一种具有运动自适应性的滚环结构
阅读说明：本技术 一种具有运动自适应性的滚环结构 (Rolling ring structure with motion adaptivity ) 是由 刘承山 马志飞 张凯 陈秀群 杨德财 张智芳 刘殿富 钱志源 王治易 于 2021-05-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种具有运动自适应性的滚环结构,包括：内导电环、上惰轮轨道、外导电环、柔性环、惰轮和下惰轮轨道；外导电环位于内导电环外侧,与外导电环同心设置；内导电环和外导电环之间形成一环槽；多个柔性环周向均布在环槽内,通过内导电环和外导电环限位约束；相邻两个柔性环之间设置有一个惰轮；上惰轮轨道和下惰轮轨道分别固连在外导电环的上下两侧；惰轮通过左右相邻的两个柔性环、上惰轮轨道和下惰轮轨道限位约束。本发明解决了现有技术中滚环电传输结构柔性环运动状态不稳定,电传输效率低,在轨使用寿命短,无法保证长寿命稳定电传输等技术问题。(The invention discloses a rolling ring structure with motion adaptivity, which comprises: an inner conductive ring, an upper idler track, an outer conductive ring, a flexible ring, an idler, and a lower idler track; the outer conducting ring is positioned on the outer side of the inner conducting ring and is concentric with the outer conducting ring; an annular groove is formed between the inner conductive ring and the outer conductive ring; the flexible rings are uniformly distributed in the ring grooves in the circumferential direction and are limited and restricted by the inner conducting rings and the outer conducting rings; an idler wheel is arranged between two adjacent flexible rings; the upper idler wheel track and the lower idler wheel track are fixedly connected to the upper side and the lower side of the outer conducting ring respectively; the idler wheel is limited and restricted by the two flexible rings, the upper idler wheel track and the lower idler wheel track which are adjacent left and right. The invention solves the technical problems that the flexible ring of the rolling ring electricity transmission structure in the prior art is unstable in motion state, low in electricity transmission efficiency, short in service life on the rail, incapable of guaranteeing long-life stable electricity transmission and the like.)
技术领域
本发明属于航天器技术领域，尤其涉及一种具有运动自适应性的滚环结构。
背景技术
