一种面向太阳翼地面装配的高载荷高精度轻型加载装置

技术领域

本发明属于航空航天装置装配、机械工程等技术领域，具体涉及一种面向太阳翼地面装配的高载荷高精度轻型加载装置。

背景技术

我国航空航天工程发展迅速，圆形太阳翼作为航天器的能量源，具有质量轻、大收纳比等优点，能够满足航天器日益提高的能源供给要求以及航天器小型轻量化要求。圆形太阳翼的压紧装配对于自身装配应力有着较高的要求，装配应力控制不当会造成太阳翼无法展开甚至损坏。考虑到圆形太阳翼的压紧装配工况要求加载装置应具有体积小重量轻，加载装置在加载时要能够保证加载精度以及压紧释放装置内钢带受力均匀，同时要求加载过程中不能给太阳翼施加除加载力外的多余载荷的特点。我国现迫切需要面向圆形太阳翼地面压紧装配的器械。目前常用的加载器械都不同程度地存在机构体积大、加载精度低、加载载荷受限等缺点。

发明内容

基于上述技术问题，本发明设计了一种面向太阳翼地面装配的高载荷高精度轻型加载装置，由加载组件和微调组件组成；加载组件采用伺服电机驱动，并采用滚珠丝杠传动实现运动转换，通过传动链将加载运动传递到压紧释放装置，旨在满足圆形太阳翼压紧装配时单点精确加载的地面加载需求；微调机构用于实现加载装置装配位置微调以及对加载装置重力卸载的目标。

一种面向太阳翼地面装配的高载荷高精度轻型加载装置，其特征在于，包括加载组件和微调组件。加载组件主要作用是为太阳翼装配提供拉压载荷，微调组件的作用是调整加载机构相对于太阳翼的安装位置以消除位置干涉，同时为加载组件提供重力补偿。

所述加载组件由驱动模块和加载接口模块组成。

所述驱动模块包括伺服电机、谐波减速机、丝杠传动模块和输出轴，所述谐波减速机安装在伺服电机输出端，所述丝杠传动模块安装在减速器输出端，所述输出轴安装在丝杠传动模块前端，与丝母固定连接，所述丝杠传动模块前端为矩形法兰，与加载接口模块和微调机构进行固定连接。

所述加载接口模块包括防脱夹具、支撑架、传动链，所述防脱夹具安装在支撑架前端两侧的通孔处，所述支撑架通过螺栓螺母安装在驱动模块前端，所述传动链安装在支撑架内部，所述传动链末端与驱动模块的输出轴通过螺纹装配连接。

所述防脱夹具包括卡钩、旋转螺栓、弹簧顶丝、旋转顶丝，所述卡钩通过螺栓与支撑架装配，所述弹簧顶丝与支撑架前端两侧通孔处附近的圆槽实现定位，卡钩可绕旋转螺栓转动限制自适应挂钩的向外活动，防止其脱出，旋转顶丝可通过旋转固定卡钩位置。

所述支撑架底端为矩形法兰，与驱动模块连接装配；所述传动链包括自适应挂钩、限位螺母、限位顶丝、拉力传感器、锁紧螺母一，所述拉力传感器安装在输出轴的前端，所述自适应挂钩安装在拉力传感器前端，所述限位螺母通过螺纹副安装在自适应挂钩的末端连接件上，用于与支撑架内侧的限位凸起配合，限制自适应挂钩的位移，所述限位顶丝安装在限位螺母预留的螺纹孔中，用于锁紧限位螺母。

所述锁紧螺母一安装在末端连接件和拉力传感器之间；所述末端连接件包括连接件接口、双层螺纹套筒、连接件螺栓、螺纹套，所述双层螺纹套筒通过螺纹副安装在连接件接口末端，所述连接件螺栓安装在双层螺纹套筒内部，用于平缓装置过载后末端连接件处可能发生的变形断裂过程，防止变形断裂过程产生较大振荡影响前端太阳翼，所述螺纹套安装在连接件螺栓的末端，所述螺纹套与拉力传感器通过螺纹副连接。

