CN102593571B - 剪刀基四边形单元平面阵列可展机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种剪刀基四边形单元平面阵列可展机构，由多个剪刀四边形单元分别在横向和纵向阵列组合，四边形单元机构之间通过共用的剪刀组件和角点铰链组件相连接；完全展开时，在锁止簧和锁止销的作用下，整个机构稳定在展开状态，展开完成后，自动锁死，且对角方向有杆单元支撑，增大了系统刚度，冲击响应不敏感。整个系统只有一个自由度，驱动简单，机构不需要辅助系统补偿摩擦力，结构简单，重量轻，展开精度高，展开过程平稳，同步性好；在不改变各个零件的结构和尺寸的情况下，根据需要单元机构的数量可任意的增加或减少，各零部件可重复使用。

Description

剪刀基四边形单元平面阵列可展机构

技术领域

本发明涉及具有大收缩比的平面单元机构，具体地说，涉及一种剪刀基四边形单元平面阵列可展机构，属于结构设计技术领域。

背景技术

星载天线系统展开机构的收缩比和刚度的大小，是判别各种星载天线系统展开机构性能优劣的重要指标。目前用于星载天线系统的展开机构，主要由多个可收缩的基本单元机构通过某种方式组合而成，来实现同步收缩和展开的功能。一种常见的可展开机构是以平行四边形机构为单元机构进行环形阵列。单元机构各连杆之间铰接，由绳索串联并驱动各个单元展开。该类型可展开机构虽然具有收缩比大的优点，但是也存在着一些不足。一方面由于摩擦的存在，绳索提供的拉力在传递过程中不断衰减，难以高精度的保证展开过程的同步性，并且在展开到位时，系统冲击大。为了保证展开过程同步，需要设计专用的同步铰链机构，不仅增加了设计制造成本，而且增加了系统的重量，结构也显得复杂。另一方面，该类型可展机构展开完成时，刚度较差，为了提高其刚度而不得不采用滑轮和伸缩杆来辅助驱动，使得系统结构复杂，展开精度低，冲击响应敏感，直接影响卫星的使用寿命和工作质量。为了提高天线系统的性能，不得不提高各个零部件的制造和装配精度，使其设计、制造、装配过程困难。另一种常见的可展开机构是花瓣式可展开机构。该类型可展机构不仅需要环形阵列的单元机构在展开位置锁死，作为支撑结构，而且具有花瓣式的曲面结构，虽然其刚度较好，但是，由于每一块曲面结构不可收缩，所以收缩比较小，已不能满足星载天线系统的需要。另一方面，该机构仍通过绳索将各个单元机构串联起来，在每个单元内部及单元间连接部位均使用了滑轮来辅助驱动，为了弥补力在通过绳索传递时产生的摩擦损失，该机构使用了弹簧力补偿装置，不仅结构复杂，而且使系统的重量增加。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，克服其系统结构复杂、展开精度低，制造成本高，冲击响应敏感的问题，本发明提出一种剪刀基四边形单元平面阵列可展机构。整个机构由多个剪刀四边形单元机构通过横向和纵向阵列组合，系统只有一个自由度，驱动简单；各单元机构之间串联驱动，展开精度高，同步性好，展开过程平稳。单元机构的数量可根据需要任意增加或减少，各零部件可重复使用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：平面可展机构包括多个剪刀四边形单元分别在横向和纵向连接组合，单元机构之间通过共用的剪刀组件和角点铰链组件相连接；所述的剪刀四边形单元由八个角点铰链组件、四个剪刀组件、两个中心铰链组件、八个对角杆组件组成，中心铰链组件竖直方向排布，中心铰链组件的短轴与对角杆组件的滑动轴承连接，对角杆组件在竖直方向上呈十字排布，对角杆组件的另一端与角点铰链组件的B型接头支座的短轴连接，角点铰链组件的A型接头支座的短轴与剪刀组件的滑动轴承连接；