滚环电传输结构是航天器装置重要组件，主要功能是将太阳电池翼所产生的电功率以及相关电信号进行传输，其功能好坏决定着航天器运行的成败。柔性环的受力、形状随柔性环接触状态的改变而变化，柔性环及内外导电环是制约功率传输可靠性和工作寿命重要因素，环体间的滚动接触既要保证机械接触，同时更要保证电性能的可靠传输。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种具有运动自适应性的滚环结构，解决了现有技术中滚环电传输结构柔性环运动状态不稳定，电传输效率低，在轨使用寿命短，无法保证长寿命稳定电传输等技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种具有运动自适应性的滚环结构，包括：内导电环、上惰轮轨道、外导电环、柔性环、惰轮和下惰轮轨道；
外导电环位于内导电环外侧，与外导电环同心设置；其中，内导电环和外导电环之间形成一环槽；
多个柔性环周向均布在环槽内，通过内导电环和外导电环限位约束；
相邻两个柔性环之间设置有一个惰轮；
上惰轮轨道和下惰轮轨道分别固连在外导电环的上下两侧；
惰轮通过左右相邻的两个柔性环、上惰轮轨道和下惰轮轨道限位约束。
在上述具有运动自适应性的滚环结构中，
内导电环的外侧面上设置有一内导电环滚道，外导电环的内侧面上设置有一外导电环滚道，内导电环滚道和外导电环滚道之间形成所述环槽；
柔性环位于环槽内，即，柔性环的一侧嵌入在内导电环滚道中、与内导电环滚道相接触，柔性环的另一侧嵌入在外导电环滚道中、与外导电环滚道相接触，内导电环、外导电环和柔性环形成自补偿结构，保证接触的一致性和可预测性。
在上述具有运动自适应性的滚环结构中，工作时，柔性环在内导电环滚道和外导电环滚道的约束下在环槽内滚动，随着柔性环的滚动，柔性环与内导电环和外导电环的接触状态随之改变，进而导致柔性环的受力、变形情况发生变化。
在上述具有运动自适应性的滚环结构中，柔性环与内导电环滚道和外导电环滚道的接触区域均为圆弧，以保证柔性环运动的稳定性，减小柔性环与内导电环和外导电环接触时的应力集中，保证柔性环自动适应轴向、周向及角度误差。
在上述具有运动自适应性的滚环结构中，在柔性环公转过程中，柔性环在圆弧的自定心作用下，自动调整至合理位置，以保证柔性环处在内导电环滚道和外导电环滚道之间，并且在与柔性环的轴线垂直的平面上稳定滚动；其中，合理位置为：柔性环中性面与内、外导电环中性面重合。
在上述具有运动自适应性的滚环结构中，
当柔性环在由于装配误差导致柔性环受力不均衡发生顺时针偏转倾斜时，有：
若滚环结构处于稳定状态，则柔性环在力偶的作用下产生逆时针的力矩，以调整柔性环的顺时针偏转倾斜，柔性环逐渐回到环槽中心位置；
若滚环结构处于中性状态，则柔性环保持顺时针偏转倾斜不变；
若滚环结构处于不稳定状态，则柔性环顺时针偏转倾斜逐渐加剧。
在上述具有运动自适应性的滚环结构中，
当稳定性因子时，滚环结构处于稳定状态；
当稳定性因子时，滚环结构处于中性状态；
当稳定性因子时，滚环结构处于不稳定状态。
在上述具有运动自适应性的滚环结构中，
其中，RG表示柔性环与接触弧面的半径，R0表示外导电环的接触半径，RI表示内导电环的接触半径。
本发明具有以下优点：
(1)本发明公开了一种具有运动自适应性的滚环结构，电传输组件采用多个柔性环和一组导电环组成，以此代替滑环中的电刷和环道，可实现大功率、大电流电传输，实现了航天器大功率传输设计，解决了现有柱式和盘式导电滑环等电传输方案传输电流、功率低的问题。
(2)本发明公开了一种具有运动自适应性的滚环结构，滚环以接触面间的滚动接触代替传统滑环中刷丝与环道间的滑动接触，极大降低了磨损，提高了环路使用寿命，实现了航天器电传输组件使用寿命的大幅提高，解决了现有技术中活动部件使用寿命有限，无法满足在轨长寿命需求的问题。
(3)本发明公开了一种具有运动自适应性的滚环结构，柔性环与内外导电环配对结构具有自补偿性，可以自动适应运动过程受力及形状的变化，可极大提高实现电传输的稳定性，实现了航天器电传输组件的稳定传输，进一步提高了对日定向装置整体可靠性。
附图说明
图1是本发明实施例中一种具有运动自适应性的滚环结构的示意图；
图2是本发明实施例中一种内导电环滚道和外导电环滚道的结构示意图；
图3是本发明实施例中一种柔性环接触状态随受力方向的变化示意图；
图4是本发明实施例中一种内、外导电环与柔性环的接触示意图；
