專利名稱：一種磁懸浮飛輪用杠桿式可重復(fù)鎖緊裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁懸浮飛輪用杠桿式可重復(fù)鎖緊裝置，具有可重復(fù)使用、易于控
制、功耗小、可靠性高、鎖緊力大、可以防止多余物的產(chǎn)生等優(yōu)點(diǎn)，可作為磁懸浮飛輪系統(tǒng)的 保護(hù)裝置。
背景技術(shù)：
磁懸浮飛輪是一種新型的航天器姿態(tài)控制系統(tǒng)，與機(jī)械軸承支承的飛輪相比，在 控制精度和使用壽命等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，是高精度對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星姿態(tài)控制的理想慣性執(zhí) 行機(jī)構(gòu)。由于磁懸浮飛輪工作時(shí)，轉(zhuǎn)子不是采用機(jī)械軸承直接與定子剛性聯(lián)接，而是在一定 的磁保護(hù)間隙內(nèi)彈性支撐。因此，必須采用額外的鎖緊裝置對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。發(fā)射段，飛輪系 統(tǒng)存在較大的振動(dòng)載荷，為了防止飛輪系統(tǒng)的損壞，需通過鎖緊裝置將飛輪鎖緊；在軌運(yùn)行 段，則需解除飛輪原有的鎖緊關(guān)系，使飛輪轉(zhuǎn)子處于自由狀態(tài)便于懸浮。 根據(jù)鎖緊/解鎖次數(shù)，磁懸浮飛輪鎖緊裝置可以分為一次性鎖緊裝置和可重復(fù)性 鎖緊裝置。目前所使用的一次性鎖緊裝置主要有基于碳纖維復(fù)合材料和航空鋼絲繩鎖緊裝 置、楔形塊_錐形軸承鎖緊裝置、螺桿_螺母鎖緊裝置。以上三種方案都采用火工品進(jìn)行解 鎖，可靠性高，但只能一次性使用，不便于地面環(huán)境試驗(yàn)調(diào)試。由于磁懸浮飛輪發(fā)射前需通 過一系列的環(huán)境試驗(yàn)(掃頻振動(dòng)、隨機(jī)振動(dòng)、沖擊、離心、高低溫、熱循環(huán)等)，需經(jīng)常對(duì)飛輪 進(jìn)行鎖緊/解鎖。此外衛(wèi)星變軌時(shí)，為保護(hù)飛輪不受損壞，也需對(duì)其進(jìn)行反復(fù)鎖緊/解鎖。
目前所使用的可重復(fù)鎖緊裝置主要有氣動(dòng)鎖緊裝置、電磁鎖緊裝置、基于電機(jī)_彈片_鋼絲 繩鎖緊裝置。其中氣動(dòng)鎖緊裝置雖然可重復(fù)使用，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，并且需要?dú)庠?，可靠性較 差，體積大。專利申請(qǐng)?zhí)?00810119968. 0所述的電磁鎖緊裝置通過永磁磁場(chǎng)提供的永磁吸 力保持鎖緊，利用電磁磁場(chǎng)與永磁磁場(chǎng)的正向和反向疊加，對(duì)飛輪轉(zhuǎn)子鎖緊和解鎖，實(shí)現(xiàn)了 鎖緊裝置的重復(fù)性使用。但鎖緊啟動(dòng)力與解鎖間隙成反比，且解鎖間隙不可調(diào)整，對(duì)鎖緊裝 置的調(diào)試帶來極大不便。工作時(shí)，一般在底座上沿圓周方向安裝三至四個(gè)電磁鎖緊裝置，使 得執(zhí)行鎖緊和執(zhí)行解鎖時(shí)，對(duì)電磁鐵動(dòng)作的同步性要求較高。專利申請(qǐng)?zhí)?00910093150. 0 所述的電機(jī)_彈片_鋼絲繩鎖緊裝置，利用彈片作為伸張機(jī)構(gòu)，利用鋼絲繩作為收縮機(jī)構(gòu)， 通過電機(jī)正/反向轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)使收縮機(jī)構(gòu)將飛輪鎖緊/伸張機(jī)構(gòu)將飛輪釋放，實(shí)現(xiàn)重復(fù)鎖緊功 能。由于彈片與飛輪轉(zhuǎn)子外緣接觸表面都為曲面，在鎖緊狀態(tài)接觸面間存在Hertz接觸，使 得接觸面的局部應(yīng)力過大。此外在地面模擬發(fā)射的掃頻振動(dòng)和隨機(jī)振動(dòng)中，飛輪轉(zhuǎn)子與彈 片接觸面間存在振幅為1 lOOym的往復(fù)摩擦振動(dòng)，使得飛輪轉(zhuǎn)子與彈片接觸表面有多余 物產(chǎn)生。通常振幅小于300 ii m的往復(fù)摩擦振動(dòng)就屬于微動(dòng)，而微動(dòng)通常導(dǎo)致微動(dòng)磨損和微 動(dòng)疲勞，并伴隨著第三體多余物的產(chǎn)生。