CN103523244B - 一种卫星软伸杆保持器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种卫星软伸杆保持器，包含：端点保持器14、基底座17、释放电机19、终端球体15和软线缆6；端点保持器14的主体是固定于基底座17上的两个球壳形叶片20；所述球壳形叶片20通过底部的转动枢轴固定在基底座17的底部平板上，两个球壳形叶片20通过底部相互啮合的同步齿轮在释放电机19的控制下对称于端部球体15中心所在的径向以对称的动作方式成整体关闭和打开，进而控制端部球体15就位于所在的位置上或沿径向方向释放，在载荷仓平台上沿径向的这段软线缆6由线缆护管11保护。

Description

一种卫星软伸杆保持器

技术领域

本发明涉及卫星上装载的伸杆装置部件，具体地说，本发明涉及一种卫星软伸杆保持器。

背景技术

航天设备级别的软线缆伸杆常用于自旋卫星等天基平台上用于一些探测仪器的延长臂，以便为某些原因使这类载荷能够离开天基平台本体一定的距离。这种软伸杆一般是以卫星自旋轴为中心成对称布置方式装在环绕载荷仓上，通常由两套以上结构相同并严格同步释放的软线缆系统构成，用作星体外伸设备，例如电磁探测仪器传感器的延长杆支撑装置。而运行在外磁层顶的卫星，其星体常常处于厚度达十米量级的大尺度磁鞘层包裹之中，而星载电场仪探测设备的电位传感器必须位于磁鞘层的包裹之外才能进行正常的测量工作，因此这类卫星仪器必由加长到几十米的软线缆伸杆装置来穿过厚厚的磁鞘层。软线缆伸杆靠以一定速率作自旋运动的卫星所产生的离心力就可将设置于星体上并距自旋轴有一定距离的线缆端部物体沿径向甩出，从而带动一端连结其上的缠绕线缆向外拉出展开，形成垂直于卫星自旋轴的软线缆伸杆装置。但是这类装置对卫星的旋转自旋状态及发射时的振动等力学均有一定等设计要求，否则诸如发射时的振动对目前国外使用的水杯形状的端点保持器壳体内的端部球体就有很大的磕碰危害和空间环境产生的低温冷焊危险，因为星载电场仪的软线缆伸杆释放前终端所系的端部球体并不需要处于完全封闭的空间中加以保护，特别是在卫星发射时的强振动会使表面上非常安全的闭合的水杯形空间中的端部球体对水杯形空间有很大的冲闯，因而可能会对端部球体的薄壳造成表面凹陷及半球壳对接松脱等直接损害。而水杯形端点保持器壳体内成大面积的同尺寸半球形紧密接触对减轻端部球体对水杯形内空间冲闯或磕碰十分有效但是却又会在超低温的空间环境中造成冷焊的危害，使整部设备不能工作，实际上的报废。同样目前平面板形的档门也有类似对端部球体薄壳的冲闯或磕碰的缺陷。因此需要设计一种搭载相关的卫星仪器并易于展开的软伸杆端点保持器是非常必要的长伸杆设备部件。因而在这些方面具备一定的改进余地。

发明内容

本发明的目的在于为了克服上述问题，提供了一种卫星软伸杆保持器。

为了实现上述目的，本发明提供了一种卫星软伸杆保持器，所述卫星软伸杆保持器包含：软伸杆终端的球体起点保持器14、基底座17和释放电机19；

所述球体起点保持器14主体结构包括：安装于基底座17上的两个半球壳形的叶片20、起点保持架13；所述两个叶片20闭合时成环带形，且环形带的中心位置与端部球体15的中心重合，其中，所述两个叶片20均有一端固定在基底座17上，且两个叶片20在释放电机19控制下进行关闭和打开；

所述起点保持架13是由安装在环绕基底座肩部25上的两个凸出臂37组成，且各凸出臂37均靠其定位架根部4安装在环绕基底座肩部25上的肩部通孔30中，两个凸出臂37形成的接触表面用于抱持端部球体15，所述接触表面是与端部球体15同弧度及尺寸的球形弧面；

所述叶片20由位于叶片20一端的叶片安装管33及两个蜗轮齿轮轴22固定；驱动两个蜗轮齿轮轴22的蜗杆齿轮轴35上设有与两个对应的两段旋转方向不同的蜗杆齿，两个蜗轮齿轮轴22的蜗轮齿部分23均与释放电机19伸出的蜗杆齿轮轴35上位置对应的两段旋转方向不同的蜗杆齿相啮合；叶片20内壁面上设有容纳起点保持架13对应部分的叶片凹槽27；

