專(zhuān)利名稱(chēng)：一種具有可重復(fù)和應(yīng)急強(qiáng)制解鎖功能的鎖緊機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁懸浮飛輪或磁懸浮控制力矩陀螺鎖緊裝置，是一種可重復(fù)使用、 可靠性好、功耗小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、具有防鎖死和應(yīng)急強(qiáng)制解鎖功能的磁懸浮飛輪或磁懸浮 控制力矩陀螺鎖緊裝置，可作為磁懸浮飛輪或磁懸浮控制力矩陀螺的保護(hù)裝置。
背景技術(shù)：
磁懸浮飛輪或磁懸浮控制力矩陀螺屬于長(zhǎng)壽命、高精度航天器姿態(tài)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)， 由于磁懸浮飛輪或磁懸浮控制力矩陀螺采用磁軸承技術(shù)，定子和轉(zhuǎn)子之間存在間隙，在 航天器發(fā)射過(guò)程中將產(chǎn)生劇烈振動(dòng)和沖擊，如果不采取保護(hù)措施，磁懸浮飛輪或磁懸浮 控制力矩陀螺系統(tǒng)將會(huì)受到損壞。鎖緊裝置是磁懸浮飛輪或磁懸浮控制力矩陀螺的一種 保護(hù)裝置，可以對(duì)磁懸浮飛輪或磁懸浮控制力矩陀螺鎖緊裝置進(jìn)行鎖緊和解鎖，使磁懸 浮飛輪或磁懸浮控制力矩陀螺系統(tǒng)不工作時(shí)處于鎖緊狀態(tài)，正常工作時(shí)處于解鎖狀態(tài)。 磁懸浮飛輪或磁懸浮控制力矩陀螺在運(yùn)輸、儲(chǔ)存及調(diào)試中需要對(duì)磁懸浮飛輪或磁懸浮控 制力矩陀螺進(jìn)行鎖緊和解鎖。另外，航天器在空間進(jìn)行變軌道工作，有時(shí)也需要對(duì)磁懸 浮飛輪或磁懸浮控制力矩陀螺進(jìn)行鎖緊和解鎖。目前所使用的磁懸浮飛輪或磁懸浮控制 力矩陀螺鎖緊裝置主要有基于碳纖維復(fù)合材料和航空鋼絲繩的鎖緊裝置、氣動(dòng)鎖緊裝 置、步進(jìn)電機(jī)+齒輪傳動(dòng)副+螺母與螺桿傳動(dòng)副鎖緊裝置?；谔祭w維復(fù)合材料和航空鋼 絲繩的鎖緊裝置，采用火工品進(jìn)行解鎖，其主要缺點(diǎn)是只能一次性使用，火工品在工作 時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)的沖擊大、火藥燃燒或爆炸時(shí)產(chǎn)生有害氣體。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?，質(zhì)量和體積較大，可靠性較差。步進(jìn)電機(jī)+齒輪傳動(dòng)副+ 螺母與螺桿傳動(dòng)副鎖.緊裝.置也可實(shí)現(xiàn)重復(fù)使用，但由多個(gè)部件組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且質(zhì)量較 大，存在多種活動(dòng)部件，因此可靠性也較差。中國(guó)專(zhuān)利，專(zhuān)利號(hào)ZL200810119968.0《一 種可重復(fù)鎖緊裝置》所公開(kāi)的技術(shù)是采用電磁鎖緊裝置，解鎖時(shí)采用彈簧輔助解鎖，實(shí) 現(xiàn)了可重復(fù)鎖緊和解鎖。該電磁鎖緊裝置的缺陷是當(dāng)鎖緊面與被鎖緊轉(zhuǎn)子間的鎖緊力 或者因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)變形等產(chǎn)生的壓應(yīng)力大于解鎖彈簧的回復(fù)力時(shí)，解鎖困難。為了能順利解 鎖，鎖緊時(shí)必須使鎖緊面與被鎖緊轉(zhuǎn)子間的鎖緊力或者因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)變形等產(chǎn)生的壓應(yīng)力小 于解鎖彈簧的回復(fù)力，故鎖緊不是很可靠。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，,提供一稱(chēng)具有可重復(fù)和應(yīng)急強(qiáng)制
4解鎖功能的鎖緊機(jī)構(gòu)，具有防鎖死和應(yīng)急強(qiáng)制解鎖功能，可重復(fù)使用、性能可靠。 本發(fā)明的技術(shù)解決方案為 一種可重復(fù)使用、具有防鎖死和應(yīng)急強(qiáng)制解鎖功能的鎖緊結(jié) 構(gòu)，由靜止部分和運(yùn)動(dòng)部分兩部分組成，其特征在于靜止部分包括鎖緊驅(qū)動(dòng)器的磁 鐵座、鎖緊永磁體、鎖緊線圈、支架、緊固螺釘、鎖緊回復(fù)彈簧和連接螺釘；強(qiáng)制驅(qū)動(dòng) 器的磁鐵座、強(qiáng)制解鎖永磁體、強(qiáng)制解鎖線圈、支架、緊固螺釘、強(qiáng)制解鎖回復(fù)彈簧和 連接螺釘以及微動(dòng)開(kāi)關(guān)；運(yùn)動(dòng)部分包括鎖緊吸力盤(pán)、強(qiáng)制解鎖吸力盤(pán)、鎖緊活動(dòng)柱、 鎖柱。