一种可调预紧力的直线锁紧装置及锁紧方法与流程

本发明涉及锁紧装置，具体涉及一种可调预紧力的直线锁紧装置及锁紧方法。

背景技术：

1、在遥感卫星发射过程中，受火箭的影响，遥感卫星的力学条件比较恶劣，相机调焦机构、直线展开结构等精密运动部件会承受较大的振动和冲击，需要可靠的自锁或锁紧装置保证运动部件在火箭发射过程中不发生故障，对于中小型卫星特别是立方星，由于空间和质量的限制，锁紧装置要求体积小、功耗低且可靠性高。目前空间载荷常用的锁紧装置有火工品、电磁锁紧机构以及电阻丝熔线机构、记忆合金锁紧器等。

2、火工品技术发展比较成熟，但爆炸产生的高冲击及污染物会对光学元件、电子设备造成损坏，且可靠性低；电磁锁紧机构是利用弹簧与电磁铁分别提供锁紧力和解锁力，通过传动机构实现锁紧或解锁功能，但是其结构复杂，解锁位移小，重量大，在小型设备上不适用；电阻丝熔线机构主要应用于整流罩分离以及大型太阳能帆板的展开等，由于其不可重复使用且机构较复杂、输出大锁紧力时不稳定，存在一定局限性。记忆合金锁紧器可实现一定次数的重复利用，但是其存在寿命限制，重复使用次数过多会导致其可靠性下降。因此，研制轻小型、低冲击、可重复锁紧的直线锁紧装置具有重要意义。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中火工品爆炸产生的高冲击及污染物会对光学元件、电子设备造成损坏，且可靠性低，电磁锁紧机构结构复杂，解锁位移小，重量大，电阻丝熔线机构不可重复使用且机构较复杂、输出大锁紧力时不稳定，存在一定局限性，记忆合金锁紧器重复使用次数过多会导致其可靠性下降的缺陷，从而提供一种可调预紧力的直线锁紧装置及锁紧方法。

2、一种可调预紧力的直线锁紧装置，包括：锁紧单元、连接件、运动单元、调节单元和动力单元，所述锁紧单元中平行设置的第一支柱和第二支柱上分别设置有调节单元，调节单元的工作端与锁紧单元中压紧机构的柔性结构连接，压紧机构的压紧端与连接件的一端接触，连接件的另一端与运动单元中待锁紧单元连接，运动单元的下方设置有直线运动的轨道，压紧机构的底部设置有锁紧单元中的柔性铰链，压紧机构的下方设置有动力单元。

3、进一步地，所述压紧机构还包括第一压臂和第二压臂，柔性结构包括第一柔性结构和第二柔性结构，第一压臂和第二压臂相对设置，第一柔性结构与第一压臂的非压紧端连接，第二柔性结构与第二压臂的非压紧端连接。

4、进一步地，所述柔性铰链包括第一柔性铰链和第二柔性铰链，第一柔性铰链设置在第一压臂的底部，第二柔性铰链设置在第二压臂的底部，且第一柔性铰链和第二柔性铰链均为圆弧形柔性铰链。

5、进一步地，所述调节单元为调整螺钉，两个调整螺钉分别通过开设在第一支柱和第二支柱两侧的螺纹孔贯穿连接在第一支柱和第二支柱上，直线锁紧装置还包括锁止单元，锁止单元为紧定螺钉，两个紧定螺钉分别从第一支柱和第二支柱上方开设的螺纹孔与第一支柱和第二支柱内部的调整螺钉接触。

