CN106229603A - 扭簧驱动剪叉式环形桁架可展开天线机构 - Google Patents
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Abstract
一种扭簧驱动剪叉式环形桁架可展开天线机构，包括N个折展单元，各折展单元结构完全相同，相邻折展单元通过共用的上下两个花盘连接，组成多面式环形桁架。每个折展单元包括两个剪叉杆、两组扭簧驱动组件、四个连杆和四个花盘。同一折展单元中剪叉杆和连杆上所有的转动副轴线均平行。本发明具有刚度较高、运动灵活、折叠比大的特点，采用扭簧驱动，整体机构展开过程较快，响应迅速，可应用于通讯卫星、空间站和空间探测器上。
Description
技术领域
本发明涉及一种可展开天线机构。
背景技术
可展机构起源于20世纪60年代，其由预制单元集成，能够在初始的紧密构形与工作状态的展开构形之间转换，其一般有两种稳定状态：完全收拢状态和完全展开状态(工作状态)。随着载人航天、对地观测、深空探测以及空间通信等事业的迅速发展，各类航天工程中需要的空间机构的尺寸越来越大，以满足不同航天任务的需求，但是受到航天运载工具有效空间容仓的限制，需要设计具有大折叠比的空间可展机构，在发射和运输阶段处于折叠状态并收拢于整流罩内，待航天器进入轨道后再展开至工作状态。
根据可展机构展开与收拢方式，可展机构可以分为铰接桁架式可展机构、变形材料可展机构以及充气展开式可展机构，铰接桁架式可展机构主要由连杆和运动副组成，此类机构具有收拢折叠比较大、精度高、可重复收拢展开性好和寿命长的优点，目前已经被广泛应用于空间站基础骨架、空间伸展臂以及大口径折展天线等领域。
大型可展开星载天线是卫星研制工作中的关键技术，电子侦察、数据中继、对地导航等任务对星载天线提出了高增益要求，直接增大反射器口径是提高天线增益最行之有效的途径，现有的星载可展天线多采用铰接桁架式可展机构，环形桁架机构是应用较为广泛的一种，但是现有的环形桁架机构类型较少，并且存在刚度较低、驱动复杂、展开过程缓慢和驱动电机质量较重的问题。因此，亟需提出制造工艺性好、刚度高、展开过程迅速、驱动件质量较低等性能优良的环形桁架可展开天线机构，以满足不同航天任务的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制造工艺性好、刚度高、展开过程迅速、驱动件质量较低的扭簧驱动剪叉式环形桁架可展开天线机构。
本发明扭簧驱动剪叉式环形桁架可展开天线机构，包括N个折展单元，各折展单元结构完全相同，相邻折展单元通过共用的上下两个花盘连接，组成多面式环形桁架。所述折展单元，主要包括两个剪叉杆、两组扭簧驱动组件、四根连杆和四个花盘。所述两个剪叉杆结构完全相同，两个剪叉杆中间通过转动副连接；所述扭簧驱动组件，其主要包括一个扭簧支座，两个扭簧和两个销轴，扭簧支座相对的两块板上设有两对同轴线的通孔，每对通孔内各设一根销轴，每根销轴上各套有一根扭簧，扭簧的一端支撑在扭簧支座底板上，扭簧另一端支撑在连杆的叉爪上，连杆与扭簧支座相连的端部设有置于扭簧支座内的叉爪，叉爪上的两通孔套在扭簧支座端部的销轴上；每个折展单元的四根连杆结构完全相同，其设叉爪一端通过销轴和扭簧支座以及扭簧连接，另一端通过转动副和花盘连接；所述四个花盘结构完全相同，其为上下呈平面的曲拐，曲拐两侧各设一个开口槽，开口槽的开口端设在曲拐的两自由端，曲拐两侧以过折弯处的平面为对称，花盘两侧开口槽中心面之间的夹角为(180-360/N)°，在每个开口槽相对的两个槽壁上分别设有内、外两对通孔，每对通孔内各设一根销轴，其轴线均与花盘上下面平行，花盘外部通孔和插入的连杆通过转动副连接，四根连杆中，每根连杆上均连有两个转动副，花盘内部通孔和插入的剪叉杆通过转动副连接，四个花盘对称分布在折展单元的四个顶点上；同一折展单元中剪叉杆和连杆上所有的转动副轴线均平行。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的刚度较高，可完全满足空间大口径可展开天线的使用刚度要求；
2、本发明具有运动灵活、折叠比较大的优点。
3、本发明结构简单，易于实现工程制造。
