CN105836163B - 一种适用于柔性动态边界连接的增力式展开装置 - Google Patents
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Abstract
一种适用于柔性动态边界连接的增力式展开装置，涉及航天探测器展开分离装置领域；包括传力组件、驱动组件、柔性连接组件和锁定组件；传力组件一端与驱动组件连接，另一端与柔性连接组件连接；柔性连接组件一端固定在锁定组件上，柔性连接组件的另一端施加外部负载，再驱动组件的驱动下，柔性连接组件可实现以锁定组件为圆心的转动；提供一种适用于柔性动态边界连接的增力式展开装置，具有适用于柔性动态边界、大负载、低冲击、可重复使用、采用增力原理等特点，满足航天装置产品中动态边界、大负载工况下的可靠展开及锁定，满足作业阶段大负载工况的展开及可靠锁定以及整个装置对轻量化的要求，能实现航天器与运载火箭间、航天器之间的可靠连接与分离。
Description
技术领域
本发明涉及一种航天探测器展开分离装置领域，特别是一种适用于柔性动态边界连接的增力式展开装置。
背景技术
随着探月工程、火星探测等任务的相继开展以及火箭运载能力的提升，我国航天器向大型化、多样化、智能化方向发展。但目前航天领域所应用的展开分离装置大多为应用于微重力环境的刚性铰链结构，由于其应用于微重力环境，上述展开分离装置只需克服自身的摩擦阻力矩及负载的惯性力矩即可完成展开，因此其驱动能力较低。此外，目前应用的展开分离装置多采用弹性元件直接驱动原理，即弹性元件的驱动力直接作用于展开负载上，导致整个展开分离装置的驱动力矩直接取决于弹性元件的刚度和变形量。现有展开分离装置驱动原理为：
T驱＝nT弹＝nkw
其中，T驱为展开分离装置所需驱动力矩；T弹为弹性元件驱动力矩；n为弹性元件个数，为正整数；k为弹性元件刚度；w为弹性元件的变形量。
由上式可看出，现有展开分离装置驱动力矩受到弹性元件驱动能理力以及现有弹性元件材料和弹簧成形工艺的局限性。且由于在大负载工况下，需采用多个弹性元件，导致与传力相关的结构强度亦需增强，因此无法满足轻量化的要求。
同时由于现有展开分离装置均为刚性结构，不具备缓冲功能，只能实现展开负载与航天器间的刚性连接，无法满足复杂航天器在发射工况下各个装置间振动载荷要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种适用于柔性动态边界连接的增力式展开装置，具有适用于柔性动态边界、大负载、低冲击、可重复使用、采用增力原理等特点，满足航天装置产品中动态边界、大负载工况下的可靠展开及锁定，满足作业阶段大负载工况的展开及可靠锁定以及整个装置对轻量化的要求，能实现航天器与运载火箭间、航天器之间的可靠连接与分离。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
一种适用于柔性动态边界连接的增力式展开装置，包括传力组件、驱动组件、柔性连接组件和锁定组件；其中驱动组件固定安装在地面；传力组件一端与驱动组件连接，另一端与柔性连接组件连接；锁定组件固定安装在地面；柔性连接组件一端固定在锁定组件上，柔性连接组件的另一端施加外部负载，再驱动组件的驱动下，实现柔性连接组件以锁定组件为圆心的转动。
在上述的一种适用于柔性动态边界连接的增力式展开装置，所述的传力组件包括凯芙拉绳和拉绳接头；凯芙拉绳一端与驱动组件连接，另一端通过拉绳接头固定在柔性连接组件上。
在上述的一种适用于柔性动态边界连接的增力式展开装置，所述的驱动组件包括平面涡卷弹簧、安装座、卷筒、固定轴、中心轴和轴套；其中，安装座固定安装在地面上；中心轴轴向与安装座垂直的固定安装在安装座的顶部；卷筒固定套在中心轴中部的外壁上；卷筒的两侧设置有轴套，轴套固定套在中心轴的外壁上；固定轴轴向与安装座垂直的固定安装在安装座的中部；平面涡卷弹簧以中心轴为圆心固定安装在安装座的侧壁，固定轴实现对平面涡卷弹簧的圆形边缘的限位。
在上述的一种适用于柔性动态边界连接的增力式展开装置，所述的柔性连接组件包括传力杆、柔性连接结构和连接件；其中，传力杆一端与锁定组件固定连接，传力杆另一端依次与柔性连接组件、连接件固定连接；连接件外端连接外部负载。