所述自适应挂钩包括螺钉、连接触角、连杆、中间连接件和末端连接件，所述连接触角两个一组安装在连杆一的两端，所述连杆一安装在中间连接件的前端，所述中间连接件两个一组安装在连杆二的两端，所述连杆二安装在末端连接件的前端；所述连杆一和连杆二两端孔与中间孔的距离相同，在加载时能够形成等力臂，保证四个连接触角施加的载荷相同。

所述微调组件包括接口连接模块、六自由度微调机构，所述接口连接模块安装在弹簧支架的底板顶端，所述接口连接模块底端为中间有方孔的矩形法兰，驱动模块能穿过方孔，并利用螺栓螺母将支撑架、驱动模块与接口连接模块固定连接。

所述六自由度微调机构包括弹簧支架和三自由度滑台，所述弹簧支架安装在三自由度滑台顶端，所述弹簧支架包括V型板、底板、螺柱、锁紧螺母二、调节螺母、弹簧、弹簧套筒、防脱螺母、底部支架，所述底板安装在两块V型板的底端，所述螺柱安装在底部支架的上方，所述V型板、锁紧螺母二、调节螺母、弹簧、弹簧套筒依次穿过螺柱安装在底部支架的上方，所述防脱螺母安装在底部支架的下方。

通过调节螺母可以调整弹簧的压缩量进而实现顶端三自由度转动调整，同时由于弹簧具有可变形的能力，使加载装置对安装误差有一定的自适应能力，降低接触刚度以及安装应力。

所述三自由度滑台包括剪叉式升降机、滑台一、滑台二，所述剪叉式升降机安装在滑台一顶端，所述滑台一安装在滑台二顶端；滑台一通过水平垂直安装在滑台二上，两个滑台可共同实现水平面XY轴的±50mm的位移调节，剪叉式升降机可实现竖直方向±10mm的微量调整，以此来实现加载装置三个平动自由度的微量调整，通过与弹簧支架的串联安装使微调机构能够实现对加载装置装配位置的六自由度误差补偿。

本发明技术方案的优点在于：

1、本发明采用伺服电机精确位置控制以及滚珠丝杠工作时摩擦阻力小的特点来保证加载装置前端位移的精确控制，实现了体积小、重量轻、高载荷、高精度的加载需求。

2、本发明通过限位螺母与支撑架内侧的限位凸起配合限制自适应挂钩的位移，达到限制工作载荷的目的，提高了装置安全性。

3、本发明针对要在加载时保证压紧释放装置内钢带受力均匀这一要求，在加载接口模块前端设计有自适应挂钩，通过自适应挂钩自身的等力臂结构使加载装置能够对压紧释放装置的四个加载点均匀施加载荷，并设计了防脱夹具，提高了可靠性。

4、本发明将加载装置在空间上的六个自由度分解为三个平动自由度和三个旋转自由度，分别采三自由度滑台与弹簧支架实现位置补偿，降低接触刚度，进而降低安装应力。

附图说明

图1是本发明加载装置的总体结构示意图；

图2是本发明加载装置的加载组件结构示意图；

图3是本发明加载装置的微调机构结构示意图；

图4是本发明加载装置的加载组件结构拆分图；

图5是本发明加载组件的防脱夹具结构爆炸示意图；

图6是本发明加载组件的传动链整体结构示意图；

图7是本发明加载组件的传动链结构拆分示意图；

图8是本发明的传动链的自适应挂钩结构爆炸示意图；

图9是本发明的微调组件爆炸示意图；

图10是本发明的微调组件中弹簧支架爆炸示意图；

图11是本发明的微调组件中三自由度滑台结构示意图；

图12是本发明的末端连接件结构示意图；

图13是本发明的末端连接件剖视结构示意图；

图14是本发明的末端连接件中双层螺纹套筒剖视结构示意图；

图中：1、加载组件，2、微调组件，3、加载接口模块，4、驱动模块，5、接口连接模块，6、六自由度微调机构，7、防脱夹具，8、支撑架，9、传动链，10、输出轴，11、丝杠传动模块，12、谐波减速机，13、伺服电机，14、旋转螺栓，15、弹簧顶丝，16、卡钩一，17、卡钩二，18、旋转顶丝，19、自适应挂钩，20、限位螺母，21、拉力传感器，22、限位顶丝，23、锁紧螺母一，24、连接触角，25、连杆一，26、中间连接件，27、末端连接件，28、连杆二，29、弹簧支架，30、三自由度滑台，31、螺柱，32、V形板，33、锁紧螺母二，34、调节螺母，35、弹簧，36、弹簧套筒，37、底板，38、底部支架，39、防脱螺母，40、剪叉式升降机，41、滑台一，42、滑台二，43、连接件接口，44、双层螺纹套筒，45、连接件螺栓，46、螺纹套。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，即此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

