一种霍尔推力器的高精度装配工装及方法与流程

1.本发明涉及空间电推进装置制造技术领域，具体涉及一种霍尔推力器的高精度装配工装及方法。


背景技术：

2.霍尔推力器为一种先进空间电推进装置，其通过环状的气体分配器释放中性气体，同时在环形磁场中释放电子，电子在与磁场正交的电场作用下做循环转动，当中性气体经过环形磁场时便被运动中的电子电离，之后离子便被电场加速推出，从而使整个装置反向产生推力。而在上述过程中有一点非常重要，就是对环状释放出的中性气体需与环形磁场的对中性要求较高，否则中性气体相对于环形磁场错位后，即便气体分配器自身将中性气体分布得再均匀，也会使中性气体相对于环形磁场产生分布不均，而推进工质分布不均一方面会造成中性气体电离不充分，降低霍尔推力器总推力，另一方面也造成推力器推力分布不均，影响直线推进表现。而现有技术对环状释出的中性气体与环形磁场的对中性并未有足够重视，在装配制造过程中通过普通的安装孔位配合安装极易产生偏差。


技术实现要素：

3.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的霍尔推力器在装配制造过程中极易产生中性气体与磁场的对中性偏差的缺陷。
4.为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案为：一种装配工装，用于霍尔推力器的装配，所述霍尔推力器包括导磁底板、内磁组件和气体分配器，气体分配器呈环状，内磁组件具有中轴线，包括：定位上凸台和设置在定位上凸台一端的定位下凸台；定位上凸台的外侧面与气体分配器内侧面相适配；在导磁底板上设置有定位槽，定位下凸台的形状与定位槽相适配；在定位下凸台插入定位槽时，定位上凸台外侧面与内磁组件的中轴线同轴。
5.可选地，在导磁底板上设置有内磁组件安装孔，在定位下凸台上设置有工装螺柱；工装螺柱适于穿入内磁组件安装孔并通过工装螺母紧固。
6.可选地，所述霍尔推力器还包括绝缘座，导磁底板在定位槽周围开设有分配器安装孔，气体分配器在底部设置有柱状件；绝缘座套设在所述柱状件外，并插入分配器安装孔内，处于相对位置的绝缘座外缘之间的间距d小于定位上凸台的外径，在定位上凸台和定位下凸台之间设置有缩径段，缩径段的直径不大于所述间距d；在处于使用状态时，缩径段的高度大于绝缘座的高度。
7.可选地，定位下凸台为圆形凸台。
8.一种装配方法，用于装配霍尔推力器，所述霍尔推力器包括导磁底板、内磁组件、气体分配器和导磁外壳组件，气体分配器呈环状，内磁组件具有中轴线，在导磁底板上设置定位槽，在内磁组件底面设置定位台；定位台的形状与定位槽相适配；包括如下步骤：
s20：使用前述的装配工装，将定位下凸台插入定位槽中，并使所述装配工装与导磁底板固定；s30：将气体分配器套插在装配工装外侧，在插入时使定位上凸台的外侧面与分配器主体内侧面相配合；当气体分配器套插到位后，将气体分配器与导磁底板固定；s40：将装配工装从导磁底板上拆下；s50：将内磁组件的定位台插入定位槽中，并使内磁组件与导磁底板固定；s60：将导磁外壳组件与导磁底板固定。
9.可选地，在定位台与定位槽之间、定位下凸台与定位槽之间以及定位上凸台外侧面与分配器主体内侧面之间均采用0.02mm的间隙配合。
10.可选地，当所述霍尔推力器还包括绝缘座时，在步骤s30中，在气体分配器与导磁底板之间垫设有绝缘座之后，再将气体分配器与导磁底板之间进行固定。
11.可选地，当导磁底板在定位槽周围开设有分配器安装孔、气体分配器在底部设置有柱状件时，设置绝缘座为具有绝缘座通孔的套状，在步骤s10中，设置分配器安装孔直径大于绝缘座插入部分的直径，绝缘座通孔501的直径大于所述柱状件的直径；在步骤s30中，绝缘座插在分配器安装孔中，所述柱状件插在绝缘座通孔中。