6、进一步地，所述整个锁紧单元为一体式结构，且材料均为钛合金，锁紧单元的下方还设置有基座，整个锁紧单元通过多个螺钉安装在基座上。

7、进一步地，所述连接件为圆杆，圆杆为钛合金材料，且外表面进行喷砂处理。

8、进一步地，所述第一压臂和第二压臂的压紧端表面均进行喷砂处理。

9、进一步地，所述第一柔性结构和第二柔性结构均具有弹力，且第一柔性结构和第二柔性结构上均设置有多处等间隔分布的卸载槽。

10、进一步地，所述动力单元为堆叠式压电陶瓷，运动单元还包括直线导轨，待锁紧单元为负载器件，负载器件安装在直线导轨的上方，直线导轨通过螺钉安装在基座上。

11、本发明还包括一种可调预紧力的直线锁紧方法，该方法是基于上述任一项所述的可调预紧力的直线锁紧装置所实现的，第一支柱和第二支柱上的调整螺钉压紧第一柔性结构和第二柔性结构，第一压臂和第二压臂将圆杆夹紧，此时，圆杆处于锁紧状态，圆杆和负载器件则不能沿着直线导轨运动；堆叠式压电陶瓷通电后产生膨胀，在堆叠式压电陶瓷形变后产生的驱动力作用下，第一压臂克服第一柔性结构的弹力，通过第一柔性铰链使第一压臂逆时针转动，同时第二压臂克服第二柔性结构的弹力，通过第二柔性铰链使第二压臂顺时针转动，第一压臂和第二压臂对圆杆脱离接触，此时，圆杆处于解锁状态，圆杆和负载器件可以沿着直线导轨运动；在堆叠式压电陶瓷失电后，堆叠式压电陶瓷恢复原状，在第一柔性结构和第二柔性结构的弹力作用下，第一压臂和第二压臂恢复对圆杆的夹紧，此时，圆杆恢复锁紧状态，圆杆和负载器件则不能沿着直线导轨运动。

12、本发明的技术方案，具有如下优点：

13、1.本发明提供的可调预紧力的直线锁紧装置，结构尺寸小，可靠性高，可实现重复锁紧，利用压电陶瓷作为驱动源可以实现锁紧装置的微型化设计，堆叠式压电陶瓷驱动力大、可靠性高以及寿命长，为弥补堆叠式压电陶瓷位移小的缺点，采用柔性铰链结构放大堆叠式压电陶瓷的位移，以实现机构的解锁功能。

14、2.本发明提供的技术方案中，通过调整螺钉旋紧程度的不同从而调整压紧机构的压缩量，达到设定预紧力的目的，并利用紧定螺钉锁定调整螺钉的位置，对调整螺钉加固，防止工作过程出现松动，采用直线导轨实现将压紧机构对连接件的夹紧进一步转化为对运动单元的直线锁紧功能。

技术特征：

1.一种可调预紧力的直线锁紧装置，包括：锁紧单元(1)、连接件、运动单元、调节单元和动力单元，其特征在于，所述锁紧单元(1)中平行设置的第一支柱(1-1)和第二支柱(1-4)上分别设置有调节单元，调节单元的工作端与锁紧单元(1)中压紧机构的柔性结构连接，压紧机构的压紧端与连接件的一端接触，连接件的另一端与运动单元中待锁紧单元连接，运动单元的下方设置有直线运动的轨道，压紧机构的底部设置有锁紧单元(1)中的柔性铰链，压紧机构的下方设置有动力单元。

2.根据权利要求1所述的一种可调预紧力的直线锁紧装置，其特征在于，所述压紧机构还包括第一压臂(1-8)和第二压臂(1-5)，柔性结构包括第一柔性结构(1-2)和第二柔性结构(1-3)，第一压臂(1-8)和第二压臂(1-5)相对设置，第一柔性结构(1-2)与第一压臂(1-8)的非压紧端连接，第二柔性结构(1-3)与第二压臂(1-5)的非压紧端连接。

3.根据权利要求2所述的一种可调预紧力的直线锁紧装置，其特征在于，所述柔性铰链包括第一柔性铰链(1-7)和第二柔性铰链(1-6)，第一柔性铰链(1-7)设置在第一压臂(1-8)的底部，第二柔性铰链(1-6)设置在第二压臂(1-5)的底部，且第一柔性铰链(1-7)和第二柔性铰链(1-6)均为圆弧形柔性铰链。

4.根据权利要求1所述的一种可调预紧力的直线锁紧装置，其特征在于，所述调节单元为调整螺钉(6)，两个调整螺钉(6)分别通过开设在第一支柱(1-1)和第二支柱(1-4)两侧的螺纹孔贯穿连接在第一支柱(1-1)和第二支柱(1-4)上，直线锁紧装置还包括锁止单元，锁止单元为紧定螺钉(7)，两个紧定螺钉(7)分别从第一支柱(1-1)和第二支柱(1-4)上方开设的螺纹孔与第一支柱(1-1)和第二支柱(1-4)内部的调整螺钉(6)接触。

