一种应用于套筒展开的差速装置

1.本发明涉及变结构体空间遥感器技术领域，尤其涉及一种应用于套筒展开的差速装置，用于完成套筒展开过程中驱动组件与套筒内壁的有效差速预紧或差速驱动，实现超大型变结构体空间遥感器的在轨重组。


背景技术：

2.为了突破运载能力限制，在轨建造更大口径的空间遥感器，空间可展开遥感器成为新的发展方向。该技术路线的基本原理是，在发射前，将系统有序折叠以缩小其占用的空间，入轨后，自动展开重组，实现等效设计口径的成像能力。实现空间可展开遥感器变形，需要展开机构驱动，传统的空间展开机构主要有铰接桁架式、薄壁管式、套筒式、盘绕式和充气式几种。
3.套筒式因筒体截面惯性矩较大，并且由于每两级筒体之间保留了一定长度的搭接，因而具有很好的刚度与强度性能，通过使用线胀系数较小的碳纤维材料和机械限位装置可以达到很高的定位精度，特别适用于对精度、稳定性和刚度都要求较高的变结构体空间相机领域。
4.根据套筒展开方式的不同可以分为绳索驱动式、丝杠驱动式和薄壁开口管驱动式。绳索驱动方式具有展开同步性好，结构及原理简单，驱动结构件质量较轻的优点。但是在微重力环境下，绳索存在相互缠绕的风险，可靠性低；受绳索弹性影响，展开过程存在震荡，系统控制难度大。丝杠驱动式具有原理简单、结构稳定、强度大、展开驱动力高等突出优点。但是其对丝杠的加工精度和螺母的装配精度要求非常高；受丝杠制造能力限制，套筒的单级伸展长度无法做到很长，展折比相对较低；易弯曲变形，导致机构卡死，可靠性不高。薄壁开口管驱动方式轴向驱动力较大；但是其展收机构结构复杂，重量及结构尺寸大，使用不方便；薄壁开口管展开后变形不对称，引起套筒轴向旋转，挤压导向机构，造成展开机构变形；而且，大行程薄壁开口管的制备困难，成本非常高。
5.基于上述技术问题，本领域的技术人员亟需研发一种应用于套筒展开的差速装置，用于完成套筒展开过程中驱动组件与套筒内壁的有效差速预紧或差速驱动，实现超大型变结构体空间遥感器的在轨重组。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种结构简单，可靠性高，可以大幅提高驱动组件的有效接触力、或可以大幅提高套筒组件的轴向有效展开驱动力，并可以用于所有驱动套筒展开的场合，尤其是对展开精度要求较高的空间遥感领域的差速装置。
7.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
8.本发明的一种应用于套筒展开的差速装置，该差速装置包括：
9.第一连接座，所述第一连接座内集成有差速分力组件；
10.对称布置于所述第一连接座的上下两端、并与所述第一连接座固连的运动模块，
所述差速分力组件的输出端分别与对应一端的所述运动模块的输入端连接；以及
11.动力组件；
12.两个所述运动模块分为位于所述第一连接座上端的上运动模块和位于所述第一连接座下端的下运动模块；
13.所述动力组件集成于所述下运动模块一侧，且所述动力组件的输出端与所述差速分力组件的输出端连接以驱动所述差速分力组件运动。
14.进一步的，所述运动模块包括：
15.与所述第一连接座固连的基座组件；
16.轴对称分布于所述基座组件、并与所述基座组件转动连接的多个同步传动组件；
17.所述基座组件上轴对称分布有多个与对应的所述同步传动组件啮合的第二伞齿轮，所述第二伞齿轮一端固连有第一直齿轮；
18.所述基座组件的中心转动连接有与多个所述第一直齿轮啮合的第二直齿轮；
19.所述第二伞齿轮的中部位置与所述基座组件转动连接。
20.进一步的，所述基座组件包括：
21.安装基环，所述第二直齿轮与所述安装基环转动连接；
22.固连于所述安装基环下端面的轴承盖；以及
23.轴对称布置于所述安装基环上端面的分体安装座，所述分体安装座的轴孔同轴布置。
24.进一步的，所述同步传动组件包括：
25.第二小轴，所述第二小轴转动连接于所述分体安装座的轴孔内，且所述第二小轴中部加工有同步带轮；
26.对称布置并与所述第二小轴的中心的两端连接的支撑臂，所述支撑臂远离所述第二小轴一端转动连接有第一小轴；
27.所述第一小轴的中部转动连接有同步带轮，且该端的所述同步带轮的两侧套接固定有驱动轮；
28.所述第二小轴的左侧固连有第一伞齿轮；
29.所述同步带轮与第二小轴中部加工的同步带轮之间传动连接有同步带；
30.进一步的，该差速装置被配置为差速驱动装置或差速预紧装置；
31.所述差速装置为差速驱动装置时，所述支撑臂与所述第二小轴转动连接；
