CN119975837B - 一种减速机构及航天器 - Google Patents

Abstract

本发明属于航天器技术领域，公开了一种减速机构及航天器。减速机构包括安装盘、多个制动臂、连接组件以及齿环。安装盘同轴设置于展开结构的转动轴上。多个制动臂绕安装盘的轴线均布于安装盘上。多个制动臂均通过连接组件转动连接至安装盘上，连接组件能够弹性推抵多个制动臂伸出安装盘。齿环设置于展开结构的固定部上，齿环与安装盘同轴设置，多个制动臂伸出安装盘后能够抵接于齿环上，且多个制动臂能够与齿环单向啮合。该减速机构无需外部能源，通过纯机械结构实现温度不敏感的阻尼减速与可靠锁定，并通过单向啮合特性防止反向转动，从而有助于提升展开结构的工作可靠性。

Description

一种减速机构及航天器

技术领域

本发明涉及航天器技术领域，尤其涉及一种减速机构及航天器。

背景技术

航天飞行器的可展开结构(如太阳翼、卷曲臂等)通常需在发射阶段卷绕收拢以减小体积，入轨后通过压紧释放机构解锁并展开。展开过程中，卷曲臂提供驱动力，同时依赖阻尼器、减速装置等机构实现稳定可控的展开速率，并最终完成结构锁定。

目前，现有技术中的阻尼器多采用阻尼油或阻尼脂作为阻尼介质。此类阻尼器存在显著缺陷：阻尼油或阻尼脂的粘度对温度变化极为敏感，在空间环境极端温度波动下，其阻尼值会发生剧烈变化，导致展开过程的阻尼力不可控。这种温度依赖性会引发展开时间偏差、冲击载荷增加等问题，严重时甚至会导致展开结构展开失败或锁定失效，显著降低了工作可靠性。

因此，上述问题亟待解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种减速机构及航天器，以提升展开结构的工作可靠性。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种减速机构，所述减速机构包括：

安装盘，同轴设置于展开结构的转动轴上；

多个制动臂，绕所述安装盘的轴线均布于所述安装盘上；

连接组件，多个所述制动臂均通过连接组件转动连接至所述安装盘上，所述连接组件能够弹性推抵多个所述制动臂伸出所述安装盘；

齿环，设置于所述展开结构的固定部上，所述齿环与所述安装盘同轴设置，多个所述制动臂伸出所述安装盘后能够抵接于所述齿环上，且多个所述制动臂能够与所述齿环单向啮合。

作为优选地，所述连接组件包括：

多个安装轴，绕所述安装盘的轴向均布于所述安装盘上，多个所述制动臂一一对应转动连接至多个所述安装轴上；

多个弹性推抵件，每个所述制动臂至少对应设置有一个所述弹性推抵件，每个所述弹性推抵件用于弹性推抵与其对应的所述制动臂伸出所述安装盘。

作为优选地，所述弹性推抵件为套设于安装轴上的扭簧，所述扭簧的两端分别连接至所述安装盘及所述制动臂。

作为优选地，所述连接组件还包括多个限位件，多个所述限位件绕所述安装盘的轴向均布于所述安装盘上，多个所述限位件与多个所述制动臂一一对应，同一个所述安装轴上的所有扭簧的两端均分别连接与其对应的所述制动臂及所述限位件。

