CN107255149B - 行星轮系式折展装置及其折展方法 - Google Patents

行星轮系式折展装置及其折展方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了行星轮系式折展装置及其折展方法。大多数航天器折展机构仅有一级展开，缺乏锁止装置，折叠比小，且传动效率低。本发明行星轮系式折展装置，包括旋转机构、翻转板、折展组件、行星轮系传动机构、齿轮驱动件和静止板。旋转机构包括固定板、连接板和第一电机；行星轮系传动机构包括扇形内齿轮、行星齿轮、太阳轮、第一支架、第二支架和行星架；折展组件包括第一连杆、第二连杆、第一滑块、第二滑块和支撑架；支撑架共有2n+1个，2n+1个支撑架依次排列设置，相邻两个支撑架的内端均铰接。本发明折叠比大，利用支撑架上的薄膜太阳能电池来控制展开角度，具有较高的精确性和稳定性。

Description

行星轮系式折展装置及其折展方法
技术领域
本发明属于航空航天领域，具体涉及一种行星轮系式折展装置及其折展方法。
背景技术
太阳能是航天器的主要能量来源。为了保证接收到足够的太阳能，折展机构大量应用于工程机械和航空航天领域。目前，成熟的太阳能电池板展开机构主要有铰接可展开机构，杆状可展开机构，其特点在于展开后的受光面积大。但此类太阳能电池板展开机构所用的太阳能电池板主要是刚性结构，存在单位质量的供电功率低等问题。此外，大多数航天器折展机构仅有一级展开，缺乏锁止装置，折叠比小，且传动效率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种行星轮系式折展装置及其折展方法。
本发明行星轮系式折展装置，包括旋转机构、翻转板、折展组件、行星轮系传动机构、齿轮驱动件和静止板。所述的旋转机构包括固定板、连接板和第一电机；所述的固定板与连接板的一端通过固定在连接板上的铰接轴铰接。铰接轴由第一电机驱动。
所述的行星轮系传动机构包括扇形内齿轮、行星齿轮、太阳轮、第一支架、第二支架和行星架；扇形内齿轮与太阳轮同轴设置且构成转动副。行星齿轮与扇形内齿轮内啮合，与太阳轮外啮合。第一支架固定在太阳轮上。第二支架固定在行星齿轮上。行星齿轮及太阳轮均与行星架构成转动副。第一支架与静止板的一端固定。静止板的另一端与连接板固定。第一支架与翻转板固定。扇形内齿轮由齿轮驱动件驱动。
所述的折展组件包括第一连杆、第二连杆、第一滑块、第二滑块和支撑架；支撑架共有2n+1个，1≤n≤10，2n+1个支撑架依次排列设置，相邻两个支撑架的内端均铰接。2n+1个支撑架中位于正中位置的支撑架作为主支撑架；2n+1个支撑架中位于最外侧的两个支撑架分别作为第一侧支撑架和第二侧支撑架。主支撑架与行星架固定。第一连杆的一端与第一侧支撑架铰接，另一端与第一滑块铰接。第一滑块与翻转板构成滑动副。第二连杆的一端与第二侧支撑架铰接，另一端与第二滑块铰接。第二滑块与静止板构成滑动副。
相邻的两个支撑架均通过一张薄膜太阳能电池连接。合拢状态下，所有支撑架及薄膜太阳能电池均收拢于翻转板与静止板之间。
本发明行星轮系式折展装置还包括锁解机构；锁解机构包括楔块和锁解组件；楔块固定在翻转板上。楔块与固定板上开设的楔块槽位置对应。锁解组件包括楔座、夹紧块和弹簧；楔座呈U形，并固定在静止板上，楔座内壁的两侧面与两个夹紧块分别通过弹簧连接。合拢状态下，楔块卡在固定板上的楔块槽内。薄膜太阳能电池收拢于翻转板与静止板之间。展开状态下，楔块卡在锁解组件内的两块夹紧块之间。
合拢状态下，楔块卡在固定板上的楔块槽内。展开状态下，楔块卡在锁解组件内的两块夹紧块之间。
所述扇形内齿轮的圆心角为60～360°。