這種微動(dòng)下產(chǎn)生的多余物，嚴(yán)重污染了磁懸浮飛輪 系統(tǒng)的工作環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可重復(fù)使用、易于控制、功耗小、可靠性高、鎖緊力大，可以防止多余物的產(chǎn)生的磁懸浮飛輪用杠桿式可重復(fù)鎖 緊裝置。 本發(fā)明的技術(shù)解決方案為一種磁懸浮飛輪用杠桿式可重復(fù)鎖緊裝置，主要由飛 輪系統(tǒng)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和杠桿式鎖緊機(jī)構(gòu)組成，其特征在于飛輪系統(tǒng)主要包括飛輪定子軸、 飛輪轉(zhuǎn)子及底座；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要包括固定板、左軸承壓環(huán)、導(dǎo)向板、絲杠蝸輪軸、左鎖叉、 右鎖叉、蝸桿、上軸承壓環(huán)、蝸桿大齒輪、電機(jī)小齒輪、電機(jī)、左軸承、右軸承、上軸承及下軸 承；杠桿式鎖緊機(jī)構(gòu)主要包括鎖座、鎖軸、鎖母、鎖桿、減振墊、解鎖彈簧、鋼絲繩、左連接 柱及右連接柱；飛輪定子軸處于飛輪轉(zhuǎn)子徑向內(nèi)側(cè)，并固定在底座上，固定板位于飛輪轉(zhuǎn) 子下方，并通過螺釘固定在底座上，左軸承壓環(huán)位于固定板左側(cè)，并通過螺釘固定在固定板 上，用于限制左軸承軸向移動(dòng)，導(dǎo)向板位于固定板上端，并通過螺釘固定在固定板上，上軸 承壓環(huán)位于固定板上端，并通過螺釘固定在固定板上，蝸桿上端通過上軸承支承在上軸承 壓環(huán)內(nèi)，其下端通過下軸承支承在固定板內(nèi)，電機(jī)位于固定板的右側(cè)，并通過螺釘安裝于固 定板上，絲杠蝸輪軸左、右端分別通過左軸承和右軸承支承在固定板兩端，絲杠蝸輪軸右端 為蝸輪端，左端為兩段螺紋端，其右端蝸輪端位于蝸桿的外側(cè)，并通過螺紋與蝸桿配合，其 左端兩段螺紋端通過螺紋與左鎖叉和右鎖叉螺紋連接，左鎖叉和右鎖叉上端位于導(dǎo)向板導(dǎo) 向槽內(nèi)，蝸桿大齒輪位于蝸桿的上端，并通過頂絲安裝于蝸桿上，電機(jī)小齒輪位于電機(jī)的轉(zhuǎn) 軸端，并通過頂絲安裝于電機(jī)軸端，其外側(cè)通過輪齒與電機(jī)小齒輪配合；鎖座、鎖軸、鎖母、 鎖桿、減振墊、解鎖彈簧和鋼絲繩位于飛輪轉(zhuǎn)子內(nèi)緣徑向內(nèi)側(cè)下方，鎖座上端具有兩個(gè)用 于安裝鎖軸的支座，并通過螺釘固定于底座上，鎖軸通過鎖母將其固定于鎖座上，鎖桿、減 振墊、解鎖彈簧位于鎖座上端兩支座間，鎖桿上端與減振墊粘接在一起，鎖桿與解鎖彈簧相 連，鎖軸穿過鎖桿中端內(nèi)孔和解鎖彈簧內(nèi)孔，并同鎖母一起將鎖桿和解鎖彈簧安裝于鎖座 上，鎖座下端通孔和鎖桿下端內(nèi)孔與鋼絲繩相連，鋼絲繩兩端分別與左連接柱和右連接柱 相連，左連接柱和右連接柱分別固定在左鎖叉和右鎖叉圓柱內(nèi)孔內(nèi)；解鎖狀態(tài)下，減振墊離 飛輪轉(zhuǎn)子內(nèi)緣的最近距離形成解鎖間隙；鎖緊過程中，左鎖叉與右鎖叉在絲杠蝸輪軸上相 向運(yùn)動(dòng)的距離，形成鎖緊行程。 所述的絲杠蝸輪軸、左鎖叉、右鎖叉、蝸桿、蝸桿大齒輪、電機(jī)小齒輪、鎖座、鎖軸、 鎖桿、左軸承、右軸承、上軸承和下軸承均鍍二硫化鉬，鍍層厚度為1 2 i！ m。所述的鎖座和 鎖桿為鋁合金或鋼材料。所述的鎖軸為鋼或銅合金材料。所述的減振墊為真空下長(zhǎng)期使用 環(huán)境溫度為_30°C 25(TC且厚度為1 2mm的橡膠，如氟橡膠或硅橡膠材料。所述的減振 墊通過冷粘工藝將其粘接在鎖桿上表面。所述的絲杠蝸輪軸與左鎖叉和右鎖叉配合的兩段 螺紋旋向相反，螺距相同，且都為梯形螺紋。所述的蝸桿大齒輪和電機(jī)小齒輪為硬質(zhì)不銹鋼 材料，其齒輪為直齒，模數(shù)為0. 5 1。 上述方案的原理是如圖1所示，當(dāng)需要對(duì)磁懸浮飛輪進(jìn)行鎖緊時(shí)，控制系統(tǒng)控制 電機(jī)14正向轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過電機(jī)小齒輪13和蝸桿大齒輪12 —級(jí)減速增力機(jī)構(gòu)放大輸出力矩 后，帶動(dòng)蝸桿10正向轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)絲杠蝸輪軸7和蝸桿10 二級(jí)減速增力機(jī)構(gòu)放大輸出力矩后， 帶動(dòng)絲杠蝸輪軸7正向轉(zhuǎn)動(dòng)，由于固定板4和導(dǎo)向板6共同限制了左鎖叉8和右鎖叉9的 轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，從而帶動(dòng)左鎖叉8和右鎖叉9沿絲杠蝸輪軸7相向平動(dòng)，使得鋼絲繩117所在 圓的圓周長(zhǎng)減小，從而縮小鋼絲繩117所在圓的半徑，同時(shí)鋼絲繩117拉緊鎖桿114下端， 使鎖桿114下端圓孔所在圓的半徑減小，并驅(qū)動(dòng)鎖桿114繞鎖軸112正向轉(zhuǎn)動(dòng)，并壓縮解鎖