作为优选地，所述齿环的齿数与所述制动臂的数量不成正整数比。

作为优选地，所述制动臂包括能够与所述齿环啮合的配合部，所述配合部呈水滴状设置。

作为优选地，所述减速机构还包括收拢件，所述收拢件被配置为将多个所述制动臂均与所述齿环分离。

作为优选地，所述收拢件包括；

收拢盘，可与所述安装盘实现同轴可拆卸连接；

多个抵接部，绕所述收拢盘的轴向均布于所述抵接部上，多个所述抵接部与多个所述制动臂一一对应，以使所述连接组件将多个所述制动臂弹性推抵至多个抵接部上。

作为优选地，所述减速机构还包括设置于所述齿环上的壳体，且所述壳体能够罩设于所述安装盘上。

一种航天器，包括展开结构和上述的减速机构，所述减速机构被配置为控制所述展开结构的展开速率，并锁定展开后的所述展开结构。

本发明的有益效果：

本发明提供的减速机构无需外部能源，通过纯机械结构实现温度不敏感的阻尼减速与可靠锁定，并通过单向啮合特性防止反向转动，从而有助于提升展开结构的工作可靠性。

附图说明

图1是本发明提供的减速机构的结构示意图一；

图2是本发明提供的减速机构的结构示意图二；

图3是图1中A处的放大图；

图4是本发明提供的减速机构使用收拢件时的结构示意图一；

图5是本发明提供的减速机构使用收拢件时的结构示意图二

图6是本发明提供的收拢件时的结构示意图。

图中：

1、安装盘；2、制动臂；3、连接组件；31、安装轴；32、弹性推抵件；33、限位件；4、齿环；5、收拢件；51、收拢盘；52、抵接部；6、壳体。

具体实施方式

在详细解释本申请的任何实施方式之前，应当理解，本申请不限于其应用到以下描述中阐述的或以上附图中所示的结构细节和组件布置。

在本申请中，术语“包括”、“包含”、“具有”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

在本申请中，术语“和/或”，是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，一种离心涡旋磁力泵和/或离心涡旋磁力泵，可以表示：单独存在一种离心涡旋磁力泵，同时存在一种离心涡旋磁力泵和离心涡旋磁力泵，单独存在离心涡旋磁力泵这三种情况。另外，本申请中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“和/或”的关系。

本申请中，术语“连接”、“结合”、“耦合”、“安装”可以是直接连接、结合、耦合或安装，也可以是间接连接、结合、耦合或安装。其中，进行举例示范，直接连接指的是两个零件或组件之间不需设置中间件而连接在一起，间接连接指的是两个零件或组件分别与至少一个中间件连接，这两个零件或组件通过中间件实现连接。此外，“连接”和“耦合”不限于物理或机械连接或耦合，并且可以包括电连接或耦合。

在本申请中，本领域普通技术人员将理解，结合数量或条件使用的相对术语(例如，“约”，“大约”，“基本”等)为包括所述值并且具有上下文所指示的含义。例如，该相对术语至少包括与特定值的测量相关的误差程度，与特定值相关的由制造，组装，使用造成的公差等。这种术语也应被视为公开了由两个端点的绝对值限定的范围。相对术语可指代所指示的值的一定百分比(例如1％，5％，10％或更多)的加或减。未采用相对术语的数值，也应该被揭示为具有公差的特定值。此外，“基本”在表达相对的角度位置关系时(例如，基本平行，基本垂直)，可指代在所指示的角度的基础上加或减一定度数(例如1度，5度，10度或更多)。

在本申请中，本领域普通技术人员将理解，由组件执行的功能可以为由一个组件，多个组件，一个零件，或多个零件执行。同样的，由零件执行的功能也可以由一个零件，一个组件，或多个零件组合来执行。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等方位词是以附图所示的方位和位置关系来进行描述的，不应理解为对本申请实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。还应当理解的，上侧、下侧、左侧、右侧、前侧、后侧等方位词不仅代表正方位，也可以理解为侧方位。例如，下方可以包括正下方、左下方、右下方、前下方以及后下方等。

请参阅图1至图6，本实施例提供一种减速机构，减速机构包括安装盘1、多个制动臂2、连接组件3以及齿环4。其中，安装盘1同轴设置于展开结构的转动轴上。多个制动臂2绕安装盘1的轴线均布于安装盘1上。多个制动臂2均通过连接组件3转动连接至安装盘1上，连接组件3能够弹性推抵多个制动臂2伸出安装盘1。齿环4设置于展开结构的固定部上，齿环4与安装盘1同轴设置，多个制动臂2伸出安装盘1后能够抵接于齿环4上，且多个制动臂2能够与齿环4单向啮合。

当展开结构的转动轴在外力驱动下旋转时，安装盘1同步转动，其上均布的制动臂2在连接组件3的弹性推抵作用下始终抵接齿环4。展开过程中，制动臂2与齿环4间的摩擦阻尼力持续作用于转动轴，实现稳定减速。当驱动力撤销后，连接组件3的弹性力仍维持制动臂2与齿环4的抵接状态，使转动轴保持静止，完成锁定。此外，齿环4与制动臂2的单向啮合结构允许转动轴单向旋转，反向转动时制动臂2与齿环4卡合形成锁止。

可以理解的是，该减速机构无需外部能源，通过纯机械结构实现温度不敏感的阻尼减速与可靠锁定，并通过单向啮合特性防止反向转动，从而有助于提升展开结构的工作可靠性。

具体地，连接组件3包括多个安装轴31和多个弹性推抵件32。多个安装轴31绕安装盘1的轴向均布于安装盘1上，多个制动臂2一一对应转动连接至多个安装轴31上。每个制动臂2至少对应设置有一个弹性推抵件32，每个弹性推抵件32用于弹性推抵与其对应的制动臂2伸出安装盘1。