所述角点铰链组件包括角点接头、滑动轴承、短轴、A型接头支座、B型接头支座、锁止销、锁止簧、减重孔，所述角点接头周向均布设置A型接头支座和B型接头支座，A型接头支座位于B型接头支座上面，且在同轴线上相错位45°，接头支座端部有轴承孔安装滑动轴承和短轴，A型接头支座的轴承孔外一侧设置有锁止销与锁止簧，角点接头中心设置有减重孔；

所述剪刀组件包括空心圆杆、叉形接头、滚动轴承、轴承座接头、螺纹轴、防松螺母和防松垫片，所述轴承座接头固定有滚动轴承，螺纹轴穿过滚动轴承两端安装防松垫片和防松螺母，两个轴承座接头分别与空心圆杆连接，空心圆杆的另一端与叉形接头连接；

所述中心铰链组件包括中心接头、滑动轴承、短轴，所述中心接头沿四边延伸段端部固定安装有滑动轴承和短轴；

所述对角杆组件包括对角空心圆杆、叉形接头、锥形锁止孔、滑动轴承，所述叉形接头的一端为凹空的套筒与对角空心圆杆连接，另一端为两个相对的耳片，耳片上分别安装滑动轴承，耳片上端有锥形锁止孔。

所述的对角杆组件与剪刀组件的空心圆杆长度比例为1∶1.5。根据连杆长度的比例关系，装配完成的连杆机构收缩比为1∶11，且可保证各单元机构在整个系统中的工作性能。在实际应用中，可根据不同情况和工作环境的要求，通过调整展开角度来调节收缩比。

所述的剪刀组件的连杆收展角度为10°～170°。在正常展开时，由外力驱动剪刀组件由收缩状态开始展开，剪刀组件的展角变大，通过角点铰链组件同时带动对角连杆组件和其它剪刀组件运动，从而实现单元机构的展开。在机构达到预定的最大展角后，由角点铰链组件的锁紧装置使机构锁紧，稳定保持在最大展角状态。

本发明的有益效果是：剪刀基四边形单元平面阵列可展机构，是由多个剪刀四边形单元分别在横向和纵向连接组合，单元机构之间通过共用的剪刀组件和角点铰链组件相连接；完全展开时，在锁止簧和锁止销的作用下，整个机构稳定在展开状态，展开完成后，自动锁紧，且对角方向有杆单元支撑，系统刚度高，冲击响应不敏感。整个系统只有一个自由度，驱动简单，机构不需要辅助系统补偿摩擦力，结构简单，重量轻，展开精度高，展开过程平稳，同步性好；在不改变各个零件的结构和尺寸的情况下，根据需要单元机构的数量可任意的增加或减少，各零部件可重复使用。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明剪刀基四边形单元平面阵列可展机构作进一步详细说明。

图1为本发明剪刀基四边形单元平面阵列可展机构的完全收缩状态示意图。

图2为本发明剪刀基四边形单元平面阵列可展机构的完全展开状态示意图。

图3为本发明剪刀基四边形单元机构示意图。

图4为本发明的角点铰链组件示意图。

图5为角点铰链组件中锁止销与锁止簧的示意图。

图6为本发明的剪刀组件示意图。

图7为沿图6中A-A线的剖视图。

图8为叉形接头示意图。

图9为本发明的中心铰链组件示意图。

图10为本发明的对角杆组件示意图。

图11为公知平行四边形环形阵列可展机构示意图。

图12为公知花瓣式可展机构示意图。

图中：

1.角点铰链组件 2.剪刀组件 3.中心铰链组件 4.对角杆组件5.空心圆杆 6.对角空心圆杆 7.角点接头 8.滑动轴承 9.短轴 10.锁止销11.减重孔 12.A型接头支座 13.B型接头支座 14.中心接头 15.锁止簧16.叉形接头 17.轴承座接头 18.防松垫片 19.防松螺母 20.螺纹轴21.滚动轴承 22.锥形锁止孔

具体实施方式

本实施例是一种剪刀基四边形单元平面阵列可展机构，由多个剪刀四边形单元分别在横向和纵向阵列组合，每个剪刀四边形单元机构由八个角点铰链组件、四个剪刀组件、两个中心铰链组件、八个对角杆组件组成。