4、本发明采用扭簧驱动，整体机构展开过程较快，响应迅速。
5、本发明实施方式简单，可靠性高，可应用于通讯卫星、空间站和空间探测器上。
附图说明
图1是本发明完全展开立体示意简图；
图2是本发明半展开立体示意简图；
图3是本发明完全收拢立体示意简图；
图4是本发明的折展单元完全展开立体示意简图；
图5是本发明的折展单元半展开立体示意简图；
图6是本发明的折展单元完全收拢立体示意简图；
图7是本发明的折展单元中扭簧驱动组件立体示意简图；
图8是本发明的花盘立体示意简图。
图中：A：折展单元、B：扭簧驱动组件；C1：转动副、C2：转动副、C3：转动副；1：花盘、2：剪叉杆、3：连杆、4：连杆叉爪、5：扭簧支座、6：销轴、7：扭簧。
具体实施方式
在图1、图2和图3所示的扭簧驱动剪叉式环形桁架可展开天线机构的立体示意简图中，包括12个折展单元A，各折展单元结构完全相同，相邻折展单元通过共用的上下两个花盘连接，组成多面式环形桁架。整个扭簧驱动剪叉式环形桁架可展开天线机构展开及收拢后均为多面式环形桁架结构。
在图4、图5和图6所示的扭簧驱动剪叉式环形桁架可展开天线机构的折展单元立体示意简图中，所述折展单元A，主要包括四个花盘1、两个剪叉杆2、四个连杆3和两组扭簧驱动组件B。所述四个花盘结构完全相同，如图8所示，其为上下呈平面的曲拐，曲拐两侧各设一个开口槽，开口槽的开口端设在曲拐的两自由端，花盘两侧以过折弯顶的平面为对称，花盘两侧开口槽中心面之间的夹角为150°(角度为(180-360/N)°，此处N的值为12)。在每个开口槽相对的两个槽壁上分别设有内、外两对通孔，每对通孔内各设一根销轴，其轴线均与花盘上下面平行。四个花盘内部通孔分别与插入的两根剪叉杆一端通过转动副C1连接，该两根剪叉杆结构完全相同，它们的中部通过转动副C2连接，于是四个花盘对称分布在折展单元的四个顶点上。四个花盘外部通孔分别与插入的四根连杆一端通过转动副C3连接，该四根连杆的另一端设连杆叉爪4，其中上面的两个连杆叉爪置于上面的扭簧支座5内，下面两根连杆的叉爪置于下面的扭簧支座内，其连接结构与连接形式均相同。如图7所示，扭簧支座相对的两块板上设有两对同轴线的通孔，每对通孔内各设一根销轴6，每根销轴上各套有一根扭簧7，该扭簧的一端支撑在扭簧支座底板上，扭簧另一端支撑在连杆的叉爪上，叉爪上的两通孔套在扭簧支座端部的销轴上。同一折展单元中剪叉杆和连杆上所有的转动副轴线均平行。该折展单元的四个花盘另一侧的开口槽分别与相邻的两个折展单元相连，并且连接时花盘尖部朝外。
Claims (2)
1.一种扭簧驱动剪叉式环形桁架可展开天线机构，其特征在于：包括N个折展单元，各折展单元结构完全相同，相邻折展单元通过共用的上下两个花盘连接，组成多面式环形桁架。
2.根据权利要求1所述的扭簧驱动剪叉式环形桁架可展开天线机构，其特征在于：所述折展单元，包括两个剪叉杆、两组扭簧驱动组件、四根连杆和四个花盘，所述两个剪叉杆结构完全相同，两个剪叉杆中间通过转动副连接；所述扭簧驱动组件，其主要包括一个扭簧支座，两个扭簧和两个销轴，扭簧支座相对的两块板上设有两对同轴线的通孔，每对通孔内各设一根销轴，每根销轴上各套有一根扭簧，扭簧的一端支撑在扭簧支座底板上，扭簧另一端支撑在连杆的叉爪上，连杆与扭簧支座相连的端部设有置于扭簧支座内的叉爪，叉爪上的两通孔套在扭簧支座端部的销轴上；每个折展单元的四根连杆结构完全相同，其设叉爪一端通过销轴和扭簧支座以及扭簧连接，另一端通过转动副和花盘连接；所述四个花盘结构完全相同，其为上下呈平面的曲拐，曲拐两侧各设一个开口槽，开口槽的开口端设在曲拐的两自由端，曲拐两侧以过折弯处的平面为对称，花盘两侧开口槽中心面之间的夹角为180-360/N°，在每个开口槽相对的两个槽壁上分别设有内、外两对通孔，每对通孔内各设一根销轴，其轴线均与花盘上下面平行，花盘外部通孔和插入的连杆通过转动副连接，四根连杆中，每根连杆上均连有两个转动副，花盘内部通孔和插入的剪叉杆通过转动副连接，四个花盘对称分布在折展单元的四个顶点上；同一折展单元中剪叉杆和连杆上所有的转动副轴线均平行。
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