5彈簧116，同時(shí)使鎖桿114上端減振墊115挺靠飛輪轉(zhuǎn)子2內(nèi)緣表面，將飛輪轉(zhuǎn)子2鎖緊。 電機(jī)14斷電后，由于蝸桿10螺紋升角小于蝸桿10螺紋與絲杠蝸輪軸7蝸輪齒面間的摩擦 角，絲杠蝸輪軸7上兩段旋向相反的螺紋的螺紋升角都小于絲杠蝸輪軸7螺紋與左鎖叉8 和右鎖叉9螺紋間的摩擦角，即會(huì)產(chǎn)生二重自鎖，從而維持鎖緊裝置的鎖緊狀態(tài)。
如圖1所示，當(dāng)需要對(duì)磁懸浮飛輪進(jìn)行解鎖時(shí)，控制系統(tǒng)控制電機(jī)14反向轉(zhuǎn)動(dòng)，并 通過電機(jī)小齒輪13和蝸桿大齒輪12 —級(jí)減速增力機(jī)構(gòu)放大輸出力矩后，帶動(dòng)蝸桿10反向 轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)絲杠蝸輪軸7和蝸桿10 二級(jí)減速增力機(jī)構(gòu)放大輸出力矩后，帶動(dòng)絲杠蝸輪軸7反 向轉(zhuǎn)動(dòng)，由于固定板4和導(dǎo)向板6共同限制了左鎖叉8和右鎖叉9的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，從而帶動(dòng) 左鎖叉8和右鎖叉9沿絲杠蝸輪軸7反向平動(dòng)，從而將鋼絲繩117松開，受壓解鎖彈簧116 通過自身恢復(fù)扭矩，使得鎖桿114繞鎖軸112反向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使鎖桿114上端減振墊115離 開飛輪轉(zhuǎn)子2內(nèi)表面，實(shí)現(xiàn)飛輪的解鎖。由于解鎖后解鎖彈簧還具有一定的恢復(fù)扭矩，從而 維持機(jī)構(gòu)的解鎖狀態(tài)，使得飛輪系統(tǒng)能夠正常工作。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明由于采用電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，與可重 復(fù)電磁鎖緊裝置相比，其鎖桿轉(zhuǎn)動(dòng)行程可以調(diào)節(jié)，即解鎖間隙和鎖緊行程可調(diào)，具有調(diào)試方 便、可靠性高優(yōu)點(diǎn)，與可重復(fù)電機(jī)_彈片_鋼絲繩鎖緊裝置相比，其杠桿式鎖緊機(jī)構(gòu)利用杠 桿原理，能夠輸出更大的鎖緊力，同時(shí)采用氟橡膠減振墊后，可以有效地防止微動(dòng)磨損和微 動(dòng)疲勞的發(fā)生，從而抑制了固體多余物的產(chǎn)生。


圖1為本發(fā)明技術(shù)解決方案的磁懸浮飛輪用杠桿式可重復(fù)鎖緊裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明技術(shù)解決方案的磁懸浮飛輪用杠桿式可重復(fù)鎖緊裝置的蝸桿、蝸桿 大齒輪、電機(jī)小齒輪、電機(jī)連接截面圖； 圖3為本發(fā)明技術(shù)解決方案的磁懸浮飛輪用杠桿式可重復(fù)鎖緊裝置的導(dǎo)向板、絲 杠蝸輪軸、蝸桿大齒輪連接截面圖； 圖4為本發(fā)明技術(shù)解決方案的磁懸浮飛輪用杠桿式可重復(fù)鎖緊裝置的傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 示意圖； 圖4(a)為本發(fā)明技術(shù)解決方案的磁懸浮飛輪用杠桿式可重復(fù)鎖緊裝置的傳動(dòng)機(jī) 構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4(b)為本發(fā)明技術(shù)解決方案的磁懸浮飛輪用杠桿式可重復(fù)鎖緊裝置的傳動(dòng)機(jī) 構(gòu)截面示意圖； 圖5為本發(fā)明技術(shù)解決方案的磁懸浮飛輪用杠桿式可重復(fù)鎖緊裝置的杠桿式鎖 緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；圖5a為本發(fā)明技術(shù)解決方案的磁懸浮飛輪用杠桿式可重復(fù)鎖緊裝置 的杠桿式鎖緊機(jī)構(gòu)三維結(jié)構(gòu)示意圖；圖5b為本發(fā)明技術(shù)解決方案的磁懸浮飛輪用杠桿式 可重復(fù)鎖緊裝置的杠桿式鎖緊機(jī)構(gòu)在鎖緊狀態(tài)截面示意圖；圖5c為本發(fā)明技術(shù)解決方案 的磁懸浮飛輪用杠桿式可重復(fù)鎖緊裝置的杠桿式鎖緊機(jī)構(gòu)在解鎖狀態(tài)截面示意圖；
