一种磁悬浮飞轮用可重复内锁紧装置，主要由飞轮系统、锁紧传动机构和锁紧保持机构组成；飞轮系统主要由飞轮转子、飞轮定子轴组成；锁紧传动机构主要由电机、减速箱、左轴承压环、左轴承、右轴承、丝杠组成；锁紧保持机构主要由锁头、锁套、微动开关、固定座、减振垫圈、复位弹簧、位置调整螺柱、锁紧压盖及缓冲橡胶垫组成；本发明专利技术可重复内锁紧装置处于飞轮转子中心，并通过紧固螺钉固定在飞轮定子轴上；内锁紧装置保护了磁悬浮飞轮系统，具有可重复使用、可靠性高、体积小、重量轻、结构简单等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种磁悬浮飞轮用可重复内锁紧装置，具有可重复使用、可靠性高、体积小、重量轻、结构简单、易于加工装配等优点，可作为磁悬浮飞轮系统的保护装置。
技术介绍
磁悬浮飞轮属于长寿命、高精度航天器姿态控制执行机构。航天器在发射过程中将产生剧烈的振动和冲击，由于磁悬浮飞轮采用磁轴承技术，定子和转子之间存在间隙，为了防止飞轮系统损坏，需要额外的锁紧装置对其进行保护；另外，当磁悬浮飞轮进入预定轨道，需要对飞轮转子系统进行释放，便于其工作。由于磁悬浮飞轮发射前需通过一系列的环境试验(扫频、振动、冲击、离心、高低温、热循环等)，需经常对飞轮进行锁紧和解锁。此外当飞轮进行变轨工作，也需对飞轮转子进行锁紧和解锁。目前所使用的磁悬浮飞轮锁紧装 置主要有基于碳纤维复合材料和航空钢丝绳锁紧装置、楔形块-锥形轴承和火工品锁紧装置、螺杆-螺母锁紧装置、气动锁紧装置、电磁锁紧装置、弹簧片-钢丝绳的抱式锁紧装置、杠杆锁紧装置。其中，基于碳纤维复合材料和航空钢丝绳锁紧装置、基于楔形块-锥形轴承锁紧装置和基于螺杆-螺母锁紧装置，都采用火工品进行解锁，可靠性高，但只能一次性使用，不便于地面环境试验调试。气动锁紧装置虽然可重复使用，但结构较复杂，并且需要气源，可靠性较差，体积大。专利申请号200810119969. O所述的电磁锁紧装置通过永磁磁场提供的永磁吸力保持锁紧，利用电磁磁场与永磁磁场的正向和反向叠加，对飞轮转子系统进行锁紧和解锁，实现了锁紧装置的重复性使用。但锁紧启动力与解锁间隙成反比，且解锁间隙不可调整，对锁紧装置的调试带来极大不便。工作时，一般在底座上沿圆周方向安装三至四个电磁锁紧装置，使得执行锁紧和执行解锁时，对电磁铁动作的同步性要求较高。此夕卜，当锁紧装置出现故障不能解锁时，无法通过强制解锁机构对飞轮进行强制解锁，大大降低了其解锁可靠性。专利号为200910093150. O的弹簧片-钢丝绳抱式锁紧装置，具有锁紧/解锁可靠性高的优点，但需要在飞轮周围安装一圈弹簧片和锁紧驱动机构，加大了飞轮系统的直径，导致整个飞轮的重量增加。专利号为201010117577. 2的杠杆锁紧装置不需要增大飞轮的直径，具有体积小、重量轻的优点，但需要锁柱和飞轮V型槽尺寸一致，由于其在飞轮内侧，无法从工艺上得到保证，导致接触面积过小，接触应力过大的缺点。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种可重复使用、可靠性高、体积小、重量轻、结构简单、易于加工装配的磁悬浮飞轮锁紧装置。