CN103895880A

CN103895880A - 八面体空间伸展臂连接单元可展机构

Info

Publication number: CN103895880A
Application number: CN201410131571.9A
Authority: CN
Inventors: 罗阿妮; 周坤; 刘贺平; 李欣
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2014-04-02
Filing date: 2014-04-02
Publication date: 2014-07-02

Abstract

本发明的目的在于提供八面体空间伸展臂连接单元可展机构，包括第一-第六活动杆构件、第一-第五转动副、第一-第二球副、静机架和动机架，第一构件杆和第四构件杆通过第一转动副相连，第二构件杆和第五构件通过第一球副相连，第三构件杆和第六构件杆通过第二球副相连，第二构件杆通过第四转动副与静机架相连，第三构件杆通过第五转动副与静机架相连，同时第四转动副和第五转动副的运动副轴线互相垂直，第五构件杆通过第二转动副与动机架相连，第六构件杆通过第三转动副与动机架相连，同时第二转动副和第三转动副的运动副轴线互相垂直。本发明整体质量低，可展性能好，伸缩率高，收纳率高。

Description

八面体空间伸展臂连接单元可展机构

技术领域

本发明涉及的是一种航天器领域的支撑结构。

背景技术

随着人类太空开发和探索活动的增多，航天器空间构型已日趋复杂多样，大型空间飞行器的迅速发展，在航天器本体结构大型化的同时，大面积柔性太阳电池阵、大型、对地遥感和深空探测器，大型可展天线等的支撑结构亦相应变大。这就要求这些大型支撑结构，在运载火箭有效载荷仓容积的限制下，不得不以折叠压缩状送入太空,进入预定轨道后再展开并组装为所设计的空间构形，形成空间可展的伸展臂。

在伸展臂中，应用的主要空间伸展臂类型为：薄壁管伸展臂、套筒式伸展臂、盘绕式伸展臂、铰接桁架伸展臂、充气式伸展臂、张拉整体伸展臂等。在这些伸展臂中除了薄壁管伸展臂、充气式伸展臂和套筒式伸展臂外，其余的伸展臂，大都是由桁架单元组成的，由于含桁架式伸展臂具有较高的精度、刚度、寿命、及结构效率等优点，使桁架伸展臂称为各个国家研究的热点。桁架伸展臂是由桁架基本单元构成的，如三角形，四边形，Y字形，圆形，四面体，不同单元构成的伸展臂具有不同的性能。所以对于组成伸展臂的基本单元的选择是十分重要的。

发明内容

本发明的目的在于提供八面体空间伸展臂连接单元可展机构。

本发明的目的是这样实现的：

本发明八面体空间伸展臂连接单元可展机构，其特征是：包括第一-第六活动杆构件、第一-第五转动副、第一-第二球副、静机架和动机架，第一构件杆和第四构件杆通过第一转动副相连，第二构件杆和第五构件通过第一球副相连，第三构件杆和第六构件杆通过第二球副相连，第二构件杆通过第四转动副与静机架相连，第三构件杆通过第五转动副与静机架相连，同时第四转动副和第五转动副的运动副轴线互相垂直，第五构件杆通过第二转动副与动机架相连，第六构件杆通过第三转动副与动机架相连，同时第二转动副和第三转动副的运动副轴线互相垂直。

本发明还可以包括：

1、静机架所在平面与动机架所在平面在空间互相平行。

本发明的优势在于：本发明的基本单元是八面体，与一些以平面三角形，四变形等为基本单元组成的空间伸展臂相比，八面体单元组成的伸展臂刚度明显提高；其次该八面体伸展臂是张拉式的结构，受拉杆的杆构件被质量较轻的受拉索代替，所以组成伸展臂的整体质量降低；最后该可展机构的可展性能好，所以它的伸缩率高，收纳率就较高。