32.所述差速装置为差速预紧装置时，所述支撑臂与所述第二小轴固定连接。作为拓展的实施方式，当差速装置为差速预紧装置时，可以去掉同步带和驱动轮。
33.进一步的，所述差速分力组件包括：
34.差速轴，所述差速轴上向外凸出延伸有多个小横轴，所述差速轴的上端转动连接有第三伞齿轮，所述差速轴的下部转动连接有第五伞齿轮；
35.与对应的所述小横轴转动连接的第四伞齿轮；
36.所述第三伞齿轮与多个所述第四伞齿轮啮合；
37.所述第五伞齿轮与多个所述第四伞齿轮啮合；
38.所述第三伞齿轮与位于所述第一连接座上方的运动模块的第二直齿轮固连，所述第五伞齿轮与位于所述第一连接座下方的运动模块的第二直齿轮固连。
39.进一步的，所述动力组件包括：
40.与位于所述第一连接座下方的所述运动模块固连的第二连接座，所述第二连接座沿所述运动模块的外周均布、并朝向所述第一连接座一端延伸的爪部；
41.集成于所述第二连接座下端中心位置的电机组件，所述电机组件的输出端安装有联轴器；
42.所述电机组件通过所述联轴器与所述差速轴连接。
43.在上述技术方案中，本发明提供的一种应用于套筒展开的差速装置，具有以下有益效果：
44.本发明的差速装置可以通过调整第二小轴和支撑臂的连接关系而形成差速预紧装置或差速驱动装置；当作为差速预紧装置时，使用单动力源实现了多预紧机构的变径自适应，可以实现上下驱动组件与不同直径的套筒内壁同时接触，结构简单，可靠性高，可以大幅提高驱动组件的有效接触力。
45.本发明的差速装置作为差速驱动装置时，使用单动力源实现了多个驱动轮的转动驱动，可以实现上下驱动轮在不同直径套筒内壁，或者在变直径套筒内壁过渡时的速度匹配，结构简单，可靠性高，可以大幅提高套筒组件的轴向有效展开驱动力。
46.本发明的差速装置可以用于所有驱动套筒展开的场合，尤其是对展开精度要求较高的空间遥感领域。
附图说明
47.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
48.图1为本发明实施例提供的一种应用于套筒展开的差速装置的结构示意图；
49.图2为本发明实施例提供的一种应用于套筒展开的差速装置的主视图；
50.图3为本发明实施例提供的一种应用于套筒展开的差速装置的剖视图；
51.图4为图3中a-a向剖视图。
52.附图标记说明：
53.a、差速分力组件；b、基座组件；c、同步传动组件；d、动力组件；
54.1、同步带；2、同步带轮；3、第一小轴；4、支撑臂；5、驱动轮；6、第一伞齿轮；7、第二小轴；8、分体安装座；9、第二伞齿轮；10、安装基环；11、轴承盖；12、第一直齿轮；13、第二直齿轮；14、第一锁紧螺母；15、第三伞齿轮；16、第四伞齿轮；17、第二锁紧螺母；18、差速轴；19、第一连接座；20、第二连接座；21、联轴器；22、电机组件；23、第五伞齿轮。
具体实施方式
55.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
56.参见图1至图4所示；
57.本实施例的一种应用于套筒展开的差速装置，该差速装置包括：
58.第一连接座19，第一连接座19内集成有差速分力组件a；
59.对称布置于第一连接座19的上下两端、并与第一连接座19固连的运动模块，差速分力组件a的输出端分别与对应一端的运动模块的输入端连接；以及
60.动力组件d；
61.两个运动模块分为位于第一连接座19上端的上运动模块和位于第一连接座下端的下运动模块；
62.动力组件d集成于下运动模块一侧，且动力组件d的输出端与差速分力组件a的输出端连接以驱动差速分力组件a运动。
63.优选的，本实施例的运动模块包括：
64.与第一连接座19固连的基座组件b；
65.轴对称分布于基座组件b、并与基座组件b转动连接的多个同步传动组件c；
66.基座组件b上轴对称分布有多个与对应的同步传动组件c啮合的第二伞齿轮9，第二伞齿轮9一端固连有第一直齿轮12；
67.基座组件b的中心转动连接有与多个第一直齿轮12啮合的第二直齿轮13；
68.第二伞齿轮9的中部位置与基座组件b转动连接。
69.其次，上述的基座组件b包括：
70.安装基环10，第二直齿轮13与安装基环10转动连接；
71.固连于安装基环10下端面的轴承盖11；以及
72.轴对称布置于安装基环10上端面的分体安装座8，分体安装座8的轴孔同轴布置。
73.优选的，本实施例的同步传动组件c包括：
74.第二小轴7，第二小轴7转动连接于分体安装座8的轴孔内，且第二小轴7中部加工有同步带轮；
75.对称布置并与第二小轴7的中心的两端连接的支撑臂4，支撑臂4远离第二小轴7一端转动连接有第一小轴3；
