一种蜗卷弹簧初始力矩和行程控制装置

技术领域

本发明属于蜗卷弹簧空间设计领域，涉及一种蜗卷弹簧初始力矩和行程控制装置。

背景技术

随着我国航天事业的飞速发展，航天器功能不断增加，机构也越来越多样化。蜗卷弹簧能提供扭转力矩，扭转力矩通过转轴可转换为拉力，具有体积小、储能多、空间适应性强等优点，随着航天任务的不断深化、功能不断的完善，蜗卷弹簧在航天任务中应用越来越广泛。

蜗卷弹簧相同转动角度下收紧和放松过程产生的力矩是不一样的，且均为非线性。蜗卷弹簧在一定工作行程内使用性能是稳定的，超过稳定的工作行程，产品性能偏差大，甚至蜗卷弹簧自身被损伤。通常状态下是使用窝卷弹簧的初始力矩和行程受产品性能偏差大影响，无法进行精确控制。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种蜗卷弹簧初始力矩和行程控制装置，采用纯机械式设计，具有体积小、重量小、空间适应性强、使用方便等特点。

本发明解决技术的方案是：

一种蜗卷弹簧初始力矩和行程控制装置，包括卷簧组件、限位组件、中心轴、壳体、轴承、轴承套、调节筒、和端盖；其中，卷簧组件包括蜗卷弹簧、卷簧筒、卷簧卡销、卷簧內轴和内轴键；限位组件包括下限位体、中限位体、上限位体和限位键；

卷簧组件自下向上安装在壳体下端卷簧槽内；其中，卷簧卡销依次穿过卷簧筒定位孔、蜗卷弹簧外侧定位孔；卷簧卡销内侧钉帽结构防止蜗卷弹簧脱出，外侧翻遍结构阻挡卷簧卡销潜入卷簧筒内；蜗卷弹簧外侧和卷簧筒连接在一起；蜗卷弹簧盘入卷簧筒内，蜗卷弹簧内侧折弯钩与卷簧內轴的开槽钩挂在一起；卷簧內轴通过內轴键与中心轴连接，组成卷簧组件；

下限位体固接在壳体中间隔层的上端；下限位体的限位齿朝上；下限位体上放置一层中限位体；中限位体的限位齿朝下与下限位体的限位齿啮合；依次堆叠多层中限位体，堆叠的中限位体的限位齿均朝下依次啮合在一起；上限位体的限位齿朝下，中心轴穿过堆叠的中限位体，上限位体通过限位键与中心轴连接；三种限位体通过限位齿啮合，形成限位组件；限位组件通过调节筒和中心轴轴向约束在壳体的中间隔层上；

壳体中间隔层上端轴承槽内放置轴承；轴承内侧为轴承套，轴承套穿过中心轴；壳体上端为端盖，端盖内放置轴承，轴承穿过中心轴，轴承下端与中心轴的凸肩上端贴合。

在上述的一种蜗卷弹簧初始力矩和行程控制装置，蜗卷弹簧初始力矩的设置的过程为：

通过卷簧筒逆时针旋转卷簧组件；卷簧组件带动中心轴逆时针旋转，中心轴带动上限位体旋转，上限位体通过限位齿带动最上层中限位体旋转，堆叠在一起的中限位体依次通过限位齿带动下一层中限位齿转动，直到最后一层中限位体的限位齿与下限位体的限位齿啮合，中心轴停止转动；继续逆时针旋转卷簧组件，蜗卷弹簧开始变形产生力矩；继续旋转卷簧组件至设定的初始力矩，保持卷簧筒位置不动，将卷簧筒固定在壳体上，完成蜗卷弹簧初始力矩的设置。

