本發明涉及直徑可調式軸，詳細講是一種結構簡單，調節方便、快捷，定位精度高的用于空間高低溫環境自調節的變徑軸。

背景技術：

我們知道，隨著當今對太空探索的不斷深入與世界各國航天事業的不斷發展，用于外星土壤采集、空間長距離抓持、衛星捕獲回收、在軌裝配維修等的空間機械臂被廣泛的使用。空間機械臂的關節部分多為旋轉鉸連接，由于外太空空間環境的復雜性及變化性較大，各種環境因素尤其是高溫差使金屬材料產生較大的物理變化，其中的熱脹冷縮效應會在環境溫度較低時使運動副間產生間隙，導致機構動力學響應偏離理想運動狀態，而在環境溫度較高時，運動副間可能產生干涉現象，兩種情況都將極大地影響空間機械臂的既定運動，因而使得主動調節轉動副中軸系部件的徑量大小成為空間機械臂使用中的一項必須解決的關鍵技術。

目前現有的可實現轉動副間間隙控制的裝置為剖分式，利用增減剖分面處的墊片厚度來調整軸承間隙，通過增減孔徑的方式調整孔徑配合類型。該種間隙控制方式存在破壞了孔的圓形形狀、定位精度不高、不夠靈活等缺點，因而不能方便、有效、快捷地完成復雜溫度變化環境下的運動副間隙調節任務。

技術實現要素：

本發明的目的是解決上述現有技術的不足，提供一種結構簡單，調節方便、快捷，定位精度高的用于空間高低溫環境自調節的變徑軸。

本發明解決上述現有技術的不足所采用的技術方案是：

一種用于空間高低溫環境自調節的變徑軸，設有外表耐磨、熱膨脹系數低、剪切模量小的呈套筒狀的軸殼，軸殼內設有調節螺栓，調節螺栓上交替設有至少一段正向螺紋和反向螺紋，調節螺栓上相鄰的正向螺紋和反向螺紋處相對的設有一對與其配合的分體式錐套；軸殼內壁上在其周向上設有至少三個沿軸殼軸向設置的軸殼導向條，分體式錐套的外壁上與軸殼導向條相對處設有軸套導向條，軸殼與每對分體式錐套間均設有一個分體式撐開套，分體式撐開套的外壁與軸殼內壁貼靠配合，分體式撐開套的兩側分別設有與一對分體式錐套的錐形外壁相配合錐形撐開槽，分體式撐開套上與軸殼導向條、軸套導向條相對處設有貫通的導向切口。

本發明中所述的軸殼為層狀金屬基復合材料制成的復合軸殼，軸殼側壁包括外層的耐磨形狀記憶合金層和內層的形狀記憶合金層。所述的耐磨形狀記憶合金層的材質為具備形狀記憶特性、具備超彈性或偽彈性、耐磨性強的材料，例如：tinifemo，tinicu，tinife，tini-2型合金；所述的形狀記憶合金層的材質為具備形狀記憶特性、具備超彈性或偽彈性的材料，例如：tininb，tini型合金。所述的導向塊的材質為鐵質。

本發明中所述的軸殼兩端分別設有軸頸，調節螺栓螺帽側的軸頸上與調節螺栓螺帽相對處設有調節孔。工作時，通過調節孔置入扳手來轉動調節螺栓。

本發明中所述的另一側（調節螺栓螺帽相對側）的軸頸側面上設有（軸向均布有至少兩個）（凸字形的）定位槽。定位槽可被夾具夾緊或外接其它裝置及設備。

本發明中所述的分體式錐套呈中央設有螺紋孔的圓臺狀，由周向均分的至少兩塊錐套體經（沿其徑向設置的）緊固螺釘連接而成。

本發明中所述的一個分體式錐套的相鄰兩個錐套體間相對側面上分別設有沿錐套體母線方向設置的貫通的定位凹槽和定位凸臺，相鄰兩個錐套體的定位凸臺與定位凹槽相互配合的連接成一體。

本發明中所述的調節螺栓螺帽側的軸頸經螺釘安裝于軸殼一端上，另一個軸頸固定連接在軸殼另一端上；調節螺栓螺帽相對側的軸頸上設有螺紋孔，調節螺栓端部與螺紋孔連接。

本發明中所述的調節螺栓上交替設有至少五段正向螺紋和五段反向螺紋，調節螺栓上相鄰的一對正向螺紋和反向螺紋處設有小端相對的一對與正向螺紋和反向螺紋螺紋配合的分體式錐套。