参阅附图，本说明书附图所示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的位置限定用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1所示，是本发明加载装置的总体结构示意图，本发明的面向太阳翼地面装配的高载荷高精度轻型加载装置，其包括加载组件1和微调组件2，加载组件1安装在微调组件2的上方，具体通过微调组件2的接口连接模块5固定安装在微调组件2上方，加载组件1用于与压紧释放装置连接，实现加载动作，微调组件2用于实现加载装置位置微量调整以及对加载装置的重力卸载。

图2是本发明加载装置的加载组件结构示意图，所述加载组件1包括加载接口模块和驱动模块4，其中加载接口模块3安装在驱动模块4的前端，加载接口模块3的主要作用是在加载时保证压紧释放装置内钢带受力均匀，驱动模块4为整个加载组件提供驱动力并保证高精度加载。

图3是本发明加载装置的微调机构结构示意图，接口连接模块5通过侧面两个悬臂梁式结构安装在六自由度微调机构6的上方，接口连接模块5端面为矩形法兰，加载组件1的驱动模块4穿过接口连接模块5的中心方孔，通过螺栓连接将加载组件1与接口连接模块5连接固定，由此实现加载组件1与六自由度微调机构6的固定连接，使得微调组件2的调整动作能作用到加载组件1；六自由度微调机构6用于实现空间六自由度的微调以及对加载组件的重力卸载。

图4是本发明加载装置的加载组件结构拆分图，如图所示，所述加载接口模块3包括防脱夹具7、支撑架8、传动链9，所述驱动模块4包括丝杠传动模块11、谐波减速机12和伺服电机13，所述伺服电机13通过谐波减速机12带动丝杠传动模块11转动，所述丝杠传动模块11的输出轴10伸入所述加载接口模块3中以驱动传动链9。

图5是本发明加载组件的防脱夹具结构爆炸示意图；图6是本发明加载组件的传动链整体结构示意图；图7是本发明加载组件的传动链结构拆分示意图；结合图5、图6、图7，所述支撑架8由法兰座和从法兰座端面朝向前方延伸的两根悬臂组成，且两根悬臂呈上下对称分布，所述法兰座与丝杠传动模块11的法兰以及接口连接模块5端面的矩形法兰采用螺栓固定连接，支撑架8的前端有四个小的支撑面，四个支撑面能够顶紧压紧释放装置上的压紧座，对压紧释放装置施加压力载荷，同时为加载组件1提供定位和支撑作用，支撑架8的两根悬臂上设计有长条凹槽，在满足强度要求的前提下，作为装置的轻量化设计，支撑架8的两根悬臂内侧均设计有限位凸起，限位凸起用于限制传动链9中的限位螺母20的行程；所述防脱夹具7包括旋转螺栓14、弹簧顶丝15、卡钩一16、卡钩二17、旋转顶丝18，所述卡钩一16和卡钩二17都设计有凸起，在凸起部分有一大一小两个螺纹通孔，安装时所述卡钩一16和卡钩二17的凸起贴紧支撑架8的悬臂端部两侧，旋转螺栓14依次穿过卡钩一16的较大螺纹孔、支撑架8和卡钩二17的较大螺纹孔，旋转顶丝18安装在旋转螺栓14的另一端的螺纹孔内，防止旋转螺栓14的脱落，这就完成了一组卡钩的安装，在支撑架8的两根悬臂端部分别安装有一组卡钩，且两组卡钩上下中心对称，弹簧顶丝15安装在卡钩一16和卡钩二17较小的螺纹孔内，弹簧顶丝15能与支撑架8悬臂前端两侧通孔处附近的圆槽实现定位，圆槽分为两组，靠前的圆槽为限位位置，靠后的圆槽为释放位置；每组卡钩可绕旋转螺栓14转动，并依靠弹簧顶丝15定位，在卡钩转至靠前方向即限位位置时，能够限制自适应挂钩的向外活动，防止其脱出，而卡钩转至释放位置时则解除限制，当卡钩旋转到支撑架8上的限位或释放位置时通过旋转旋转顶丝18顶紧来实现卡钩的固定。所述防脱夹具7位于加载接口模块3的前端，能够通过旋转实现对自适应挂钩19的限制与释放，防脱夹具7在旋转到限制状态时能够防止在加载过程中自适应挂钩可能发生的脱落现象。