在上述的一种适用于柔性动态边界连接的增力式展开装置，所述的锁定组件包括锁定结构、锁定勾和旋转轴；其中，锁定结构固定在地面上，锁定勾一端通过旋转轴与锁定结构连接；锁定勾另一端与柔性连接组件固定连接。
在上述的一种适用于柔性动态边界连接的增力式展开装置，所述的传力组件中凯芙拉绳为耐磨的凯芙拉纤维。
在上述的一种适用于柔性动态边界连接的增力式展开装置，所述的驱动组件中，平面涡卷弹簧外壁上涂覆润滑膜。
在上述的一种适用于柔性动态边界连接的增力式展开装置，所述的柔性连接组件中的传力杆为碳纤维材料。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明采用了拉绳增力的原理，大大增加了整个装置的输出力矩，使得装置在同样的平面涡卷弹簧初始力矩下，装置输出力矩增大。通过调整设计参数，其驱动力矩放大倍数亦可成倍递增；
(2)本发明中传力组件采用采用凯芙拉绳作为驱动传输环节，大大减小了传力结构的卷绕半径，提高了整个装置的可靠性；
(3)本发明中驱动组件中，卷筒的两侧设置有轴套，轴套固定套在中心轴上，替代了传统的轴承，在保证功能的前提下起到了轻量化的作用；
(4)本发明中柔性连接组件采用了采用柔性连接结构，改变了传统展开装置只可适用于刚性连接的缺点；通过采用柔性连接结构，使得整个展开装置在可满足动态边界的同时，保证装置自身不被破坏；
(5)本发明中柔性连接组件采用了传力杆、柔性连接结构和连接件，在展开装置锁定过程中，亦可减少负载锁定瞬间对装置自己以及与其相连接的其他装置的冲击力，起到对装置的缓冲保护作用。
附图说明
图1为本发明柔性动态边界连接的增力式展开装置工作原理图；
图2为本发明柔性动态边界连接的增力式展开装置结构图；
图3表示本发明驱动组件侧面剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
如图1所示为柔性动态边界连接的增力式展开装置工作原理图，由图可知，一种适用于柔性动态边界连接的增力式展开装置，其特征在于：包括传力组件1、驱动组件2、柔性连接组件3和锁定组件4；其中驱动组件2固定安装在地面；传力组件1一端与驱动组件2连接，另一端与柔性连接组件3连接；锁定组件4固定安装在地面；柔性连接组件3一端固定在锁定组件4上，柔性连接组件3的另一端施加外部负载，再驱动组件2的驱动下，实现柔性连接组件3以锁定组件4为圆心的转动；工作时，通过凯芙拉绳在驱动组件上的缠绕实现将驱动组件的驱动力传递到柔性连接组件上，进而实现展开功能。
如图2所示为柔性动态边界连接的增力式展开装置结构图，由图可知，所述的传力组件1包括凯芙拉绳5和拉绳接头6；凯芙拉绳5一端与驱动组件2连接，另一端通过拉绳接头6固定在柔性连接组件3上；其中凯芙拉绳5为耐磨的凯芙拉纤维，以防止卷绕过程中纤维的磨损，保证展开装置寿命。
所述的驱动组件2包括平面涡卷弹簧7、安装座8、卷筒9、固定轴10、中心轴11和轴套12；其中，安装座8固定安装在地面上；中心轴11轴向与安装座8垂直的固定安装在安装座8的顶部；卷筒9固定套在中心轴11中部的外壁上；卷筒9的两侧设置有轴套12，轴套12固定套在中心轴11的外壁上；固定轴10轴向与安装座8垂直的固定安装在安装座8的中部；平面涡卷弹簧7以中心轴11为圆心固定安装在安装座8的侧壁，固定轴10实现对平面涡卷弹簧7的圆形边缘的限位，其中，平面涡卷弹簧7外壁上涂覆润滑膜，以减小圈间摩擦，保证整个展开装置的输出力矩。
如图3所示为驱动组件侧面剖视图，由图可知，平面涡卷弹簧7通过预转，实现驱动能力的储备。在展开负载释放后，平面涡卷弹簧7的驱动力通过中心轴11传递到卷筒9上。通过卷筒9对凯芙拉绳5的卷绕，增大了驱动力的作用力臂，进而增大整个装置的驱动力，实现对小驱动力对大负载的展开。轴套11的作用为减小装置阻力，进而减小驱动力在装置内部的损失。安装座8的作用为实现展开装置一端与其他装置的固定连接。
所述的柔性连接组件3包括传力杆13、柔性连接结构14和连接件15；其中，传力杆13一端与锁定组件4固定连接，传力杆13另一端依次与柔性连接组件14、连接件15固定连接；连接件15外端连接外部负载；其中，传力杆13为碳纤维材料，以减小装置自身对驱动力矩的消耗，使得驱动组件2的输出力矩尽可能多的作用到展开负载上；柔性连接结构14和连接件15用于为展开装置实现动态边界，实现展开装置的柔性连接以适应复杂的力学边界条件。。