参见图1、图2、图3，剪刀基四边形单元可展机构由多个完全相同的剪刀四边形单元机构分别在横向和纵向连接组合，每个剪刀四边形单元机构中，中心铰链组件3在竖直方向上排布，中心铰链组件3的短轴与对角杆组件4的滑动轴承连接，对角杆组件4在竖直方向上呈十字排布，对角杆组件4的另一端与角点铰链组件1的B型接头支座13的短轴连接，角点铰链组件1的A型接头支座12的短轴与剪刀组件2的滑动轴承连接；四边形单元机构之间通过共用的剪刀组件2和角点铰链组件1相连接，构成所需的平面可展机构；单元数量由展开后的面积和四边形单元机构的尺寸决定。

角点铰链组件包括角点接头7、八个滑动轴承8、八根短轴9、A型接头支座12、B型接头支座13、八个锁止销10、四个锁止簧15及减重孔11，如图4所示。角点接头中心设置有减重孔11，角点接头7周向均布设置A型接头支座12和B型接头支座13，A型接头支座12位于B型接头支座13上面，且在同轴线上相错位45°，接头支座端部设置有轴承孔，八个滑动轴承8分别固定在八个接头支座上的轴承孔中，八根短轴9分别安装在八个滑动轴承8中；A型接头支座12的轴承孔一侧设置有锁止销10与锁止簧15，锁止销的端部为带有锥度的圆柱体，锁止簧固定在两锁止销的中间，如图5所示。

参阅图6、图7、图8，剪刀组件包括四个空心圆杆5、四个叉形接头16、四个滚动轴承21、两个轴承座接头17、螺纹轴20、防松垫片18、防松螺母19、锥形锁止孔22，轴承座接头17固定安装有滚动轴承21，螺纹轴20穿过滚动轴承21的内圈两端安装防松垫片18和防松螺母19，两个轴承座接头17分别与空心圆杆5连接，空心圆杆5的另一端与叉形接头16连接，叉形接头16的耳片上各有轴承孔固定安装滑动轴承。在叉形接头16的耳片上部有锥形锁止孔22。

如图9所示，中心铰链组件包括有中心接头14、四个滑动轴承8和四根短轴9，中心接头14沿四边延伸段端部有四个轴承孔，用于固定安装四个滑动轴承8，四根短轴9安装在四个滑动轴承8中。

对角杆组件包括一个对角空心圆杆6、两个叉形接头16和四个滑动轴承8及锥形锁止孔22，如图10所示。叉形接头与剪刀组件中叉形接头的结构相同，叉形接头16的一端为凹空的套筒与对角空心圆杆6连接，另一端为两个相对的耳片，耳片上分别安装滑动轴承8，耳片上端有锥形锁止孔22。每个对角空心圆杆6的两端分别固定安装叉形接头16。

对角杆组件的对角空心圆杆6长度均为1，剪刀组件的空心圆杆5长度均为1.5。对角杆组件的对角空心圆杆6与剪刀组件的空心圆杆5长度比为1∶1.5。根据连杆长度的比例关系，装配完成的连杆机构收缩比为1∶11，且可保证各单元机构在整个系统中的工作性能。在实际应用中，可根据不同情况和工作环境的要求，通过调整展开角度来调节收缩比。

剪刀组件2的连杆收展角度范围为10°～170°。在正常展开时，由外力驱动剪刀组件2由收缩状态开始展开，剪刀组件2的展开角度变大，通过角点铰链组件1同时带动对角杆组件4和其它剪刀组件运动，从而实现单元机构的展开。在机构达到预定的最大展角后，由角点铰链组件1的锁死装置使机构锁死，稳定保持在最大展角状态。