12.可选地，当处于相对位置的绝缘座外缘之间的间距d小于定位上凸台的外径时，在步骤s20之前还包括步骤s10：将绝缘座插入分配器安装孔中。
13.可选地，气体分配器在底部通过角焊连接所述柱状件，并留有坡状的焊脚；在绝缘座通孔靠近焊脚的一端设置有适于容纳焊脚的绝缘座沉孔，在步骤s30中，当气体分配器套插到最后阶段时，使焊脚进入绝缘座沉孔之中，并使气体分配器底面与绝缘座顶面抵接。
14.通过采用上述技术方案，本发明具有如下技术效果：1.本发明提供的装配工装，通过其定位下凸台插入导磁底板上的定位槽，从而可使与内磁组件的中轴线同轴的定位上凸台用于对气体分配器的分配器主体进行导向；在安装气体分配器时，通过定位上凸台与分配器主体内侧面的配合，使得分配器主体的圆环中心与定位上凸台处于同轴状态。这样在拆除装配工装而替换安装内磁组件之后，通过相同的定位槽，内磁组件可以得到与装配工装相同的定位，从而使内磁组件的中轴线与定位上凸台轴线重合，于是通过装配工装这座桥梁最终使分配器主体的圆环中心与内磁组件中轴线处于同轴关系。因内磁组件作为产生磁场的核心部件，其自身的位置确定了环形磁场的中轴线所在。而环状的分配器主体作为释放中性气体的核心部件，使得中性气体会以分配器主体的形状向外释放流出，故而保证了分配器主体、即气体分配器圆环中心与内磁组件中轴线处于同轴关系之后，便可保证中性气体以环状释放时与环状磁场之间实现精密对中，最终保证了霍尔推力器的推力表现。
15.2.本发明提供的装配工装，通过定位下凸台上设置有工装螺柱；工装螺柱适于穿入内磁组件安装孔并通过工装螺母紧固，使螺纹连接部紧临着用于定位的定位下凸台及定位槽，令紧固力以最短路径直接作用在配合面上，使得装配工装与导磁底板之间的定位可以更牢固可靠。
16.3. 本发明提供的装配工装，设置缩径段可避免过大的绝缘座对作业时装入装配工装的妨碍作用，缩径段从高度与宽度上、即霍尔推力器轴向与径向上均避让了绝缘座，从而可以保证更大尺寸的绝缘座的安装，提高绝缘性能等级。
17.4. 本发明提供的装配方法，通过在定位台与定位槽之间、定位下凸台与定位槽之间以及定位上凸台外侧面与分配器主体内侧面之间均采用0.02mm的间隙配合，既保证了装配精度，又兼顾装配作业时拆装工装的简便性，最终可实现高于0.1mm的装配精度，尤其对小尺寸霍尔推力器，确保了其装配精度。
18.5. 本发明提供的装配方法，通过设置绝缘座沉孔，可避免焊脚带来的安装误差，使气体分配器的轴向安装精度得到保证。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明实施例所涉及的霍尔推力器的结构示意剖视图；图2为本发明实施例所涉及的霍尔推力器在省略气体分配器后的结构示意立体图；图3为本发明实施例所涉及的霍尔推力器的气体分配器的结构示意立体图；图4为本发明实施例所涉及的霍尔推力器的气体分配器的结构示意剖视图；图5为本发明实施例所涉及的霍尔推力器的导磁底板的结构示意立体图；图6为本发明实施例所涉及的霍尔推力器的导磁外壳组件的结构示意立体图；图7为本发明实施例所涉及的霍尔推力器的绝缘座的结构示意立体图；图8为本发明实施例所涉及的霍尔推力器的内磁组件的结构示意剖视图；图9为本发明实施例的装配工装的结构示意立体图；图10为本发明实施例在步骤s10的装配结构示意剖视图；图11为本发明实施例在步骤s20的装配结构示意剖视图；图12为本发明实施例在步骤s30的装配结构示意剖视图；图13为本发明实施例在步骤s40的装配结构示意剖视图；图14为本发明实施例在步骤s50的装配结构示意剖视图。