所述的锁定组件4包括锁定结构16、锁定勾17和旋转轴18；其中，锁定结构16固定在地面上，锁定勾17一端通过旋转轴18与锁定结构16连接；锁定勾17另一端与柔性连接组件3固定连接；锁定结构16和锁定勾17可实现整个装置的可靠锁定，避免回弹以及大的晃动。
柔性动态边界连接的增力式展开装置的工作流程为：在展开负载解锁后，驱动组件2的平面涡卷弹簧7释放其存储的弹性势能，并将弹性势能通过中心轴11传递到卷筒9上，卷筒9带动传力组件1旋转，将凯芙拉绳5卷绕于卷筒9上。卷绕过程中，传力组件1带动柔性连接组件3以及展开负载绕旋转轴18提升展开，展开到位后通过锁定组件4的锁定结构16和锁定勾17完成装置锁定，展开装置工作结束。
更具体的，所述的锁定组件4包括：锁定结构16和锁定勾17。在传力组件1、驱动组件2、柔性连接组件3带动展开负载展开后，本发明的增力式展开装置在展开负载解锁后，储存在平面涡卷弹簧7内部的弹性势能的得到释放，通过中心轴11，带动卷筒9旋转。卷筒9旋转后，可带动固定在其上的凯芙拉绳5在其上面进行卷绕，进而通过柔性连接组件3带动展开负载进行展开。当展开到位后，通过锁定组件4对整个装置进行可靠锁定，避免回弹。其中，驱动组件2、锁定组件4以及柔性连接组件3构成展开装置的增力三角形，以实现小驱动力带动大负载展开；柔性连接组件3与锁定组件4通过柔性连接结构14实现装置的柔性动态边界连接。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (6)
1.一种适用于柔性动态边界连接的增力式展开装置，其特征在于：包括传力组件(1)、驱动组件(2)、柔性连接组件(3)和锁定组件(4)；其中驱动组件(2)固定安装在地面；传力组件(1)一端与驱动组件(2)连接，另一端与柔性连接组件(3)连接；锁定组件(4)固定安装在地面；柔性连接组件(3)一端固定在锁定组件(4)上，柔性连接组件(3)的另一端施加外部负载，再驱动组件(2)的驱动下，实现柔性连接组件(3)以锁定组件(4)为圆心的转动；
其中，传力组件(1)包括凯芙拉绳(5)和拉绳接头(6)；凯芙拉绳(5)一端与驱动组件(2)连接，另一端通过拉绳接头(6)固定在柔性连接组件(3)上；
所述的驱动组件(2)包括平面涡卷弹簧(7)、安装座(8)、卷筒(9)、固定轴(10)、中心轴(11)和轴套(12)；其中，安装座(8)固定安装在地面上；中心轴(11)轴向与安装座(8)垂直的固定安装在安装座(8)的顶部；卷筒(9)固定套在中心轴(11)中部的外壁上；卷筒(9)的两侧设置有轴套(12)，轴套(12)固定套在中心轴(11)的外壁上；固定轴(10)轴向与安装座(8)垂直的固定安装在安装座(8)的中部；平面涡卷弹簧(7)以中心轴(11)为圆心固定安装在安装座(8)的侧壁，固定轴(10)实现对平面涡卷弹簧(7)的圆形边缘的限位。
2.根据权利要求1所述的一种适用于柔性动态边界连接的增力式展开装置，其特征在于：所述的柔性连接组件(3)包括传力杆(13)、柔性连接结构(14)和连接件(15)；其中，传力杆(13)一端与锁定组件(4)固定连接，传力杆(13)另一端依次与柔性连接结构(14)、连接件(15)固定连接；连接件(15)外端连接外部负载。
3.根据权利要求1所述的一种适用于柔性动态边界连接的增力式展开装置，其特征在于：所述的锁定组件(4)包括锁定结构(16)、锁定勾(17)和旋转轴(18)；其中，锁定结构(16)固定在地面上，锁定勾(17)一端通过旋转轴(18)与锁定结构(16)连接；锁定勾(17)另一端与柔性连接组件(3)固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种适用于柔性动态边界连接的增力式展开装置，其特征在于：所述的传力组件(1)中凯芙拉绳(5)为耐磨的凯芙拉纤维。
5.根据权利要求1所述的一种适用于柔性动态边界连接的增力式展开装置，其特征在于：所述的驱动组件(2)中，平面涡卷弹簧(7)外壁上涂覆润滑膜。
6.根据权利要求1所述的一种适用于柔性动态边界连接的增力式展开装置，其特征在于：所述的柔性连接组件(3)中的传力杆(13)为碳纤维材料。
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