在上述的一种蜗卷弹簧初始力矩和行程控制装置，行程控制的过程为：

完成蜗卷弹簧初始力矩设置后，中心轴顺时针旋转；中心轴带动上限位体旋转，上限位体的限位齿反向带动最上层中限位体旋转；堆叠在一起的中限位体依次通过限位齿带动下一层中限位齿转动，直至最后一层中限位体限位齿与下限位体限位齿反向啮合，中心轴停止转动，中线轴顺时针旋转角度即为蜗卷弹簧的工作行程。

在上述的一种蜗卷弹簧初始力矩和行程控制装置，蜗卷弹簧的初始力矩通过旋转卷簧筒角度进行控制，工作行程通过中限位体层数进行控制。

在上述的一种蜗卷弹簧初始力矩和行程控制装置，通过蜗卷弹簧提供力矩；蜗卷弹簧的内侧为折弯钩，蜗卷弹簧的外侧设置连接定位孔。

在上述的一种蜗卷弹簧初始力矩和行程控制装置，卷簧卡销的内侧为钉帽结构，中间为圆柱段；钉帽和圆柱段中间贯穿开槽，外侧为圆形凸肩翻边。

在上述的一种蜗卷弹簧初始力矩和行程控制装置，所述卷簧筒为圆筒结构；卷簧筒外壁中间部位开有下沉定位孔，底端有用于加载力矩的外六角。

在上述的一种蜗卷弹簧初始力矩和行程控制装置，所述下限位体上端有限位齿，上端除限位齿部分其余均为光滑平面；下限位体中间为圆形安装孔，上端面留有螺钉孔。

在上述的一种蜗卷弹簧初始力矩和行程控制装置，中限位体下端为限位齿，除限位齿上、下端面均为光滑平面；中间为圆形安装孔。

在上述的一种蜗卷弹簧初始力矩和行程控制装置，所述下限位体下端为限位齿，下端除限位齿部分其余均为光滑平面；中间下端伸出导向轴，导向轴中间为圆形安装孔，导向轴内侧开有键槽。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明的蜗卷弹簧初始力矩和行程控制装置，可根据每根蜗卷弹簧实测性能，调整限位齿方位，实现对蜗卷弹簧初始力矩精确控制；

(2)本发明的蜗卷弹簧初始力矩和行程控制装置，可通过调整限位齿层数，实现对蜗卷弹簧行程进行精确控制；

(3)本发明的蜗卷弹簧初始力矩和行程控制装置，装配完成后旋转调节筒(7)可实现调整初始力矩，具有操作简单使用性广的特点；

(4)本发明的蜗卷弹簧初始力矩和行程控制装置采用纯机械结构，零组件均为耐空间环节的金属材料，具有耐高低温、耐真空等特点，空间适应性强、空间寿命长。

附图说明

图1为本发明蜗卷弹簧初始力矩和行程控制装置整体示意图；

图2为本发明卷簧组件结构示意图；

图3为本发明限位组件结构示意图；

图4为本发明蜗卷弹簧示意图；

图5为本发明卷簧卡销示意图；

图6为本发明卷簧內轴示意图；

图7为本发明卷簧筒示意图；

图8为本发明下限位体示意图；

图9为本发明中限位体示意图；

图10为本发明上限位体示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

本发明提供了一种蜗卷弹簧初始力矩和行程控制装置，通过旋转卷簧组件1来控制蜗卷弹簧11初始力矩，通过控制限位组件2中限位体层数来控制工作行程。装置采用纯机械式设计，具有体积小、重量小、空间适应性强、使用方便等特点。

蜗卷弹簧初始力矩和行程控制装置，整体如图1所示，具体包括卷簧组件1、限位组件2、中心轴3、壳体4、轴承5、轴承套6、调节筒7、和端盖8。具体的，如图2所示，卷簧组件1包括蜗卷弹簧11、卷簧筒12、卷簧卡销13、卷簧內轴14和内轴键15。如图3所示，限位组件2包括下限位体21、中限位体22、上限位体23和限位键24。

