CN103267098A - 一种四连杆机构锁紧的铰链 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种四连杆机构锁紧的铰链，该铰链包括锁铰、偏心轴、限位螺钉、锁钩、锁定柱销、叉铰、凸轮、铰链转轴、展开弹簧和四连杆机构；锁铰与叉铰的头部通过铰链转轴铰接，锁钩的头部铰接在铰链转轴的中部，限位螺钉沿锁铰的厚度方向固定在锁铰的尾部，四连杆机构中锁定摆杆的一端通过偏心轴与锁铰的尾部铰接，另一端通过锁定柱销与连杆的一端铰接，曲柄的一端通过连杆转轴与连杆的另一端铰接，曲柄的另一端通过曲柄转轴与锁铰的头部铰接，曲柄的延长臂上铰接有一曲柄柱销，凸轮铰接在铰链转轴的一端，展开弹簧的内圈与铰链转轴的另一端固连，展开弹簧的外端与连杆转轴固连；本发明适用于太阳翼等部件的展开锁定，且能够提供较高的锁定刚度。

Description

一种四连杆机构锁紧的铰链
技术领域
本发明涉及一种铰链，具体涉及一种四连杆机构锁紧的铰链，属于航天器展开机构技术领域。
背景技术
我国航天器太阳翼及天线等展开部件采用的铰链一般为销槽式铰链，“太阳翼铰链锁紧槽的设计研究”（航天器工程第19卷第3期2010年5月）对这种铰链的组成和工作原理进行了描述。这种铰链由公铰、母铰、销轴、锁定摆杆、偏心轴和锁定弹簧等零件组成。其中公铰带有圆形滑道，在滑道末端有一个U形锁紧槽，公铰和母铰通过销轴相连；锁定摆杆组件为叉形结构，叉形的一端装有柱销，另一端通过偏心轴与母铰铰接，柱销通过锁定弹簧压紧在公铰的圆形滑道上。当铰链展开时，公铰和母铰在驱动元件（展开弹簧或电机）作用下绕销轴相对转动，在展开过程中锁定摆杆上的柱销在锁定弹簧的作用下压紧在滑道上并沿着滑道滑动，展开到位后柱销在锁定弹簧的作用下进入滑道末端的U形锁紧槽内，当柱销与U形槽两侧内壁均接触后，铰链锁定到位。
这种销槽式铰链的柱销进入锁紧槽的驱动力由锁定弹簧直接提供，一般力矩较小，使得锁定后锁紧槽与柱销之间不能有效卡紧，在较小的弯曲载荷作用下二者之间会出现一定的间隙，造成锁定刚度较低。另外，这种铰链的柱销与铰链销轴的距离较近，即锁定臂的长度较短，也造成其刚度偏低。
这种销槽式铰链不适用于要求展开部件具有高刚度的场合，如高刚度大型太阳翼、大型天线和展开臂等。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种四连杆机构锁紧的铰链，适用于太阳翼、天线、伸展臂等部件的展开锁定，并能够提供较高的展开锁定刚度。
一种四连杆机构锁紧的铰链，该铰链包括锁铰、偏心轴、限位螺钉、锁钩、锁定柱销、叉铰、凸轮、铰链转轴、展开弹簧和四连杆机构；其中四连杆机构包括锁定摆杆、连杆、连杆转轴、曲柄、曲柄柱销和曲柄转轴；所述的锁铰的中部加工成弧形；
整体安装关系：锁铰与叉铰的头部通过铰链转轴铰接，锁钩的头部铰接在铰链转轴的中部，限位螺钉沿锁铰的厚度方向固定在锁铰的尾部，四连杆机构中锁定摆杆的一端通过偏心轴与锁铰的尾部铰接，另一端通过锁定柱销与连杆的一端铰接，曲柄的一端通过连杆转轴与连杆的另一端铰接，曲柄的另一端通过曲柄转轴与锁铰的头部铰接，曲柄的延长臂上铰接有一曲柄柱销，凸轮铰接在铰链转轴的一端，展开弹簧的内圈与铰链转轴的另一端固连，展开弹簧的外端与连杆转轴固连。
所述的铰链还包括调节杆和调节螺母，锁钩和叉铰的尾部沿其厚度方向加工有调节孔，且两者调节孔的位置相对，调节杆安装在锁钩与叉铰的调节孔内，并通过调节螺母进行固定。
所述的锁定柱销与锁钩配合的锁紧面为平面，且锁紧面的法线与锁定摆杆的夹角α为3°～5°。