本专利技术的技术解决方案为一种磁悬浮飞轮用可重复内锁紧装置，主要由飞轮系统、锁紧传动机构和锁紧保持机构组成；飞轮系统主要包括飞轮转子、飞轮定子轴；锁紧传动机构主要包括电机、减速箱、左轴承压环、左轴承、右轴承、丝杠；锁紧保持机构主要包括锁头、锁套、锁紧微动开关、解锁微动开关、固定座、减振垫圈、复位弹簧、位置调整螺柱、锁紧压盖、缓冲橡胶垫；飞轮转子处于飞轮定子轴径向外侧，电机和减速箱通过螺纹套直接相连，减速箱通过法兰固定到左轴承压环，左轴承压环对左轴承轴向定位，并通过螺钉固定在固定座左侧，减速箱的输出轴通过丝杠D型孔把运动传递至丝杠，丝杠由左轴承和右轴承安装在固定座的轴承孔内，丝杠的外螺纹和锁头的内螺纹组成丝杠-螺母传动副，锁头位于锁套长方形孔内，由锁套限制锁头的旋转自由度，锁套也通过上部的圆柱部分安装在固定座中间的孔内，锁紧微动开关、解锁微动开关通过螺钉安装在固定座下端面，减振垫圈安装在飞轮定子轴上，复位弹簧安装在飞轮定子轴下端孔内，位置调整螺柱和锁紧压盖通过螺纹安装在锁套上部的内螺纹内，缓冲橡胶垫硫化在锁紧压盖上端圆盘下侧，所述的左轴承、右轴承为角接触球轴承，所述的锁头与锁套的接触面为斜率不同的两段斜面，中间圆弧过渡，其材料为轴承钢GCrl5，并且接触面淬硬处理，所述的电机为空心杯直流电机，减速箱为行星齿轮减速箱，齿轮材料为TC4钛合金，且表面采用真空镀膜处理，所述的丝杠为TC4钛合金，表面真空镀膜处理，所述的锁紧压盖材料为TC4，缓冲橡胶垫材料为氟橡胶FX-4，锁紧压盖和缓冲胶垫采用高温硫化粘接，所述的丝杠螺纹为梯形螺纹，所述的复位弹簧为压簧，材料为65Mn ;锁紧压盖通过螺纹调节位置，并通过位置锁紧螺柱定位防松。 本专利技术上述方案的原理是当需要对磁悬浮飞轮进行锁紧时，控制系统控制电机3正向转动，通过减速箱4减速放大力矩后带动丝杠7正向转动，由于锁套9限制了锁头8的转动自由度，从而丝杠7驱动锁头8沿丝杠7直线移动，锁头8底部和锁套9配合面之间是斜面接触，起初斜面是大倾角，实现空载下的快速移动，后段斜面小倾角，具有增力大和自锁功能，两段斜面之间圆弧过渡，避免卡死现象，当锁头8直线移动时由斜面驱动锁套9沿固定座中间孔向下移动，锁套9带动锁紧压盖15，通过缓冲橡胶垫16把飞轮转子2压在减振垫圈12上，同时压缩复位弹簧13，当锁头8运动到锁紧位置时，触动锁紧微动开关10a，发出锁紧信号，控制系统给电机断电，电机断电后，由于锁套和锁头之间接触面夹角小于结合面间的摩擦角，即会产生自锁，从而维持锁紧装置的锁紧状态。当需要对磁悬浮飞轮进行解锁时，控制系统控制电机3反向转动，通过减速箱4减速放大力矩后带动丝杠7反向转动，由于锁套9限制了锁头8的转动自由度，从而丝杠7驱动锁头8沿丝杠7反向直线移动，锁头8底部和锁套9之间的接触斜面脱开，锁套15在复位压簧13向上的作用下沿固定座中间孔向上移动，带动锁紧压盖15向上移动，锁紧压盖15和飞轮转子2的接触脱开，间隙逐渐增大，当锁头8运动到解锁位置时，触发解锁微动开关10b，发出解锁到位信号，电机3停止转动，实现飞轮的解锁。由于解锁后复位弹簧还具有一定的恢复弹力，从而维持机构的解锁状态，锁紧压盖15和飞轮转子2保持一定的距离，使得飞轮系统能够正常工作。本专利技术与现有技术相比的优点在于本专利技术采用电机通过丝杠-螺母副驱动锁头，锁头通过两段不同斜率的斜面驱动锁套，实现锁紧前快速移动和锁紧后自锁，锁套通过螺纹和锁紧压盖相连，锁紧压盖通过位置调整螺柱来实现锁紧位置调整和调整后防松，锁紧压盖通过锥形面压紧飞轮转子，转子被压紧在底座上，锁紧压盖的锥形面和飞轮转子之间，飞轮转子和底座之间都有一层氟橡胶，避免了力学实验和卫星发射时微动磨损的产生。