CN106927067A - 一种太阳帆展开机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太阳帆展开机构，包括机构腔体、分别安装在机构腔体内的导向装置、转轴和传动机构以及安装在机构腔体底部的驱动电机，驱动电机的输出轴连接有转轴，转轴的外围沿周向均布有多组导向装置，每组导向装置均包括导向轮及被动导向轮，每个导向轮均通过传动机构与驱动电机的输出轴相连、与转轴同步转动，每个被动导向轮均位于同组导向轮的同侧；转轴上与多个太阳帆的帆桁的一端固接，每个帆桁的另一端由一组导向装置中的导向轮及被动导向轮之间向外伸出，转轴通过驱动电机驱动转动，并带动各帆桁卷绕或展开，实现太阳帆的收缩或展开。本发明具有结构新颖、能耗低、质量小和占空比小的优点，结构巧妙，控制可靠。

Description

一种太阳帆展开机构

技术领域

本发明涉及展开机构，具体地说是一种太阳帆展开机构。

背景技术

利用太阳光光压来驱动太阳帆进行星际航行已经成为现实可行的技术。为了满足太阳帆航天器发射、航行及科研需求，太阳帆展开机构以其结构简单、易于控制、成本低廉等特点逐渐成为各个国家研究的热点。太阳帆展开机构正朝着微小化、轻量化方向发展。

太阳帆展开机构能够实现帆桁的收藏、展开和支撑。太阳帆航行需要展开帆面来接收光子的撞击从而为太阳帆航行提供动力；而太阳帆帆面的展开依靠帆桁的展开来带动，太阳帆帆面连接在帆桁上，所以只有帆桁成功展开才能确保帆面成功展开并确保太阳帆航行顺利进行。

太阳帆展开机构面临着实现尽可能大的展开比，减小整体质量，提高帆桁收藏和展开稳定性的任务目标，所以急需一种新型的太阳帆展开机构。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种太阳帆展开机构。该太阳帆展开机构结构新颖，控制简单，可靠稳定，适用于空间恶劣环境。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括机构腔体、分别安装在该机构腔体内的导向装置、转轴和传动机构以及安装在该机构腔体底部的驱动电机，其中驱动电机的输出轴穿过所述机构腔体的底部、连接有转轴，该转轴的外围沿周向均布有多组安装在机构腔体上的导向装置，每组所述导向装置均包括导向轮及被动导向轮，每组所述导向装置中的导向轮均通过所述传动机构与驱动电机的输出轴相连、与所述转轴同步转动，每组所述导向装置中的被动导向轮均位于同组导向轮的同侧；所述转轴上与多个太阳帆的帆桁的一端固接，每个所述帆桁的另一端由一组导向装置中的导向轮及被动导向轮之间向外伸出，所述转轴通过驱动电机驱动转动，并带动各所述帆桁卷绕或展开，实现所述太阳帆的收缩或展开。

其中：所述机构腔体包括上盖板、下底板及支撑块，该上盖板与下底板之间通过多个支撑块连接，所述驱动电机安装在下底板上；所述上盖板与下底板之间沿周向均布有多个张紧臂，每个所述张紧臂均铰接于上盖板及下底板之间，一端设有滚柱、另一端设有张紧臂轴C，所述张紧臂轴C与支撑块之间设有弹力部件，所述弹力部件的一端固定在支撑块上，另一端抵接于所述张紧臂轴C，所述滚柱通过所述弹力部件的弹力作用张紧卷绕状态的帆桁；所述张紧臂、支撑块、弹力部件及导向装置数量相同，且一一对应；所述弹力部件为弹簧片，每个所述弹簧片的一端分别固定在一个支撑块上，另一端分别与一个所述张紧臂轴C抵接；所述支撑块上开有斜槽，所述弹簧片的一端通过弹簧片固定块固定在该斜槽内；