在正常展开时，以任意一个剪刀组件2为主动件，使其在外力驱动作用下由收缩状态开始展开，剪刀组件2的连杆展角变大，通过角点铰链组件1带动单元内的对角杆组件4和相邻的剪刀组件2运动，实现单元机构的展开，同时通过共用的角点铰链组件1和剪刀组件2带动相邻的四边形单元展开，实现整个机构的同步展开。在展开过程中，角点铰链组件1中的锁止销10一端顶在剪刀组件2的叉形接头16的端面上，另一端受到锁止簧15的推力作用，锁止簧两端分别顶在两个锁止销10的断面上，处于压缩状态。在机构达到预定的最大展开角度后，角点接头上的锁止销与叉形接头上端部的锥形锁止孔对中，角点铰链组件中的锁止销在锁止簧的推力作用下运动，使得锁止销的一端插入叉形接头的锥形锁止孔中，而锁止销的另一端仍处在角点接头的锁止孔中，此时锁止簧仍处于压缩状态。由于锁死机构的作用，机构在最大展开角位置被锁死，即稳定在最大展开角度状态。

在每一个剪刀基四边形单元机构中，剪刀四边形单元呈四边形形状，各铰链组件与剪刀组件和对角杆件之间通过铰链铰接。完全展开时，在锁止簧和锁止销的作用下，整个机构稳定在展开状态，通过对角杆增大系统的刚度。

如图11所示，是一种常见的平行四边形环形阵列可展机构，机构是以平行四边形机构为单元机构进行环形阵列，单元机构各连杆之间铰接，由绳索串联并驱动各个单元展开。可展开机构收缩比大，但由于摩擦的存在，绳索提供的拉力在传递过程中不断衰减，难以高精度的保证展开过程的同步性，并且在展开到位时，系统冲击大。

图12为公知花瓣式可展机构，该机构需要环形阵列的单元机构在展开位置锁死，作为支撑结构，具有花瓣式的曲面结构，其刚度较好，但每一块曲面结构不可收缩，收缩比较小。

Claims (3)

1.一种剪刀基四边形单元平面阵列可展机构，其特征在于包括多个剪刀四边形单元分别在横向和纵向连接组合，单元机构之间通过共用的剪刀组件和角点铰链组件相连接；所述的剪刀四边形单元由八个角点铰链组件、四个剪刀组件、两个中心铰链组件、八个对角杆组件组成，中心铰链组件竖直方向排布，中心铰链组件的短轴与对角杆组件的滑动轴承连接，完全展开时，对角杆组件在竖直方向上呈十字排布，对角杆组件的另一端与角点铰链组件的Ｂ型接头支座的短轴连接，角点铰链组件的A型接头支座的短轴与剪刀组件的滑动轴承连接；

所述角点铰链组件包括角点接头、滑动轴承、短轴、A型接头支座、B型接头支座、锁止销、锁止簧、减重孔，所述角点接头周向均布设置A型接头支座和Ｂ型接头支座，A型接头支座位于Ｂ型接头支座上部且同轴，在同轴线上逆时针相错位45°，接头支座端部有轴承孔安装滑动轴承和短轴，A型接头支座上设置有锁止销与锁止簧，角点接头中心有减重孔；

所述剪刀组件包括空心圆杆、叉形接头、滚动轴承、轴承座接头、螺纹轴、防松螺母和防松垫片，所述轴承座接头固定有滚动轴承，螺纹轴穿过滚动轴承，并且在螺纹轴两端安装防松垫片和防松螺母，两个轴承座接头分别与空心圆杆连接，空心圆杆的另一端与叉形接头连接；

所述中心铰链组件包括中心接头、滑动轴承、短轴，所述中心接头沿四边延伸段端部固定安装有滑动轴承和短轴；

所述对角杆组件包括对角空心圆杆、叉形接头、锥形锁止孔、滑动轴承，所述叉形接头的一端为凹空的套筒与对角空心圆杆连接，另一端为两个相对的耳片，耳片上分别安装滑动轴承，耳片上端有锥形锁止孔。

2.根据权利要求1所述的剪刀基四边形单元平面阵列可展机构，其特征在于:所述的对角杆组件的对角空心圆杆与剪刀组件的空心圆杆长度比例为1:1.5。

3.根据权利要求1所述的剪刀基四边形单元平面阵列可展机构，其特征在于:所述的剪刀组件的连杆收展角度为10°～170°。

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