鎖柱通過(guò)轉(zhuǎn)軸與支架相連接，鎖緊永磁體用環(huán)氧樹(shù)脂膠粘接在磁鐵座上，鎖緊線 圈位于磁鐵座的槽內(nèi)，并用環(huán)氧樹(shù)脂膠與磁鐵座粘接在一起，磁鐵座通過(guò)連接螺釘固定 在支架的一端，鎖柱通過(guò)轉(zhuǎn)軸安裝在支架另一端，鎖柱一端為鎖緊工作面，另一端為傳 動(dòng)工作面。鎖緊吸力盤(pán)位于鎖緊驅(qū)動(dòng)器外側(cè)并固定在鎖緊活動(dòng)柱上，鎖緊回復(fù)彈簧套裝 在鎖緊活動(dòng)柱上并由鎖緊吸力盤(pán)定位，縮緊吸力盤(pán)因受吸力或推力作用上下移動(dòng)，通過(guò) 鎖住的傳動(dòng)工作面使鎖柱繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。微動(dòng)開(kāi)關(guān)通過(guò)緊固螺釘與支架連接，微動(dòng)開(kāi)關(guān)的 觸點(diǎn)處于鎖柱外側(cè)的中部，通過(guò)鎖柱與微動(dòng)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)的離合判斷鎖柱的鎖緊狀態(tài)。微動(dòng) 開(kāi)關(guān)輸出的電信號(hào)與外加控制器的輸入端相連，該控制器的輸出端與鎖緊線圈相連，形 成電控制的閉環(huán)回路；
強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)器與鎖緊驅(qū)動(dòng)器呈對(duì)稱(chēng)分布地安裝在支架的另一側(cè)，由強(qiáng)制解鎖磁鐵座、 強(qiáng)制解鎖永磁體、強(qiáng)制解鎖電工純鐵環(huán)、強(qiáng)制解鎖吸力盤(pán)、強(qiáng)制解鎖線圈和強(qiáng)制解鎖活 動(dòng)柱組成，并通過(guò)強(qiáng)制解鎖磁鐵座由連接螺釘固定在支架上。
所述的鎖緊吸力盤(pán)與鎖緊電工純鐵環(huán)及鎖緊磁鐵底座的磁極間形成0. 1 3.5mm的
間隙，維持鎖緊和解鎖狀態(tài)均不需持續(xù)通電。
所述的強(qiáng)制鎖緊驅(qū)動(dòng)器的強(qiáng)制解鎖吸力盤(pán)與強(qiáng)制解鎖電工純鐵環(huán)和強(qiáng)制解鎖磁鐵
底座的磁極間形成0. 1 2. 5mra的間隙。
所述的鎖柱材料為不銹鋼材料，為了避免鎖柱鎖緊工作面與磁懸浮飛輪或磁懸浮控 制力矩陀螺轉(zhuǎn)子接觸面見(jiàn)出現(xiàn)金屬咬合，鎖柱鎖緊工作面內(nèi)鑲嵌聚四氟乙烯等非金屬材 料。
所述鎖緊永磁體和強(qiáng)制解鎖永磁體均軸向充磁且關(guān)于支架對(duì)稱(chēng)安裝。 所述鎖柱與微動(dòng)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)接觸吋，微動(dòng)開(kāi)關(guān)輸出信號(hào)為高電平，轉(zhuǎn)子為鎖緊狀態(tài)； 所述鎖柱與微動(dòng)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)不接觸時(shí)，微動(dòng)開(kāi)關(guān)輸出信號(hào)為低電平，轉(zhuǎn)子為解鎖狀態(tài)。
上述方案的原理是當(dāng)需要對(duì)磁懸浮飛輪或磁懸浮控制力矩陀螺進(jìn)行鎖緊時(shí)，鎖緊 驅(qū)動(dòng)器1中的鎖緊線圈16通電，使電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與鎖緊永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向 相同，分別如圖4 (a)中的實(shí)線和虛線所示，虛線為永磁磁路，實(shí)線為電磁磁路，此時(shí) 產(chǎn)生的磁吸引力使鎖緊吸力盤(pán)12克服鎖緊回復(fù)彈簧18和機(jī)構(gòu)摩擦力后推動(dòng)鎖緊活動(dòng)柱17產(chǎn)生z軸負(fù)方向的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)鎖緊活動(dòng)柱17傳動(dòng)工作面碰到鎖柱2的傳動(dòng)工作面時(shí)， 鎖緊活動(dòng)柱17豎直方向運(yùn)動(dòng)推動(dòng)著鎖柱2繞轉(zhuǎn)軸7旋轉(zhuǎn)使鎖柱2鎖緊工作面與磁懸浮 飛輪或磁懸浮控制力矩陀螺轉(zhuǎn)子接觸，直到消除轉(zhuǎn)子的徑向磁間隙和軸向磁間隙后不能 運(yùn)動(dòng)時(shí)為止，此時(shí)鎖柱2與微動(dòng)開(kāi)關(guān)4觸點(diǎn)接觸，微動(dòng)開(kāi)關(guān)4輸出電壓大于3V的高電 平信號(hào)，由此判斷鎖柱2處于鎖緊狀態(tài)。
