高精度機構在軌應用的柔性球關節檢視原始碼討論檢視歷史

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高精度機構在軌應用的柔性球關節中國空間技術研究院（航天五院）隸屬於中國航天科技集團有限公司，成立於1968年2月20日。自1970年4月24日成功發射我國第一顆人造地球衛星以來，研究院已抓總研製並成功發射了300餘顆航天器，實現200餘顆航天器在軌運行，研製的航天器覆蓋載人航天、月球與深空探測、導航定位、對地觀測、通信廣播、空間科學與技術試驗六大系列航天器，實現了大、中、小、微型航天器的系列化、平台化發展。研究院圓滿完成載人航天工程、探月工程、北斗工程、高分工程為代表的重大航天任務，為實現我國航天三大里程碑跨越發展做出了突出貢獻。研究院充分發揮航天技術的優勢和輻射帶動作用，不斷將航天新技術成果推廣到國民經濟多個領域。聚焦衛星應用、智能裝備、空間生物三大優勢業務板塊，打造了中國衛星、康拓紅外、航天生物三大業務發展主體平台，形成了以京津冀、長三角和粵港澳大灣區三大重點區域為主的區域布局。

簡介

研究院堅持國際化發展戰略，積極踐行「一帶一路」倡議，推動構建人類命運共同體，先後與俄羅斯、法國、巴西等100多個國家和地區的宇航公司及空間研究機構建立了良好的合作關係。2004年實現了首顆商業衛星出口合同簽署。截至2020年底，已向國際用戶交付了20顆商業衛星，出口產品覆蓋通信衛星、遙感衛星、衛星應用、航天器研製基礎設施、宇航單機部組件和宇航元器件等。

研究院打造了北京、天津、懷來、西安、蘭州、煙臺、深圳、內蒙古、杭州等產業基地，擁有空間飛行器總體設計、分系統研製生產、系統集成、總裝測試、環境試驗、地面設備製造及衛星應用、服務保障等配套完整的研製生產體系。研究院現有中國科學院和中國工程院院士9人，國際宇航科學院院士11人，俄羅斯宇航科學院院士9人，國家級突出貢獻專家15人，全國技術能手40人，高級以上職稱人員7200餘人。研究院獲得國家科學技術獎84項，其中特等獎9項；授權專利7700餘件，榮獲中國專利金獎3項；省部級獎3000餘項。研究院先後榮獲全國文明單位、全國創先爭優先進基層黨組織、全國模範職工之家等榮譽稱號。

二、技術要點

（解決的技術難題、技術指標等）

球關節一般指關節軸承，它由內圈和外圈組成，內圈外表面和外圈內表面為配合球面，實現相互連接的兩個物體之間的三自由度相對運動。由於關節軸承的內圈和外圈之間存在間隙，使其難以滿足高精度機構的需要。因此，人們又提出了利用特殊結構形式的彈性變形，實現兩個物體之間的三自由度相對運動，以滿足高精度機構的微小、高精度運動。該方法雖然解決了由關節軸承間隙帶來的運動誤差，但關節的結構形式複雜，對關節材料的疲勞性要求高，大大增加了加工的難度和成本。

本案例是一種適合航天器高精度機構在軌應用的柔性球關節，柔性球關節包括兩個球面體、張緊繩、張緊螺柱和鎖緊螺母。兩個球面體為球體的一部分，球面體上開有圓孔和槽，張緊繩從圓孔中穿過。兩個球面體通過張緊繩、張緊螺柱和鎖緊螺母連接，二者接觸面為球面。通過兩個球面體的接觸面和張緊繩對球關節的運動進行約束，並承受相應的作用力。張緊繩與張緊螺柱保證二者之間的可靠連接。張緊螺柱和對應鎖緊螺母之間的連接為螺接，根據球關節預期承受的拉力確定張緊繩的張力，再由張緊繩的張力大小，確定鎖緊螺母的擰緊力矩。兩個球面體的接觸部分構成球關節，二者之間可以實現三自由度、無間隙的高精度運動。

三、成果形式

（專利、著作權、新產品、新技術等）

本項目是專利技術

四、應用領域及應用場景

航空航天

五、當前應用成效

本發明提供了一種適合航天器高精度機構在軌應用的柔性球關節，結構簡單，精度高，加工方便，能適應航天器機構在軌應用。通過張緊繩使兩個球面體壓緊，實現三維運動的同時，消除了球關節的間隙。由球面體承受關節所受的壓力，由張緊繩承受關節所受的拉力。如果關節所承受的拉力很小，那麼張緊繩的張力就可以很小，這幾乎完全可以消除驅動球關節所需的額外的力矩。所有零件均採用熱膨脹係數相近的金屬材料製造，使得空間環境的變化對運動精度的影響可以忽略，因此，該球關節特別適合高精度、微小位移機構的在軌使用。