圖6為本發(fā)明技術(shù)解決方案的鎖座結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7為本發(fā)明技術(shù)解決方案的鎖桿結(jié)構(gòu)示意圖； 圖8為本發(fā)明技術(shù)解決方案的磁懸浮飛輪用杠桿式 重復(fù)鎖緊裝置的鋼絲繩截 面示意 圖9為本發(fā)明技術(shù)解決方案的蝸桿主視圖； 圖10為本發(fā)明技術(shù)解決方案的絲杠蝸輪軸主視圖； 圖11為本發(fā)明技術(shù)解決方案的左鎖叉示意圖；圖1 la為本發(fā)明技術(shù)解決方案的左 鎖叉結(jié)構(gòu)示意圖；圖lib為本發(fā)明技術(shù)解決方案的左鎖叉主視圖；圖11c為本發(fā)明技術(shù)解 決方案的左鎖叉剖視圖； 圖12為本發(fā)明技術(shù)解決方案的右鎖叉示意圖；圖12a為本發(fā)明技術(shù)解決方案的右 鎖叉結(jié)構(gòu)示意圖；圖12b為本發(fā)明技術(shù)解決方案的右鎖叉主視圖；圖12c為本發(fā)明技術(shù)解 決方案的右鎖叉剖視圖； 圖13為本發(fā)明技術(shù)解決方案的蝸桿大齒輪示意圖； 圖14為本發(fā)明技術(shù)解決方案的電機(jī)小齒輪示意圖； 圖15為本發(fā)明技術(shù)解決方案的固定板示意圖； 圖16為本發(fā)明技術(shù)解決方案的杠桿式鎖緊機(jī)構(gòu)安裝示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖l所示，本發(fā)明主要由飛輪系統(tǒng)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和杠桿式鎖緊機(jī)構(gòu)組成，其特征在 于飛輪系統(tǒng)主要包括飛輪定子軸1、飛輪轉(zhuǎn)子2及底座3 ;傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要包括固定板4、 左軸承壓環(huán)5、導(dǎo)向板6、絲杠蝸輪軸7、左鎖叉8、右鎖叉9、蝸桿10、上軸承壓環(huán)11、蝸桿大 齒輪12、電機(jī)小齒輪13、電機(jī)14、左軸承15A、右軸承15B、上軸承15C及下軸承15D ;杠桿式 鎖緊機(jī)構(gòu)主要包括鎖座111、鎖軸112、鎖母113、鎖桿114、減振墊115、解鎖彈簧116、鋼絲 繩117、左連接柱118A及右連接柱118B ;飛輪定子軸1處于飛輪轉(zhuǎn)子2徑向內(nèi)側(cè)，并固定在 底座3上，固定板4位于飛輪轉(zhuǎn)子2下方，并通過螺釘固定在底座3上，左軸承壓環(huán)5位于 固定板4左側(cè)，并通過螺釘固定在固定板4上，用于限制左軸承15A軸向移動(dòng)，導(dǎo)向板6位 于固定板4上端，并通過螺釘固定在固定板4上，絲杠蝸輪軸7左、右端分別通過左軸承15A 和右軸承15B支承在固定板4兩端，上軸承壓環(huán)11位于固定板4上端，并通過螺釘固定在 固定板4上，蝸桿IO上端通過上軸承15C支承在上軸承壓環(huán)11內(nèi)，其下端通過下軸承15D 支承在固定板4內(nèi)，電機(jī)14位于固定板4的右側(cè)，并通過螺釘安裝于固定板4上，絲杠蝸輪 軸7左、右端分別通過左軸承15A和右軸承15B支承在固定板4兩端，絲杠蝸輪軸7右端為 蝸輪端，左端為兩段螺紋端，其右端蝸輪端位于蝸桿10的外側(cè)，并通過螺紋與蝸桿IO配合， 其左端兩段螺紋端通過螺紋與左鎖叉8和右鎖叉9螺紋連接，左鎖叉8和右鎖叉9上端位 于導(dǎo)向板6導(dǎo)向槽內(nèi)，蝸桿大齒輪12位于蝸桿10的上端，并通過頂絲安裝于蝸桿10上，電 機(jī)小齒輪13位于電機(jī)14的轉(zhuǎn)軸端，并通過頂絲安裝于電機(jī)14軸端，其外側(cè)通過輪齒與電 機(jī)小齒輪13配合；鎖座111、鎖軸112、鎖母113、鎖桿114、減振墊115、解鎖彈簧116和鋼絲 繩117位于飛輪轉(zhuǎn)子2內(nèi)緣徑向內(nèi)側(cè)下方，鎖座111上端具有兩個(gè)用于安裝鎖軸112的支 座，并通過螺釘固定于底座3上，鎖軸112通過鎖母113將其固定于鎖座111上，鎖桿114、 