鎖緊過(guò)程中鎖緊線圈16通電時(shí)間小于5s。由于所設(shè)計(jì)的鎖柱2鎖緊工作面與豎直 平面間夾角a和鎖緊活動(dòng)柱17的鎖緊工作面與豎直平面間夾角e相等。眾所周知， 若設(shè)鎖柱2與鎖緊活動(dòng)柱17的摩擦系數(shù)為// ，則鎖柱2與鎖緊活動(dòng)柱17間的等效自鎖 角為arctan//。當(dāng)夾角a或夾角0不大于鎖柱2與鎖緊活動(dòng)柱17的摩擦角時(shí)，滿足了 機(jī)構(gòu)的自鎖條件，因此利用機(jī)構(gòu)的自鎖特性和鎖緊永磁體提供的磁力保持鎖緊狀態(tài)。當(dāng) 需要對(duì)磁懸浮飛輪或磁懸浮控制力矩陀螺進(jìn)行解鎖時(shí)，鎖緊線圈16通與鎖緊相反方向 的電流，使電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與鎖緊永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)大小相等，方向相反，如圖5(a) 所示，此時(shí)，鎖緊吸力盤(pán)12不再受電磁力作用，鎖緊活動(dòng)柱15在鎖緊回復(fù)彈簧18的 彈力作用下沿豎直方向產(chǎn)生與鎖緊時(shí)相反方向的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)鎖緊活動(dòng)柱15解鎖工作面碰 到鎖柱2的解鎖工作面時(shí)，推動(dòng)鎖柱2繞轉(zhuǎn)軸7旋轉(zhuǎn)從而使鎖柱2鎖緊工作面與磁懸浮 飛輪或磁懸浮控制力矩陀螺轉(zhuǎn)子脫離，直到鎖柱2繞轉(zhuǎn)軸7不能旋轉(zhuǎn)時(shí)為止，此時(shí)鎖柱 2與微動(dòng)開(kāi)關(guān)4觸點(diǎn)脫離，微動(dòng)開(kāi)關(guān)4輸出電壓小于1.7V的低電平信號(hào)，由此判斷鎖柱 2處于解鎖狀態(tài)。鎖緊過(guò)程鎖緊線圈通電時(shí)間小于5s。
在鎖緊狀態(tài)下，當(dāng)鎖緊驅(qū)動(dòng)器l失效時(shí)，如圖6所示，向強(qiáng)制解鎖驅(qū)動(dòng)器5的強(qiáng)制
解鎖線圈56通電并使電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與強(qiáng)制解鎖永磁體54磁場(chǎng)方向相同，此時(shí)電
磁吸引力使強(qiáng)制解鎖吸力盤(pán)52克服強(qiáng)制解鎖彈簧58和機(jī)構(gòu)的摩擦力后推動(dòng)強(qiáng)制解鎖活
動(dòng)柱55產(chǎn)生z軸正方向的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)強(qiáng)制解鎖活動(dòng)柱55接近鎖緊活動(dòng)柱15時(shí)，以大于
鎖緊驅(qū)動(dòng)器1鎖緊狀態(tài)保持力的作用力沖擊鎖緊活動(dòng)柱15，從而使鎖緊活動(dòng)柱15在鎖
緊回復(fù)彈簧18的彈力作用下產(chǎn)生沿Z方向并與鎖緊時(shí)運(yùn)動(dòng)方向相反的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)鎖緊活
動(dòng)柱15解鎖工作面碰到鎖柱2的解鎖工作面時(shí)，推動(dòng)鎖柱2繞轉(zhuǎn)軸7旋轉(zhuǎn)從而使鎖柱2
的鎖緊工作面與磁懸浮飛輪或磁懸浮控制力矩陀螺轉(zhuǎn)子脫離，直到鎖柱2繞轉(zhuǎn)軸7不能
旋轉(zhuǎn)時(shí)為止，此對(duì)鎖柱2與微動(dòng)開(kāi)關(guān)4觸點(diǎn)脫離，微動(dòng)開(kāi)關(guān)4輸出電壓小于1.7V的低
電平信號(hào)，由此判斷鎖柱2的處于解鎖狀態(tài)。強(qiáng)制解鎖過(guò)程強(qiáng)制解鎖線圈56通電時(shí)間
小于5s，強(qiáng)制解鎖電流大于鎖緊驅(qū)動(dòng)器鎖緊時(shí)的電流。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明由于采用電磁鐵和機(jī)構(gòu)的自鎖，與一次
性鎖緊裝置相比實(shí)現(xiàn)了磁懸浮飛輪或磁懸浮控制力矩陀螺的可重復(fù)鎖緊功能，可反復(fù)使