所述基底座17成L型直角折板形结构，水平部分设有蜗轮齿轮轴设置孔31、基底座凹槽（26）用于固定蜗杆齿轮轴35和叶片20，基底座侧面安装释放电机19，基底座肩部25的肩部通孔30用于固定线缆护管11、外推弹簧片34并容纳圆盘型的前置放大器28。

上述成L型基底座17的水平部分被剖面12分成两片，便于安装蜗杆齿轮轴35、蜗轮齿轮轴22及叶片20，剖面12位于蜗轮齿轮轴设置孔31的中心轴线上。

上述基底座肩部25的肩部通孔30在靠近基底座17外侧的细孔段用于固定线缆护管11，靠近基底座17中部的大孔部分开有垂直向的通孔用于安装固定位于外推弹簧片34顶部的弹簧片固定螺杆36。

上述外推弹簧片34成U字形，整体成对称于与U字形中心垂直平分线重合的垂直平分面的曲面，U字形两端点向同一侧翘起，U字形外推弹簧片34上设有与弹簧片固定螺杆36底部对接的筒型卡环。

本发明的优点在于：

1）用作球体起点保持器外壳的两个部分球壳形叶片20兼作释放闸门，一组部件，多种功能，零部件少，结构合理；

2）结构简单可靠，有效降低故障率，整体结构及稳定性好，极适合空间恶劣环境中工作。

附图说明

图1是卫星软伸杆1在靠近球体起点保持器14处的局部三维视图，是软线缆6伸展释放端部球体15初始时图形；

图2是装在卫星的载荷仓地板3上具有两个子软伸杆2分量的卫星软伸杆1在伸展软线缆6释放端部球体15之前的三维视图；

图3是伸展软线缆6释放端部球体15开始时的三维结构剖视图；

图4是由与前图方位的对称于径向的另一侧看到的球体起点保持器14及靠近球体起点保持器14的软线缆伸杆2部分结构的三维剖视图。

附图说明

1、软伸杆系统    2、子软伸杆    3、载荷仓地板

4、定位架根部    5、固定螺栓    6、软线缆

7、L型支架    8、基底座组合螺栓    9、基底座组合孔

10、设置蜗轮齿轮轴的半圆凹槽    11、线缆护管    12、剖面

13、起点保持架    14、球体起点保持器    15、端部球体

16、上片    17、基底座    18、控制电机

19、释放电机    20、叶片    21、基底座固定孔

22、蜗轮齿轮轴    23、蜗轮齿部分    24、花键轴部分

25、基底座肩部    26、基底座凹槽

27、叶片凹槽    28、前置放大器

29、定位架接触面    30、肩部通孔

31、蜗轮齿轮轴设置孔

32、下片    33、叶片安装管    34、外推弹簧片

35、蜗杆齿轮轴    36、弹簧片固定螺杆    37、凸出臂

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。

本发明是一种卫星软伸杆保持器，所述卫星软伸杆保持器包含：软伸杆终端的球体起点保持器14、基底座17和释放电机19；

由两套以上相互独立的子软伸杆2组成卫星的软伸杆系统1，子软伸杆2由结构相同并环绕卫星自旋轴为对称中心向不同径向同步释放等长线缆的装置构成，子软伸杆2用作卫星外伸设备的延长杆设备，将电磁等敏感器件装在这类离开卫星主体的延长杆上，以便远离卫星主体上的电磁干扰源，参图2。具体说这类软伸杆系统1是靠卫星自旋运动将设在载荷仓边缘的系在软线缆6一端的端部球体15沿径向甩出，从而带动连结端部球体15上的软线缆6向外拉出伸展形成对称于卫星自旋轴沿径向分布的多个软伸杆结构，垂直于卫星自旋轴在同一平面、沿一个或一个以上不同方向、严格对称分布并同步释放同长度的数套线缆就构成一个卫星的软线缆伸杆系统。

所述子软伸杆2围绕着以卫星自旋轴为中心穿过卫星载荷仓安装底板并沿径向排列，安装方向各自相差相同度数的方位角，端部球体15展开后处在以卫星自旋轴为中心的同一圆周上并成对称分布。所述软线缆6是易于弯曲的多股信号电缆，由金属细丝编织成管型的电磁屏蔽层紧紧包裹在多股信号电缆的最外层构成。各子软伸杆2的软线缆6释放长度均相同。

