CN100532201C - 空间大型索杆式伸展臂展开驱动机构 - Google Patents

空间大型索杆式伸展臂展开驱动机构 Download PDF

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Abstract

空间大型索杆式伸展臂展开驱动机构，它涉及一种空间索杆式伸展臂展开驱动机构。它可解决已有空间大型索杆式伸展臂采用四线程螺旋提升套筒式机构驱动，存在制造精度、制造工艺要求高，伸展臂易“卡死”问题。底端盖(1)、收拢套筒(2)、消旋套筒(3)、驱动套筒(4)固接在一起，消旋套筒(3)的内壁上设有八条曲线凹槽(15)，收拢套筒(2)的内壁上固装有八条直线轨道(9)，通过链条(11)传动的主动链轮(10)和从动链轮(13)与驱动套筒(4)固接，每根链条(11)上等距固装有三个链条齿片(12)，索杆式伸展臂组件的每个顶角上固装有滚轮(6)，滚轮(6)上镶有伸展臂齿片(5)，链条齿片(12)与伸展臂齿片(5)啮合，主动链轮(10)通过换向传动机构连接。本发明具有容纳伸展臂变形和加工误差的能力强的优点。

Description

空间大型索杆式伸展臂展开驱动机构
技术领域
本发明涉及一种空间伸展臂展开驱动机构。
背景技术
空间索杆式伸展臂具有收拢率高、刚度强度大、展开定位精度高、可靠性高、机械和热稳定性好、能够重复展开与收拢、理论上可进行无限长度展开等特点。目前空间索杆式伸展臂已经得到了广泛的应用，其主要作用是展开柔性太阳能帆板；支撑可展天线、合成孔径雷达、太空望远镜；作为重力梯度杆、磁强针等结构以及分离电子设备以减少相互之间的干扰等。空间索杆式伸展臂的驱动机构决定其能否在太空环境下实现正常展开和收拢，保证其正常工作。另外，驱动机构的复杂程度与质量、结构尺寸、可靠性、成本等因素直接制约空间索杆式伸展臂的选用。已有空间大型索杆式伸展臂的展开和收拢采用四线程螺旋提升套筒式机构驱动，这种驱动机构虽然具有结构紧凑、运动精度高、刚度高、重复性好，螺旋提升属于精密传动，多次使用后性能不会有大的改变等优点，但是该驱动机构制造精度、制造工艺要求很高，四线程螺旋套筒加工精度低或者变形会使索杆式伸展臂“卡死”，螺旋套筒回转支撑实现困难、结构复杂、制造成本昂贵。
发明内容
本发明的目的是提供一种空间大型索杆式伸展臂展开驱动机构，它可解决已有空间大型索杆式伸展臂的展开和收拢采用四线程螺旋提升套筒式机构驱动，存在制造精度、制造工艺要求高，四线程螺旋套筒加工精度低或者变形会使索杆式伸展臂“卡死”，螺旋套筒回转支撑实现困难，制造成本昂贵的问题。
本发明包括底端盖、收拢套筒；本发明还包括消旋套筒、四组链式提升机构、驱动套筒、伸展臂齿片、滚轮、索杆式伸展臂组件、八条直线轨道以及换向传动机构；所述每组链式提升机构由主动链轮、链条、链条齿片、从动链轮、链轮支座组成；所述底端盖、收拢套筒、消旋套筒、驱动套筒由下至上依次固接在一起，消旋套筒的内壁上均布设置有四组曲线凹槽，每组曲线凹槽由两条对称设置的曲线凹槽构成，收拢套筒的内壁上沿轴向固装有与八条曲线凹槽的下端相连接的八条直线轨道，驱动套筒由四瓣圆弧形板组成，相邻两瓣圆弧形板之间设有通槽，每组曲线凹槽的上端与相对应的通槽连接，每瓣圆弧形板的外侧由下至上设置有通过链轮支座与每瓣圆弧形板固接的主动链轮和从动链轮，主动链轮和从动链轮通过链条传动连接，每根链条上等距固装有三个链条齿片，所述索杆式伸展臂组件由一组四角相对且水平叠加放置的索杆式伸展臂组成，相邻两个索杆式伸展臂铰接，每个索杆式伸展臂的四个顶角上分别固装有滚轮，且滚轮设置在相对应的通槽内，滚轮的外侧面镶有伸展臂齿片，相邻两个链条齿片的跨距与相邻两个索杆式伸展臂之间的距离相等，每根链条上的三个链条齿片始终有一个链条齿片与相应的进入驱动套筒啮合区的伸展臂齿片啮合，所述四个主动链轮通过换向传动机构传动连接，所述换向传动机构由电机、第一短传动轴、第二短传动轴、第一长传动轴、第二长传动轴、锥齿轮副组成；所述第一短传动轴、第二短传动轴、第一长传动轴和第二长传动轴上分别固装有主动链轮，电机与第一短传动轴传动连接，第一短传动轴与第一长传动轴之间、第一长传动轴与第二长传动轴之间及第二长传动轴与第二短传动轴之间分别通过锥齿轮副传动连接。
本发明具有以下有益效果：本发明具有结构简单、容纳索杆式伸展臂变形和加工误差的能力强、加工制造工艺要求低、成本低、质量轻、可靠性高、能够容许索杆式伸展臂具有一定量的变形等优点。此外，设置曲线凹槽为索杆式伸展臂展开和收拢过程中滚轮的行走提供轨道。
附图说明
