CN106314826B - 扭簧驱动剪叉式伸展臂 - Google Patents
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Abstract
一种扭簧驱动剪叉式伸展臂，其是两个端部六面体折展单元之间设有若干个中间六面体折展单元，组成扭簧驱动剪叉式伸展臂，其展开及收拢均呈六面体框架，相邻中间六面体折展单元共用一个平面折展单元并由四个中间花盘连接，端部六面体折展单元与其相邻的中间六面体折展单元也共用一个平面折展单元并由四个中间花盘连接。本发明折叠比大，刚度高，抗震性能好；结构简单，运动易于实现工程制造；整体机构展开过程较快，响应迅速；可靠性高，可应用于通讯卫星、空间站和空间探测器上。
Description
技术领域
本发明涉及一种伸展臂。
背景技术
折展机构是指能够从收拢状态展开到预定的或期望的结构形式，并且能够承受特定的载荷的一类机构，在空间站、通信卫星平台、太空望远镜、对地观测、星球探测等航天任务中，各种类型的空间折展机构得到了快速发展和应用，如折展太阳能电池板、空间站基础骨架、空间机械臂、空间伸展臂、大口径折展天线、大型柔性太阳帆板支撑架等。
空间伸展臂是空间折展机构中形式最为丰富、研究最早、应用最为广泛的一维空间折展机构。空间伸展臂的主要作用是展开柔性太阳能帆板，支撑网状天线、合成孔径雷达、太空望远镜，作为重力梯度杆、磁强针等展开装置，以及分离电子设备以减少相互之间的干扰等。空间伸展臂应用于空间环境中，要求其具有质量小、收拢体积小、可靠性高、刚度与强度大、热稳定性好、定位精度高等特点。
目前应用于航天领域的空间伸展臂主要有以下四种形式：薄壁管状伸展臂、套筒管式伸展臂、构架式伸展臂和膨胀硬化式伸展臂。构架式伸展臂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，同时由于铰接点较多，此类机构也存在着制造工艺性较差，控制复杂和响应较慢的缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、折叠比大、刚度高、控制简单、响应迅速以及展开过程较快的扭簧驱动剪叉式伸展臂。
本发明主要是两个端部六面体折展单元之间设有若干个中间六面体折展单元，组成扭簧驱动剪叉式伸展臂，其展开及收拢均呈六面体框架，相邻中间六面体折展单元共用一个平面折展单元并由四个中间花盘连接，端部六面体折展单元与其相邻的中间六面体折展单元也共用一个平面折展单元并由四个中间花盘连接，通过改变中间六面体折展单元的数量，可以改变本发明扭簧驱动剪叉式伸展臂的长度。
所述中间六面体折展单元，其包括四个平面折展单元和八个中间花盘，四个平面折展单元分布在中间六面体折展单元的四个侧面上，所述平面折展单元，其包括两个剪叉杆，四个连杆和两组扭簧驱动组件，其中两个剪叉杆结构完全相同，中部通过转动副连接组成剪叉折叠杆，剪叉折叠杆的四个自由端分别插入四个中间花盘的与其共面的槽口中，通过四个转动副与四个中间花盘槽口上内侧的通孔相连，四个转动副轴线与连接两个剪叉杆组成的剪叉折叠杆的转动副轴线平行；所述四个连杆结构完全相同，上下各两根，该上(或下)面两根连杆一端通过转动副和中间花盘槽口上外侧的通孔相连，另一端设叉爪其通过转动副和扭簧驱动组件相连，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内销轴的两端；所述中间花盘为T型花盘，每个支叉上各设一个开口槽，三个开口槽长度相同，每个开口槽上均有两对通孔，内侧通孔和平面折展单元中的剪叉折叠杆通过转动副连接，外侧通孔和平面折展单元中的连杆通过转动副相连。
所述端部六面体折展单元，其与中间六面体折展单元结构基本相同，包括四个平面折展单元和八个花盘，但八个花盘中四个为中间花盘，四个为端部花盘，所述端部花盘为L型花盘，每个支叉上各设一个开口槽，两个开口槽长度相同，且与中间花盘上的开口槽长度相等，每个开口槽上均有两对通孔，内侧通孔和平面折展单元中的剪叉折叠杆通过转动副连接，外侧通孔和平面折展单元中的连杆通过转动副相连。端部六面体折展单元中其余构件与连接方式均与中间六面体折展单元相同。
所述中间六面体折展单元和端部六面体折展单元中，同一平面折展单元上连接的转动副轴线均平行，同一中间六面体折展单元或端部六面体折展单元中的四个平面折展单元两两相对，处于对侧位置的平面折展单元上连接的转动副轴线均重合。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明折叠比大，含有多个过约束连杆，刚度高，抗震性能好。
2、本发明结构简单，运动副均为转动副，易于实现工程制造。
3、本发明采用扭簧驱动，整体机构展开过程较快，响应迅速。
4、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是本发明的中间六面体折展单元立体示意简图；
图5是本发明的端部六面体折展单元立体示意简图；
图6是本发明的平面折展单元及其所连接的四个中间花盘完全展开状态立体示意简图；
图7是本发明的平面折展单元及其所连接的四个中间花盘半展开状态立体示意简图；
图8是本发明的平面折展单元中的扭簧驱动组件立体示意简图；