锁定后，所述四连杆机构的曲柄和连杆的夹角θ为160°～170°，且曲柄转轴和锁定柱销的连线与锁定摆杆垂直。
采用电机替代展开弹簧作为展开驱动元件。
通过调整偏心轴在锁铰上的位置，从而调整锁钩与锁定柱销的锁紧位置。
有益效果：
（1）本发明采用展开弹簧和四连杆机构代替直接驱动的锁定弹簧，展开弹簧提供的锁紧力为其最小的展开驱动力矩，与现有技术相比，四连杆机构可以将展开弹簧提供的锁定驱动力放大50倍～110倍后作用在柱销上，柱销与锁钩之间产生较大的锁紧预载荷，可以显著提高铰链锁定后的弯曲刚度；
（2）本发明中采用单独的锁钩和限位螺钉代替与母铰一体的锁紧槽，并且取消了滑道、锁定弹簧等零件，与现有技术相比，简化了铰链组成，降低了加工难度，提高了铰链的可靠度。
附图说明
图1为本发明铰链展开锁定状态示意图。
图2为本发明铰链收拢状态示意图。
图3为本发明铰链锁定前状态示意图。
图4为本发明铰链锁定状态机构示意图。
其中，1-锁铰、2-偏心轴、3-锁定摆杆、4-限位螺钉、5-锁钩、6-锁定柱销、7-调节杆、8-调节螺母、9-叉铰、10-连杆、11-连杆转轴、12-曲柄、13-凸轮、14-铰链转轴、15-展开弹簧、16-曲柄柱销、17-曲柄转轴
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
如附图1所示，本发明提供了一种四连杆机构锁紧的铰链，该铰链包括锁铰1、偏心轴2、限位螺钉4、锁钩5、锁定柱销6、调节杆7、调节螺母8、叉铰9、凸轮13、铰链转轴14、展开弹簧15和四连杆机构；其中四连杆机构包括锁定摆杆3、连杆10、连杆转轴11、曲柄12、曲柄柱销16和曲柄转轴17。
其中，锁铰1和叉铰9均为叉形，锁铰1的中部加工成弧形，其头部和尾部沿其宽度方向分别加工有通孔，叉铰9的头部沿其宽度方向加工有通孔，且尾部沿其厚度方向加工有调节孔。
锁钩5的尾部为钩形，且尾部沿其厚度方向也加工有调节孔，头部沿宽度方向加工有通孔。
整体安装关系：锁铰1与叉铰9的头部通过铰链转轴14铰接，锁钩5的头部铰接在铰链转轴14的中部，且锁钩5与叉铰9上的调节孔位置相对，限位螺钉4沿锁铰1的厚度方向固定在锁铰1的尾部，偏心轴2安装在锁铰1尾部的通孔内，锁定摆杆3的一端通过偏心轴2与锁铰1的尾部铰接，另一端通过锁定柱销6与连杆10的一端铰接，曲柄12的一端通过连杆转轴11与连杆10的另一端铰接，曲柄12的另一端通过曲柄转轴17与锁铰1的头部铰接，曲柄12的延长臂上铰接有一曲柄柱销16，凸轮13铰接在铰链转轴14的一端，展开弹簧15的内圈与铰链转轴14的另一端固连，展开弹簧15的外端与连杆转轴11固连，曲柄12和连杆10的长度基本一致。
调节杆7安装在锁钩5与叉铰9的调节孔内，并通过调节螺母8进行固定，当铰链展开锁定到位后，通过调整调节杆7和调节螺母8可以微调叉铰9和锁钩5的夹角，从而调整叉铰9与锁铰1的夹角。
工作原理：如附图2所示，在铰链收拢状态时，展开弹簧15储存能量，曲柄12延长臂上的曲柄柱销16压紧在凸轮13的圆柱面上，且连杆10的一端靠近锁铰1中部的弧形面。
如附图3所示，在展开状态时，展开弹簧15的驱动力矩通过四连杆机构中的曲柄12和凸轮13的共同作用传递给锁铰1，即锁铰1在展开弹簧15的驱动下与叉铰9发生相对转动，此时四连杆机构与锁铰1相对静止，曲柄12延长臂上的曲柄柱销16沿着凸轮13的圆柱面滑动，当锁铰1上的限位螺钉4即将和锁钩5接触时，曲柄12延长臂上的曲柄柱销16滑下凸轮13的圆柱面，则四连杆开始转动，曲柄12在展开弹簧15的驱动下转动，从而驱动锁定摆杆3转动，使得锁定柱销6与锁钩5接触且端部滑向锁钩5的锁槽内，在锁钩5和限位螺钉4接触后实现锁定柱销6和锁钩5完全贴合，则实现锁铰1与叉铰9锁紧。