所述张紧臂的两端均呈“U”型，所述滚柱的两端铰接于张紧臂一端“U”型开口端的两侧，所述张紧臂轴C的两端铰接于张紧臂另一端“U”型开口端的两侧，所述弹簧片的另一端由所述张紧臂另一端“U”型中间穿过、抵接于所述张紧臂轴C，所述帆桁的另一端由所述张紧臂一端“U”中间与滚柱之间穿过、再由所述导向轮及被动导向轮之间伸出；所述张紧臂通过张紧臂轴B分别与上盖板及下底板铰接，该张紧臂轴B上套有用于固定所述张紧臂轴B位置的轴套A；

所述传动机构包括大齿轮及小齿轮，该大齿轮与所述驱动电机的输出轴连接，每组所述导向装置中的导向轮的轮轴两端铰接于机构腔体上，每个所述导向轮的轮轴均为齿轮轴，该齿轮轴上具有与所述大齿轮啮合传动的小齿轮；所述转轴及大齿轮上均开有D型孔，所述驱动电机的输出轴为D型轴，该D型轴通过所述D型孔与转轴及大齿轮相连接；所述转轴的周向固定有多个固定片，每个所述固定片与转轴之间均留有固定所述帆桁一端的间隙；所述转轴的上端开有圆槽，该圆槽内容置有安装在所述机构腔体顶部的转轴支撑块；所述导向轮与被动导向轮之间留有间隙，用于卡紧及导向所述帆桁；所述导向轮的轮轴上套有用于固定所述导向轮位置的轴套B。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明的关键结构都收藏在上盖板和下底板组成的正方形腔体内，结构紧凑、体积小、重量轻，且不容易损坏。

2.本发明采用机械展开方式,控制简单，性能可靠稳定，使太阳帆展开机构能够适应恶劣的环境。

3.本发明采用单个电机驱动，大大降低了能耗，节约能源。

4.本发明采用了同步性设计，同时采用了四个张紧臂和四组导向装置，能够确保帆桁的安全收藏和平稳展开。

附图说明

图1为本发明安装完毕状态的外部结构示意图；

图2为本发明安装完毕状态的内部俯视图(去掉上盖板)；

图3为本发明安装完毕状态的内部立体结构示意图(去掉上盖板)；

图4为本发明安装完毕状态的驱动方式剖面示意图；

图5为本发明转轴的结构俯视图；

图6为本发明帆桁的截面图；

其中：1为上盖板，2为下底板，3为驱动电机，4为大齿轮，5为张紧臂轴C，6为张紧臂，7为张紧臂轴B，8为支撑块，9为被动导向轮，10为导向轮，11为弹簧片，12为转轴，13为轴套A，14为弹簧片固定块，15为滚柱，16为轴套B，17为转轴支撑块，18为螺钉D，19为螺钉B，20为张紧臂轴A，21为螺母A，22为螺母B，23为螺钉C，24为固定片，25为螺钉A，26为小齿轮，27为圆槽，28为连接孔，29为D型孔，30为帆桁。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～5所示，本发明包括机构腔体、分别安装在该机构腔体内的导向装置、转轴12和传动机构以及安装在该机构腔体底部的驱动电机3，为了张紧卷绕起来的帆桁30，在机构腔体内还设置了多个张紧臂6；机构腔体包括上盖板1、下底板2及支撑块8，该上盖板1与下底板2之间通过多个支撑块8连接，形成正方形的腔体；本实施例的支撑块8为四个，分布在上盖板1与下底板2的四角，通过四个螺钉D18与上盖板1及下底板2连接。

驱动电机3安装在下底板2上，输出轴穿过下底板2、连接有转轴12，该转轴12的外围沿周向均布有多组导向装置；本实施例的导向装置为四组，每组导向装置均包括一个导向轮10及一个被动导向轮9，每组导向装置中的导向轮10均通过传动机构与驱动电机3的输出轴相连、与转轴12同步转动，每组导向装置中的被动导向轮9均位于同组导向轮10的同侧。上盖板1和下底板2上对应位置开有连接孔，各导向轮10及各被动导向轮9均通过轮轴转动安装在上盖板1和下底板2的连接孔中，导向轮10上套有轴套B16来辅助固定导向轮10的位置。每组导向装置中的导向轮10与被动导向轮9之间留有间隙，用于卡紧帆桁30并起到导向作用。