与一次性锁紧装置相比实现了磁悬浮飞轮的可重复锁紧功能，与可重复电磁锁紧装置相t匕，锁紧压盖的位置可以调节，即解锁间隙大且可调，与弹簧片-钢丝绳抱式锁紧机构相比不需要额外增加飞轮的体积，与杠杆式锁紧机构相比加工装配简单，具有可重复使用、易于控制、可靠性高、体积小、重量轻加工装配简单的优点。附图说明图I为本专利技术技术解决方案的磁悬浮飞轮用可重复内锁紧装置结构示意图；图2为本专利技术技术解决方案的锁紧传动机构剖视图；图3a为本专利技术技术解决方案的锁紧保持机构在解锁状态剖视图；图3b为本专利技术技术解决方案的锁紧保持机构在锁紧状态剖视图；图4a为本专利技术技术解决方案的锁紧保持机构的飞轮解锁状态结构示意图；图4b为本专利技术技术解决方案的锁紧保持机构的飞轮锁紧状态结构示意图；图5a为本专利技术技术解决方案的锁紧位置调节机构三维图； 图5b为本专利技术技术解决方案的锁紧位置调节机构剖视图；图6a为本专利技术技术解决方案的左轴承压环三维图；图本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种磁悬浮飞轮用可重复内锁紧装置，由飞轮系统、锁紧传动机构和锁紧保持机构组成，其特征在于：所述飞轮系统包括飞轮转子（1）和飞轮定子轴（2）；锁紧传动机构包括电机（3）、减速箱（4）、左轴承压盖（5）、左轴承（6a）、右轴承（6b）和丝杠（7）；所述锁紧保持机构包括：锁头（8）、锁套（9）、锁紧微动开关（10a）、解锁微动开关（10b）、固定座（11）、减振垫圈（12）、复位弹簧（13）、位置调整螺柱（14）、锁紧压盖（15）和缓冲橡胶垫（16）；所述飞轮转子（1）处于飞轮定子轴（2）径向外侧，电机（3）和减速箱（4）通过螺纹套直接相连，减速箱（4）通过法兰固定到左轴承压环（5），左轴承压环（5）对左轴承（6a）轴向定位，并通过螺钉固定在固定座（11）左侧，减速箱（4）的输出轴通过丝杠（7）左端的D型孔把运动传递至丝杠（7）；丝杠（7）由左轴承（6a）和右轴承（6b）安装在固定座（11）的轴承孔内，丝杠（7）的外螺纹和锁头（8）的内螺纹组成丝杠？螺母传动副；锁套（9）上端沿轴向为圆形孔，下端沿径向有一长方形孔，锁头（8）位于锁套（9）长方形孔内，由锁套（9）限制锁头（8）的旋转自由度，锁套（9）通过上部的圆柱外圆安装在固定座（11）中间的圆孔内；锁紧微动开关（10a）、解锁微动开关（10b）通过螺钉安装在固定座（11）下端面；减振垫圈（12）安装在飞轮定子轴（2）上；复位弹簧（13）安装在飞轮定子轴（2）下端孔内，位置调整螺柱（14）和锁紧压盖（15）通过螺纹安装在锁套（9）上部的轴向内螺纹孔内；缓冲橡胶垫（16）硫化在锁紧压盖（15）上端圆盘下侧。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：白国长，赵江铭，任天平，侯伯杰，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：
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