图5是本发明实施例中一种柔性环-接触界面的稳定性因子计算示意图；
图6是本发明实施例中一种柔性环倾斜时所受力偶作用示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。
本发明的核心思想之一在于：针对航天器长寿命稳定电传输的要求，设计一种具有运动自适应性的滚环结构，柔性环与内外导电环配对结构具有自补偿性，可以自动适应运动过程受力及形状的变化，保证柔性环运动过程中的自适应性，减小应力集中现象。本发明的滚环结构为长寿命电传输滚环装置的研制提供参考，对于航天器的稳定运行及长寿命工作具有重要意义。
如图1，在本实施例中，该具有运动自适应性的滚环结构，包括：内导电环1、上惰轮轨道2、外导电环3、柔性环4、惰轮5和下惰轮轨道6。其中，外导电环3位于内导电环1外侧、与外导电环3同心设置；内导电环1和外导电环3之间形成一环槽；多个柔性环4周向均布在环槽内，通过内导电环1和外导电环3限位约束；相邻两个柔性环4之间设置有一个惰轮5；上惰轮轨道2和下惰轮轨道6分别固连在外导电环3的上下两侧；惰轮5通过左右相邻的两个柔性环4、上惰轮轨道2和下惰轮轨道6限位约束。
在本实施例中，如图2，内导电环1的外侧面上设置有一内导电环滚道11，外导电环3的内侧面上设置有一外导电环滚道31，内导电环滚道11和外导电环滚道31之间形成所述环槽。柔性环4位于环槽内，即，柔性环4的一侧嵌入在内导电环滚道11中、与内导电环滚道11相接触，柔性环4的另一侧嵌入在外导电环滚道31中、与外导电环滚道31相接触，柔性环4在内、外导电环形成的滚道中滚动。其中，内导电环1、外导电环3和柔性环4形成自补偿结构，保证接触的一致性和可预测性：工作时，柔性环4在内导电环滚道11和外导电环滚道31的约束下在环槽内滚动，随着柔性环4的滚动，柔性环4与内导电环1和外导电环3的接触状态随之改变，进而导致柔性环4的受力、变形情况发生变化，如图3所示。
在本实施例中，如图2和图4，柔性环4与内导电环滚道11和外导电环滚道31的接触区域均为圆弧，可保证柔性环4运动的稳定性，减小柔性环4与内导电环1和外导电环3接触时的应力集中，保证柔性环4自动适应轴向、周向及角度误差。
在本实施例中，如图6，在柔性环4公转过程中，柔性环4在圆弧的自定心作用下，自动调整至合理位置，以保证柔性环4处在内导电环滚道11和外导电环滚道31之间，并且在与柔性环4的轴线垂直的平面上稳定滚动。其中，合理位置是指：柔性环4中性面与内、外导电环中性面重合。进一步的，当柔性环4在由于装配误差导致柔性环受力不均衡发生顺时针偏转倾斜时：若滚环结构处于稳定状态，则柔性环4在力偶的作用下产生逆时针的力矩，以调整柔性环4的顺时针偏转倾斜，柔性环4逐渐回到环槽中心位置。若滚环结构处于中性状态，则柔性环4保持顺时针偏转倾斜不变。若滚环结构处于不稳定状态，则柔性环4顺时针偏转倾斜逐渐加剧。
在本实施例中，如图5，当稳定性因子时，滚环结构处于稳定状态；当稳定性因子时，滚环结构处于中性状态；当稳定性因子时，滚环结构处于不稳定状态。其中，RG表示柔性环与接触弧面的半径，R0表示外导电环的接触半径，RI表示内导电环的接触半径。
综上所述，本发明公开了一种具有运动自适应性的滚环结构，可应用于航天器大功率长寿命电传输机构设计中，实现航天器在轨电传输功能。该滚环结构在运转时具有动态稳定性，柔性环与内、外导电环体接触区域设计为弧形，保证柔性环运动过程中的自适应性，减小柔性环与内、外导电环体接触时的应力集中现象；保证柔性环处在内、外导电环凹槽之间和在滚动轴垂直的平面上自适应滚动，即使柔性环有微小的轴向、周向及角度的误差，也无需采取相应的调整措施，圆弧的自定心作用将会柔性环调整到合理的位置。本发明所述的具有运动自适应性的滚环结构应用于航天器装置中，既能够保证可靠的机械接触状态，又能保证电性能的可靠传输；柔性环与内外导电环配对结构具有自补偿性，保证接触状态的一致性和可预测性，大幅提高对日定向装置大功率电传输装置的整体可靠性。
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。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
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