附图说明

图1为八面体几何体图；

图2为桁架式八面体图；

图3为张拉式八面体图；

图4为两个八面体体单元的连接图；

图5为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～5，八面体空间伸展臂连接单元可展机构首先是通过对空间八面体的几何体桁架化，即将空间八面体的几何体线用桁架来替换，搭建出一种稳定的桁架形式的八面体结构，所有的构件都是杆结构。其次对桁架形式的八面体结构进行受力分析，经分析发现，有的杆受拉力，有的杆受压力，将受拉的杆用质量较轻的索替换，受压的杆保留，替换后，对索结构施加预紧拉力，杆结构就会受压，这样就形成了一种稳定平衡张拉式的八面体结构。然后对张拉式的八面体进行可动分析，将索去掉，对保留的八面体体单元受压杆之间的连接形式进行运动副分析和选择，经分析后，八面体单元中3个受压杆分别通过转动副连接。但要把上述两个八面体体单元的6个杆连接在一起形成伸展臂，就需对运动副的选择和优化进行分析，得到结果为通过2个球副和1个转动副连接两个八面体单元。最后就形成了一个八面体空间伸展臂连接单元可展机构。

如图1八面体几何体图，首先将八面体图中的线用桁架杆来替换，同时为保持替换后的结构平衡，增加杆16、杆25、杆34，搭建出一种稳定的桁架形式的八面体结构（如图2）。其次对图2中的所有的桁架杆进行受力分析，经分析发现，杆12、杆13、杆14、杆15、杆23、杆24、杆26、杆35、杆36受拉力，杆25、杆16、杆34受压力，将受拉的杆用索替换，受压的杆保留，替换后，对索结构施加预紧拉力，杆结构就会受压，这样就形成了一种稳定平衡张拉式的八面体结构（如图3）。然后对张拉式的八面体进行可展分析，将图3中的索12、索13、索14、索15、索23、索24、索26、索35、索36先去掉，保留三个受压的主杆25、主杆16、主杆34，对保留的受压杆之间的转动方向和转动角度进行分析，选择受压杆之间的连接形式和运动副类型，经分析后，八面体单元中3个杆通过转动副连接。但要把上述两个八面体单元的6个主杆连接在一起形成伸展臂的连接体单元（如图4），就需进一步对运动副的选择和选择运动副后的机构优化分析，得到结果为，通过2个球副F和G和一个转动副A连接两个八面体单元。最后形成了一个八面体空间伸展臂连接单元可展机构。

本发明八面体空间伸展臂连接单元可展机构，包括6个活动杆构件、5个转动副、2个球副、1个静机架M1和1个动机架M2（如图5所示），其中构件杆10和构件杆40通过转动副A相连接；构件杆20和构件50通过球副F相连接；构件杆30和构件杆60通过球副G相连接；构件杆20通过转动副D与机架M1相连接，构件杆30通过转动副E与机架M1相连接，同时转动副D和转动副E的运动副轴线互相垂直；构件杆50通过转动副B与动机架M2相连接，构件杆60通过转动副C与动机架M2相连接，同时转动副B和转动副C的运动副轴线互相垂直；静机架M1所在平面与动机架M2所在平面在空间是互相平行关系。

Claims

1.八面体空间伸展臂连接单元可展机构，其特征是：包括第一-第六活动杆构件、第一-第五转动副、第一-第二球副、静机架和动机架，第一构件杆和第四构件杆通过第一转动副相连，第二构件杆和第五构件通过第一球副相连，第三构件杆和第六构件杆通过第二球副相连，第二构件杆通过第四转动副与静机架相连，第三构件杆通过第五转动副与静机架相连，同时第四转动副和第五转动副的运动副轴线互相垂直，第五构件杆通过第二转动副与动机架相连，第六构件杆通过第三转动副与动机架相连，同时第二转动副和第三转动副的运动副轴线互相垂直。

2.根据权利要求1所述的八面体空间伸展臂连接单元可展机构，其特征是：静机架所在平面与动机架所在平面在空间互相平行。