图1是本发明的整体结构主视图；图2是本发明的整体结构主剖视图；图3是索杆式伸展臂组件的主视图；图4是图3的俯视图；图5是图2的俯视图；图6是索杆式伸展臂组件与链式提升机构装配在一起的结构示意图；图7是图2的A部放大图；图8是图5的B部放大图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～图8说明本实施方式，本实施方式由底端盖1、收拢套筒2、消旋套筒3、四组链式提升机构、驱动套筒4、伸展臂齿片5、滚轮6、索杆式伸展臂组件、八条直线轨道9以及换向传动机构组成；所述每组链式提升机构由主动链轮10、链条11、链条齿片12、从动链轮13、链轮支座14组成；所述底端盖1、收拢套筒2、消旋套筒3、驱动套筒4由下至上依次固接在一起为收拢状态的索杆式伸展臂提供容器，消旋套筒3的内壁上均布设置有四组曲线凹槽，每组曲线凹槽由两条对称设置的曲线凹槽15构成，收拢套筒2的内壁上沿轴向固装有与八条曲线凹槽15的下端相连接的八条直线轨道9，驱动套筒4由四瓣圆弧形板16组成，相邻两瓣圆弧形板16之间设有通槽17，每组曲线凹槽的上端与相对应的通槽17连接，每瓣圆弧形板16的外侧由下至上设置有通过链轮支座14与每瓣圆弧形板16固接的主动链轮10和从动链轮13，主动链轮10和从动链轮13通过链条11传动连接，每根链条11上等距固装有三个链条齿片12，所述索杆式伸展臂组件由一组四角相对且水平叠加放置的索杆式伸展臂18组成，相邻两个索杆式伸展臂18铰接，每个索杆式伸展臂18的四个顶角上分别固装有滚轮6，且滚轮6设置在相对应的通槽17内，索杆式伸展臂18在展开状态下，滚轮6在链式提升机构的驱动下沿通槽17运动，为滚轮6提供提升轨道，滚轮6的外侧面镶有伸展臂齿片5，相邻两个链条齿片12的跨距与相邻两个索杆式伸展臂18之间的距离相等，链条齿片12在链轮带动下往复转动，链条齿片12与伸展臂齿片5同时进入啮合区，每根链条11上的三个链条齿片12始终有一个链条齿片12与相应的进入驱动套筒4啮合区的伸展臂齿片5啮合，驱动索杆式伸展臂18的展开或收拢，所述四个主动链轮10通过换向传动机构传动连接，所述电机19采用直流伺服电机。
具体实施方式二：结合图5说明本实施方式，本实施方式的换向传动机构由电机19、第一短传动轴20、第二短传动轴21、第一长传动轴22、第二长传动轴23、锥齿轮副24组成；所述第一短传动轴20、第二短传动轴21、第一长传动轴22和第二长传动轴23上分别固装有主动链轮10，电机19与第一短传动轴20传动连接，第一短传动轴20与第一长传动轴22之间、第一长传动轴22与第二长传动轴23之间及第二长传动轴23与第二短传动轴21之间分别通过锥齿轮副24传动连接构成驱动环，保证四套链式提升机构的同步运动。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图2、图6说明本实施方式，本实施方式的索杆式伸展臂18由下角块25、四个中间角块26、上角块27、球铰28、四根横杆29、四根连接杆8组成；四根横杆29与四个中间角块26刚性连接构成正方形刚性平面，中间角块26与上角块27和下角块25固接并构成两个球窝，所述四根连接杆8垂直设置在相邻两个正方形刚性平面之间且位于正方形刚性平面的四个顶角处，每根连接杆8两端分别与相邻两个正方形刚性平面所对应的球窝铰接。如此设置，具有结构简单、工作可靠的优点。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式的消旋套筒3由套筒体30、上法兰盘31、下法兰盘32组成；所述套筒体30的上端和下端分别与上法兰盘31和下法兰盘32固接(套筒体30、上法兰盘31、下法兰盘32三者可制成一体；也可以分体组合固接在一起)，下法兰盘32与收拢套筒2的上端固接，上法兰盘31与驱动套筒4的下端固接。如此设置，其结构简单、容易安装。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：结合图1、图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不同点是：本实施方式还增加有两个环形加强筋33；所述两个环形加强筋33固装在收拢套筒2的外壁上。如此设置，可提高收拢套筒2的强度，满足空间大型索杆式伸展臂收拢和展开对收拢套筒2强度的要求。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
工作过程是：采用齿轮链轮链条作为传动机构，以类似齿轮齿条啮合的方式通过链轮齿片与伸展臂齿片啮合，带动索杆式伸展臂的展开和收拢。链条齿片以与伸展臂齿片相同的跨距安装在链条上，能够保证伸展臂齿片进入驱动套筒的啮合区时，链条齿片恰好转入啮合区与伸展臂齿片啮合，链条齿片如此连续循环与伸展臂齿片啮合，连续地驱动索杆式伸展臂展开，链轮反转则使索杆式伸展臂收拢。四套相同的链式提升机构均布安装在驱动套筒外侧，通过传动轴、锥齿轮副将四套主动链轮连接在一起，通过一伺服电机驱动实现链轮链条的同步转动。