5.根据权利要求1所述的一种可调预紧力的直线锁紧装置，其特征在于，所述整个锁紧单元(1)为一体式结构，且材料均为钛合金，锁紧单元(1)的下方还设置有基座(4)，整个锁紧单元(1)通过多个螺钉安装在基座(4)上。

6.根据权利要求1所述的一种可调预紧力的直线锁紧装置，其特征在于，所述连接件为圆杆(2)，圆杆(2)为钛合金材料，且外表面进行喷砂处理。

7.根据权利要求2所述的一种可调预紧力的直线锁紧装置，其特征在于，所述第一压臂(1-8)和第二压臂(1-5)的压紧端表面均进行喷砂处理。

8.根据权利要求2所述的一种可调预紧力的直线锁紧装置，其特征在于，所述第一柔性结构(1-2)和第二柔性结构(1-3)均具有弹力，且第一柔性结构(1-2)和第二柔性结构(1-3)上均设置有多处等间隔分布的卸载槽。

9.根据权利要求5所述的一种可调预紧力的直线锁紧装置，其特征在于，所述动力单元为堆叠式压电陶瓷(8)，运动单元还包括直线导轨(5)，待锁紧单元为负载器件(3)，负载器件(3)安装在直线导轨(5)的上方，直线导轨(5)通过螺钉安装在基座(4)上。

10.一种可调预紧力的直线锁紧方法，该方法是基于权利要求1～9任一项所述的可调预紧力的直线锁紧装置所实现的，其特征在于，第一支柱(1-1)和第二支柱(1-4)上的调整螺钉(6)压紧第一柔性结构(1-2)和第二柔性结构(1-3)，第一压臂(1-8)和第二压臂(1-5)将圆杆(2)夹紧，此时，圆杆(2)处于锁紧状态，圆杆(2)和负载器件(3)则不能沿着直线导轨(5)运动；堆叠式压电陶瓷(8)通电后产生膨胀，在堆叠式压电陶瓷(8)形变后产生的驱动力作用下，第一压臂(1-8)克服第一柔性结构(1-2)的弹力，通过第一柔性铰链(1-7)使第一压臂(1-8)逆时针转动，同时第二压臂(1-5)克服第二柔性结构(1-3)的弹力，通过第二柔性铰链(1-6)使第二压臂(1-5)顺时针转动，第一压臂(1-8)和第二压臂(1-5)对圆杆(2)脱离接触，此时，圆杆(2)处于解锁状态，圆杆(2)和负载器件(3)可以沿着直线导轨(5)运动；在堆叠式压电陶瓷(8)失电后，堆叠式压电陶瓷(8)恢复原状，在第一柔性结构(1-2)和第二柔性结构(1-3)的弹力作用下，第一压臂(1-8)和第二压臂(1-5)恢复对圆杆(2)的夹紧，此时，圆杆(2)恢复锁紧状态，圆杆(2)和负载器件(3)则不能沿着直线导轨(5)运动。

技术总结本发明提供了一种可调预紧力的直线锁紧装置及锁紧方法，属于锁紧装置技术领域，可调预紧力的直线锁紧装置包括连接件、待锁紧单元、基座、堆叠式压电陶瓷、锁止单元、调节单元、直线导轨、支柱、柔性结构、压臂以及柔性铰链，锁紧装置结构尺寸小，可靠性高，利用压电陶瓷作为驱动源可以实现锁紧装置的微型化设计，通过调节单元进行预紧力的调节，使用压臂夹持连接件实现夹紧功能，利用压电陶瓷通电发生形变，失电恢复原状的特点实现装置的解锁和锁紧，使装置重复锁紧利用，在与连接件连接的待锁紧单元下方设置直线导轨，把对于连接件的夹紧进一步转化为对待锁紧单元的直线锁紧功能。技术研发人员：张弘治,谭陆洋,张雷,袁浩天,李季受保护的技术使用者：长光卫星技术股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/4/17