端部球体15在沿径向甩出之前是约束在球体起点保持器14上的。球体起点保持器14位于环绕卫星自旋轴线一定径向距离的卫星载荷仓地板边缘的环形区域内。

参图1、3，球体起点保持器14由基底座17、基底座17上的两个部分球壳形的叶片20、起点保持架13的组成；基底座17包括水平部分和垂直向的基底座肩部25，水平部分设有位于上表面的基底座凹槽26、两个沿径向的蜗轮齿轮轴设置孔31和一个轴线偏离两个蜗轮齿轮轴设置孔31轴线所在平面有一定垂直向距离的垂直向水平孔，蜗轮齿轮轴设置孔31用于装设同时也作为释放闸门的球体起点保持器14本体左右两片下部支撑轴的蜗轮齿轮轴22使用，第三个孔用于安装释放电机19输出端的蜗杆齿轮轴35，基底座肩部25上设有固定线缆护管11端部和容纳前置放大器28的不等直径的通孔；基底座凹槽26是容纳球体起点保持器14的两个张开的部分叶片20及其底部结构的叶片安装管33的凹槽。起点保持架13是靠定位架根部4用螺栓固定在基底座肩部25的两侧上或环绕基底座肩部25上通孔的周围。

兼作释放闸门的球体起点保持器14主体的两叶片20由左右对称的部分球壳形的两部件构成扣合的环带形将端部球体15约束固定在此处，两叶片20部件的底部都设有一个平行于径向的带有花键孔的短管--叶片安装管33，两叶片20与基底座17铰接构成一个可钳型启闭的环带形结构，两叶片20打开方向对称于球体起点保持器4的对称中心线或软线缆6伸展的径向，两叶片20由底部穿过叶片安装管33的蜗轮齿轮轴22齿轮同步逆向转动并同步开合，两叶片之间张大打开直到足以使端部球体15被解锁而自由运动，参图1、3。

所述球体起点保持器14主体结构包括：基底座17、固定于基底座17上的两个部分球壳形的叶片20、起点保持架13；所述两个球壳形的叶片20均靠一端固定在基底座17上，两个叶片20对称于以端部球体15的中心及以此段紧邻端部球体15的软线缆6所在径向的方式分布，两个叶片20在释放电机19控制下对称于端部球体15中心关闭和打开，进而控制端部球体15就位于所在的位置上或沿径向方向释放。

所述起点保持架13是由安装在环绕基底座肩部25上并以肩部通孔30为对称中心均匀分布的几个凸出臂37组成，各凸出臂37均安装在基底座肩部25上环绕肩部通孔30周围的外侧壁上，各个凸出臂37的所抱持的端部球体15的接触表面是定位架接触面29，定位架接触面29是与端部球体15同弧度及同尺寸的弧形凹面。凸出臂37通常有2—3个。起点保持架13使得在球体起点保持器14打开两个球壳形叶片20后沿径向离心力作用释放瞬间及移动一定短距离内仍能将端部球体15保持在不偏离径向的位置上，并使端部球体15不会由于在空间低温环境下与球壳形的叶片20产生可能的冷焊作用形成粘连而无法顺利从球体起点保持器14的位置分离甩出。起点保持架13的几个凸出臂37的定位架接触面29实际上构成了对所抱持的端部球体15半个球面起作用的一个带半球面的枝形结构，几个凸出臂37的定位架接触面29形成的半球面的直径尺度略大于端部球体15的直径约2%，以避免可能的冷焊作用，而两个叶片20闭合时其形成的内球面的直径尺度略大于端部球体15的直径约1%以下，以避免或减弱两个表面间可能的冲撞等不利因素。

所述两个叶片20分别靠底部带有花键孔的叶片安装管33固定，具体是由位于基底座17的蜗轮齿轮轴设置孔31内的蜗轮齿轮轴22上的花键轴部分24穿入叶片安装管33花键孔内来固定在基底座17上，2个蜗轮齿轮轴22的蜗轮齿部分23均与释放电机19伸出的蜗杆齿轮轴35上位置对应的两段旋转方向不同的蜗杆齿相啮合，以保证释放电机19沿一个方向的转动能够将球体起点保持器14本体的两片叶片20向相反或相对方向作开合动作。与起点保持架13接近的球体起点保持器14本体球壳形的叶片20内壁面上设有容纳起点保持架13尖端部位重叠对应部分的叶片凹槽27；

所述基底座17成L型直角折板形结构，水平部分设有蜗轮齿轮轴设置孔31和基底座凹槽26分别用于2个蜗轮齿轮轴22和球体起点保持器14两个叶片20的固定，基底座肩部25与基底座水平部分相交部分的侧壁面上安装释放电机19，基底座肩部25设有肩部通孔30用于固定线缆护管11、外推弹簧片34并容纳圆盘型的前置放大器28；。