传动机构包括大齿轮4及小齿轮26，转轴12及大齿轮4上均开有D型孔29，驱动电机3的输出轴为D型轴，该D型轴通过D型孔29与转轴12及大齿轮4相连接。每个导向轮10的轮轴均为齿轮轴、该齿轮轴上具有与大齿轮4啮合传动的小齿轮26，通过小齿轮26配合实现导向轮10与大齿轮4的配合关系，驱动电机3旋转带动大齿轮4旋转，大齿轮4的旋转能够带动导向轮10的旋转。

转轴12的周向固定有多个固定片24，本实施例的固定片24为四个；转轴12的四周开有四个平面、并开有连接孔28，用来连接固定片24，每片固定片24通过两个螺钉C23连接到转轴12上，每个固定片24与转轴12之间均留有间隙，来固定四片帆桁30的一端。转轴12的上端开有圆槽27，该圆槽27中容置有一个转轴支撑块17来支撑位置，转轴支撑块17通过螺钉A25连接在上盖板1上。驱动电机3的旋转同时带动转轴12及固定片24旋转，从而实现帆桁30的卷绕和展开。

上盖板1与下底板2之间沿周向均布有多个张紧臂6，本实施例的张紧臂6为四个；每个张紧臂6均通过张紧臂轴B7分别与上盖板1及下底板2铰接，该张紧臂轴B7上套有轴套A13，用来固定张紧臂轴B7的位置。每个张紧臂6的一端设有滚柱15，另一端设有张紧臂轴C5，张紧臂6的两端均呈“U”型，滚柱15通过张紧臂轴B20和螺母A21安装在一端“U”型开口端，张紧臂轴C5的两端铰接于张紧臂6另一端“U”型开口端的两侧、并通过螺母B22定位。每个张紧臂轴C5与一个支撑块8之间均设有弹力部件，本实施例的弹力部件为弹簧片11，材质可为不锈钢。支撑块8的中部开有斜槽，弹簧片固定块14及支撑块8侧面均开有两个连接孔，利用弹簧片固定块14和两个螺钉B19把弹簧片11的一端固定到支撑块8上，弹簧片11的另一端由张紧臂6另一端“U”型中间穿过、抵接于张紧臂轴C5，帆桁30的另一端由张紧臂6一端“U”中间与滚柱15之间穿过、再由导向轮10及被动导向轮9之间伸出。滚柱15不仅能用来张紧卷绕起来的帆桁30，还能减小摩擦力。随着帆桁30卷绕长度的变化，弹簧片11变形为张紧臂6及滚柱15提供张紧力，防止帆桁30鼓包窜动。

本发明的张紧臂6、支撑块8、弹力部件及导向装置数量相同，且一一对应。

如图6所示，帆桁的断面呈椭圆形，材料可为碳纤维。

本发明的工作原理为：

驱动电机3旋转，从而带动转轴12和大齿轮4旋转。四片帆桁30的一端通过四片固定片24固定在转轴12的四周，帆桁30的另一端通过四组由导向轮10及被动导向轮9中间的空隙向外伸出。驱动电机3正转实现帆桁30的卷绕，反转实现帆桁30的展开。在帆桁30卷绕和展开过程中，滚柱15始终保持紧紧压在帆桁30上面，弹簧片11通过弹性变形为张紧臂6及滚柱15提供张紧力。

本发明能够将帆桁拉平、卷绕和展开，为太阳帆的展开提供了高效和高可靠性的技术方案。

Claims (10)

1.一种太阳帆展开机构，其特征在于：包括机构腔体、分别安装在该机构腔体内的导向装置、转轴(12)和传动机构以及安装在该机构腔体底部的驱动电机(3)，其中驱动电机(3)的输出轴穿过所述机构腔体的底部、连接有转轴(12)，该转轴(12)的外围沿周向均布有多组安装在机构腔体上的导向装置，每组所述导向装置均包括导向轮(10)及被动导向轮(9)，每组所述导向装置中的导向轮(10)均通过所述传动机构与驱动电机(3)的输出轴相连、与所述转轴(12)同步转动，每组所述导向装置中的被动导向轮(9)均位于同组导向轮(10)的同侧；所述转轴(12)上与多个太阳帆的帆桁(30)的一端固接，每个所述帆桁(30)的另一端由一组导向装置中的导向轮(10)及被动导向轮(9)之间向外伸出，所述转轴(12)通过驱动电机(3)驱动转动，并带动各所述帆桁(30)卷绕或展开，实现所述太阳帆的收缩或展开。