如图4至图7所示，卷簧组件1自下向上安装在壳体4下端卷簧槽内；其中，卷簧卡销13依次穿过卷簧筒12定位孔、蜗卷弹簧11外侧定位孔；卷簧卡销13内侧钉帽结构防止蜗卷弹簧11脱出，外侧翻遍结构阻挡卷簧卡销13潜入卷簧筒12内；蜗卷弹簧11外侧和卷簧筒12连接在一起；蜗卷弹簧11盘入卷簧筒12内，蜗卷弹簧11内侧折弯钩与卷簧內轴14的开槽钩挂在一起；卷簧內轴14通过內轴键15与中心轴3连接，组成卷簧组件1。

下限位体21固接在壳体4中间隔层的上端；下限位体21的限位齿朝上；下限位体21上放置一层中限位体22；中限位体22的限位齿朝下与下限位体21的限位齿啮合；依次堆叠多层中限位体22，堆叠的中限位体22的限位齿均朝下依次啮合在一起；上限位体23的限位齿朝下，中心轴3穿过堆叠的中限位体22，上限位体23通过限位键24与中心轴3连接；三种限位体通过限位齿啮合，形成限位组件2；限位组件2通过调节筒7和中心轴3轴向约束在壳体4的中间隔层上；

壳体4中间隔层上端轴承槽内放置轴承5；轴承5内侧为轴承套6，轴承套6穿过中心轴3；壳体4上端为端盖8，端盖8内放置轴承5，轴承5穿过中心轴3，轴承5下端与中心轴3的凸肩上端贴合。

蜗卷弹簧11初始力矩的设置的过程为：

通过卷簧筒12逆时针旋转卷簧组件1；卷簧组件1带动中心轴3逆时针旋转，中心轴3带动上限位体23旋转，上限位体23通过限位齿带动最上层中限位体22旋转，堆叠在一起的中限位体22依次通过限位齿带动下一层中限位齿转动，直到最后一层中限位体22的限位齿与下限位体21的限位齿啮合，中心轴3停止转动；继续逆时针旋转卷簧组件1，蜗卷弹簧11开始变形产生力矩；继续旋转卷簧组件1至设定的初始力矩，保持卷簧筒12位置不动，将卷簧筒12固定在壳体4上，完成蜗卷弹簧11初始力矩的设置。

行程控制的过程为：

完成蜗卷弹簧11初始力矩设置后，中心轴3顺时针旋转；中心轴3带动上限位体23旋转，上限位体23的限位齿反向带动最上层中限位体22旋转；堆叠在一起的中限位体22依次通过限位齿带动下一层中限位齿转动，直至最后一层中限位体22限位齿与下限位体21限位齿反向啮合，中心轴3停止转动，中线轴顺时针旋转角度即为蜗卷弹簧11的工作行程。

本发明中，蜗卷弹簧11的初始力矩通过旋转卷簧筒12角度进行控制，工作行程通过中限位体22层数进行控制。通过蜗卷弹簧11提供力矩；蜗卷弹簧11的内侧为折弯钩，蜗卷弹簧11的外侧设置连接定位孔。

如图5所示，卷簧卡销13的内侧为钉帽结构，中间为圆柱段；钉帽和圆柱段中间贯穿开槽，外侧为圆形凸肩翻边。

如图7所述卷簧筒12为圆筒结构；卷簧筒12外壁中间部位开有下沉定位孔，底端有用于加载力矩的外六角。

下限位体21上端有限位齿，上端除限位齿部分其余均为光滑平面；下限位体21中间为圆形安装孔，上端面留有螺钉孔，如图8所示。中限位体22下端为限位齿，除限位齿上、下端面均为光滑平面；中间为圆形安装孔，如图9所示。下限位体21下端为限位齿，下端除限位齿部分其余均为光滑平面；中间下端伸出导向轴，导向轴中间为圆形安装孔，导向轴内侧开有键槽，如图10所示。