減振墊115、解鎖彈簧116位于鎖座111上端兩支座間，鎖桿114上端與減振墊115粘接在 一起，鎖桿114與解鎖彈簧116相連，鎖軸112穿過鎖桿114中端內(nèi)孔和解鎖彈簧116內(nèi)孔， 并同鎖母113 —起將鎖桿114和解鎖彈簧116安裝于鎖座111上，鎖座111下端通孔和鎖 桿114下端內(nèi)孔與鋼絲繩117相連，鋼絲繩117兩端分別與左連接柱118A和右連接柱118B 相連，左連接柱118A和右連接柱118B分別固定在左鎖叉8和右鎖叉9圓柱內(nèi)孔內(nèi)；解鎖狀態(tài)下，減振墊115離飛輪轉(zhuǎn)子2內(nèi)緣的最近距離形成解鎖間隙；鎖緊過程中，左鎖叉8與右 鎖叉9在絲杠蝸輪軸7上相向運(yùn)動(dòng)的距離，形成鎖緊行程。在具體應(yīng)用時(shí)，本發(fā)明所述的磁 懸浮飛輪用杠桿式可重復(fù)鎖緊裝置的杠桿式鎖緊機(jī)構(gòu)一般需要6至12個(gè)均布在磁懸浮飛 輪轉(zhuǎn)子的圓周方向，實(shí)現(xiàn)對(duì)磁懸浮飛輪的鎖緊和解鎖功能。 圖2為本發(fā)明中蝸桿10、蝸桿大齒輪12、電機(jī)小齒輪13、電機(jī)14連接截面示意圖， 上軸承壓環(huán)11位于固定板4上端，并通過螺釘固定在固定板4上，上軸承15C和下軸承15D 位于蝸桿10上、下端，蝸桿10上、下端分別通過上軸承15C和下軸承15D與上軸承壓環(huán)11 和固定板4相連，蝸桿大齒輪12位于蝸桿10的上端，并通過頂絲安裝于蝸桿IO上，其外側(cè) 通過輪齒與電機(jī)小齒輪13配合，電機(jī)小齒輪13位于電機(jī)14的轉(zhuǎn)軸端，并通過頂絲安裝于 電機(jī)14軸端，電機(jī)14位于固定板4的右側(cè)，并通過螺釘安裝于固定板4上，蝸桿大齒輪12 和電機(jī)小齒輪13的齒輪精度為7 9級(jí)，電機(jī)安裝精度在小O. 008mm 小O. 015mm之間。
圖3為本發(fā)明中導(dǎo)向板6、絲杠蝸輪軸7、蝸桿10、蝸桿大齒輪12連接截面圖，導(dǎo) 向板6位于固定板4上端，并通過螺釘固定在固定板4上，絲杠蝸輪軸7位于導(dǎo)向板6的下 方，其外邊緣通過螺紋與蝸桿IO配合，上軸承壓環(huán)11位于固定板4上端，并通過螺釘固定 在固定板4上，上軸承15C和下軸承15D位于蝸桿10上、下端，蝸桿10上、下端分別通過上 軸承15C和下軸承15D與上軸承壓環(huán)11和固定板4相連，蝸桿大齒輪12位于蝸桿10的上 端，并通過頂絲安裝于蝸桿10上。 圖4為本發(fā)明中傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖，圖4(a)為本發(fā)明中傳動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖，圖 4(b)為本發(fā)明中傳動(dòng)機(jī)構(gòu)截面示意圖。 當(dāng)需要對(duì)磁懸浮飛輪進(jìn)行鎖緊時(shí)，控制系統(tǒng)控制電機(jī)14正向轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過電機(jī)小 齒輪13和蝸桿大齒輪12 —級(jí)減速增力機(jī)構(gòu)放大輸出力矩后，帶動(dòng)蝸桿10正向轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)絲 杠蝸輪軸7和蝸桿10 二級(jí)減速增力機(jī)構(gòu)放大輸出力矩后，帶動(dòng)絲杠蝸輪軸7正向轉(zhuǎn)動(dòng)，由 于固定板4和導(dǎo)向板6共同限制了左鎖叉9和右鎖叉8的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，從而帶動(dòng)左鎖叉9 和右鎖叉8沿絲杠蝸輪軸7相向平動(dòng)。 當(dāng)需要對(duì)磁懸浮飛輪進(jìn)行解鎖時(shí)，控制系統(tǒng)控制電機(jī)14反向轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過電機(jī)小 齒輪13和蝸桿大齒輪12 —級(jí)減速增力機(jī)構(gòu)放大輸出力矩后，帶動(dòng)蝸桿10反向轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)絲 杠蝸輪軸7和蝸桿10 二級(jí)減速增力機(jī)構(gòu)放大輸出力矩后，帶動(dòng)絲杠蝸輪軸7反向轉(zhuǎn)動(dòng)，由 于固定板4和導(dǎo)向板6共同限制了左鎖叉9和右鎖叉8的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，從而帶動(dòng)左鎖叉9 和右鎖叉8沿絲杠蝸輪軸7反向平動(dòng)。 