【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种多自由度大旋转角度的柔性管路和安装结构，属于航天器结构和机构。
技术介绍
1、随着航天器上功能单机从可靠固定发展到现在的多自由度大角度范围转动需求，给传统的硬质管路走向管理技术提出新的难题和挑战，硬质管路不仅需要承担介质供给的功能，还需要跟随转动自由度实现随动功能。由于金属管路自身的硬度较大，如果直接随机构运动会产生较大的干扰力矩，同时管路在弯曲摆动的运动情况下也容易产生管路破坏，引起失效。而随着功能单机的转动范围越来越大，转动自由度越来越多，硬质管路也需根据需求进行超大角度随动，并适应自由度的随意扩展。因此，为了实现多自由度大角度范围转动随动需求，本专利技术创造性的提出将管路随机构多方向大角度范围运动完全转化为单一扭转运动，可极大扩展管路的随动范围，并完全避免了随动过程中，管路与其他结构干涉钩挂的可能性，并可扩展应用在单驱动轴、双驱动轴或多驱动轴的管路随动场合上，同时根据实际转动角度需求对管路螺旋段进行适应性的设计，以达到降低阻力矩的目的。
技术实现思路
1、本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种多自由度大旋转角度的柔性管路和安装结构，可有效避免管路跟随不同自由度的驱动轴进行转动过程中互相之间的干扰和钩挂。
2、本专利技术的技术解决方案是：
3、本专利技术公开了一种多自由度大旋转角度的柔性管路，包括：串联柔性管路结构和管路接头组；其中，串联柔性管路结构包含若干串行连接的柔性子管路；管路接头组包含至少一个管路接头；所述柔性
4、进一步地，在上述柔性管路中，所述柔性子管路由n个管路并路成束而成，n≥1；当n＝3、6、10时，n个管路并路后的截面为三角形堆叠形式。
5、进一步地，在上述柔性管路中，所述柔性子管路采用不锈钢或钛合金材质。
6、进一步地，在上述柔性管路中，所述管路螺旋段的外形参数计算公式为：
7、d＝c·d
8、d1＝d-d
9、d2＝d+d
10、p＝d+δ
11、
12、其中，d为螺旋中径，d1为螺旋内径，d2为螺旋外径，c为旋绕比，d为管路螺旋段的管路直径，p为螺旋段节距，δ为间距；t2为螺旋段转动终止扭矩；σbp为扭转许用弯曲应力；k1为常数。
13、进一步地，在上述柔性管路中，管路螺旋段的最大许用扭矩和最大转动角度，计算公式为：
14、
15、
16、
17、
18、
19、其中，ts为最大许用扭矩，σs为试验弯曲应力最小值，d为管路螺旋段的管路直径，为最大转动角度，k为螺旋段刚度，为转动初始角度位置，为转动终止角度位置；t2为螺旋段转动终止扭矩，t1为螺旋段转动初始扭矩。
20、进一步地，在上述柔性管路中，管路螺旋段的有效圈数其中，e为弹性模量，为转动终止角度位置；d为管路螺旋段的管路直径，d为螺旋中径，t2为螺旋段转动终止扭矩。
21、本专利技术公开了一种多自由度大旋转角度的柔性管路中柔性子管路安装结构，包括驱动轴壳体、驱动轴输出支架、管路导筒保护垫、管路导筒、管路螺旋段固定端压块、管路螺旋段固定端支架、管路导筒端盖、管路导筒端盖保护垫、管路螺旋段活动端压块；其中，
22、管路导筒外壁套接柔性子管路的管路螺旋段，管路导筒的一端连接驱动轴输出支架，另一端连接管路导筒端盖，管路导筒保护垫包裹在管路导筒外层，起到保护柔性子管路的作用；管路螺旋段固定端支架安装在驱动轴壳体上；管路螺旋段固定端压块固定安装在管路螺旋段固定端支架上，管路螺旋段活动端压块固定在管路导筒端盖上；管路导筒端盖靠近管路导筒的一面安装管路导筒端盖保护垫。
23、进一步地，在上述柔性子管路安装结构中，柔性子管路的一端管路直段通过管路螺旋段固定端压块固定在管路螺旋段固定端支架上；柔性子管路的另一端管路直段通过管路螺旋段活动端压块固定在导筒端盖上。
24、进一步地，在上述柔性子管路安装结构中，管路直段与驱动轴输出支架、管路导筒保护垫和管路导筒保持1cm以上距离。
25、进一步地，在上述柔性子管路安装结构中，管路导筒保护垫的外径d'＝λ(d1-δd)，其中，d为螺旋中径，为最大转动角度，n为螺旋段有效圈数，d1为螺旋内径，λ为系数，λ＜1。
26、本专利技术与现有技术的有益效果在于：
27、(1)本专利技术将单根管路缠绕成为螺旋形式，对于大角度转动需求下，利用螺旋结构，可使单位长度硬质管路的变形最大程度的减小，极大降低了管路随动过程中对驱动轴的干扰力矩，同时更大程度的提高了管路的随动状态下的运动寿命；
28、(2)本专利技术将多根管路同时缠绕，并路方式设计为最稳定堆叠截面，如此可提高管路并路随动过程的运动稳定性。
29、(3)本专利技术的管路螺旋段，极大的缩小了管路随动过程的运动空间，并可进行多自由度扩展，有效避免了管路跟随不同自由度的驱动轴进行转动过程中互相之间的干扰和钩挂。