21.附图标记说明：1、导磁外壳组件；2、气体分配器；3、内磁组件；4、内磁组件螺母；5、绝缘座；6、绝缘座螺母；7、导磁底板；8、底板螺栓；9、装配工装；10、工装螺母；101、外壳安装孔；102、安装脚；103、外壳主体；104、外保护环；201、上缓冲件；202、中缓冲件；203、分配器底座；204、焊脚；205、进气柱；206、固定螺柱；207、分配器主体；301、内保护环；302、导磁内芯；303、附加导磁内芯；304、环形磁组件；305、定位台；306、内磁组件螺柱；307、中心柱；501、绝缘座通孔；502、绝缘座沉孔；503、绝缘座主体；504、绝缘座螺柱；701、定位槽；702、内磁组件安装孔；703、底板主体；704、导磁外壳安装孔；705、外部连接孔；706、分配器安装孔、901、定位上凸台；902、缩径段；903、定位下凸台；904、工装螺柱。
具体实施方式
22.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施
例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.在本发明的描述中需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
24.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
25.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
26.本实施例提供一种装配工装，用于霍尔推力器的装配，所述霍尔推力器至少包括导磁底板7、具有中轴线的内磁组件3和呈环状的气体分配器2，还可以包括导磁外壳组件1。其结构具体可参照如图1至8所示。
27.其中，导磁底板7设置有定位槽701，且在定位槽701周围开设有分配器安装孔706，此外在底板主体703上还设有导磁外壳安装孔704，以及用于连接外部的外部连接孔705。内磁组件3是产生磁场的核心部件，可如8所示，其可包括中心柱307、在外侧的环形磁组件304、在顶部的导磁内芯302、以及设置导磁内芯302与环形磁组件304之间的附加导磁内芯303，并且还可在导磁内芯302外周设置内保护环301。中心柱307在内磁组件3的底面形成了定位台305，并使内磁组件3具有中轴线。定位台305的形状与定位槽701相适配，为了兼顾配合的准确性和拆装便捷性，可使两者间采用0.02mm的间隙配合。内磁组件3通过定位台305与定位槽701之间的配合定位在导磁底板7上。气体分配器2设置在导磁底板7上；气体分配器2包括分配器主体207和数个柱状件；分配器主体207为圆环状，具体可如图3所示包括有上缓冲件201、中缓冲件202和分配器底座203。数个所述柱状件具体可如进气柱205和固定螺柱206，其连接在分配器主体207的一端，即分配器底座203上。内磁组件3位于分配器主体207的环体内侧；且出于绝缘或增大出气通路等方面考虑，内磁组件3与分配器主体207之间具有间隙，并不接触。所述柱状件插入分配器安装孔706之中，且与分配器安装孔706之间可因制造公差或刻意设计而具有间隙。所述间隙便适于调整改变气体分配器2与导磁底板7的相对位置。导磁外壳组件1可如6所示，包括外壳主体103和外保护环104，在外壳主体103还可设置安装脚102，用于开设外壳安装孔101。其安装在导磁底板7上，并围在分配器主体207的外侧。其具体地连接方式既可以采用穿过导磁外壳安装孔704的底板螺栓8与外壳安装孔101配合的螺纹连接形式，也可采用诸如焊接等方式。
28.该装配工装的一种实施方式如图9所示，其包括定位上凸台901和设置在定位上凸台901一端的定位下凸台903。定位上凸台901的外侧面与分配器主体207内侧面相适配，定位下凸台903的形状与定位槽701相适配。定位下凸台903插入定位槽701后，定位上凸台901与内磁组件3的中轴线同轴。
29.使用该装配工装的霍尔推力器装配制造过程，如图10~14所示，包括如下操作步
