CN102582848A - 自驱动铰接装置和自调节铰接组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自驱动铰接装置和自调节铰接组件。所述自驱动铰接装置被设计成自动地展开它所连接的元件。所述铰接装置包括在至少一个被动驱动元件的作用下旋转的两个铰接配件(12、14)。根据本发明，所述铰接装置包括用来调节它的展开速度的装置(30、34)。

Description

自驱动铰接装置和自调节铰接组件

技术领域

本发明涉及一种自驱动铰接装置，其被设计成自动地展开它所连接的元件并且在展开位置锁住这些元件。本发明还涉及一种由至少一个铰接装置联结起来的多个元件组成的铰接组件。

更具体地，本发明非唯一地应用于空间领域，尤其是应用于卫星用的太阳能电池板产品，该电池板由多个铰接在一起的元件组成，并且一旦进入空间后将被展开。应当想象到还可以应用于空间和地球上的其它领域。

背景技术

这种铰接装置例如在专利申请文件FR2 635 077和FR2 902 763中进行了描述。该铰接装置形成自驱动的机构系统形式，允许其打开并因此允许连接到它的元件被展开。该铰接装置包括可在至少一个柔性件作用下旋转的两个铰接配件。该铰接装置借助于轧带无晃动地被保持，所述轧带围绕铰接配件并且通过两个适合柔性轨迹的轧辊在张力作用下保持，每个轧辊属于所述铰接配件中的一个。所述铰接装置包括将其保持在通常称为贮存位置的装置，例如通过在由铰接装置所附着的太阳能电池板区域中定位的爆炸螺栓或螺栓切割器获得。

该柔性件例如由Carpentier接头形成，所述Carpentier接头施加一个驱动扭矩，使所述铰接装置从它的贮存位置进入到通称的展开位置中。在铰接装置移动过程中，该驱动扭矩是不均匀的，且引起的打开速度同样不均匀。

此外，为了确信地获得展开位置，用于产生展开铰接装置的扭矩的柔性件必须是特大号的。例如，由于位于电池板之间的电缆和任意铰接装置所固有的摩擦，就必须考虑抵抗扭矩。这个特大号装置的能量以冲击铰接装置末端止挡的形式在展开的末期贮存。由末端止挡吸收的能量取决于冲击的速度，并且因此难以预测。特大号的铰接装置的驱动件导致需要特大号的铰接装置末端止挡和由铰接装置连接的元件，并且所述由铰接装置连接的元件同样经历在展开末期的冲击。

发明内容

本发明试图通过提出一种自驱动铰接装置而减轻上面提到的所有或一些问题，其中调节打开速度使其因而可能减少打开末期的冲击影响，即使驱动扭矩显著地超过额定值。

为此，本发明的目的是一种意图安装在两个相邻元件之间的自驱动铰接装置，包括在至少一个被动驱动元件作用下旋转的两个铰接配件，该铰接装置包括用来调节它的展开速度的装置。

根据一个具体的实施例，所述两个铰接配件中的第一个包括第一表面，所述第一表面在铰接装置转动时意图在一点上抵靠属于所述两个铰接配件中的第二个的第二表面无滑动地滚动。用于调节铰接装置展开速度的装置包括在通常称为滚动点的移动点在两个表面之间被压缩的柔性导管。所述导管包括一个位于由所述滚动点分开的导管的两个区域之间的一个节流部，并且所述导管包含流体，当所述铰接配件旋转时，其压力在所述滚动点之前增加。

本发明的另一个目的是，由根据本发明的铰接装置联结在一起的多个元件组成一个铰接组件。

附图说明

通过阅读作为例子给出的一个实施例的详细描述，本发明将被更好地理解，并且其它优点将更明显，借助附图例示该描述，在附图中：

图1描述了根据本发明的铰接装置的一个例子，所述铰接装置处于“贮存位置”；

图2描述了在“展开”位置的图1的铰接装置；

图3示意性地描述了在贮存形态的铰接装置的展开动态；

图4示意性地描述了在展开形态的铰接装置的展开动态；

图5示意性地描述了调节铰接装置展开速度的装置的第一实施例；

图6示意性地描述了调节铰接装置展开速度的装置的第二实施例；

图7A和7B描述了依赖于温度控制速度调节的装置，该装置适于第一实施例；

图8A和8B描述了依赖于温度控制速度调节的装置，该装置适于第二实施例；

图9至12描述了根据本发明的铰接装置的另一个实施例。

为了清楚的目的，在各个附图中，同样的元件具有同样的附图标记。

具体实施方式

根据本发明的铰接装置10包括例如由机加工的圆柱形金属块组成的两个铰接配件12和14。铰接配件12和14因空穴而使其重量较轻，本申请证明这样做是恰当的，尤其在空间领域。铰接配件12和14中的每一个都设计成以任何合适的方式，例如螺钉或铆钉在锚固点15固定于相应的元件E1、E2。

