阅读说明：本技术 一种空间用长寿命平面蜗卷弹簧 (Long-life planar spiral spring for space ) 是由 宋佳 咸奎成 顾珏华 袁伟 倪啸枫 王治易 张雷 陈建礼 于 2021-06-29 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种空间用长寿命平面蜗卷弹簧,所述弹簧类型为接触式平面蜗卷弹簧,在自然状态下呈S形,依次为内端、正向曲率段、反向曲率段)和外端；在轨工作状态下,盘绕在圆形弹簧盒内部、呈螺旋线形,内端以弯钩形式与安装心轴连接固定,外端通过紧固件与弹簧盒连接固定；安装心轴朝不同方向旋转时,将对弹簧施加一定的预紧扭矩,弹簧在该预紧状态下小范围内往复转动,弹簧的形状尺寸与安装芯轴相互匹配,使弹簧在承受相同疲劳载荷的工况下,工作应力低。本发明通过对弹簧形状尺寸、材料性能和润滑措施等方面的技术特征进行特别设计,使平面蜗卷弹簧具备疲劳寿命不小于80万次的有益效果,可应用于有长寿命工作要求的空间机构。(The invention provides a long-life planar spiral spring for a space, which is in a contact type planar spiral spring type, is S-shaped in a natural state, and sequentially comprises an inner end, a forward curvature section and a reverse curvature section) and an outer end; in the working state of the rail, the spring box is coiled inside the circular spring box and is in a spiral line shape, the inner end of the spring box is fixedly connected with the installation mandrel in a hook mode, and the outer end of the spring box is fixedly connected with the spring box through a fastener; when the installation mandrel rotates towards different directions, a certain pre-tightening torque is applied to the spring, the spring rotates in a reciprocating mode in a small range in the pre-tightening state, the shape and the size of the spring are matched with those of the installation mandrel, and therefore the working stress of the spring is low under the working condition that the spring bears the same fatigue load. The invention makes the flat spiral spring have the beneficial effect that the fatigue life is not less than 80 ten thousand times by specially designing the technical characteristics of the spring in the aspects of shape and size, material performance, lubricating measure and the like, and can be applied to a space mechanism with long service life and working requirement.)

一种空间用长寿命平面蜗卷弹簧

技术领域

本发明涉及空间机构技术领域，具体涉及一种空间用长寿命平面蜗卷弹簧，可应用于有长寿命工作要求的空间机构。

背景技术

在空间机构的设计中，为了实现结构简单、运动可靠且质量轻等目的，常常选用弹性元件作为驱动机构运转的动力源；平面蜗卷弹簧是空间机构中常用的弹性元件之一。目前，我国空间机构中使用的平面蜗卷弹簧基本仅用于实现一次性动作任务，难以承受长期交变的疲劳载荷，无法适用于有长寿命工作要求的空间机构。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种空间用长寿命平面蜗卷弹簧，解决空间用平面蜗卷弹簧的长寿命问题，可应用于有长寿命工作要求的空间机构。

本发明解决技术的方案是：一种空间用长寿命平面蜗卷弹簧，该弹簧类型为接触式平面蜗卷弹簧，在自然状态下呈S形，依次为内端、正向曲率段、反向曲率段和外端；在轨工作状态下，盘绕在圆形弹簧盒内部、呈螺旋线形，内端以弯钩形式与安装心轴连接固定，外端通过紧固件与弹簧盒连接固定。

地面装调时，旋转安装心轴对弹簧施加一定的预紧扭矩；在轨工作时，安装心轴在外力作用下往复转动，带动弹簧在该预紧状态下小范围内往复转动，使弹簧承受往复交变的疲劳载荷；弹簧的形状尺寸与安装芯轴相互匹配，使弹簧在承受相同疲劳载荷的工况下，工作应力低。

