波减速器在小体积，大输出力矩的驱动装置中经常被采用，通常情况下柔轮为输出轴直接与负载刚性联接，负载产生的轴向窜动与偏心力矩就会反馈回来，这对谐波减速器啮合齿造成较大冲击，极大的影响谐波减速器的寿命，缩短设备使用周期。
发明内容
基于上述已有的驱动机构存在的问题，本发明提出使用超声电机与谐波减速器结合组成轻型驱动机构，既实现了大力矩的输出，同时在断电时能够实现机构自锁。在谐波减速器输出端增加支撑轴承，减少负载给谐波减速器带来影响，提高了其运行可靠性。解决了空间机构的断电自锁问题，自锁不再依靠爆炸螺栓、电磁阀等高风险产品。在实现驱动机构轻型化的同时保证较大力矩输出(牛米级力矩)。通过增加输出轴环节保证了谐波减速器的运行可靠性。本发明所述的轻型驱动机构包括超声电机，谐波减速器以及输出轴系构成。所述超声电机1由超声电机定子101，超声电机转子102，超声电机主轴103，超声电机座104，超声电机轴承105以及轴承隔圈106组成。超声电机定子101、转子102之间需要施加较大轴向预载力，本次使用的电机预载力为10kg。较大的预载力使得支撑轴承滚珠有较大应力，为了为满足固体润滑膜的应用需求，并且提高电机主轴103的旋转精度，超声电机轴承105采用两个轴承配合使用，分担轴向预压力。轴承之间配合精度通过修磨轴承隔圈106实现。所述谐波减速器2由刚轮201，柔轮202，波发生器203以及波发生器压片204构成；谐波减速器减速比可达到50 1，输出端转速降低，但是力矩增大近50倍。可同时将超声电机的工作输出扭矩与自锁力矩放大50倍，提高驱动能力与自锁可靠性。谐波减速器波发生器203为动力输入端，刚轮201固定，谐波减速器柔轮202为动力输出端，是从动件。所述输出轴系3由输出轴承座301，输出轴302，输出轴承组303，输出轴承隔圈304以及输出轴承盖305构成。输出轴302由输出轴承组303支撑，该处轴承组采用角接触轴承配对使用，预载力通过修磨输出轴承隔圈304与输出轴承盖305来实现，提高输出轴的安装刚度与旋转精度，既满足谐波减速器的使用需求，又减少了负载端的波动对谐波减速器的影响，提高了谐波减速器的运行可靠性。各部件联接关系超声电机通过电机座104固定在谐波减速器刚轮201上。谐波减速器的波发生器 203与超声电机轴103通过键联接，谐波减速器柔轮202与输出轴302通过螺钉联接。谐波减速器刚轮201固定在输出轴承座301上。输出轴承座具有对外的安装发兰。谐波减速器的柔轮202与波发生器203安装时有较高的同心度要求，为满足安装的精度要求，电机轴 103以及输出轴301均采用配对轴承支撑以提高旋转精度。机构工作原理超声电机转子102通过预压力紧紧压在电机定子101上，电机定子 101具有逆压电特性，通电后产生行波振动，通过摩擦力带动转子102和电机轴103随之旋转，输出扭矩。电机轴103带动谐波减速器的波发生器203旋转，经谐波减速器减速后，柔轮以低速大力矩旋转输出动力带动输出轴302运转。输出轴302最终输出动力。由于超声电机采用的是摩擦力输出动力，断电时，超声电机定子101与转子102会因静摩擦力而自动实现自锁。该自锁力矩通过谐波减速器又进行了放大，进而实现大力矩自锁。本发明的优点在于1、通过使用超声电机，使得驱动机构得以轻型化，在同等输出力矩下超声电机的质量约为普通电机质量的1/5 1/10。2、超声电机具有断电自锁的特性，断电后电机具有比工作扭矩还略大的自锁力矩，可以实现机构的自锁。3、超声电机与谐波减速器耦合，通过谐波减速器将超声电机的工作扭矩与自锁力矩进一步放大，实现大扭矩的驱动与自锁。4、在谐波减速器输出端增加了支撑轴系，提高了输出端的旋转精度同时减少了负载波动带来的影响。
图1.轻型驱动机构结构图。具体的实施方式1、所述驱动器为超声电机，其定转子101、102直径为Φ30mm，轴承组105采用角接触轴承固体润滑轴承。电机额定输出力矩为0. 02Nm，额定输出转速常温下为IOOr/ min，自锁力矩为0. INm。质量70g。2、所述谐波减速器2型号选用XBS-25-50。其减速比为50 1，传动误差4'，空回误差6'。额定输出扭矩0.5Nm，能承受瞬间冲击负载2Nm。谐波减速器采用固体润滑。 质量85g。3、所述输出轴系轴承303采用角接触轴承71804固体润滑轴承配对使用。
权利要求
1. 一种空间用轻小型驱动机构，它包括超声电机(1)，谐波减速器O)以及输出轴系 (3)，其特征在于所述超声电机的定子(101)与转子(102)之间需要施加IOkg轴向预载力，所述超声电机的轴承(10 采用两个轴承配合使用，分担轴向预压力，轴承之间配合精度通过修磨轴承隔圈(106)实现；所述的谐波减速器⑵的减速比为50 1 ；所述输出轴系(3)由输出轴承座(301)，输出轴(302)，输出轴承组(303)，输出轴承隔圈(304)以及输出轴承盖(305)构成，输出轴(302)由输出轴承组(303)支撑，轴承组(303) 采用角接触轴承配对使用，预载力通过修磨输出轴承隔圈(304)与输出轴承盖(30 来实现；超声电机(1)通过电机座(104)固定在谐波减速器刚轮O01)上；谐波减速器O)的波发生器(20 与超声电机轴(10 通过键联接，谐波减速器柔轮(20 与输出轴(302) 通过螺钉联接，谐波减速器刚轮(201)固定在输出轴承座(301)上；输出轴承座具有对外的安装法兰，电机轴(103)以及输出轴(301)均采用配对轴承支撑以保证谐波减速器的柔轮 (202)与波发生器(203)安装时的同心度要求。
全文摘要
本发明公开了一种空间用轻小型驱动机构，包括驱动元件超声电机，传动元件谐波减速器，空间支撑轴系。采用超声电机使得整个驱动器体积小，质量轻同时额定输出力矩大，且超声电机能够在断电时产生较大的自锁力矩。通过谐波减速器对输出扭矩进行放大，进一步增大了输出与断电自锁力矩，使其适应于驱动低速大负载的系统。支撑轴系的优化设计保证了航天空间环境的适应性。
文档编号H02K7/10GK102437677SQ201110316120
公开日2012年5月2日 申请日期2011年10月18日 优先权日2011年10月18日
发明者吕刚, 姜紫庆, 贾建军 申请人:中国科学院上海技术物理研究所