如此设置，弹性推抵件32通过自身弹性变形补偿极端温度下材料热胀冷缩引起的尺寸变化，始终维持制动臂2与齿环4的稳定接触压力，确保阻尼力的一致性，消除温度对阻尼特性的影响。另外，弹性推抵件32依靠自身预紧力持续提供推抵力，无需外部能源输入即可维持制动臂2与齿环4的啮合状态，结构简单，且使用成本低。更为重要的是，多组独立的安装轴31与弹性推抵件32形成冗余配置，单组失效时其他组仍可维持制动臂2的正常工作，从而能够提升减速机构的工作可靠性。

在本实施例中，弹性推抵件32为套设于安装轴31上的扭簧，扭簧的两端分别连接至安装盘1及制动臂2。可以理解的是，扭簧以轴向套设方式集成于安装轴31上，无需额外径向空间，显著提升减速机构的紧凑性，契合航天设备轻量化与小型化要求。另外，扭簧通过预压缩变形提供恒定扭矩，确保制动臂2与齿环4间接触压力稳定，在极端温域下仍能维持阻尼力一致性，克服传统阻尼介质的温度敏感性。

需要指出的是，减速机构对转动轴施加的制动力大小主要由扭簧力提供，而不同型号的扭簧提供的制动力也不同，故扭簧的型号需要根据实际使用场景进行选择，本实施例对此不做具体要求和限制。此外，在一些场景下，可通过在同一个安装轴31上套设多个扭簧，从而使得多个扭簧弹性推抵同一个制动臂2。如此设置，若单个扭簧断裂或疲劳失效，其余扭簧仍能提供基础制动力，避免制动功能完全丧失。同时，多个扭簧分担弹性变形量，降低单个扭簧的应力集中，延长整体使用寿命。进一步地，还可以组合不同刚度的扭簧(如主扭簧提供基础弹力，辅助扭簧在过载时介入)，可实现制动过程的分段力特性，避免刚性冲击。

需要说明的是，在其他实施例中，弹性推抵件32还可以选择采用橡胶或类似的弹性材料制成特定形状(如柱状、块状等)，安装在制动臂2和安装盘1之间。结合至具体的使用场景，还可以采用由多个碟形薄片弹簧堆叠而成的结构，安装在制动臂2和安装盘1之间。故本实施例对弹性推抵件32的结构不做具体的要求和限制。

特别地，连接组件3还包括多个限位件33，多个限位件33绕安装盘1的轴向均布于安装盘1上，多个限位件33与多个制动臂2一一对应，同一个安装轴31上的所有扭簧的两端均分别连接与其对应的制动臂2及限位件33。扭簧通过与限位件33连接，能够为扭簧提供可靠的支撑点，避免扭簧在工作过程中发生移位、晃动或脱出等情况，保证扭簧能够持续、稳定地为制动臂2提供弹性推抵力。在本实施例中，限位件33为螺接于安装盘1上的限位凸台。

需要指出的是，若齿数与制动臂2数量成整数倍关系，同一制动臂2会周期性地与齿环4上的相同齿位接触，导致特定齿面磨损加剧。为此，在本实施例中，齿环4的齿数与制动臂2的数量不成正整数比，从而可使每个制动臂2均匀接触齿环4的不同齿位，分散磨损，延长齿环4和制动臂2的使用寿命。

为进一步延长制动臂2的使用寿命，制动臂2包括能够与齿环4啮合的配合部，配合部呈水滴状设置，从而使得配合部的尖端可精准嵌入齿环4的齿间，而圆润的尾部与齿面形成更大的接触面积，避免局部应力集中，进而能够减少齿面磨损，延长齿环4和制动臂2的使用寿命。另外，尖端在啮合时更便于对准齿间，降低卡滞风险，确保制动臂2与齿环4快速、稳定地咬合。同时，尖端与齿面的斜向接触可增强单向锁定效果，防止因振动或冲击导致的意外解锁，提升展开结构的安全性。

一般来说，减速机构在组装阶段，若制动臂2与齿环4意外锁定，则会影响组装效率。为此，在本实施例中，减速机构还包括收拢件5，收拢件5被配置为将多个制动臂2均与齿环4分离。如此设置，收拢件5可在组装阶段保持制动臂2与齿环4分离，避免两者意外锁定。另外，维护时可通过收拢件5将多个制动臂2均与齿环4分离，以提升操作便捷性。