Claims (4)

1、一种空间大型索杆式伸展臂展开驱动机构，它包括底端盖(1)、收拢套筒(2)；其特征在于它还包括消旋套筒(3)、四组链式提升机构、驱动套筒(4)、伸展臂齿片(5)、滚轮(6)、索杆式伸展臂组件、八条直线轨道(9)以及换向传动机构；所述每组链式提升机构由主动链轮(10)、链条(11)、链条齿片(12)、从动链轮(13)、链轮支座(14)组成；所述底端盖(1)、收拢套筒(2)、消旋套筒(3)、驱动套筒(4)由下至上依次固接在一起，消旋套筒(3)的内壁上均布设置有四组曲线凹槽，每组曲线凹槽由两条对称设置的曲线凹槽(15)构成，收拢套筒(2)的内壁上沿轴向固装有与八条曲线凹槽(15)的下端相连接的八条直线轨道(9)，驱动套筒(4)由四瓣圆弧形板(16)组成，相邻两瓣圆弧形板(16)之间设有通槽(17)，每组曲线凹槽的上端与相对应的通槽(17)连接，每瓣圆弧形板(16)的外侧由下至上设置有通过链轮支座(14)与每瓣圆弧形板(16)固接的主动链轮(10)和从动链轮(13)，主动链轮(10)和从动链轮(13)通过链条(11)传动连接，每根链条(11)上等距固装有三个链条齿片(12)，所述索杆式伸展臂组件由一组四角相对且水平叠加放置的索杆式伸展臂(18)组成，相邻两个索杆式伸展臂(18)铰接，每个索杆式伸展臂(18)的四个顶角上分别固装有滚轮(6)，且滚轮(6)设置在相对应的通槽(17)内，滚轮(6)的外侧面镶有伸展臂齿片(5)，相邻两个链条齿片(12)的跨距与相邻两个索杆式伸展臂(18)之间的距离相等，每根链条(11)上的三个链条齿片(12)始终有一个链条齿片(12)与相应的进入驱动套筒(4)啮合区的伸展臂齿片(5)啮合，所述四个主动链轮(10)通过换向传动机构传动连接，
所述换向传动机构由电机(19)、第一短传动轴(20)、第二短传动轴(21)、第一长传动轴(22)、第二长传动轴(23)、锥齿轮副(24)组成；所述第一短传动轴(20)、第二短传动轴(21)、第一长传动轴(22)和第二长传动轴(23)上分别固装有主动链轮(10)，电机(19)与第一短传动轴(20)传动连接，第一短传动轴(20)与第一长传动轴(22)之间、第一长传动轴(22)与第二长传动轴(23)之间及第二长传动轴(23)与第二短传动轴(21)之间分别通过锥齿轮副(24)传动连接。
2、根据权利要求1所述的空间大型索杆式伸展臂展开驱动机构，其特征在于所述索杆式伸展臂(18)由下角块(25)、四个中间角块(26)、上角块(27)、球铰(28)、四根横杆(29)、四根连接杆(8)组成；四根横杆(29)与四个中间角块(26)刚性连接构成正方形刚性平面，中间角块(26)与上角块(27)和下角块(25)固接并构成两个球窝，所述四根连接杆(8)垂直设置在相邻两个正方形刚性平面之间且位于正方形刚性平面的四个顶角处，每根连接杆(8)两端分别与相邻两个正方形刚性平面所对应的球窝铰接。
3、根据权利要求1所述的空间大型索杆式伸展臂展开驱动机构，其特征在于所述消旋套筒(3)由套筒体(30)、上法兰盘(31)、下法兰盘(32)组成；所述套筒体(30)的上端和下端分别与上法兰盘(31)和下法兰盘(32)固接，下法兰盘(32)与收拢套筒(2)的上端固接，上法兰盘(31)与驱动套筒(4)的下端固接。
4、根据权利要求1所述的空间大型索杆式伸展臂展开驱动机构，其特征在于它还包括两个环形加强筋(33)；所述两个环形加强筋(33)固装在收拢套筒(2)的外壁上。
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