用。與現(xiàn)有的可重復(fù)鎖緊裝置相比，本發(fā)明所述的可重復(fù)鎖緊裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，活動(dòng)部件少，鎖緊和解鎖狀態(tài)通過(guò)微動(dòng)開(kāi)關(guān)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而且解鎖時(shí)，鎖緊活動(dòng)柱受到的作用力小， 避免了解鎖困難問(wèn)題，因而可靠性高，控制更加容易。又由于在電磁鐵中采用永磁體， 因而顯著減小了鎖緊裝置的質(zhì)量、體積和功耗。


圖1為本發(fā)明的可重復(fù)鎖緊裝置結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明的可重復(fù)鎖緊裝置鎖緊驅(qū)動(dòng)器的截面示意圖3為本發(fā)明的可重復(fù)鎖緊裝置的強(qiáng)制解鎖驅(qū)動(dòng)器的截面示意圖4a為本發(fā)明的可重復(fù)鎖緊裝置的鎖緊過(guò)程的截面示意圖4b為本發(fā)明的可重復(fù)鎖緊裝置在鎖緊狀態(tài)的截面示意圖4c為本發(fā)明的可重復(fù)鎖緊裝置鎖緊狀態(tài)時(shí)受軸向力作用的截面示意圖4d為本發(fā)明的可重復(fù)鎖緊裝置鎖緊狀態(tài)時(shí)受徑向力作用的截面示意圖5a為本發(fā)明的可重復(fù)鎖緊裝置在解鎖過(guò)程中的截面示意圖5b為本發(fā)明的可重復(fù)鎖緊裝置在解鎖過(guò)程中受力示意圖5c為本發(fā)明的可重復(fù)鎖緊裝置在解鎖狀態(tài)的截面示意圖6為本發(fā)明的可重復(fù)鎖緊裝置強(qiáng)制解鎖過(guò)程的截面示意圖7a為本發(fā)明的鎖柱結(jié)構(gòu)示意圖7b為本發(fā)明的鎖柱傳動(dòng)工作面示意圖8為本發(fā)明的活動(dòng)柱結(jié)構(gòu)示意圖9為本發(fā)明的可重復(fù)鎖緊機(jī)構(gòu)在磁懸浮飛輪或磁懸浮控制力矩陀螺中位置示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明由鎖緊驅(qū)動(dòng)器l、鎖柱2、支架3、微動(dòng)開(kāi)關(guān)4、強(qiáng)制解鎖驅(qū)動(dòng) 器5組成，強(qiáng)制解鎖驅(qū)動(dòng)器5與鎖緊驅(qū)動(dòng)器1呈對(duì)稱(chēng)分布地安裝在支架3的一側(cè)，鎖柱 2通過(guò)轉(zhuǎn)軸7安裝在支架3另一側(cè)，鎖柱2—端為鎖緊工作面，另一端為傳動(dòng)工作面； 微動(dòng)開(kāi)關(guān)4通過(guò)緊固螺釘6與支架3連接，微動(dòng)開(kāi)關(guān)4的觸點(diǎn)處于鎖柱2的外側(cè)中部， 可保證鎖柱2在鎖緊狀態(tài)時(shí)與其接觸，通過(guò)鎖柱與微動(dòng)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)的離合判斷鎖柱的鎖緊 狀態(tài)。
如圖2所示，鎖緊驅(qū)動(dòng)器1由鎖緊磁鐵座15、不銹鋼防銹套19、鎖緊永磁體14、 鎖緊電工純鐵環(huán)13、鎖緊吸力盤(pán)12、鎖緊線圈16、鎖緊活動(dòng)柱17、鎖緊吸力盤(pán)12、鎖 緊回復(fù)彈簧18和固定螺母11以及不銹鋼防銹套19組成。不銹鋼防銹套19由過(guò)盈裝配 固定在鎖緊磁鐵座15的內(nèi)孔內(nèi)，鎖緊永磁體14的一面粘接在鎖緊磁鐵座15的環(huán)形槽 外壁的環(huán)形端面上，鎖緊電工純鐵環(huán)13則粘接在鎖緊永磁體14的另一面上，鎖緊線圈16固定在鎖緊磁鐵座15的環(huán)形槽內(nèi)。鎖緊吸力盤(pán)12通過(guò)固定螺母11安裝在鎖緊活動(dòng) 柱17上。鎖緊回復(fù)彈簧18則安裝在由鎖緊磁鐵座15和鎖緊活動(dòng)柱17所形成的環(huán)形槽 內(nèi)。鎖緊吸力盤(pán)12和鎖緊電工純鐵環(huán)13以及鎖緊磁鐵座15的環(huán)形槽內(nèi)壁端面所形成 的間隙為鎖緊驅(qū)動(dòng)器1的工作間隙。不銹鋼防銹套19與鎖緊活動(dòng)柱17間配0. lmm間隙 以便鎖緊活動(dòng)柱17在不銹鋼防銹套19孔內(nèi)能沿Z向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使鎖緊驅(qū)動(dòng)器l鎖緊時(shí) 工作間隙為0. lmm，解鎖時(shí)為3. 5mm。
不銹鋼防銹套19過(guò)盈裝配在鎖緊磁鐵座15上，不銹鋼防銹套19與鎖緊活動(dòng)柱17 間配0. lmm間隙以便鎖緊活動(dòng)柱17能沿Z向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。鎖緊吸力盤(pán)12和鎖緊電工純鐵 環(huán)13以及鎖緊磁鐵底座15的磁間隙為0. 1 3. 5mm，鎖緊活動(dòng)柱17和鎖緊吸力盤(pán)12在 鎖緊磁鐵座15中心孔內(nèi)只能實(shí)現(xiàn)水平Z軸方向運(yùn)動(dòng)，如圖2中的Z軸方向所示。