优选地，收拢件5包括收拢盘51和多个抵接部52。收拢盘51可与安装盘1实现同轴可拆卸连接。多个抵接部52绕收拢盘51的轴向均布于抵接部52上，多个抵接部52与多个制动臂2一一对应，以使连接组件3将多个制动臂2弹性推抵至多个抵接部52上。可以理解的是，收拢盘51与安装盘1可拆卸连接，可快速分离或更换，便于对制动臂2、齿环4等内部组件进行维护。另外，均布的多个抵接部52能够确保所有制动臂2同步脱离齿环4，防止因个别制动臂2未完全分离引发的运动干涉或结构损坏。需要说明的是，收拢盘51与安装盘1可采用螺栓、卡扣等任意一种现有的可拆卸连接结构，故不做赘述。

为进一步提升减速机构的使用寿命，减速机构还包括设置于齿环4上的壳体6，且壳体6能够罩设于安装盘1上。如此设置，壳体6能够有效阻止灰尘、碎屑或液体进入其内部，保护齿环4、制动臂2、扭簧等精密部件免受污染，延长使用寿命。

本实施例另外还提供一种航天器，其包括展开结构和上述的减速机构，减速机构被配置为控制展开结构的展开速率，并锁定展开后的展开结构。可以理解的是，包括上述减速机构的航天器的展开结构的工作可靠性更高。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种减速机构，其特征在于，所述减速机构包括：

安装盘（1），同轴设置于展开结构的转动轴上；

多个制动臂（2），绕所述安装盘（1）的轴线均布于所述安装盘（1）上；

连接组件（3），多个所述制动臂（2）均通过连接组件（3）转动连接至所述安装盘（1）上，所述连接组件（3）能够弹性推抵多个所述制动臂（2）伸出所述安装盘（1）；

齿环（4），设置于所述展开结构的固定部上，所述齿环（4）与所述安装盘（1）同轴设置，多个所述制动臂（2）伸出所述安装盘（1）后能够抵接于所述齿环（4）上，且多个所述制动臂（2）能够与所述齿环（4）单向啮合

多个安装轴（31），绕所述安装盘（1）的轴向均布于所述安装盘（1）上，多个所述制动臂（2）一一对应转动连接至多个所述安装轴（31）上；

多个弹性推抵件（32），每个所述制动臂（2）至少对应设置有一个所述弹性推抵件（32），每个所述弹性推抵件（32）用于弹性推抵与其对应的所述制动臂（2）伸出所述安装盘（1）；

所述齿环（4）的齿数与所述制动臂（2）的数量不成正整数比；

所述减速机构还包括收拢件（5），所述收拢件（5）被配置为将多个所述制动臂（2）均与所述齿环（4）分离。

2.根据权利要求1所述的一种减速机构，其特征在于，所述弹性推抵件（32）为套设于安装轴（31）上的扭簧，所述扭簧的两端分别连接至所述安装盘（1）及所述制动臂（2）。

3.根据权利要求2所述的一种减速机构，其特征在于，所述连接组件（3）还包括多个限位件（33），多个所述限位件（33）绕所述安装盘（1）的轴向均布于所述安装盘（1）上，多个所述限位件（33）与多个所述制动臂（2）一一对应，同一个所述安装轴（31）上的所有扭簧的两端均分别连接与其对应的所述制动臂（2）及所述限位件（33）。

4.根据权利要求1所述的一种减速机构，其特征在于，所述制动臂（2）包括能够与所述齿环（4）啮合的配合部，所述配合部呈水滴状设置。

5.根据权利要求1所述的一种减速机构，其特征在于，所述收拢件（5）包括；

收拢盘（51），可与所述安装盘（1）实现同轴可拆卸连接；

多个抵接部（52），绕所述收拢盘（51）的轴向均布于所述抵接部（52）上，多个所述抵接部（52）与多个所述制动臂（2）一一对应，以使所述连接组件（3）将多个所述制动臂（2）弹性推抵至多个抵接部（52）上。

6.根据权利要求1所述的一种减速机构，其特征在于，所述减速机构还包括设置于所述齿环（4）上的壳体（6），且所述壳体（6）能够罩设于所述安装盘（1）上。

7.一种航天器，其特征在于，包括展开结构和如权利要求1-6任意一项所述的减速机构，所述减速机构被配置为控制所述展开结构的展开速率，并锁定展开后的所述展开结构。