圖5為本發(fā)明中杠桿式鎖緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖，圖5(a)為本發(fā)明中杠桿式鎖緊機(jī)構(gòu) 三維結(jié)構(gòu)示意圖，圖5(b)為本發(fā)明中杠桿式鎖緊機(jī)構(gòu)在鎖緊狀態(tài)截面示意圖，圖5(c)為本 發(fā)明中杠桿式鎖緊機(jī)構(gòu)在解鎖狀態(tài)截面示意圖，鎖軸112穿過鎖桿114中端內(nèi)孔和解鎖彈 簧116內(nèi)孔，并同鎖母113 —起將鎖桿114和解鎖彈簧116安裝于鎖座111上，減振墊115 粘接在鎖桿114上表面，鋼絲繩117穿過鎖座111下端通孔和鎖桿114下端內(nèi)孔。執(zhí)行鎖 緊時(shí)，通過鋼絲繩117拉緊鎖桿114下端，使鎖桿114下端圓孔所在圓的半徑減小，并驅(qū)動(dòng) 鎖桿114繞鎖軸112正向轉(zhuǎn)動(dòng)，并壓縮解鎖彈簧116，同時(shí)使鎖桿114上端減振墊115挺靠 飛輪轉(zhuǎn)子2內(nèi)緣下表面，將飛輪轉(zhuǎn)子2鎖緊；執(zhí)行解鎖時(shí)，鋼絲繩117將鎖桿114松開，受壓 解鎖彈簧116通過自身恢復(fù)扭矩，使得鎖桿114繞鎖軸112反向轉(zhuǎn)動(dòng)，鎖桿114上端減振墊 115離開飛輪轉(zhuǎn)子2內(nèi)緣下表面，將飛輪轉(zhuǎn)子2解鎖。
圖6為本發(fā)明中鎖座111結(jié)構(gòu)示意圖，其兩端各有一個(gè)帶有安裝孔的支座，用于支 承安裝鎖軸112，下端具有一個(gè)環(huán)形孔，供鋼絲繩117穿過，其材料為鋁合金或鋼材料，表面 需鍍二硫化鉬，鍍層厚度為1 2 ii m。 圖7為本發(fā)明中鎖桿114結(jié)構(gòu)示意圖，其上端面用于粘接減振墊115，中端孔與鎖 軸112相連，下端孔供鋼絲繩117穿過，其材料為鋁合金或鋼材料，表面需鍍二硫化鉬，鍍層 厚度為1 2iim。 圖8為本發(fā)明中鋼絲繩117裝備體截面示意圖，左連接柱118A和右連接柱118B 位于鋼絲繩117兩端，并通過壓縮機(jī)將其固定在鋼絲繩117兩端。 圖9為本發(fā)明中蝸桿10主視圖，其上端大齒輪安裝柱面與蝸桿大齒輪12配合，上 軸承安裝柱面和下軸承安裝柱面分別與上軸承15C和下軸承15D相連，中部螺紋與絲杠蝸 輪軸7蝸輪端配合，其材料為硬質(zhì)不銹鋼，軸面模數(shù)為l，旋線方向?yàn)橛倚哂休^高精度等 級(jí)，且其螺旋線升角不大于蝸桿8螺紋與絲杠蝸輪軸7輪齒嚙合面間的摩擦角，表面需鍍二 硫化鉬，鍍層厚度為1 2 ii m。 圖10為本發(fā)明中絲杠蝸輪軸7結(jié)構(gòu)示意圖，其兩端左軸承安裝柱面和右軸承安裝 柱面分別與左軸承15A和右軸承15B相連，左端蝸輪與蝸桿10螺紋配合，其蝸輪端面模數(shù) 為1，齒數(shù)在24個(gè)左右，其右端兩段螺紋旋向相反，分別與左鎖叉8和右鎖叉9螺紋配合，且 左段螺紋直徑大于右段螺紋直徑，表面需鍍二硫化鉬，鍍層厚度為1 2ym。
圖11為本發(fā)明中左鎖叉8示意圖，圖11 (a)為本發(fā)明中左鎖叉8結(jié)構(gòu)示意圖，圖 ll(b)為本發(fā)明中左鎖叉8主視圖，圖ll(c)為本發(fā)明中左鎖叉8剖視圖，其下端孔與左連 接柱118A配合，用于安裝鋼絲繩，中部螺紋孔與絲杠蝸輪軸7左段螺紋配合，表面需鍍二硫 化鉬，鍍層厚度為1 2iim。 圖12為本發(fā)明中右鎖叉9示意圖，圖12(a)為本發(fā)明中右鎖叉9結(jié)構(gòu)示意圖，圖 12(b)為本發(fā)明中右鎖叉9主視圖，圖12(c)為本發(fā)明中右鎖叉9剖視圖，其下端孔與右連 接柱118B配合，用于安裝鋼絲繩，中部螺紋孔與絲杠蝸輪軸7右段螺紋配合，表面需鍍二硫 化鉬，鍍層厚度為1 2iim。 圖13為本發(fā)明技術(shù)解決方案的蝸桿大齒輪12示意圖，其材料為硬質(zhì)不銹鋼材料， 其輪齒為直齒，齒輪模數(shù)為0. 5 l，表面需鍍二硫化鉬，鍍層厚度為1 2 ii m，其上端通過 頂絲安裝于蝸桿10上。 圖14為本發(fā)明技術(shù)解決方案的電機(jī)小齒輪13示意圖，其材料為硬質(zhì)不銹鋼材料， 其輪齒為直齒，齒輪模數(shù)為0. 5 l，表面需鍍二硫化鉬，鍍層厚度為1 2 ii m，其上端通過 頂絲安裝于電機(jī)14軸上。 