阅读说明：本技术 具备限位功能的自动锁紧释放机构以及锁紧释放操作方法 (Automatic locking and releasing mechanism with limiting function and locking and releasing operation method ) 是由 李宗峰 马越峤 冯振华 张永康 卓志钦 于 2020-05-25 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种具备限位功能的自动锁紧释放机构以及锁紧释放操作方法,机构包括：步进电机、丝杠、锁紧导向杆、导向套筒、锁紧端盖和锁紧被动端；所述锁紧被动端的底面为锁紧底面为平面,在所述锁紧被动端的锁紧底面中心开设锥形孔,所述锁紧被动端的锁紧底面通过所述锥形孔,套在位于所述锁紧导向杆的外面；所述锁紧端盖的外周面为与所述锥形孔配合的锥面；所述锁紧被动端用于与隔振对象的底面固定。优点为：本发明提供的具备限位功能的自动锁紧释放机构,构型简单,加工方便,可重复使用,机构运动安全可靠,锁紧力适中,尺寸重量、功耗和占用资源均很小,安装使用便捷灵活,非常适合应于到微重力主动隔振技术中在轨锁紧和释放领域中。(The invention provides an automatic locking and releasing mechanism with a limiting function and a locking and releasing operation method, wherein the mechanism comprises: the locking device comprises a stepping motor, a lead screw, a locking guide rod, a guide sleeve, a locking end cover and a locking passive end; the bottom surface of the locking passive end is a plane, a tapered hole is formed in the center of the locking bottom surface of the locking passive end, and the locking bottom surface of the locking passive end is sleeved outside the locking guide rod through the tapered hole; the outer peripheral surface of the locking end cover is a conical surface matched with the conical hole; and the locking passive end is used for being fixed with the bottom surface of the vibration isolation object. Has the advantages that: the automatic locking and releasing mechanism with the limiting function provided by the invention has the advantages of simple structure, convenience in processing, reusability, safety and reliability in mechanism movement, moderate locking force, small size, weight, power consumption and occupied resources, convenience and flexibility in installation and use, and is very suitable for the field of on-rail locking and releasing in the microgravity active vibration isolation technology.)

具备限位功能的自动锁紧释放机构以及锁紧释放操作方法

技术领域

本发明属于机械工程技术领域，具体涉及一种具备限位功能的自动锁紧释放机构以及锁紧释放操作方法。

背景技术

现有技术中存在多种空间锁紧释放机构，例如，爆炸螺栓释放机构、有凯夫拉绳熔断释放机构、有形状记忆合金驱动释放机构、基于四杆机构原理的电机驱动释放机构等。但是，对于爆炸螺栓释放机构和有凯夫拉绳熔断释放机构，为一次性释放机构，无法重复使用；而有形状记忆合金驱动释放机构和基于四杆机构原理的电机驱动释放机构，具有机构复杂、尺寸、重量、功耗以及代价较大的不足，不适合解决微重力主动隔振技术需要的在轨锁紧和释放问题。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种具备限位功能的自动锁紧释放机构以及锁紧释放操作方法，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种具备限位功能的自动锁紧释放机构，包括：步进电机(1)、丝杠(2)、锁紧导向杆(3)、导向套筒(4)、锁紧端盖(5)和锁紧被动端(6)；

所述步进电机(1)的底部固定于隔振装置的底座(11)上面；所述步进电机(1)的顶部固定安装所述导向套筒(4)，所述锁紧导向杆(3)的底端可滑动设置于所述导向套筒(4)的内部，所述锁紧导向杆(3)的顶端穿过所述导向套筒(4)，而延伸到所述导向套筒(4)的上方，在所述锁紧导向杆(3)的顶端固定安装所述锁紧端盖(5)；所述步进电机(1)的输出端安装所述丝杠(2)，所述丝杠(2)位于所述锁紧导向杆(3)的内部中心，所述丝杠(2)与所述锁紧导向杆(3)形成丝杆螺母副结构，因此，所述步进电机(1)转动时，通过所述丝杠(2)带动所述锁紧导向杆(3)进行升降运动，从而带动所述锁紧端盖(5)进行升降运动；

所述锁紧被动端(6)的底面为锁紧底面(6B)为平面，在所述锁紧被动端(6)的锁紧底面(6B)中心开设锥形孔(6A)，所述锁紧被动端(6)的锁紧底面(6B)通过所述锥形孔(6A)，套在位于所述锁紧导向杆(3)的外面，同时，所述锁紧被动端(6)的锁紧底面(6B)位于所述导向套筒(4)的上方，并且位于所述锁紧端盖(5)的下方；所述锁紧端盖(5)的外周面为与所述锥形孔(6A)配合的锥面(5A)；所述锁紧被动端(6)用于与隔振对象的底面固定。