所述铰接装置可以和滚动轴承、球绞节或滑动轴承配合以使两个铰接配件12和14相对于彼此移动。

每个铰接配件12和14分别包括至少一个柔性圆柱形表面22和24，当所述铰接装置移动时，一个表面抵靠着另一个表面滚动。在本实例中，圆柱形表面22和24的直径相同。

可以形成具有任何形状表面的铰接装置。两个表面之一有利地是圆柱形的，以便其能在另一个表面上滚动。术语“圆柱形的”应以最宽的概念理解。圆柱形的半径可以改变，例如在凸轮或涡形管的情形中。

柔性圆柱形表面22和24互相滚动以允许元件E1和E2在互相偏移180°的两个极端位置之间移动。当元件E1和E2是扁平元件时，这些位置的第一位置通常称为收拢或贮存位置，其对应于元件E1和E2一个靠着一个且互相平行地折叠的情形，而第二位置，称为展开位置，对应于这些元件被打开并且位于同一平面中的情形。图1和3对应于贮存位置，图2和4对应于展开位置。

为了保持柔性圆柱形表面22和24在彼此相抵滚动时处于永久接触的状态，铰接装置10另外还包括柔性金属片26和28，它们的端部分别固定到铰接配件中的每一个上，以便在表面22和24上滚动。这些金属片在其平面中是刚性的而在其平面外部是柔性的。它们由例如不锈钢制成。它们通常可以是滚动片或引导片。

作为实例，铰接装置10包括两个中心相邻的滚动片26，其位于铰接配件12和14的中心部位，并且在这些铰接配件共同的中间平面上穿过圆柱形表面22和24以相同的方向滚动。每个滚动片26的第一端部直接固定到铰接配件12。这个附着利用例如螺钉18进行。从这个端部，滚动片26在圆柱形表面22和24之间穿过以便它们连续地先接触表面22然后接触表面24。铰接装置10在其展开的方向上运动，导致从一个铰接配件展开所述滚动片同时在相对的铰接配件上卷起它们。

在例示的实例中，铰接装置10包括两个其他的滚动片28，固定到铰接配件12和14的外部部分上，与每个滚动片26(滚动片26本身固定到铰接配件12和14的内部部分上)相互接近，同样相对于铰接配件的中间平面相互对称。滚动片28以与滚动片26相反的方向在铰接配件上缠绕，从而滚动片26和28在铰接配件12和14的圆柱部分上相互交叉。

用于铰接装置10的驱动，例如，由弹性带承担，在各个附图没有表示，并且其使铰接装置自动展开和在展开位置中被锁住。这种弹性带的一个示例性实例在专利申请FR2 635 077中进行了描述。

根据本发明，铰接装置10包括调节它的展开速度的装置。这些装置，例如由柔性导管30形成，其被固定于铰接配件之一，在该情形中，配件14，并且被另一个铰接配件12压缩。因此，导管30被紧固于圆柱形表面24，并且导管30在两圆柱形表面22和24的滚动点32产生压缩。

导管30包括一个位于由滚动点32分开的导管30的两个区域36和38之间的节流部34。为了在滚动点32很好的控制节流部的尺寸，在圆柱形表面22和24上可以机加工槽33。导管30包含流体，当铰接配件12和14旋转时，所述流体的压力在滚动点32之前增加。两个区域36和38之间的压差提升了滚动点32沿着导管30移动的速度。两个圆柱形表面22和24旋转时，压差产生了一个约束扭矩。因此，旋转速度增加越大，约束扭矩增加越大，这样允许调节两个铰接配件12和14相对旋转的速度。

通过在节流部34中节流流体，流体(例如液体)和速度被调节。选择的液体是能够在铰接装置10的所有贮存和操作状态下保持液态的液体。在空间领域可以选择在-100℃到+100℃量级的温度范围内能够被使用的乙醇基液体。充满微米颗粒或纳米颗粒的流体也可以为了它的增稠和阻尼特性而被使用。例如，可以使用铁磁体颗粒、二氧化钛颗粒或碳纳米管。

节流部34可以是发生在导管30中的简单减小横截面。也可以是被放在导管内的泡沫材料或过滤器，当流体在导管30内流动时其产生压降。

图5示意性地描述了调节铰接装置10展开速度的装置的第一实施例。在这个第一实施例中，通过在滚动点32压缩导管30形成节流部34，以便使流体能够在压力下通过那里。导管30的端部40和42被阻塞。当两个铰接配件12和14相互旋转时，配件12的旋转由箭头44描述，配件14的旋转由箭头46描述，区域38中的流体压力比区域36中的流体压力增加。流体通过流过节流部34而在两个区域36和38中使流体压力趋于平衡。在钻孔的情况下，节流部34的特定尺寸由两圆柱形表面22和24的旋转轴线分开的距离给出，或者当在两个圆柱形表面22和24上做出槽33时由圆柱槽33的深度给出。

图6示意性地描述了调节铰接装置10展开速度的装置的第二实施例。在第二实施例中，节流部34与滚动点32是分开的，在所描述的实例中，滚动点32完全夹住导管30并且不允许流体通过。两个区域36和38在节流部34和滚动点32之间。导管30形成一个封闭的回路。通过移动滚动点32并且该移动由箭头48描述，流体被驱动通过导管30。