如圖3所示，強(qiáng)制解鎖驅(qū)動(dòng)器5由強(qiáng)制解鎖磁鐵座55、強(qiáng)制解鎖永磁體54、強(qiáng)制 解鎖電工純鐵環(huán)53、強(qiáng)制解鎖吸力盤(pán)52、強(qiáng)制解鎖線圈56、強(qiáng)制解鎖活動(dòng)柱57和強(qiáng)制 解鎖回復(fù)彈簧58以及強(qiáng)制解鎖不銹鋼防銹套59組成。
強(qiáng)制解鎖不銹鋼防銹套59通過(guò)過(guò)盈裝配固定在強(qiáng)制解鎖磁鐵座55的內(nèi)孔內(nèi)，強(qiáng)制 解鎖永磁體54的一面粘接在強(qiáng)制解鎖磁鐵座55的環(huán)形槽外壁的環(huán)形端面上，強(qiáng)制解鎖 電工純鐵環(huán)53則粘接在強(qiáng)制解鎖永磁體54的另一面上，強(qiáng)制解鎖線圈56固定在強(qiáng)制 解鎖磁鐵座55的環(huán)形槽內(nèi)。強(qiáng)制解鎖吸力盤(pán)52通過(guò)強(qiáng)制解鎖固定螺母51安裝在強(qiáng)制 解鎖活動(dòng)柱57上。強(qiáng)制解鎖回復(fù)彈簧58則安裝在由強(qiáng)制解鎖磁鐵座55和強(qiáng)制解鎖活 動(dòng)柱57所形成的環(huán)形槽內(nèi)。強(qiáng)制解鎖吸力盤(pán)52和強(qiáng)制解鎖電工純鐵環(huán)53以及強(qiáng)制解 鎖磁鐵座55的環(huán)形槽內(nèi)壁端面所形成的間隙為強(qiáng)制解鎖驅(qū)動(dòng)器5的工作間隙。強(qiáng)制解 鎖不銹鋼防銹套59與強(qiáng)制解鎖活動(dòng)柱57間配0. lmm間隙以便強(qiáng)制解鎖活動(dòng)柱57能沿Z 向往復(fù)運(yùn)動(dòng)使強(qiáng)制解鎖驅(qū)動(dòng)器5強(qiáng)制解鎖時(shí)工作間隙為0. lmm，沒(méi)有強(qiáng)制解鎖時(shí)為 2. 5mm。
圖4(a)為本發(fā)明的可重復(fù)鎖緊裝置的鎖緊過(guò)程的截面示意圖。需要鎖緊時(shí)，給鎖
緊線圈16通電流，使電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與鎖緊永磁體14產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相同，如圖
4 (a)中的實(shí)線和虛線所示。鎖緊吸力盤(pán)12在磁力作用下克服鎖緊回復(fù)彈簧18的彈簧
彈力和摩擦力，推動(dòng)鎖緊活動(dòng)柱17豎直運(yùn)動(dòng)，當(dāng)鎖緊活動(dòng)柱17的傳動(dòng);E作面碰到鎖柱
2的傳動(dòng)工作面時(shí)，推動(dòng)鎖柱2繞轉(zhuǎn)軸7旋轉(zhuǎn)從而使鎖柱2鎖緊工作面與磁懸浮飛輪或
磁懸浮控制力矩陀螺轉(zhuǎn)子接觸，直到消除轉(zhuǎn)子的徑向磁間隙和軸向磁間隙后不能運(yùn)動(dòng)時(shí)
為止，鎖緊過(guò)程電磁鐵通電時(shí)間小于5s。然后斷電，利用鎖柱2的鎖緊傳動(dòng)面與活動(dòng)柱
的鎖緊傳動(dòng)面間的自鎖特性和鎖緊永磁體14產(chǎn)生的磁力保持鎖緊狀態(tài)。
圖4 (b)為本發(fā)明的可重復(fù)鎖緊裝置在鎖緊狀態(tài)的截面示意圖。在鎖緊狀態(tài)，鎖緊活動(dòng)柱17的傳動(dòng)工作面與鎖柱2的傳動(dòng)工作面接觸，鎖緊吸力盤(pán)12因鎖緊永磁體14 的磁力F3作用而一直保持著接近鎖緊電工純鐵環(huán)13的趨勢(shì)，從而消除了鎖柱2與磁懸 浮飛輪或磁懸浮控制力矩陀螺轉(zhuǎn)子間可能出現(xiàn)的間隙，實(shí)現(xiàn)了保持鎖緊狀態(tài)功能。
圖4 (c)為本發(fā)明的可重復(fù)鎖緊裝置鎖緊狀態(tài)時(shí)受軸向力作用的截面示意圖。如圖 所示，在鎖緊狀態(tài)下，鎖緊吸力盤(pán)12與鎖緊永磁體14之間一直保持著磁力F3。當(dāng)鎖柱 2鎖緊工作面受到的力Fl為軸向力時(shí)，轉(zhuǎn)軸7將通過(guò)支架3對(duì)鎖柱2產(chǎn)生大小相等、 方向相反的反作用力F2，鎖緊活動(dòng)柱17受到的作用力很小。當(dāng)鎖柱2鎖緊工作面所受 到力消失時(shí)則作用在支架上的力消失，鎖緊活動(dòng)柱不受力。