骤：s20：使用前述的装配工装，将定位下凸台903插入定位槽701中，并使所述装配工装9与导磁底板7固定；s30：将气体分配器2套插在装配工装9外侧，在插入时使定位上凸台901的外侧面与分配器主体207内侧面相配合；当气体分配器2套插到位后，将气体分配器2与导磁底板7固定；s40：将装配工装9从导磁底板7上拆下；s50：将内磁组件3的定位台305插入定位槽701中，并使内磁组件3与导磁底板7固定；s60：将导磁外壳组件1与导磁底板7固定，最终安装成为图1所示的霍尔推力器。
30.需要说明的是，上面提到的各处固定手段既可以采用可拆卸式连接，诸如螺纹连接等形式，也可采用胶接或焊接等不可拆卸连接形式。
31.上述的装配过程通过使装配工装9上的定位下凸台903插入导磁底板7上的定位槽701，从而可使与内磁组件3的中轴线同轴的定位上凸台901用于对气体分配器2的分配器主体207进行导向；在安装气体分配器2时，通过定位上凸台901与分配器主体207内侧面的配合，使得分配器主体207的圆环中心与定位上凸台901处于同轴状态。这样在拆除装配工装9而替换安装内磁组件3之后，通过相同的定位槽701，内磁组件3可以得到与装配工装9相同的定位，从而使内磁组件3的中轴线与定位上凸台901轴线重合，于是通过装配工装9这座桥梁最终使分配器主体207的圆环中心与内磁组件3中轴线处于同轴关系。因内磁组件3作为产生磁场的核心部件，其自身的位置确定了环形磁场的中轴线所在。而环状的分配器主体207作为释放中性气体的核心部件，使得中性气体会以分配器主体207的形状向外释放流出，故而保证了分配器主体207、即气体分配器2圆环中心与内磁组件3中轴线处于同轴关系之后，便可保证中性气体以环状释放时与环状磁场之间实现精密对中，最终保证了霍尔推力器的推力表现。
32.以上述实施方式为基础，在一种可选的实施方式中，如图5和8所示，定位槽701为圆形沉槽；定位台305为圆形凸台，并与内磁组件3中轴线同轴。这种圆形沉槽和圆形凸台便于车削加工，尤其是定位台305与内磁组件3中轴线同轴时，可方便夹装后进行车制，从而通过简单的结构和工艺便可取得较高的装配精度。
33.以上述实施方式为基础，在一种可选的实施方式中，如图1、5和9所示，在导磁底板7上设置有内磁组件安装孔702，在定位下凸台903上设置有工装螺柱904；工装螺柱904适于穿入内磁组件安装孔702并通过工装螺母10紧固。这样设置使螺纹连接部紧临着用于定位的定位下凸台903及定位槽701，令紧固力以最短路径直接作用在配合面上，使得装配工装9与导磁底板7之间的定位可以更牢固可靠。
34.同理，所述霍尔推力器也可在定位槽701中心开设有贯穿导磁底板7的内磁组件安装孔702，在定位台305中心设置有内磁组件螺柱306，内磁组件螺柱306穿入内磁组件安装孔702并通过内磁组件螺母4紧固。除了具有上述的定位与连接稳固的优点外，其还解决了内磁组件3的安装固定，因内磁组件3位于整个装置最内侧，在组装过程中一般遵从由内向外的装配顺序下，作为较先安装的部件不易得到有效固定。
35.以上述实施方式为基础，在一种可选的实施方式中，如图1、5和9所示，所述霍尔推
力器还包括绝缘座5，导磁底板7在定位槽701周围开设有分配器安装孔706，气体分配器2在底部设置有柱状件；绝缘座5套设在所述柱状件外，并插入分配器安装孔706内。如图11所示，处于相对位置的绝缘座5外缘之间的间距d小于定位上凸台901的外径，在定位上凸台901和定位下凸台903之间设置有缩径段902，缩径段902的直径不大于所述间距d。在处于使用状态时，缩径段902的高度大于绝缘座5的高度。设置缩径段902之后可避免过大的绝缘座5对作业时装入装配工装9的妨碍作用，缩径段902从高度与宽度上、即霍尔推力器轴向与径向上均避让了绝缘座5，从而可以保证更大尺寸的绝缘座5的安装，提高绝缘性能等级。