圖15為本發(fā)明技術(shù)解決方案的固定板4示意圖，其材料為鋁合金或鋼材料，分別 通過左軸承孔、右軸承孔、下軸承孔與左軸承15A、右軸承15B、下軸承15D連接，其左端通過 左軸承壓環(huán)螺紋孔與左軸承壓環(huán)5連接，上端通過上軸承壓環(huán)螺紋孔與上軸承壓環(huán)11連 接，右端通過電機(jī)螺紋孔和電機(jī)安裝齒口與電機(jī)14連接。 圖16為本發(fā)明技術(shù)解決方案的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和杠桿式鎖緊機(jī)構(gòu)與底座1的安裝位置 示意圖，執(zhí)行機(jī)構(gòu)和杠桿式鎖緊機(jī)構(gòu)沿底座3周向分布，并通過緊固螺釘緊固在底座3上， 實(shí)際上，一般沿底座圓周方向均勻布置6 12個(gè)杠桿式鎖緊機(jī)構(gòu)，本實(shí)施例采用ll個(gè)杠桿 式鎖緊機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)位于其中兩個(gè)杠桿式鎖緊機(jī)構(gòu)間。
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總之，本發(fā)明的鎖緊裝置保護(hù)了磁懸浮飛輪系統(tǒng)，具有可重復(fù)使用、易于控制、功 耗小、可靠性高、鎖緊力大、可以防止多余物的產(chǎn)生等優(yōu)點(diǎn)。 本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種磁懸浮飛輪用杠桿式可重復(fù)鎖緊裝置，主要由飛輪系統(tǒng)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和杠桿式鎖緊機(jī)構(gòu)組成，其特征在于飛輪系統(tǒng)主要包括飛輪定子軸(1)、飛輪轉(zhuǎn)子(2)及底座(3)；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要包括固定板(4)、左軸承壓環(huán)(5)、導(dǎo)向板(6)、絲杠蝸輪軸(7)、左鎖叉(8)、右鎖叉(9)、蝸桿(10)、上軸承壓環(huán)(11)、蝸桿大齒輪(12)、電機(jī)小齒輪(13)、電機(jī)(14)、左軸承(15A)、右軸承(15B)、上軸承(15C)及下軸承(15D)杠桿式鎖緊機(jī)構(gòu)主要包括鎖座(111)、鎖軸(112)、鎖母(113)、鎖桿(114)、減振墊(115)、解鎖彈簧(116)、鋼絲繩(117)、左連接柱(118A)及右連接柱(118B)；飛輪定子軸(1)處于飛輪轉(zhuǎn)子(2)徑向內(nèi)側(cè)，并固定在底座(3)上，固定板(4)位于飛輪轉(zhuǎn)子(2)下方，并通過螺釘固定在底座(3)上，左軸承壓環(huán)(5)位于固定板(4)左側(cè)，并通過螺釘固定在固定板(4)上，用于限制左軸承(15A)軸向移動(dòng)，導(dǎo)向板(6)位于固定板(4)上端，并通過螺釘固定在固定板(4)上，上軸承壓環(huán)(11)位于固定板(4)上端，并通過螺釘固定在固定板(4)上，蝸桿(10)上端通過上軸承(15C)支承在上軸承壓環(huán)(11)內(nèi)，其下端通過下軸承(15D)支承在固定板(4)內(nèi)，電機(jī)(14)位于固定板(4)的右側(cè)，并通過螺釘安裝于固定板(4)上，絲杠蝸輪軸(7)左、右端分別通過左軸承(15A)和右軸承(15B)支承在固定板(4)兩端，絲杠蝸輪軸(7)右端為蝸輪端，左端為兩段螺紋端，其右端蝸輪端位于蝸桿(10)的外側(cè)，并通過螺紋與蝸桿(10)配合，其左端兩段螺紋端通過螺紋與左鎖叉(8)和右鎖叉(9)螺紋連接，左鎖叉(8)和右鎖叉(9)上端位于導(dǎo)向板(6)導(dǎo)向槽內(nèi)，蝸桿大齒輪(12)位于蝸桿(10)的上端，并通過頂絲安裝于蝸桿(10)上，電機(jī)小齒輪(13)位于電機(jī)(14)的轉(zhuǎn)軸端，并通過頂絲安裝于電機(jī)(14)軸端，其外側(cè)通過輪齒與電機(jī)小齒輪(13)配合；鎖座(111)、鎖軸(112)、鎖母(113)、鎖桿(114)、減振墊(115)、解鎖彈簧(116)和鋼絲繩(117)位于飛輪轉(zhuǎn)子(2)內(nèi)緣徑向內(nèi)側(cè)下方，鎖座(111)上端具有兩個(gè)用于安裝鎖軸(112)的支座，并通過螺釘固定于底座(3)上，鎖軸(112)通過鎖母(113)將其固定于鎖座(111)上，鎖桿(114)、減振墊(115)、解鎖彈簧(116)位于鎖座(111)上端兩支座間，鎖桿(114)上端與減振墊(115)粘接在一起，鎖桿(114)與解鎖彈簧(116)相連，鎖軸(112)穿過鎖桿(114)中端內(nèi)孔和解鎖彈簧(116)內(nèi)孔，并同鎖母(113)一起將鎖桿(114)和解鎖彈簧(116)安裝于鎖座(111)上，鎖座(111)下端通孔和鎖桿(114)下端內(nèi)孔與鋼絲繩(117)相連，鋼絲繩(117)兩端分別與左連接柱(118A)和右連接柱(118B)相連，左連接柱(118A)和右連接柱(118B)分別固定在左鎖叉(8)和右鎖叉(9)圓柱內(nèi)孔內(nèi)；解鎖狀態(tài)下，減振墊(115)離飛輪轉(zhuǎn)子(2)內(nèi)緣的最近距離形成解鎖間隙；鎖緊過程中，左鎖叉(8)與右鎖叉(9)在絲杠蝸輪軸(7)上相向運(yùn)動(dòng)的距離，形成鎖緊行程。