所述传动链9安装在支撑架8的两根悬臂之间，能够传递驱动模块4提供的驱动力来完成加载动作；所述驱动模块4的伺服电机13可实现精确的位置控制，驱动模块4的驱动力由伺服电机13提供，伺服电机13的输出轴产生旋转力矩，旋转力矩通过联轴器输出给谐波减速机12；所述谐波减速机12的作用是增大转矩，将伺服电机13输出的旋转力矩按比例放大后驱动丝杠传动模块11；所述丝杠传动模块11将减速器输出的力矩通过联轴器传递给丝杠，丝杠旋转带动丝母做直线进给运动，从而带动与丝母固定连接的输出轴10做直线进给运动；所述驱动模块的输出轴10与加载接口模块3内传动链9末端的拉力传感器21的后端连接，使输出轴10能够传递驱动力到传动链9，拉力传感器21的前端通过末端连接件27安装自适应挂钩19，所述自适应挂钩19和拉力传感器21之间设置有锁紧螺母一23，所述锁紧螺母一23螺纹旋拧在末端连接件27上，用以实现自适应挂钩19和拉力传感器21相对固定，防止拉力传感器21轴向旋转。所述末端连接件27的外部套装有限位螺母20，所述限位螺母20上呈圆周分布有多个螺纹通孔，螺纹通孔内安装限位顶丝22，限位螺母20可相对于自适应挂钩19中心轴线旋转，使用时能够通过旋转限位螺母20实现限位螺母20轴向位置的调整，通过支撑架8内侧的限位凸起实现对限位螺母20行程的限制，自适应挂钩19的行程也同时能够进行限制，因此可以调节限位螺母20与限位凸起之间的间隙并通过限位顶丝22顶紧形成限位螺母20相对于限位凸起的定位，通过两者之间的间隙来限制自适应挂钩19的行程，进而达到限制压紧释放装置中钢带拉力的目的，防止加载力过大损坏前端装置；传动链末端的拉力传动器21能够反馈实际加载力的大小，用于进行反馈控制，保证加载精度。

图8是本发明的传动链的自适应挂钩结构爆炸示意图，自适应挂钩19能够自适应加载组件1与压紧释放装置装配时的位置偏差，依靠等力臂原理实现加载时压紧释放装置内钢带受力均匀，如图所示，所述自适应挂钩19包括连接触角24、连杆一25、中间连接件26、末端连接件27、连杆二28，所述连接触角24前端为钩状结构，在作业时连接触角24的前端挂钩与压紧释放装置装配，连接触角24后端为铰链式结构，连杆一25和连杆二28中间都有三个通孔，三个通孔中两侧的通孔离中心的通孔的距离相同，受力时能够形成相等力臂从而在加载时形成均布载荷，连接触角24两个一组，两个连接触角24后端的铰接式结构利用螺钉分别铰链连接安装在连杆一25的两端，连杆一25中间孔处利用螺钉通过铰链连接安装在中间连接件26的前端铰链，中间连接件26为由相互垂直的前端铰链和后端铰链组成的铰链结构，连接触角24、连杆一25、中间连接件26组成的结构上下对称的设置有两组，其中两个中间连接件26的后端铰链利用螺钉通过铰链连接分别安装在连杆二28的侧边两个通孔处，连杆二28中间通孔处利用螺钉通过铰链连接安装在末端连接件27的前端，加载装置工作时能够对压紧释放装置施加载荷，依靠自身等力臂保证加载均匀。