圖4 (d)為本發(fā)明的可重復(fù)鎖緊裝置鎖緊狀態(tài)時(shí)受徑向力作用的截面示意圖。如圖 所示，在鎖緊狀態(tài)下，鎖緊吸力盤(pán)12與鎖緊永磁體14之間一直保持著磁力F3。當(dāng)鎖柱 2鎖緊工作面受到的力Fl垂直于鎖柱軸向時(shí)，支架3對(duì)鎖緊活動(dòng)柱17產(chǎn)生作用力F2。 且F2則以轉(zhuǎn)軸7為支點(diǎn)與Fl實(shí)現(xiàn)力矩平衡。當(dāng)作用在鎖柱2鎖緊工作面的作用力Fl 消失時(shí)，作用在鎖緊活動(dòng)柱17上的作用力F2也消失。為了防止鎖柱2鎖緊工作面與飛 輪鎖緊面出現(xiàn)金屬咬合，鎖柱2材料為不銹鋼，鎖柱鎖緊工作面材料為非金屬材料聚四 氟乙烯。
圖5 (a)為本發(fā)明的可重復(fù)鎖緊裝置在解鎖過(guò)程中的截面示意圖，鎖緊和解鎖的電 磁部分由永磁磁路和電磁磁路兩部分組成，永磁磁通與電磁磁通方向相反，在鎖緊回復(fù) 彈簧18的推力作用下，鎖緊活動(dòng)柱17沿著與支架3的接觸面向下運(yùn)動(dòng)，從而使鎖緊活 動(dòng)住17與鎖柱2接觸，實(shí)現(xiàn)了鎖緊活動(dòng)柱17與鎖住2進(jìn)行力的傳遞。圖5 (b)為本 發(fā)明的可重復(fù)鎖緊裝置在解鎖過(guò)程中受力示意圖。當(dāng)需要對(duì)磁懸浮飛輪或磁懸浮控制力 矩陀螺進(jìn)行解鎖時(shí)，鎖緊線圈16通與鎖緊相反方向的電流，使電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與鎖緊 永磁體14的磁場(chǎng)大小相等，方向相反。此時(shí)，鎖緊吸力盤(pán)不再受電磁力作用，鎖緊活 動(dòng)柱17在鎖緊回復(fù)彈簧18的彈力F4作用下沿豎直方向產(chǎn)生與鎖緊時(shí)相反方向的運(yùn)動(dòng)。 當(dāng)鎖緊活動(dòng)柱17的解鎖工作面碰到鎖柱2的解鎖工作面時(shí)，作用力f推動(dòng)鎖柱2繞轉(zhuǎn) 軸7旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生力矩M從而使鎖柱2鎖緊工作面與磁懸浮飛輪或磁懸浮控制力矩陀螺轉(zhuǎn)子 脫離，直到鎖柱繞轉(zhuǎn)軸不能旋轉(zhuǎn)時(shí)為止，實(shí)現(xiàn)了解鎖。
圖5 (c)為本發(fā)明的可重復(fù)鎖緊裝置在解鎖狀態(tài)的截面示意圖，鎖緊吸力盤(pán)12由 回復(fù)彈簧18的彈力作用使鎖緊吸力盤(pán)12遠(yuǎn)離鎖緊電工純鐵環(huán)13，鎖緊活動(dòng)柱17的解 鎖工作面與鎖柱2的解鎖工作面接觸，并將鎖柱傳動(dòng)端限位在鎖緊活動(dòng)柱17的形位槽 內(nèi)，實(shí)現(xiàn)解鎖功能并保持解鎖狀態(tài)。
鎖緊和解鎖狀態(tài)可通過(guò)微動(dòng)開(kāi)關(guān)4進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)鎖柱2與微動(dòng)開(kāi)關(guān)4的觸點(diǎn)接觸，
圖5 (c)中圓內(nèi)部分，且微動(dòng)開(kāi)關(guān)4輸出為高電平時(shí)則鎖緊裝置處于鎖緊狀態(tài)。如鎖柱
9關(guān)4輸出為高電平時(shí)則鎖緊裝置處 于解鎖狀態(tài)。
在鎖緊驅(qū)動(dòng)器l發(fā)生故障失效時(shí)，如圖6所示，強(qiáng)制解鎖驅(qū)動(dòng)器5驅(qū)動(dòng)強(qiáng)制解鎖活 動(dòng)柱57運(yùn)動(dòng)并以大于鎖緊狀態(tài)保持力的作用力F5強(qiáng)制推動(dòng)鎖緊活動(dòng)柱17移動(dòng)實(shí)現(xiàn)應(yīng) 急強(qiáng)制解鎖。
圖7 (a)-圖7 (b)為本發(fā)明的鎖柱2的結(jié)構(gòu)示意圖，其功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)飛輪轉(zhuǎn)子的 鎖緊，材料為1Crl8M9Ti， 40Cr, 2Crl3等不銹鋼金屬材料，傳動(dòng)工作面夾角a根據(jù) 鎖柱2和鎖緊活動(dòng)柱17以及鎖柱2和支架3之間的摩擦角來(lái)選擇，應(yīng)不大于鎖柱2和 鎖緊活動(dòng)柱17以及鎖柱2和支架3之間的摩擦角之和，即小于23° 。
圖8為本發(fā)明的鎖緊活動(dòng)柱17的結(jié)構(gòu)示意圖，其功能是將鎖緊活動(dòng)柱17的z軸方 向運(yùn)動(dòng)通過(guò)傳動(dòng)工作面或解鎖工作面的作用轉(zhuǎn)化為鎖柱2的轉(zhuǎn)動(dòng)并將鎖柱2鎖緊面受到 的作用力傳遞到支架3上，夾角e與夾角a相等。