本發明中所述的軸殼內壁上、與每對分體式錐套相對處、在軸殼內壁周向上均布有四個沿軸殼軸向設置的軸殼導向條，分體式錐套的外壁上與軸殼導向條相對處設有軸套導向條，軸殼與每對錐套間設有一個分體式撐開套，分體式撐開套的外壁（整體呈與軸殼內壁相同的圓柱形弧面）與軸殼內壁緊貼配合，分體式撐開套的兩側分別設有與（所對的兩個）錐套的錐形外壁相配合錐形撐開槽（兩個相對的錐形撐開槽可以貫通，也可以不貫通），撐開套上與軸殼導向條、軸套導向條相對處設有（四周）貫通的導向切口，（導向切口將撐開套在周向上切分為至少兩塊撐開塊）。

本發明主要用于空間機械臂關節部位的連接，在使用過程中，當外界溫度變化、運動副的間隙需要調節時，轉動調節螺栓，使調節螺栓上的每組分體式錐套運動，每組分體式錐套相對接近時、對分體式撐開套產生向外的擠壓力，分體式撐開套向外（徑向上）擴張，擠壓軸殼發生形變、直徑變粗；每組分體式錐套相對遠離時、對分體式撐開套的支撐力消失，分體式撐開套在軸殼的作用力下向內（徑向上）收攏，軸殼直徑變細。當溫度變化、軸承孔徑變化時，即可通過調解螺栓來實現軸的直徑調解。本發明結構簡單，調節方便、快捷，定位精度高。

具體控制過程如下：本發明使用時調節螺栓的螺帽與執行裝置（伺服電機）相連，其結構如圖所示。當溫度變化時，空間機械臂關節處的溫度傳感裝置將信號傳遞給處理器；處理器將溫度場與金屬物理特性耦合下的作用信號傳遞給執行裝置（伺服電機）；執行裝置（伺服電機）在處理器信號的控制下，將接收的電信號轉換為角位移，定量地轉動調解螺栓，完成任務的同時向處理器發送反饋信號，完成自調節變徑操作。

本發明的結構緊湊，工藝性好，可實現精確的變徑功能，穩定性高，定位精度高，實現了高精度的自調節變徑過程，能夠方便、有效、快捷地完成日益繁多的空間機械臂轉動副內轉軸的變徑任務。采用伺服電機作為驅動裝置，伺服電機是可將收到的電信號轉換為角位移或角速度輸出的快速響應的執行機構，且在信號電壓為零時無自轉現象，伺服電機驅動控制性能好，可精確地控制電樞轉角和轉速，適用于要求動作精度高和要求快速響應的執行系統。

附圖說明

圖1是本發明的一種結構示意圖；

圖2是圖1的a-a剖視圖；

圖3是圖1的右視圖；

圖4是本發明中分體式錐套的結構示意圖；

圖5是本發明中分體式撐開套的結構示意圖；

圖6是本發明與執行裝置的連接結構示意圖。

具體實施方式

如圖1-5所示的用于空間高低溫環境自調節的變徑軸，設有外表耐磨、熱膨脹系數低、剪切模量小（剪切柔量大）的呈套筒狀的軸殼1，軸殼1內軸向設有與軸殼1軸線重合的調節螺栓2，調節螺栓2上交替設有至少一段正向螺紋和與其相同段數的反向螺紋，調節螺栓2上相鄰的正向螺紋和反向螺紋處設有小端相對的一對與正向螺紋和反向螺紋螺紋配合的分體式錐套3；分體式錐套3整體呈中央設有螺紋孔的圓臺狀，由周向均分的兩塊錐套體3-1、3-2經緊固螺釘3-5連接而成；分體式錐套的相鄰兩個錐套體間相對側面上分別設有沿錐套體母線方向設置的貫通的定位凹槽和定位凸臺，相鄰兩個錐套體的定位凸臺與定位凹槽相互配合的連接。調節螺栓2轉動時，相對的一對分體式錐套3在調節螺栓軸向上向相反的方向移動，調節螺栓2上相鄰的正向螺紋和反向螺紋處相對的一對分體式錐套組成一組軸套；與每組分體式錐套相對的軸殼1內壁上在其周向上均布至少三個沿軸殼1軸向設置的軸殼導向條1-4，分體式錐套3的外壁上與軸殼導向條1-4相對處設有軸套導向條3-3，軸殼1與每組分體式錐套（每組分體式錐套為調節螺栓上相鄰的正向螺紋和反向螺紋處相對設置的兩個小端相對的分體式錐套）間均設有一個分體式撐開套4，分體式撐開套4的外壁整體呈與軸殼內壁相同的圓柱形弧面、與軸殼內壁緊貼配合，分體式撐開套4的兩側分別設有與（所對的兩個）分體式錐套3的錐形外壁相配合錐形撐開槽；兩個相對的錐形撐開槽可以貫通，也可以不貫通；分體式撐開套4上與軸殼導向條1-4、軸套導向條3-3相對處設有（在分體式撐開套的軸向和徑向均）貫通的導向切口4-1，軸殼導向條1-4和軸套導向條3-3位于導向切口4-1內，從圖中可以看出，四個導向切口4-1將分體式撐開套在周向上切分為四塊撐開塊，四塊撐開塊組成分體式撐開套。所述的軸殼1為層狀金屬基復合材料制成的復合軸殼，軸殼1側壁包括外層的耐磨形狀記憶合金層1-1和內層的形狀記憶合金層1-3。所述的耐磨形狀記憶合金層1-1的材質為具備形狀記憶特性、具備超彈性或偽彈性、耐磨性強的材料，例如：tinifemo，tinicu，tinife，tini-2型合金；所述的形狀記憶合金層1-3的材質為具備形狀記憶特性、具備超彈性或偽彈性的材料，例如：tininb，tini型合金。所述的導向塊的材質為鐵質1-4；所述的耐磨形狀記憶合金層1-1與形狀記憶合金層1-3間設有基架層1-2，基架層1-2的材質可以為鐵質。本發明中所述的軸殼1兩端分別設有軸頸5、6，以實現變徑軸的軸向定位功能，調節螺栓2螺帽側的軸頸上與調節螺栓螺帽相對處設有調節孔。工作時，通過調節孔置入扳手或連接傳動裝置來轉動調節螺栓。所述的另一側（調節螺栓螺帽相對側）的軸頸側面上設有定位槽6-1。從圖中可以看出，定位槽6-1呈凸字形，軸頸的周向上均布有四個定位槽。定位槽可被夾具夾緊或外接其它裝置及設備。