如附图4所示，本发明的铰链展开锁定到位后，曲柄12、连杆10和锁定摆杆3组成的四连杆机构形成偏心锁紧状态，其中锁钩5的锁紧面设计为平面，锁紧面的法线与锁定摆杆3的夹角α取3°～5°；锁定后，曲柄12和连杆10的夹角θ取160°～170°，且曲柄转轴17和锁定柱销6的连线与锁定摆杆3垂直，使得展开弹簧15的驱动力F经过该四连杆机构放大50～110倍后作用在锁钩5上，使锁钩5和锁定摆杆3之间产生较大的锁定预载荷，从而使铰链具有较高的锁定刚度。
本发明中的铰链锁紧时锁钩5的斜面与锁定柱销6紧密接触，通过调整偏心轴2在锁铰1上的位置，可以调整锁钩5与锁定柱销6的锁紧位置，保证锁定柱销6不能到达锁钩5的锁槽的底部，这样才能保证铰链在锁紧时具有高刚度。
本发明中的铰链转动角度可达180°，且铰链解锁可通过反向推动连杆转轴11实现。
本发明中铰链展开驱动元件为展开弹簧15，也可以采用电机等作为展开驱动元件。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种四连杆机构锁紧的铰链，其特征在于，该铰链包括锁铰（1）、偏心轴（2）、限位螺钉（4）、锁钩（5）、锁定柱销（6）、叉铰（9）、凸轮（13）、铰链转轴（14）、展开弹簧（15）和四连杆机构；其中四连杆机构包括锁定摆杆（3）、连杆（10）、连杆转轴（11）、曲柄（12）、曲柄柱销（16）和曲柄转轴（17）；所述的锁铰（1）的中部加工成弧形；
整体安装关系：锁铰（1）与叉铰（9）的头部通过铰链转轴（14）铰接，锁钩（5）的头部铰接在铰链转轴（14）的中部，限位螺钉（4）沿锁铰（1）的厚度方向固定在锁铰（1）的尾部，四连杆机构中锁定摆杆（3）的一端通过偏心轴（2）与锁铰（1）的尾部铰接，另一端通过锁定柱销（6）与连杆（10）的一端铰接，曲柄（12）的一端通过连杆转轴（11）与连杆（10）的另一端铰接，曲柄（12）的另一端通过曲柄转轴（17）与锁铰（1）的头部铰接，曲柄（12）的延长臂上铰接有一曲柄柱销（16），凸轮（13）铰接在铰链转轴（14）的一端，展开弹簧（15）的内圈与铰链转轴（14）的另一端固连，展开弹簧（15）的外端与连杆转轴（11）固连。
2.如权利要求1所述的一种四连杆机构锁紧的铰链，其特征在于，所述的铰链还包括调节杆（7）和调节螺母（8），锁钩（5）和叉铰（9）的尾部沿其厚度方向加工有调节孔，且两者调节孔的位置相对，调节杆（7）安装在锁钩（5）与叉铰（9）的调节孔内，并通过调节螺母（8）进行固定。
3.如权利要求1所述的一种四连杆机构锁紧的铰链，其特征在于，所述的锁定柱销（6）与锁钩（5）配合的锁紧面为平面，且锁紧面的法线与锁定摆杆（3）的夹角α为3°～5°。
4.如权利要求1所述的一种四连杆机构锁紧的铰链，其特征在于，锁定后，所述四连杆机构的曲柄（12）和连杆（10）的夹角θ为160°～170°，且曲柄转轴（17）和锁定柱销（6）的连线与锁定摆杆（3）垂直。
5.如权利要求1所述的一种四连杆机构锁紧的铰链，其特征在于，采用电机替代展开弹簧（15）作为展开驱动元件。
6.如权利要求1所述的一种四连杆机构锁紧的铰链，其特征在于，通过调整偏心轴（2）在锁铰（1）上的位置，从而调整锁钩（5）与锁定柱销（6）的锁紧位置。
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