上述本發(fā)明所用的鎖緊磁鐵座15、強(qiáng)制解鎖磁鐵座25、鎖緊吸力盤(pán)12、強(qiáng)制解鎖 吸力盤(pán)52均應(yīng)用導(dǎo)磁性能良好的電工純鐵；鎖緊永磁體14、強(qiáng)制解鎖永磁體54的材料 為磁性能良好的稀土永磁體或鐵氧體永磁體且為軸向充磁；鎖緊線圈16、強(qiáng)制解鎖線圈 56用導(dǎo)電良好的電磁線繞制后浸漆烘干而成；鎖柱2和鎖緊活動(dòng)柱17、強(qiáng)制解鎖活動(dòng) 柱57為不銹鋼金屬材料。
在具體應(yīng)用時(shí)，本發(fā)明所述的可重復(fù)鎖緊裝置需要3個(gè)或4個(gè)并聯(lián)均布在磁懸浮飛 輪或磁懸浮控制力矩陀螺轉(zhuǎn)子的圓周方向?qū)崿F(xiàn)對(duì)磁懸浮飛輪或磁懸浮控制力矩陀螺的 鎖緊和解鎖功能。圖9為本發(fā)明的可重復(fù)鎖緊機(jī)構(gòu)在磁懸浮飛輪或磁懸浮控制力矩陀螺 中位置示意圖，3個(gè)或4個(gè)可重復(fù)鎖緊機(jī)構(gòu)101固定在底座102上，均布在飛輪轉(zhuǎn)子 103的圓周方向?qū)Υ艖腋★w輪或磁懸浮控制力矩陀螺進(jìn)行鎖緊或解鎖，實(shí)現(xiàn)對(duì)磁懸浮飛 輪或磁懸浮控制力矩陀螺系統(tǒng)的保護(hù)功能。
本發(fā)明說(shuō)明書(shū)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(lái)說(shuō)，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
1、一種可重復(fù)和具有應(yīng)急強(qiáng)制解鎖功能的鎖緊結(jié)構(gòu)，由靜止部分和運(yùn)動(dòng)部分兩部分組成，其特征在于靜止部分包括鎖緊驅(qū)動(dòng)器(1)的鎖緊磁鐵座(15)、鎖緊永磁體(14)、鎖緊線圈(16)、支架(3)、緊固螺釘(8)和回復(fù)彈簧(18)；強(qiáng)制解鎖驅(qū)動(dòng)器(5)的磁鐵座(55)、強(qiáng)制解鎖永磁體(54)、強(qiáng)制解鎖線圈(56)、強(qiáng)制解鎖回復(fù)彈簧(58)，轉(zhuǎn)軸(7)、微動(dòng)開(kāi)關(guān)(4)和固定螺釘(6)；運(yùn)動(dòng)部分包括鎖緊驅(qū)動(dòng)器(1)的鎖緊吸力盤(pán)(12)、強(qiáng)制解鎖驅(qū)動(dòng)器(5)的強(qiáng)制解鎖吸力盤(pán)(52)、鎖緊驅(qū)動(dòng)器(1)的活動(dòng)柱(17)、強(qiáng)制解鎖驅(qū)動(dòng)器(5)的強(qiáng)制解鎖活動(dòng)柱(55)、鎖柱(2)，鎖緊永磁體(14)在鎖緊磁鐵座(15)上，鎖緊線圈(16)位于鎖緊磁鐵座(15)的槽內(nèi)，并與鎖緊磁鐵座(15)粘接在一起，鎖緊磁鐵座(15)通過(guò)連接螺釘(8)固定在支架(3)的上側(cè)；鎖柱(2)通過(guò)轉(zhuǎn)軸(7)安裝在支架另一端，鎖柱(2)一端為鎖緊工作面，另一端為傳動(dòng)工作面；鎖緊吸力盤(pán)(12)處于鎖緊驅(qū)動(dòng)器(1)的外側(cè)并固定在活動(dòng)柱(17)上；回復(fù)彈簧(18)安裝在活動(dòng)柱(17)上并由鎖緊吸力盤(pán)(12)定位，鎖緊吸力盤(pán)(12)因受吸力或推力作用上下移動(dòng)，通過(guò)鎖住(2)的傳動(dòng)工作面轉(zhuǎn)化成鎖住(2)繞轉(zhuǎn)軸(7)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；微動(dòng)開(kāi)關(guān)(4)通過(guò)緊固螺釘(6)與支架(3)連接，微動(dòng)開(kāi)關(guān)(4)的觸點(diǎn)處于鎖柱(2)的外側(cè)中部，可保證鎖柱(2)在振動(dòng)時(shí)與其接觸，通過(guò)鎖柱與微動(dòng)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)的離合判斷鎖柱的鎖緊狀態(tài)；強(qiáng)制解鎖驅(qū)動(dòng)器(5)與鎖緊驅(qū)動(dòng)器(1)呈對(duì)稱(chēng)分布地安裝在支架(3)的另一側(cè)；強(qiáng)制解鎖永磁體(54)粘接在強(qiáng)制解鎖磁鐵座(55)上，強(qiáng)制解鎖線圈(56)位于強(qiáng)制解鎖磁鐵座(55)的槽內(nèi)，并與強(qiáng)制解鎖磁鐵座(55)粘接在一起，強(qiáng)制解鎖磁鐵座(55)通過(guò)連接螺釘(8)與鎖緊磁鐵座(15)成對(duì)稱(chēng)分布的固定在支架(3)的下側(cè)；強(qiáng)制解鎖吸力盤(pán)(52)處于強(qiáng)制解鎖驅(qū)動(dòng)器(5)的外側(cè)并固定在強(qiáng)制解鎖活動(dòng)柱(57)上，強(qiáng)制解鎖回復(fù)彈簧(58)安裝在強(qiáng)制解鎖活動(dòng)柱(57)上并由強(qiáng)制解鎖吸力盤(pán)(52)定位，強(qiáng)制解鎖吸力盤(pán)(52)因受吸力或推力作用上下移動(dòng)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可重復(fù)和應(yīng)急強(qiáng)制解鎖功能的錟緊機(jī)構(gòu)，其特征在 于所述的鎖緊吸力盤(pán)(12)與鎖緊電工純鐵環(huán)(13)及鎖緊磁鐵底座(15)的磁極間 形成0. 