图中：A：中间六面体折展单元，B：端部六面体折展单元，C：平面折展单元，D：扭簧驱动组件，1、中间花盘，2、剪叉杆，3、连杆，4、叉爪，5、扭簧支座，6、扭簧，7、销轴，8、端部花盘。
具体实施方式
在图1、图2和图3所示的扭簧驱动剪叉式伸展臂的立体示意简图中，本发明主要是两个端部六面体折展单元B，如图5所示，之间设有3个中间六面体折展单元A，如图4所示，组成扭簧驱动剪叉式伸展臂，其展开及收拢均呈六面体框架，相邻中间六面体折展单元共用一个平面折展单元C并由四个中间花盘1连接，端部六面体折展单元与其相邻的中间六面体折展单元也共用一个平面折展单元并由四个中间花盘连接。
在图6及图7所示的平面折展单元及其所连接的四个中间花盘立体示意简图中，所述平面折展单元C，其包括两个剪叉杆2，四个连杆3和两组扭簧驱动组件D，其中两个剪叉杆结构完全相同，中部通过转动副连接组成剪叉折叠杆，剪叉折叠杆的四个自由端分别插入四个中间花盘的与其共面的槽口中，通过四个转动副与四个中间花盘槽口上内侧的通孔相连，四个转动副轴线与连接两个剪叉杆组成的剪叉折叠杆的转动副轴线平行；所述四个连杆结构完全相同，上下各两根，该上面及下面两根连杆一端通过转动副和中间花盘槽口上外侧的通孔相连，另一端设叉爪4其通过转动副和扭簧驱动组件相连。所述扭簧驱动组件，如图8所示，其主要包括一个扭簧支座5，两个扭簧6和两个销轴7，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内销轴的两端。所述中间花盘为T型花盘，每个支叉上各设一个开口槽，三个开口槽长度相同，每个开口槽上均有两对通孔，内侧通孔和平面折展单元中的剪叉折叠杆通过转动副连接，外侧通孔和平面折展单元中的连杆通过转动副相连。
在图5所示的端部六面体折展单元立体示意简图中，所述端部六面体折展单元，其与中间六面体折展单元结构基本相同，包括四个平面折展单元和八个花盘，但八个花盘中四个为中间花盘，四个为端部花盘8，所述端部花盘为L型花盘，每个支叉上各设一个开口槽，两个开口槽长度相同，且与中间花盘上的开口槽长度相等，每个开口槽上均有两对通孔，内侧通孔和平面折展单元中的剪叉折叠杆通过转动副连接，外侧通孔和平面折展单元中的连杆通过转动副相连。端部六面体折展单元中其余构件与连接方式均与中间六面体折展单元相同。
所述中间六面体折展单元和端部六面体折展单元中，同一平面折展单元上连接的转动副轴线均平行，同一中间六面体折展单元或端部六面体折展单元中的四个平面折展单元两两相对，处于对侧位置的平面折展单元上连接的转动副轴线均重合。
Claims (4)
1.一种扭簧驱动剪叉式伸展臂，其是两个端部六面体折展单元之间设有若干个中间六面体折展单元，组成扭簧驱动剪叉式伸展臂，其展开及收拢均呈六面体框架，相邻中间六面体折展单元共用一个平面折展单元并由四个中间花盘连接，端部六面体折展单元与其相邻的中间六面体折展单元也共用一个平面折展单元并由四个中间花盘连接，其特征在于：所述中间六面体折展单元，其包括四个平面折展单元和八个中间花盘，四个平面折展单元分布在中间六面体折展单元的四个侧面上，所述平面折展单元，其包括两个剪叉杆，四个连杆和两组扭簧驱动组件，其中两个剪叉杆结构完全相同，中部通过转动副连接组成剪叉折叠杆，剪叉折叠杆的四个自由端分别插入四个中间花盘的与其共面的槽口中，通过四个转动副与四个中间花盘槽口上内侧的通孔相连，四个转动副轴线与连接两个剪叉杆组成的剪叉折叠杆的转动副轴线平行；所述四个连杆结构完全相同，上下各两根，该上面或下面两根连杆一端通过转动副和中间花盘槽口上外侧的通孔相连，另一端设叉爪通过转动副和扭簧驱动组件相连，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内销轴的两端；所述中间花盘为T型花盘，每个支叉上各设一个开口槽，三个开口槽长度相同，每个开口槽上均有两对通孔，内侧通孔和平面折展单元中的剪叉折叠杆通过转动副连接，外侧通孔和平面折展单元中的连杆通过转动副相连。
2.根据权利要求1所述的扭簧驱动剪叉式伸展臂，其特征在于：所述端部六面体折展单元，其与中间六面体折展单元结构基本相同，包括四个平面折展单元和八个花盘，但八个花盘中四个为中间花盘，四个为端部花盘，所述端部花盘为L型花盘，每个支叉上各设一个开口槽，两个开口槽长度相同，且与中间花盘上的开口槽长度相等，每个开口槽上均有两对通孔，内侧通孔和平面折展单元中的剪叉折叠杆通过转动副连接，外侧通孔和平面折展单元中的连杆通过转动副相连，端部六面体折展单元中的四个平面折展单元的构件形式及其与八个花盘的连接方式均与中间六面体折展单元相同。
3.根据权利要求1或2所述的扭簧驱动剪叉式伸展臂，其特征在于：所述中间六面体折展单元中，同一平面折展单元上连接的转动副轴线均平行，同一中间六面体折展单元的四个平面折展单元两两相对，处于对侧位置的平面折展单元上连接的转动副轴线均重合。
4.根据权利要求3所述的扭簧驱动剪叉式伸展臂，其特征在于：所述端部六面体折展单元中，同一平面折展单元上连接的转动副轴线均平行，同一端部六面体折展单元中的四个平面折展单元两两相对，处于对侧位置的平面折展单元上连接的转动副轴线均重合。
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