2.按权利要求1所述的太阳帆展开机构，其特征在于：所述机构腔体包括上盖板(1)、下底板(2)及支撑块(8)，该上盖板(1)与下底板(2)之间通过多个支撑块(8)连接，所述驱动电机(3)安装在下底板(2)上；所述上盖板(1)与下底板(2)之间沿周向均布有多个张紧臂(6)，每个所述张紧臂(6)均铰接于上盖板(1)及下底板(2)之间，一端设有滚柱(15)、另一端设有张紧臂轴C(5)，所述张紧臂轴C(5)与支撑块(8)之间设有弹力部件，所述弹力部件的一端固定在支撑块(8)上，另一端抵接于所述张紧臂轴C(5)，所述滚柱(15)通过所述弹力部件的弹力作用张紧卷绕状态的帆桁(30)。

3.按权利要求2所述的太阳帆展开机构，其特征在于：所述张紧臂(6)、支撑块(8)、弹力部件及导向装置数量相同，且一一对应；所述弹力部件为弹簧片(11)，每个所述弹簧片(11)的一端分别固定在一个支撑块(8)上，另一端分别与一个所述张紧臂轴C(5)抵接。

4.按权利要求3所述的太阳帆展开机构，其特征在于：所述支撑块(8)上开有斜槽，所述弹簧片(11)的一端通过弹簧片固定块(14)固定在该斜槽内。

5.按权利要求3所述的太阳帆展开机构，其特征在于：所述张紧臂(6)的两端均呈“U”型，所述滚柱(15)的两端铰接于张紧臂(6)一端“U”型开口端的两侧，所述张紧臂轴C(5)的两端铰接于张紧臂(6)另一端“U”型开口端的两侧，所述弹簧片(11)的另一端由所述张紧臂(6)另一端“U”型中间穿过、抵接于所述张紧臂轴C(5)，所述帆桁(30)的另一端由所述张紧臂(6)一端“U”中间与滚柱(15)之间穿过、再由所述导向轮(10)及被动导向轮(9)之间伸出。

6.按权利要求2所述的太阳帆展开机构，其特征在于：所述张紧臂(6)通过张紧臂轴B(7)分别与上盖板(1)及下底板(2)铰接，该张紧臂轴B(7)上套有用于固定所述张紧臂轴B(7)位置的轴套A(13)。

7.按权利要求1所述的太阳帆展开机构，其特征在于：所述传动机构包括大齿轮(4)及小齿轮(26)，该大齿轮(4)与所述驱动电机(3)的输出轴连接，每组所述导向装置中的导向轮(10)的轮轴两端铰接于机构腔体上，每个所述导向轮(10)的轮轴均为齿轮轴，该齿轮轴上具有与所述大齿轮(4)啮合传动的小齿轮(26)。

8.按权利要求7所述的太阳帆展开机构，其特征在于：所述转轴(12)及大齿轮(4)上均开有D型孔(29)，所述驱动电机(3)的输出轴为D型轴，该D型轴通过所述D型孔(29)与转轴(12)及大齿轮(4)相连接。

9.按权利要求1所述的太阳帆展开机构，其特征在于：所述转轴(12)的周向固定有多个固定片(24)，每个所述固定片(24)与转轴(12)之间均留有固定所述帆桁(30)一端的间隙；所述转轴(12)的上端开有圆槽(27)，该圆槽(27)内容置有安装在所述机构腔体顶部的转轴支撑块(17)。

10.按权利要求1所述的太阳帆展开机构，其特征在于：所述导向轮(10)与被动导向轮(9)之间留有间隙，用于卡紧及导向所述帆桁(30)；所述导向轮(10)的轮轴上套有用于固定所述导向轮(10)位置的轴套B(16)。