实施例

蜗卷弹簧初始力矩和行程控制装置，主要由卷簧组件1、限位组件2、中心轴3、壳体4、轴承5、轴承套6、调节筒7、端盖8等组成。卷簧组件1包含蜗卷弹簧11、卷簧筒12、卷簧卡销13、卷簧內轴14、內轴键15。限位组件2包含下限位体21、中限位体22、上限位体23和限位键24。

蜗卷弹簧11初始力矩和行程控制装置装配调试过程如下：

蜗卷弹簧11外侧放置在卷簧筒12内，调整蜗卷弹簧11位置使蜗卷弹簧11定位孔与卷簧筒12侧边定位孔对齐，卷簧卡销13钉帽结构朝内对准卷簧套筒上的定位孔，用力使钉帽结构向中间挤压变形，卷簧卡销13依次穿过卷簧筒12定位孔、蜗卷弹簧11外侧定位孔，卷簧卡销13内侧钉帽结构张开防止蜗卷弹簧11脱出，外侧翻遍结构阻挡卡销潜入卷簧筒12内，蜗卷弹簧11外侧和卷簧筒12连接在一起。蜗卷弹簧11盘入卷簧筒12内，卷簧內轴14自上而下穿入蜗卷弹簧11中间，蜗卷弹簧11内侧折弯钩卡入卷簧內轴14的折弯钩槽。

轴承5嵌入壳体4中间隔层上端轴承槽内，轴承套6安装在轴承5内侧。下限位体21固接在壳体4中间隔层的上端，下限位体21的限位齿朝上；下限位体21上放置一层中限位体22，中限位体22的限位齿朝下与下限位体21的限位齿啮合。依次堆叠多层中限位体22，堆叠的中限位的限位齿均朝下依次啮合在一起。上限位体23的限位齿朝下，中间的导向轴穿过堆叠的中限位体22伸到下限位体21上端面以下，三种限位体上、下表面依次贴合。

调节筒7自下而上穿过中心轴3，限位键24嵌在中心轴3上；中心轴3上的限位键24与上限位体23键槽对齐，自上而下依次穿过限位组件2、轴承套6、壳体4中间隔层。上端的轴承5嵌在端盖8的轴承槽内，端盖8安装在壳体4顶上并用螺钉固定。

內轴键15安装在中心轴3上，卷簧內轴14键槽与中心轴3上的內轴键15对齐，卷簧组件1自下向上安装在壳体4下端卷簧槽内。用扭力扳手通过卷簧筒12底端的外六角逆时针旋转卷簧组件1，卷簧组件1带动中心轴3逆时针旋转，中心轴3带动上限位体23旋转，上限位体23通过限位齿带动最上层中限位体22旋转，叠在一起的中限位体22依次通过限位齿带动下一层中限位齿转动，直到最后一层中限位体22限位齿与下限位体21限位齿啮合，中心轴3停止转动。继续逆时针旋转卷簧组件1，蜗卷弹簧11开始变形产生力矩，继续旋转卷簧组件1到设定的初始力矩，保持卷簧筒12位置不动，卷簧筒12用螺钉固定在壳体4上，完成蜗卷弹簧11初始力矩的设置。在此状态下，中心轴3可顺时针旋转，中心轴3带动上限位体23旋转，上限位体23的限位齿反向带动最上层中限位体22旋转，叠在一起的中限位体22依次通过限位齿带动下一层中限位齿转动，直到最后一层中限位体22限位齿与下限位体21限位齿反向啮合，中心轴3停止转动，中线轴逆时针旋转角度即为蜗卷弹簧11的工作行程。

蜗卷弹簧11初始力矩和行程控制装置通过旋转卷簧组件1来控制蜗卷弹簧11初始力矩，通过控制限位组件2中限位体22层数来控制工作行程。装置采用纯机械式设计，具有体积小，重量小，空间适应性强、使用方便等特点。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。