优选地，弹簧为带材，带材厚度h与心轴外圆半径r的比值低至1％～3％。

优选地，从弹簧内端起点到正反曲率过渡点的展开长度L与心轴外圆周长的比值高达4～6倍。

优选地，弹簧在轨工作状态下一次往复转动圈数n₂与可输出的转动总圈数n₁的比值低至3％～6％。

优选地，弹簧材料为奥氏体不锈钢带材，具备高达2000MPa的抗拉强度。

优选地，弹簧表面采取固油混合的润滑措施，先溅射一层陶瓷基复合润滑薄膜，再涂覆一层润滑油脂。

优选地，所述陶瓷基复合润滑薄膜厚度1～3um。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)、本发明在合理选择弹簧类型的基础上，对弹簧的形状尺寸进行组合匹配设计；使弹簧在承受相同疲劳载荷的工况下，具备工作应力低的有益效果。

(2)、本发明的弹簧材料选用抗拉强度高达2000MPa的奥氏体不锈钢带材，使弹簧具备疲劳强度高的有益效果。

(3)、本发明的弹簧表面采取陶瓷基复合润滑薄膜和润滑油脂共同作用的固油混合润滑措施，使弹簧具备预防真空冷焊、摩擦阻力小、磨损少的有益效果。

(4)、本发明通过对弹簧形状尺寸、材料性能和润滑措施等方面的技术特征进行特别设计，使其具备疲劳寿命不小于80万次的有益效果，可应用于有长寿命工作要求的空间机构。

附图说明

图1为本发明实施例长寿命平面蜗卷弹簧的自由状态示意图。

图2为本发明实施例长寿命平面蜗卷弹簧的工作状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

图1是长寿命平面蜗卷弹簧自由状态示意图，图2是长寿命平面蜗卷弹簧工作状态示意图。如图1所示，本发明提供的长寿命平面蜗卷弹簧的弹簧类型为接触式平面蜗卷弹簧，在自然状态下呈S形，包括内端1、正向曲率段2、反向曲率段3和外端4；在轨工作状态下，盘绕在圆形弹簧盒内部、呈螺旋线形，内端1以弯钩形式与安装心轴连接固定，外端4通过紧固件与弹簧盒连接固定。

地面装调时，旋转安装心轴对弹簧施加一定的预紧扭矩；在轨工作时，安装心轴在外力作用下往复转动，带动弹簧在该预紧状态下小范围内往复转动，使弹簧承受往复交变的疲劳载荷；弹簧的形状尺寸与安装芯轴相互匹配，使弹簧在承受相同疲劳载荷的工况下，工作应力低。

所述空间用长寿命平面蜗卷弹簧往复转动的疲劳寿命不小于80万次。

如图2所示，所述弹簧为带材，带材厚度h与心轴外圆半径r的比值低至1％～3％，

，用以降低弹簧内圈的工作应力，进而保证所述的空间用长寿命平面蜗卷弹簧具备不小于80万次的疲劳寿命。

如图1所示，所述长寿命平面蜗卷弹簧从内端1起点到正反曲率过渡点的展开长度为L，从弹簧内端1起点到正反曲率过渡点的展开长度L与安装心轴外圆周长的比值高达4～6圈，用以减小过渡点在弹簧往复转动时的变形量、降低工作应力，进而保证所述的空间用长寿命平面蜗卷弹簧具备不小于80万次的疲劳寿命。

弹簧在轨工作状态下一次往复转动圈数n₂与可输出的转动总圈数n₁的比值低至3％～6％，用以减小弹簧往复转动时的整体变形量、降低工作应力，进而保证所述的空间用长寿命平面蜗卷弹簧具备不小于80万次的疲劳寿命。

所述长寿命平面蜗卷弹簧，材料为奥氏体不锈钢带材，具备高达2000MPa的抗拉强度和较高的疲劳强度，进而保证所述的空间用长寿命平面蜗卷弹簧具备不小于80万次的疲劳寿命。

所述长寿命平面蜗卷弹簧，表面采取固油混合的润滑措施，先溅射一层陶瓷基复合润滑薄膜，再涂覆一层润滑油脂，用以预防真空冷焊、减小弹簧运动时的摩擦阻力、减少磨损，进而保证所述的空间用长寿命平面蜗卷弹簧具备不小于80万次的疲劳寿命。

本发明通过对弹簧形状尺寸、材料性能和润滑措施等方面的技术特征进行特别设计，使平面蜗卷弹簧具备疲劳寿命不小于80万次的有益效果，可应用于有长寿命工作要求的空间机构。

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。