所述外推弹簧片34成U字形，整体成弯曲的曲面，U字形两端点向一侧翘起，U字形外推弹簧片34上设有筒型卡环以便由垂直于肩部通孔30轴线的弹簧片固定螺杆36来固定。固定好的外推弹簧片34位居肩部通孔30中放置圆盘型前置放大器28的大孔部分和为安装线缆护管11端部的细孔段之间的分界处，此分界处还开有到基底座肩部25顶部的垂直向通孔用于安装固定位于外推弹簧片34顶部的外推弹簧片固定螺杆36，参图3。

参图1、4，所述成L型直角折板结构的基底座17的水平部分被平行于底面的剖面12分成L型的上片16和平板形的下片32，所述剖面12位于蜗轮齿轮轴设置孔31的中心轴线上，安装时先将释放电机19轴上的蜗杆齿轮轴35插入基底座17底部的水平孔内，就位后固定好释放电机19于基底座17侧壁上，再将2个已经穿好叶片安装管33花键孔到花键轴部分24的蜗轮齿轮轴22平放到剖开的蜗轮齿轮轴设置孔31即图4所示的设置蜗轮齿轮轴的半圆凹槽10内，尽量闭合两个叶片20以缩小叶片的横向尺寸以便易于从下部穿过上片的基底座凹槽26通孔，合并基底座17剖开的上下两片，将2个基底座组合螺栓8从底部向上穿过基底座组合孔9拧紧，并用固定螺栓5穿过基底座固定孔21将基底座17固定到载荷仓地板3上。

实施例

所述卫星软伸杆保持器1，如图1、2，端部球体15外径68毫米、壁厚1.2毫米，由LY12-R铝合金制成，外镀5微米厚低电阻纯银金属镀层，球体起点保持器14底面的几何中心位于距载荷仓边缘（100-10）毫米的环带内，兼作释放闸门的球体起点保持器14主体的两叶片20在垂直于径向方向即软线缆6伸展方向的截面成西文C字弧形，两叶片20在径向的宽度均为24毫米、厚度δ6.75毫米、每个叶片20在垂直于径向的平面上所占弧度夹角是145度。起点保持架13整体成2-3个分叉，分叉成等角度均匀分布，分叉长宽各为L45×W7.5毫米，顶端处过外径68毫米的端部球体15球心的定位架接触面29变成平面以利于端部球体15甩出的初始时刻是沿径向运动的如图3所示。

基底座肩部25的三维尺寸是L26×W65×H60毫米，基底座肩部25的肩部通孔30距基底座17底面的高度是65毫米，17，肩部通孔30在固定线缆护管11处的孔径为φ16毫米，长度是10毫米；在容纳前置放大器28及外推弹簧片34处的孔径为φ30毫米，长度是16毫米，外推弹簧片34整体三维尺寸是L24×W26×H20毫米，弹簧片是弹性铍黄铜片，材料厚度是δ0.25毫米，U字形中部的空缺尺寸是L12×W8毫米，U字形外推弹簧片34顶部侧面上贴紧焊接有筒型卡环内部三维尺寸是φ6×H8毫米，弹簧片固定螺杆36直径是φ6毫米。

由于球体起点保持器14的闸门叶片20打开释放端部球体15之前，被闭合的两叶片20约束的端部球体15与前置放大器28是紧靠在一起的，由于沿径向的空间有限前置放大器28不得不紧靠着外推弹簧片34下部的两端点，并将其向反径向方向挤压使外推弹簧片34整体三维尺寸变成L24×W26×H5毫米的压缩状态，成具备很大弹性应力的扁平形。

兼作释放闸门的球体起点保持器14主体的左右对称的两叶片20底部的叶片安装管33的花键孔平均孔径φ12毫米，两叶片20部件打开转角均为0—50度角，此时两叶片20打开，如图1、3所示；兼作释放闸门的这两叶片20闭合时形成闭合环形的顶部有宽约10毫米缺口，C字形叶片20截面内、外直径分别为φ68毫米和φ84毫米，叶片宽度W18毫米，基底座17三维尺寸是L110×W85×H90毫米，其中基底座肩部25三维尺寸是L26×W65×H60毫米，基底座凹槽26的三维尺寸是L20×W50×D22毫米；控制释放闸门的释放电机19功率2W减速后输出的转速是1转/秒，叶片20打开到45度角后根据中央控制器的程序控制指令自动切断电源停止释放电机19转动。