本發明中所述的調節螺栓螺帽側的軸頸經螺釘安裝于軸殼一端上，另一個（調節螺栓螺帽相對側的）軸頸固定連接在軸殼另一端上。調節螺栓螺帽相對側的軸頸上設有螺紋孔，調節螺栓的端部與螺紋孔連接。所述的調節螺栓上交替設有至少五段正向螺紋和五段反向螺紋，調節螺栓上相鄰的正向螺紋和反向螺紋處設有小端相對的一對與正向螺紋和反向螺紋螺紋配合的分體式錐套。所述的軸殼內壁上、與每對分體式錐套相對處、在軸殼內壁周向上均布有四個沿軸殼軸向設置的軸殼導向條，分體式錐套的外壁上與軸殼導向條相對處設有軸套導向條，軸殼與每對錐套間設有一個分體式撐開套，分體式撐開套的外壁整體呈與軸殼內壁相同的圓柱形弧面、與軸殼內壁緊貼配合，分體式撐開套的兩側分別設有與（所對的兩個）錐套的錐形外壁相配合錐形撐開槽（兩個相對的錐形撐開槽可以貫通，也可以不貫通），撐開套上與軸殼導向條、軸套導向條相對處設有（在分體式撐開套的軸向和徑向均）貫通的導向切口。

本發明主要用于空間機械臂的關節部位的連接，在使用過程中，當外界溫度變化、運動副的間隙需要調節時，轉動調節螺栓，使調節螺栓上的每組分體式錐套運動，每組分體式錐套相對接近時、對分體式撐開套產生向外的擠壓力，分體式撐開套向外（徑向上）擴張，擠壓軸殼發生形變、直徑變粗；每組分體式錐套相對遠離是、對分體式撐開套的支撐力消失，分體式撐開套在軸殼的作用力下向內（徑向上）收攏，軸殼直徑變細。當溫度變化、軸承孔徑變化時，即可通過調解螺栓來實現軸的直徑調解。本發明結構簡單，調節方便、快捷，定位精度高。

具體控制過程如下：本發明使用時調節螺栓的螺帽與執行裝置9（伺服電機）相連，其結構如圖6所示。當溫度變化時，空間機械臂關節處的溫度傳感裝置將信號傳遞給處理器；處理器將溫度場與金屬物理特性耦合下的作用信號傳遞給執行裝置9（伺服電機）；執行裝置（伺服電機）在處理器信號的控制下，將接收的電信號轉換為角位移，定量地轉動調解螺栓，完成任務的同時向處理器發送反饋信號，完成自調節變徑操作。

本發明的結構緊湊，工藝性好，可實現精確的變徑功能，穩定性高，定位精度高，實現了高精度的自調節變徑過程，能夠方便、有效、快捷地完成日益繁多的空間機械臂轉動副內轉軸的變徑任務。采用伺服電機作為驅動裝置，伺服電機是可將收到的電信號轉換為角位移或角速度輸出的快速響應的執行機構，且在信號電壓為零時無自轉現象，伺服電機驅動控制性能好，可精確地控制電樞轉角和轉速，適用于要求動作精度高和要求快速響應的執行系統。