1 3. 5mm的間隙，維持鎖緊和解鎖狀態(tài)均不需持續(xù)通電。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可重復(fù)和應(yīng)急強(qiáng)制解鎖功能的鎖緊機(jī)構(gòu)，其特征在 于所述的強(qiáng)制鎖緊驅(qū)動(dòng)器(5)的強(qiáng)制解鎖吸力盤(pán)(52)與強(qiáng)制解鎖電工純鐵環(huán)(53)和強(qiáng)制解鎖磁鐵底座(55)的磁極間形成O. 1 2.5mm的間隙。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可重復(fù)和應(yīng)急強(qiáng)制解鎖功能的鎖緊機(jī)構(gòu)，其特征在 于所述的鎖柱(2)材料為不銹鋼材料，鎖柱(2)鎖緊工作面內(nèi)鑲嵌聚四氟乙烯等非 金屬材料。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可重復(fù)和應(yīng)急強(qiáng)制解鎖功能的鎖緊機(jī)構(gòu)，其特征在 于所述鎖緊永磁體(H)和強(qiáng)制解鎖永磁體(54)均軸向充磁且關(guān)于支架對(duì)稱(chēng)安裝。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可重復(fù)和應(yīng)急強(qiáng)制解鎖功能的鎖緊機(jī)構(gòu)，其特征在 于所述鎖柱(2)與微動(dòng)開(kāi)關(guān)(4)觸點(diǎn)接觸時(shí)，微動(dòng)開(kāi)關(guān)輸出信號(hào)為高電平，轉(zhuǎn)子為 鎖緊狀態(tài)；所述鎖柱(2)與微動(dòng)開(kāi)關(guān)(4)觸點(diǎn)不接觸時(shí)，微動(dòng)開(kāi)關(guān)輸出信號(hào)為低電平， 轉(zhuǎn)子為解鎖狀態(tài)。
全文摘要
一種可重復(fù)、具有應(yīng)急強(qiáng)制解鎖功能的形位鎖緊機(jī)構(gòu)，可作為磁懸浮飛輪或磁懸浮控制力矩陀螺轉(zhuǎn)子的保護(hù)裝置。主要由鎖緊驅(qū)動(dòng)器、鎖柱、支架、微動(dòng)開(kāi)關(guān)、強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)器組成。鎖緊驅(qū)動(dòng)器和強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)器都由磁鐵座、永磁體、電工純鐵環(huán)、吸力盤(pán)、線圈和活動(dòng)柱組成。鎖柱兩端分別為鎖緊工作面和傳動(dòng)工作面，通過(guò)將活動(dòng)柱的上下移動(dòng)轉(zhuǎn)化成鎖柱繞轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的鎖緊或解鎖。通過(guò)微動(dòng)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)與鎖柱的離合判斷轉(zhuǎn)子鎖緊狀態(tài)。鎖緊驅(qū)動(dòng)器失效時(shí)，強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)器推動(dòng)鎖緊驅(qū)動(dòng)器活動(dòng)柱移動(dòng)實(shí)現(xiàn)應(yīng)急強(qiáng)制解鎖。本發(fā)明的鎖緊裝置保護(hù)了磁懸浮飛輪或磁懸浮控制力矩陀螺系統(tǒng)，具有可重復(fù)使用、可靠性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B64G1/24GK101670891SQ20091009315
公開(kāi)日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2009年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月25日
發(fā)明者剛 劉, 孫津濟(jì), 房建成, 李麗君, 湯繼強(qiáng), 曦 王 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)