参图4，剖面12的位置距基底座17底面13毫米。位于径向的2个基底座组合孔9的基底座组合螺栓8为M6毫米沉头螺栓，位于上片16的基底座组合孔9是M6毫米的丝扣孔、下片32上的基底座组合孔9直径为6.3毫米；基底座固定孔21位于临近基底座17四个角处，位于上片16的基底座固定孔21的孔直径为8.3毫米、下片32上的基底座固定孔21是M8毫米的丝扣孔。

图3包括了蜗轮齿轮轴22放大图，从该部件放大图中标示可知蜗轮齿轮轴22上的蜗轮齿部分23和花键轴部分24的相对位置。蜗轮齿轮轴22总长度为100毫米，主体部分直径为12毫米，蜗轮齿轮轴22在靠近花键轴部分24一端的圆柱形轴段的直径减到主体部分直径的3/5，长度是0～15毫米。花键轴部分24部分的长度为22毫米，其上的花键槽结构、形状及尺寸与叶片安装管33孔的花键槽匹配相同。释放电机19伸出的蜗杆齿轮轴35的总长度为78毫米，主体部分直径为13毫米，蜗杆齿轮轴35上的两段旋转方向不同的蜗杆齿段的间距是36毫米，蜗杆齿型为梯形齿，齿距1.25毫米。

需要说明的是，以上介绍的本发明的实施方案而并非限制。本领域的技术人员应当理解，任何对本发明技术方案的修改或者等同替代都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (4)

1.一种卫星软伸杆保持器，所述卫星软伸杆保持器包含：软伸杆终端的球体起点保持器(14)、基底座(17)和释放电机(19)，其特征在于，

所述球体起点保持器(14)主体结构包括：安装于基底座(17)上的两个半球壳形的叶片(20)、起点保持架(13)；所述两个叶片(20)闭合时成环带形，且环形带的中心位置与端部球体(15)的中心重合，其中，所述两个叶片(20)均有一端固定在基底座(17)上，且两个叶片(20)在释放电机(19)控制下进行关闭和打开；

所述起点保持架(13)是由安装在环绕基底座肩部(25)上的两个凸出臂(37)组成，且各凸出臂(37)均靠其定位架根部(4)安装在环绕基底座肩部(25)上的肩部通孔(30)中，两个凸出臂(37)形成的接触表面用于抱持端部球体(15)，所述接触表面是与端部球体(15)同弧度及尺寸的球形弧面；

所述叶片(20)由位于叶片(20)一端的叶片安装管(33)及两个蜗轮齿轮轴(22)固定；驱动两个蜗轮齿轮轴(22)的蜗杆齿轮轴(35)上设有与两个对应的两段旋转方向不同的蜗杆齿，两个蜗轮齿轮轴(22)的蜗轮齿部分(23)均与释放电机(19)伸出的蜗杆齿轮轴(35)上位置对应的两段旋转方向不同的蜗杆齿相啮合；叶片(20)内壁面上设有容纳起点保持架(13)对应部分的叶片凹槽(27)；

所述基底座(17)成L型直角折板形结构，水平部分设有蜗轮齿轮轴设置孔(31)、基底座凹槽(26)用于固定蜗杆齿轮轴(35)和叶片(20)，基底座侧面安装释放电机(19)，基底座肩部(25)的肩部通孔(30)用于固定线缆护管(11)、外推弹簧片(34)并容纳圆盘型的前置放大器(28)。

2.根据权利要求1所述的卫星软伸杆保持器，其特征在于，所述成L型基底座(17)的水平部分被剖面(12)分成两片，便于安装蜗杆齿轮轴(35)、蜗轮齿轮轴(22)及叶片(20)，剖面(12)位于蜗轮齿轮轴设置孔(31)的中心轴线上。

3.根据权利要求1所述的卫星软伸杆保持器，其特征在于，所述基底座肩部(25)的肩部通孔(30)在靠近基底座(17)外侧的细孔段用于固定线缆护管(11)，靠近基底座(17)中部的大孔部分开有垂直向的通孔用于安装固定位于外推弹簧片(34)顶部的弹簧片固定螺杆(36)。

4.根据权利要求1所述的卫星软伸杆保持器，其特征在于，所述外推弹簧片(34)成U字形，整体成对称于与U字形中心垂直平分线重合的垂直平分面的曲面，U字形两端点向同一侧翘起，U字形外推弹簧片(34)上设有与弹簧片固定螺杆(36)底部对接的筒型卡环。