36.以上述实施方式为基础，在一种可选的实施方式中，如图1和9所示，定位下凸台903为圆形凸台。这种圆形凸台可配合圆形沉槽，便于车削加工，尤其是定位下凸台903与定位上凸台901同轴时，可方便夹装后进行车制，从而通过简单的结构和工艺便可取得较高的装配精度。
37.以上述装配方法的实施方式为基础，在一种可选的实施方式中，在定位台305与定位槽701之间、定位下凸台903与定位槽701之间以及定位上凸台901外侧面与分配器主体207内侧面之间均采用0.02mm的间隙配合。采用这种配合既保证了装配精度，又兼顾装配作业时拆装工装的简便性，最终可实现高于0.1mm的装配精度，尤其对小尺寸霍尔推力器，确保了其装配精度。
38.以上述装配方法的实施方式为基础，在一种可选的实施方式中，如图1和12所示，当所述霍尔推力器还包括绝缘座5时，在步骤s30中，在气体分配器2与导磁底板7之间垫设有绝缘座5之后，再将气体分配器2与导磁底板7之间进行固定。将气体分配器2与导磁底板7之间设置绝缘座5，可使气体分配器2去发挥阳极的作用，避免将电力传导至霍尔推进器其他部分。
39.以上述装配方法的实施方式为基础，在一种可选的实施方式中，如图1至8所示，当导磁底板7在定位槽701周围开设有分配器安装孔706、气体分配器2在底部设置有柱状件时，设置绝缘座5为具有绝缘座通孔501的套状。在步骤s10中，设置分配器安装孔706直径大于绝缘座5插入部分的直径，以形成用于调整位置的间隙；同理，绝缘座通孔501的直径大于所述柱状件的直径。在步骤s30中，绝缘座5插在分配器安装孔706中，所述柱状件插在绝缘座通孔501中。
40.气体分配器2在底部设置有柱状件可便于自身固定和气路安排，而使绝缘座5插入部分和所述柱状件相对于配合孔直径较小，从而创造出可以调整气体分配器2与导磁底板7相对位置的间隙，这样在装配工装9的导向作用之下，所述柱状件便可置于合适的位置，之后再行固定。而不至于因相关孔过小而造成柱状件相对导磁底板7产生弯曲变形而导致不必要的应力。
41.以上述装配方法的实施方式为基础，在一种可选的实施方式中，如图1和11所示，当处于相对位置的绝缘座5外缘之间的间距d小于定位上凸台901的外径时，在步骤s20之前还包括步骤s10：将绝缘座5插入分配器安装孔706中。这样以避免过大的绝缘座5对作业时装入装配工装9的妨碍作用。
42.以上述装配方法的实施方式为基础，在一种可选的实施方式中，如图1、4和7所示，气体分配器2在底部通过角焊连接所述柱状件，并留有坡状的焊脚204；在绝缘座通孔501靠近焊脚204的一端设置有适于容纳焊脚204的绝缘座沉孔502。在步骤s30中，当气体分配器2
套插到最后阶段时，使焊脚204进入绝缘座沉孔502之中，并使气体分配器2底面与绝缘座5顶面抵接。
43.具体来说，如图7所示，本实施方式的绝缘座5包括绝缘座主体503和设置在绝缘座主体503一端的绝缘座螺柱504，绝缘座通孔501贯通绝缘座主体503和绝缘座螺柱504，绝缘座沉孔502设置在绝缘座主体503上；绝缘座主体503的外径大于分配器安装孔706直径；绝缘座螺柱504插入分配器安装孔706，并通过绝缘座螺母6紧固。
44.这样设置是因为，焊接是气体分配器2的最常用组装方式，其中关于柱状件与分配器主体207这种柱与面之间的焊接常采用角焊，而角焊便会产生坡状的焊脚204造成柱状件根部尺寸变大，且通常各个焊脚204的高度不一致，如果不设置容纳焊脚204的绝缘座沉孔502，则各批次的气体分配器2插到底之后的实际高度便具有差异，使产品一致性变差，且坡状的焊脚204与较细的孔径配合也极易磨损，不仅破坏连接强度，还使气体分配器2在霍尔推力器轴向上的位置易松动，造成设备工作不稳定。而设置绝缘座沉孔502便可避免焊脚204带来的安装误差，使气体分配器2的轴向安装精度得到保证。
45.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。