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁懸浮飛輪用杠桿式可重復(fù)鎖緊裝置，其特征在于所 述的絲杠蝸輪軸(7)、左鎖叉(8)、右鎖叉(9)、蝸桿(10)、蝸桿大齒輪(12)、電機(jī)小齒輪 (13)、鎖座(111)、鎖軸(112)、鎖桿(114)、左軸承(15A)、右軸承(15B)、上軸承(15C)和下 軸承(15D)均鍍二硫化鉬，鍍層厚度為1 2iim。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁懸浮飛輪用杠桿式可重復(fù)鎖緊裝置，其特征在于所 述的鎖座(111)和鎖桿(114)為鋁合金或鋼材料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁懸浮飛輪用杠桿式可重復(fù)鎖緊裝置，其特征在于所 述的鎖軸(112)為鋼或銅合金材料。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁懸浮飛輪用杠桿式可重復(fù)鎖緊裝置，其特征在于所 述的減振墊(115)為真空下長(zhǎng)期使用環(huán)境溫度為_30°C 25(TC且厚度為1 2mm的橡膠，如氟橡膠或硅橡膠材料。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁懸浮飛輪用杠桿式可重復(fù)鎖緊裝置，其特征在于所述的減振墊(115)通過冷粘工藝將其粘接在鎖桿(114)上表面。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁懸浮飛輪用杠桿式可重復(fù)鎖緊裝置，其特征在于所述的絲杠蝸輪軸(7)與左鎖叉(8)和右鎖叉(9)配合的兩段螺紋旋向相反，螺距相同，且都 為梯形螺紋。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁懸浮飛輪用杠桿式可重復(fù)鎖緊裝置，其特征在于所述的蝸桿大齒輪(12)和電機(jī)小齒輪(13)為硬質(zhì)不銹鋼材料，其齒輪為直齒，模數(shù)為0.5 1。
全文摘要
一種磁懸浮飛輪用杠桿式可重復(fù)鎖緊裝置，主要由飛輪系統(tǒng)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和杠桿式鎖緊機(jī)構(gòu)組成，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和杠桿式鎖緊機(jī)構(gòu)處于飛輪轉(zhuǎn)子內(nèi)緣徑向內(nèi)側(cè)下方，并通過緊固螺釘固定在飛輪底座上，飛輪系統(tǒng)主要由飛輪定子軸、飛輪轉(zhuǎn)子及底座組成；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由固定板、左軸承壓環(huán)、導(dǎo)向板、絲杠蝸輪軸、左鎖叉、右鎖叉、蝸桿、上軸承壓環(huán)、蝸桿大齒輪、電機(jī)小齒輪、電機(jī)及軸承組成；杠桿式鎖緊機(jī)構(gòu)主要由鎖座、鎖軸、鎖母、鎖桿、減振墊、解鎖彈簧、鋼絲繩及連接柱組成。本發(fā)明的鎖緊裝置保護(hù)了磁懸浮飛輪系統(tǒng)，具有可重復(fù)使用、易于控制、功耗小、可靠性高、鎖緊力大、可以防止多余物的產(chǎn)生等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B64G1/24GK101792024SQ20101011757
公開日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2010年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月3日
發(fā)明者劉剛, 劉強(qiáng), 房建成, 王志強(qiáng), 白國(guó)長(zhǎng), 韓邦成 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)