图9是本发明的微调组件爆炸示意图，如图所示，所述微调组件中六自由度微调机构6包括弹簧支架29、三自由度滑台30，所述弹簧支架29通过螺纹副安装在三自由度滑台30的上方，弹簧支架29能够实现三个旋转自由度方向的微调以及对加载组件1的重力补偿；所述三自由度滑台30可以实现水平面XY轴±50mm和竖直方向±10mm的微量调整，即可实现三个平动自由度方向的微调。

图10是本发明的微调组件中弹簧支架爆炸示意图，如图所示，所述弹簧支架29包括螺柱31、V形板32、锁紧螺母二33、调节螺母34、弹簧35、弹簧套筒36、底板37、底部支架38、防脱螺母39，所述螺柱31安装在底部支架38的长条孔上方，所述底部支架38包括并排设置的两个，每个底部支架38的两侧各设置有一个长条孔，每个长条孔内安装一组重力补偿组件，每组重力补偿组件包括螺柱31、V形板32、锁紧螺母二33、调节螺母34、弹簧35、弹簧套筒36，所述V型板32、锁紧螺母二33、调节螺母34、弹簧35、弹簧套筒36从上至下依次穿过螺柱31安装在底部支架38的长条孔上方，所述V型板32包括两个，分别固定安装在底板37上方两侧，每个V型板32的两端均供一个螺柱31穿过，所述锁紧螺母二33用于锁紧V形板32，防止V形板32相对于螺柱31上下滑动，所述调节螺母34为内部带有螺纹的阶梯轴套筒，通过螺纹副安装在锁紧螺母二33的下方位置，外边缘设计有能够手工转动的竖纹便于手动作业；调节螺母34的阶梯轴结构的细颈外径略小于弹簧内径，为光滑的圆柱体表面；弹簧35安装在调节螺母34的下方，内侧与调节螺母34细颈的外表面接触，这样能防止螺柱31上的螺纹与弹簧35内侧接触，可降低弹簧35与螺柱31之间的摩擦力，进而降低竖直方向上摩擦力对弹力的干扰，改善重力补偿效果；所述弹簧35一方面能够实现加载装置的重力补偿，另一方面在加载过程中能够自适应调整使加载装置中心轴线与压紧释放装置同轴；所述弹簧套筒36为内外皆为光滑圆柱面的三级空心阶梯轴，安装在弹簧35底部，螺柱31可在弹簧套筒36内部上下滑动，能够防止螺柱31与底部支架38的长条孔边缘发生剐蹭，降低底部支架38与螺柱31之间的摩擦力，进而降低竖直方向上摩擦力对弹力的干扰，改善重力补偿效果。

图11是本发明的微调组件中三自由度滑台结构示意图，所述三自由度滑台30包括剪叉式升降机40、滑台一41、滑台二42，所述剪叉式升降机40安装在滑台一41的上方，能够实现竖直方向的微量位移调整，所述滑台一41安装在滑台二42的上方，滑台一41和滑台二42都能够实现单个轴向的微量位移调整，通过垂直安装的方式就能实现三个平动自由度的微量位移调整。

图12是本发明的末端连接件结构示意图。图13是本发明的末端连接件剖视结构示意图，图14是本发明的末端连接件中双层螺纹套筒剖视结构示意图，如图所示，所示末端连接件27包括连接件接口43、双层螺纹套筒44、连接件螺栓45、螺纹套46，连接件接口43的一端面设置与连杆二28中间孔铰接的铰链、另一端面形成螺纹盲孔，所述双层螺纹套筒44通过螺纹副安装在连接件接口43的螺纹盲孔内，所述连接件螺栓45安装在双层螺纹套筒44内部，连接件螺栓45的强度大于双层螺纹套筒44内层的套筒强度，同时在双层螺纹套筒44内部有四个均匀分布的小条形槽用来减弱内层末端强度，在过载时连接件螺栓45会对双层螺纹套筒44内层套筒进行挤压，此时双层螺纹套筒44内层套筒会向外挤出同时伴有变形甚至断裂现象，以此来平缓装置过载后末端连接件处可能发生的变形断裂过程，防止变形断裂过程产生较大振荡影响前端太阳翼，所述螺纹套46安装在连接件螺栓45的末端，所述螺纹套46与拉力传感器21通过螺纹副连接。

述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可作出的各种等效结构或等效流程的修改或变形，或直接或间接运用到其他相关的技术领域，仍在本发明的保护范围以内。