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1.一种多自由度大旋转角度的柔性管路，其特征在于，包括：串联柔性管路结构(1)和管路接头组(2)；其中，串联柔性管路结构(1)包含若干串行连接的柔性子管路(1-1)；管路接头组(2)包含至少一个管路接头(2-1)；所述柔性子管路(1-1)，包括管路螺旋段(1-1-1)与两个管路直段(1-1-2)，两个管路直段(1-1-2)分别位于管路螺旋段(1-1-1)的两端，与管路螺旋段(1-1-1)无缝连接；管路螺旋段(1-1-1)为螺旋结构；管路接头(2-1)的一端与管路直段(1-1-2)连接，另一端与外部装置连接；工作工质从柔性管路一侧的外部装置，经过管路接头(2-1)进入若干串行连接的柔性子管路(1-1)中，再到达柔性子管路另一端的管路接头(2-1)，最后传递给柔性管路另一侧的外部装置。
2.根据权利要求1所述的一种多自由度大旋转角度的柔性管路，其特征在于：所述柔性子管路(1-1)由N个管路并路成束而成，N≥1；当N＝3、6、10时，N个管路并路后的截面为三角形堆叠形式。
3.根据权利要求1所述的一种多自由度大旋转角度的柔性管路，其特征在于：所述柔性子管路(1-
4.根据权利要求1所述的一种多自由度大旋转角度的柔性管路，其特征在于，所述管路螺旋段(1-1-1)的外形参数，计算公式为：
5.根据权利要求1所述的一种多自由度大旋转角度的柔性管路，其特征在于，管路螺旋段(1-1-1)的最大许用扭矩和最大转动角度，计算公式为：
6.根据权利要求1所述的一种多自由度大旋转角度的柔性管路，其特征在于，管路螺旋段(1-1-1)的有效圈数其中，E为弹性模量，为转动终止角度位置；d为管路螺旋段的管路直径，D为螺旋中径，T2为螺旋段转动终止扭矩。
7.一种多自由度大旋转角度的柔性管路中柔性子管路安装结构，其特征在于，包括驱动轴壳体(3)、驱动轴输出支架(4)、管路导筒保护垫(5)、管路导筒(6)、管路螺旋段固定端压块(7)、管路螺旋段固定端支架(8)、管路导筒端盖(9)、管路导筒端盖保护垫(10)和管路螺旋段活动端压块(11)；其中，
8.根据权利要求7所述的一种多自由度大旋转角度的柔性管路中柔性子管路安装结构，其特征在于：柔性子管路(1-1)的一端管路直段(1-1-2)通过管路螺旋段固定端压块(7)固定在管路螺旋段固定端支架(8)上；柔性子管路(1-1)的另一端管路直段(1-1-2)通过管路螺旋段活动端压块(11)固定在导筒端盖(9)上。
9.根据权利要求7所述的一种多自由度大旋转角度的柔性管路中柔性子管路安装结构，其特征在于：管路直段(1-1-2)与驱动轴输出支架(4)、管路导筒保护垫(5)和管路导筒(6)保持1cm以上距离。
10.根据权利要求7所述的一种多自由度大旋转角度的柔性管路中柔性子管路安装结构，其特征在于：管路导筒保护垫(5)的外径D'＝λ(D1-ΔD)，其中，D为螺旋中径，为最大转动角度，n为螺旋段有效圈数，D1为螺旋内径，λ为系数，λ＜1。
...【技术特征摘要】
1.一种多自由度大旋转角度的柔性管路，其特征在于，包括：串联柔性管路结构(1)和管路接头组(2)；其中，串联柔性管路结构(1)包含若干串行连接的柔性子管路(1-1)；管路接头组(2)包含至少一个管路接头(2-1)；所述柔性子管路(1-1)，包括管路螺旋段(1-1-1)与两个管路直段(1-1-2)，两个管路直段(1-1-2)分别位于管路螺旋段(1-1-1)的两端，与管路螺旋段(1-1-1)无缝连接；管路螺旋段(1-1-1)为螺旋结构；管路接头(2-1)的一端与管路直段(1-1-2)连接，另一端与外部装置连接；工作工质从柔性管路一侧的外部装置，经过管路接头(2-1)进入若干串行连接的柔性子管路(1-1)中，再到达柔性子管路另一端的管路接头(2-1)，最后传递给柔性管路另一侧的外部装置。
2.根据权利要求1所述的一种多自由度大旋转角度的柔性管路，其特征在于：所述柔性子管路(1-1)由n个管路并路成束而成，n≥1；当n＝3、6、10时，n个管路并路后的截面为三角形堆叠形式。
3.根据权利要求1所述的一种多自由度大旋转角度的柔性管路，其特征在于：所述柔性子管路(1-1)采用不锈钢或钛合金材质。
4.根据权利要求1所述的一种多自由度大旋转角度的柔性管路，其特征在于，所述管路螺旋段(1-1-1)的外形参数，计算公式为：
5.根据权利要求1所述的一种多自由度大旋转角度的柔性管路，其特征在于，管路螺旋段(1-1-1)的最大许用扭矩和最大转动角度，计算公式为：...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙静，张强，李兴光，赵靖超，魏超然，李晓辉，高卫青，种朝方，李臣，白瑞芬，王晓青，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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