76.第一小轴3的中部转动连接有同步带轮2，且该端的同步带轮2的两侧套接固定有驱动轮5；
77.第二小轴7的左侧固连有第一伞齿轮6；
78.同步带轮2与第二小轴7中部加工的同步带轮之间传动连接有同步带1。
79.本实施例的差速装置被配置为差速驱动装置或差速预紧装置；根据使用要求，本实施例的差速装置可以作为差速驱动装置使用，也可以作为差速预紧装置使用。具体为：
80.当差速装置为差速驱动装置时，支撑臂4与第二小轴7转动连接；
81.当差速装置为差速预紧装置时，支撑臂4与第二小轴7固定连接。作为拓展的实施方式，当差速装置为差速预紧装置时，可以去掉同步带1和驱动轮5。
82.进一步的，本实施例的差速分力组件a包括：
83.差速轴18，差速轴18上向外凸出延伸有多个小横轴，差速轴18的上端转动连接有第三伞齿轮15，差速轴18的下部转动连接有第五伞齿轮23；
84.与对应的小横轴转动连接的第四伞齿轮16；
85.第三伞齿轮15与多个第四伞齿轮16啮合；
86.第五伞齿轮23与多个第四伞齿轮16啮合；
87.第三伞齿轮15与位于第一连接座19上方的运动模块的第二直齿轮13固连，第五伞
齿轮23与位于第一连接座19下方的运动模块的第二直齿轮13固连。
88.最后，本实施例的动力组件d包括：
89.与位于第一连接座19下方的运动模块固连的第二连接座20，第二连接座20沿运动模块的外周均布、并朝向第一连接座19一端延伸的爪部；
90.集成于第二连接座20下端中心位置的电机组件22，电机组件22的输出端安装有联轴器21；
91.电机组件22通过联轴器21与差速轴18连接。
92.当本实施例的差速装置作为差速驱动装置使用时，驱动轮5在其他机构的驱动下已与套筒内壁有效抵接。此时，电机组件22输出动力，其输出端的转动首先进入差速分力组件a，根据差速分力组件a的性质，第三伞齿轮15与第五伞齿轮23的转速和为差速轴18转速的二倍。按照上述传动性质，将转动通过第二直齿轮13、第一直齿轮12、第二伞齿轮9、第一伞齿轮6、第二小轴7、同步带1、同步带轮2传递到各驱动轮5，当上下驱动轮5与套筒内壁的接触状态不同时，可以通过差速分力组件a自动进行速度匹配，基于该原理可以实现不同驱动轮5在阶梯状或不规则、非连续内径变化的套筒内表面运动时的异速匹配，保证套筒展开全过程中的轴向展开力稳定、可靠。
93.当本实施例的差速装置作为差速预紧装置使用时，按照上述的动力传动路径，当动力组件d的输出转动传递到第二小轴7时，由于第二小轴7与支撑臂f固连，动力组件d转动转化为支撑臂4绕第二小轴7转动的开合运动，该运动可以使安装在支撑臂4上的驱动轮5与阶梯状或者不规则、非连续内径变化的套筒内表面有效接触。通过自由度计算，初始状态，驱动轮5都不与套筒内壁接触时，机构自由度为2，是欠驱动机构，在动力组件d的驱动下，上下支撑臂4做不确定的张开运动，当上或下驱动轮5与套筒内壁接触时，机构自由度变为1，是定轨迹驱动机构，在动力组件d的驱动下，没有与套筒内壁接触的驱动轮5继续张开运动，直至其与套筒内表面也抵接；此时，动力组件d的驱动力矩就会转化为驱动轮5与套筒内壁的接触力，当上、下运动模块的结构参数相同时，上、下驱动轮5与套筒内壁的接触力相同。因为上、下驱动轮5都是轴对称分布的，当数量大于2时具有自动定心的作用。因为差速分力组件a的性质，该装置可以适应阶梯状，或者不规则、非连续内径变化的套筒内表面，从而使驱动轮5在这些变径内表面上都可以保证有效的接触，从而为套筒展开提供持续的正压力，该正压力在驱动组件的运动下转化为套筒展开的有效驱动力。
94.在上述技术方案中，本发明提供的一种应用于套筒展开的差速装置，具有以下有益效果：
95.本发明的差速装置可以通过调整第二小轴7和支撑臂4的连接关系而形成差速预紧装置或差速驱动装置；当作为差速预紧装置时，使用单动力源实现了多预紧机构的变径自适应，可以实现上下驱动组件与不同直径的套筒内壁同时接触，结构简单，可靠性高，可以大幅提高驱动组件的有效接触力。
96.本发明的差速装置作为差速驱动装置时，使用单动力源实现了多个驱动轮的转动驱动，可以实现上下驱动轮在不同直径套筒内壁，或者在变直径套筒内壁过渡时的速度匹配，结构简单，可靠性高，可以大幅提高套筒组件的轴向有效展开驱动力。
97.本发明的差速装置可以用于所有驱动套筒展开的场合，尤其是对展开精度要求较高的空间遥感领域。
98.以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。