图5和6描述导管30在滚动点32被夹在圆柱形表面22和24之间。在该点附近，导管30是直的。可替换地，导管30可以被紧固于一个圆柱形表面且围绕其缠绕，如图3和4所描述的。

抵抗两个圆柱形表面22和24彼此相对旋转的扭矩取决于流体的粘度。该粘度随流体的温度改变。在空间领域这是一个特别敏感的问题，在该领域热量可能是相当大的。一般，粘度在低温时比高温时高。因此，铰接装置10的速度随温度的增加而增加。为了减少温度变化对速度调节的影响，铰接装置10可以包括用来依赖于流体粘度的改变而改变节流部34的特定尺寸的装置。

图7A和7B描述了适合于图5所描述的第一实施例的这些装置中的一个实例。更具体地说，两个圆柱形表面22和24分别由辊子52和54形成，辊子52紧固于两个轮子56和58，辊子54紧固于两个轮子60和62。在辊子52和54的一侧上，轮子56和60一个在另一个上滚动，在辊子52和54的另一侧上，轮子58和62一个在另一个上滚动。轮子56和58有相同的直径，且比辊子52的直径大。类似地，轮子60和62有相同的直径，且比辊子54的直径大。这些直径差有可能在两个辊子52和54之间产生一个空间64，在该空间中，导管30被夹住以形成节流部34。一方面通过对辊子52和54，另一方面通过对轮子56至62选择具有不同热膨胀系数的材料，能够改变辊子52和54的分离程度、空间64的尺寸和节流部34的特定尺寸。例如辊子52和54所选择的材料比轮子56至62所选择的材料的热膨胀系数高。这样，在低温时，如图7B描述的，节流部34的特定尺寸比其在图7A高温时的小。

图8A和8B描述了适合于图6所描述的第二实施例的用于改变节流部34的特定尺寸的装置的另一个例子。更具体地说，该节流部34通过针阀70被局部地阻塞。针阀组装在紧固于导管30的支撑74的第一端72。节流部34的一部分与支撑74的第二端76组装在一起。如前面描述的，通过选择针阀70的材料的热膨胀系数比支撑的材料的热膨胀系数高，针阀70的顶端78根据流体温度的变化而移动且程度或大或小地阻断节流部34，节流部34的特定尺寸在如图8A描述的高温情况比图8B描述的低温情况小。

图9至12描述了包括用于调节展开速度的装置的铰接装置的另一个实施例。

在该实例中，导管30紧固于圆柱形表面24，滚轮80在圆柱形表面24上无滑动地滚动。滚轮80有圆形横截面并且其直径比圆柱形表面24的直径小。在该实例中，能够使用非圆形横截面的滚轮，例如，变径凸轮。图9至12描述了从图9中的贮存位置开始直到图12中的展开位置的各种位置的铰接装置。

Claims (9)

1.一种意图安装在两个相邻元件(E1，E2)之间的自驱动铰接装置，包括在至少一个被动驱动元件的作用下旋转的两个铰接配件(12，14)，所述两个铰接配件中的第一个(12)包括第一表面(22)，当所述铰接装置转动时，所述第一表面(22)意图在一点抵靠着属于所述两个铰接配件中的第二个(14)的第二表面(24)无滑动地滚动，所述铰接装置包括用于调节它的展开速度的装置(30，34)，其中，所述用于调节展开速度的装置包括至少一个柔性导管(30)，其在通常称为滚动点(32)的移动点在两个表面(22，24)之间被压缩，其中，所述导管(30)包括位于被所述滚动点(32)分开的导管(30)的两个区域(36，38)之间的节流部(34)，并且其中，所述导管(30)包含流体，当所述铰接配件(12，14)旋转时，所述流体的压力在滚动点(32)之前增加。

2.如权利要求1所述的铰接装置，其特征在于，所述柔性导管(30)被紧固于所述第二表面(24)。

3.如权利要求2所述的铰接装置，其特征在于，所述第一表面(22)是圆柱形的。

4.如权利要求3所述的铰接装置，其特征在于，所述第一圆柱形表面(22)是半径可变的。

5.如前述权利要求中的任意一项所述的铰接装置，其特征在于，所述节流部(34)由在滚动点(32)压缩导管(30)形成，并且其中，所述导管(30)的端部(40，42)被阻塞。

6.如权利要求1-4中的任意一项所述的铰接装置，其特征在于，所述导管(30)形成一个封闭的回路，并且其中，所述两个区域(36，38)被定位在所述节流部(34)和滚动点(32)之间。

7.如前述权利要求中的任意一项所述的铰接装置，其特征在于，所述铰接装置包括用来依赖于流体粘度的改变而引起所述节流部(34)的特定尺寸改变的装置(52至62；70至76)。

8.如权利要求7所述的铰接装置，其特征在于，所述用来引起所述节流部(34)的特定尺寸改变的装置(52至62；70至76)包括具有不同膨胀系数的材料。

9.一种由多个元件(E1、E2)利用根据组成前述权利要求中的任意一项所述的铰接装置(10)联结在一起的铰接组件。

Images