优选的，在所述导向套筒(4)的外面固定安装微型行程开关(7)；所述微型行程开关(7)通过第一螺钉(8)安装固定到所述导向套筒(4)的外面。

优选的，所述锁紧端盖(5)和所述锁紧导向杆(3)的顶端之间通过第二螺钉(9)固定。

优选的，所述步进电机(1)和所述导向套筒(4)之间通过第三螺钉(10)固定。

优选的，所述锥形孔(6A)为自上向下，孔径逐渐缩小的锥形孔；所述锁紧端盖(5)的外周面为自上向下，直径逐渐缩小的外周面。

本发明还提供一种具备限位功能的自动锁紧释放机构的锁紧释放操作方法，包括以下步骤：

步骤1，装配完成具备限位功能的自动锁紧释放机构后，使步进电机(1)的底部与隔振装置的底座(11)固定，使锁紧被动端(6)与隔振对象的底面固定；

步骤2，当需要使锁紧释放机构处于锁紧状态时，对步进电机(1)进行控制，使步进电机(1)带动锁紧端盖(5)向下运动，直到运动到锁紧动作行程，即认为锁紧释放机构锁紧到位，步进电机(1)停止转动，锁紧任务完成；其中，在锁紧过程中，当步进电机(1)带动锁紧端盖(5)向下运动时，由于锁紧端盖(5)和锁紧被动端(6)为锥孔配合关系，因此，锁紧端盖(5)推动锁紧被动端(6)向下运动，当锁紧到位时，锁紧被动端(6)的锁紧底面(6B)被夹持于锁紧端盖(5)和导向套筒(4)顶部平面之间，同时，由于锁紧端盖(5)和锁紧被动端(6)的锥孔配合关系，使锁紧被动端(6)夹持固定在几何中心位置，实现对锁紧被动端(6)的锁紧限位作用；

步骤3，当需要使锁紧释放机构处于解锁状态时，对步进电机(1)进行反向控制，使步进电机(1)带动锁紧端盖(5)向上运动，进而使锁紧端盖(5)远离锁紧被动端(6)的锁紧底面(6B)，直到运动到解锁动作行程；步进电机(1)停止转动，解锁任务完成；此时，导向套筒(4)顶部平面到锁紧端盖(5)的底面之间的空间距离，为锁紧被动端(6)的锁紧底面(6B)的可上下垂直运动的距离，另外，由于锁紧被动端(6)的锁紧底面(6B)套在锁紧导向杆(3)的外面，因此锁紧导向杆(3)对锁紧被动端(6)的锁紧底面(6B)的垂直运动进行限位约束，即：锁紧被动端(6)的锁紧底面(6B)可以在锁紧导向杆(3)、导向套筒(4)主锁紧端盖(5)构成的约束空间进行垂直方向运动，具有一定的垂直运动范围，进而使隔振对象具有一定的漂浮活动空间；锁紧端盖(5)实现顶部限位作用。

优选的，当发生突然掉电后，通过微型行程开关(7)作为锁紧到位动作判读依据，即：当检测到微型行程开关(7)触发指令时，即认为锁紧释放机构锁紧到位。

本发明提供的具备限位功能的自动锁紧释放机构以及锁紧释放操作方法具有以下优点：

本发明提供的具备限位功能的自动锁紧释放机构，构型简单，加工方便，可重复使用，机构运动安全可靠，锁紧力适中，尺寸重量、功耗和占用资源均很小，安装使用便捷灵活，非常适合应于到微重力主动隔振技术中在轨锁紧和释放领域中。

附图说明

图1为本发明提供的自动锁紧释放机构的主视图；

图2为本发明提供的自动锁紧释放机构的俯视图；

图3为本发明提供的自动锁紧释放机构在锁紧状态时的剖面图；

图4为本发明提供的自动锁紧释放机构在解锁状态时的剖面图；

图5为本发明提供的自动锁紧释放机构的立体图；

图6为本发明提供的自动锁紧释放机构隐藏锁紧被动端时的立体图；

图7为本发明提供的自动锁紧释放机构隐藏锁紧被动端和导向套筒时的立体图；

图8为本发明提供的锁紧被动端的立体图；

图9为本发明提供的自动锁紧释放机构的一种使用场景图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种具备限位功能的自动锁紧释放机构，可解决空间微重力主动隔振技术隔振对象和隔振装置之间在轨重复锁紧与释放问题，另外，还能够保证释放后隔振对象的自动活动空间被限制在有限的范围内，防止隔振对象脱离电磁作动器工作区域导致闭环隔振控制失效的现象发生。

参考附图，本发明提供一种具备限位功能的自动锁紧释放机构，参考图1-图8，包括：步进电机1、丝杠2、锁紧导向杆3、导向套筒4、锁紧端盖5和锁紧被动端6；

内置编码器的步进电机通过编码器参数判断锁紧动作行程和解锁动作行程。步进电机1的底部固定于隔振装置的底座11上面；步进电机1的顶部固定安装导向套筒4，例如，步进电机1和导向套筒4之间通过第三螺钉10固定，第三螺钉采用内六角圆柱头螺钉，锁紧导向杆3的底端可滑动设置于导向套筒4的内部，锁紧导向杆3的顶端穿过导向套筒4，而延伸到导向套筒4的上方，在锁紧导向杆3的顶端固定安装锁紧端盖5；例如，为了装配方便，锁紧端盖5和锁紧导向杆3的顶端之间通过第二螺钉9固定，第二螺钉9采用内六角沉头螺钉。

步进电机1的输出端安装丝杠2，丝杠2可采用梯形丝杠，丝杠2位于锁紧导向杆3的内部中心，丝杠2与锁紧导向杆3形成丝杆螺母副结构，因此，步进电机1转动时，通过丝杠2带动锁紧导向杆3进行升降运动，从而带动锁紧端盖5进行升降运动；

锁紧被动端6的底面为锁紧底面6B为平面，在锁紧被动端6的锁紧底面6B中心开设锥形孔6A，例如，锥形孔6A为自上向下，孔径逐渐缩小的锥形孔；锁紧端盖5的外周面为自上向下，直径逐渐缩小的外周面。锁紧被动端6的锁紧底面6B通过锥形孔6A，套在位于锁紧导向杆3的外面，同时，锁紧被动端6的锁紧底面6B位于导向套筒4的上方，并且位于锁紧端盖5的下方；锁紧端盖5的外周面为与锥形孔6A配合的锥面5A；锁紧被动端6用于与隔振对象的底面固定。

在导向套筒4的外面固定安装微型行程开关7；微型行程开关7通过第一螺钉8安装固定到导向套筒4的外面，例如，第一螺钉8采用M2内六角圆柱头螺钉，穿孔安装固定到导向套筒外面。

因此，本发明采用步进电机1带动1丝杠2直接驱动工作原理，实现了锁紧导向杆3在导向套筒4内的上下运动，锁紧导向杆3的端部固定有锁紧端盖5，当锁紧导向杆3移动到导向套筒底面时，锁紧被动端6被锁紧限位；当锁紧导向杆3移动到靠近导向套筒顶面时，锁紧机构解锁到位，锁紧端盖5起到顶部限位作用。

本发明还提供一种具备限位功能的自动锁紧释放机构的锁紧释放操作方法，包括以下步骤：

步骤1，装配完成具备限位功能的自动锁紧释放机构后，使步进电机1的底部与隔振装置的底座11固定，使锁紧被动端6与隔振对象的底面固定；参考图9，为其使用场景图，

步骤2，当需要使锁紧释放机构处于锁紧状态时，对步进电机1进行控制，使步进电机1带动锁紧端盖5向下运动，直到运动到锁紧动作行程，即认为锁紧释放机构锁紧到位，步进电机1停止转动，锁紧任务完成；其中，在锁紧过程中，当步进电机1带动锁紧端盖5向下运动时，由于锁紧端盖5和锁紧被动端6为锥孔配合关系，因此，锁紧端盖5推动锁紧被动端6向下运动，当锁紧到位时，锁紧被动端6的锁紧底面6B被夹持于锁紧端盖5和导向套筒4顶部平面之间，同时，由于锁紧端盖5和锁紧被动端6的锥孔配合关系，使锁紧被动端6夹持固定在几何中心位置，实现对锁紧被动端6的锁紧限位作用；

步骤3，当需要使锁紧释放机构处于解锁状态时，对步进电机1进行反向控制，使步进电机1带动锁紧端盖5向上运动，进而使锁紧端盖5远离锁紧被动端6的锁紧底面6B，直到运动到解锁动作行程；步进电机1停止转动，解锁任务完成；此时，导向套筒4顶部平面到锁紧端盖5的底面之间的空间距离，为锁紧被动端6的锁紧底面6B的可上下垂直运动的距离，另外，由于锁紧被动端6的锁紧底面6B套在锁紧导向杆3的外面，因此锁紧导向杆3对锁紧被动端6的锁紧底面6B的垂直运动进行限位约束，即：锁紧被动端6的锁紧底面6B可以在锁紧导向杆3、导向套筒4主锁紧端盖5构成的约束空间进行垂直方向运动，具有一定的垂直运动范围，进而使隔振对象具有一定的漂浮活动空间，通常情况下，可以设计移动范围±10mm。；锁紧端盖5实现顶部限位作用。

当发生突然掉电后，步进电机无法判断自身位置，从可靠性角度，本发明通过微型行程开关7作为锁紧到位动作判读依据，即：当检测到微型行程开关7触发指令时，即认为锁紧释放机构锁紧到位。

针对解锁时需要一定活动自由度，而锁定时需要被限制不动的一类运动物体，诸如航天器中的磁悬浮主动隔振装置，本发明提供一种具备限位功能的自动锁紧释放机构，当需要隔振装置工作时，则可以将与隔振对象相固连的锁紧被动端解锁释放，使隔振对象具有一定的漂浮活动空间，而当不需要隔振装置工作时，则可以通过该锁紧释放机构将锁紧被动端拉紧，进而使隔振对象位置固定，实现对隔振对象锁紧功能。

本发明提供的具备限位功能的自动锁紧释放机构，构型简单，加工方便，可重复使用，机构运动安全可靠，锁紧力适中，尺寸重量、功耗和占用资源均很小，安装使用便捷灵活，非常适合应于到微重力主动隔振技术中在轨锁紧和释放领域中。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。