本发明行星轮系式折展装置还包括固定凸台、第一铰接座、第二铰接座和滚动轴承。所述的第一铰接座固定在固定板上。所述的铰接轴通过滚动轴承支承在第一铰接座上。所述的固定凸台固定在固定板上；固定凸台上固定有第一电机；第一电机输出轴与铰接轴的一端固定；铰接轴的另一端与第二铰接座固定。第二铰接座与连接板的一端固定。
本发明行星轮系式折展装置还包括磁锁板和磁力锁。所述的磁锁板与固定板间隔设置。所述的磁锁板及固定板均固定在航天器上。所述的磁力锁固定在连接板远离铰接轴的那端。磁锁板上开设有磁锁缺口；磁锁缺口内固定有铁块；磁锁缺口的位置与磁力锁对应。展开状态下，磁锁板上磁锁缺口内的铁块与磁力锁锁止。
所述的齿轮驱动件包括底座和第二电机。所述的底座固定在静止板上；所述的第二电机固定在底座上；第二电机的输出轴与扇形内齿轮固定。
该行星轮系式折展装置的折展方法包括展开方法和折叠方法：
该行星轮系式折展装置的展开方法如下：
步骤一、第一电机正转，驱动连接板转动，直至磁力锁进入磁锁板的磁锁缺口内，第一电机停转。磁力锁启动，磁力锁与磁锁板上磁锁缺口内铁块吸合。
步骤二、齿轮驱动件驱动扇形内齿轮正转，带动行星齿轮自转和公转，从而驱动翻转板及行星架转动。行星架带动主支撑架转动。其余支撑架在翻转板及主支撑架的牵引下展开。直至楔块卡进锁解组件内的两块夹紧块之间。
该行星轮系式折展装置的折叠方法如下：
步骤一、齿轮驱动件驱动扇形内齿轮反转，带动行星齿轮自转和公转，从而驱动翻转板及行星架转动。行星架带动主支撑架转动。其余支撑架在翻转板及主支撑架的牵引下合拢。直至任意两个相邻的支撑架均贴合。
步骤二、磁力锁关闭，第一电机反转，驱动连接板转动，直至楔块卡入固定板上的楔块槽内，第一电机停转。
本发明具有的有益效果是：
1、本发明具有旋转折展和行星轮系折展两级折展，折叠比较大，且行星轮系传动机构，传动效率高，且可实现重复折展。
2、本发明通过弹簧及夹紧块的组合，能够实现重复锁止和分离。
3、本发明采用薄膜太阳能电池作为发电元件，体积和重量较小，有效提高了单位质量的发电效率。
4、本发明折叠比大，利用支撑架上的薄膜太阳能电池来控制展开角度，具有较高的精确性和稳定性。
5、本发明可应用于天线展开等场合，应用领域十分广泛。
6、本发明折叠时占用空间小，展开时工作面积大。
附图说明
图1为本发明在合拢状态下的整体结构示意图；
图2为本发明在半展开状态下的整体结构示意图；
图3为本发明在展开状态下的整体结构示意图；
图4为本发明中旋转机构的立体图；
图5为本发明中行星轮系传动机构的立体图；
图6为本发明中锁解机构完全锁定状态下的立体图；
图7为本发明中锁解机构开始锁定状态示意图；
图8为本发明中锁解机构完全锁定状态示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1、2和3所示，行星轮系式折展装置，包括旋转机构2、翻转板3、折展组件5、行星轮系传动机构6、第二电机7、静止板9和锁解机构10。
如图1、2、3和4所示，旋转机构2包括磁锁板1、固定板11、连接板2-1、铰接轴2-2、固定凸台2-3、磁力锁2-4、第一铰接座2-5、第二铰接座2-6、滚动轴承2-7和第一电机2-8；磁锁板1及固定板11均固定在航天器上。磁锁板1与固定板11间隔设置。第一铰接座2-5固定在固定板11上。铰接轴2-2通过滚动轴承2-7支承在第一铰接座2-5上。固定凸台2-3固定在固定板11上；固定凸台2-3上固定有第一电机2-8；第一电机2-8输出轴与铰接轴2-2的一端通过联轴器固定；铰接轴2-2的另一端与第二铰接座2-6固定。第二铰接座2-6与连接板2-1的一端固定。连接板2-1的另一端固定有磁力锁2-4。磁锁板1上开设有磁锁缺口；磁锁缺口内固定有铁块；磁锁缺口的位置与磁力锁2-4对应。
如图1、2、3和5所示，行星轮系传动机构6包括扇形内齿轮6-1、行星齿轮6-2、太阳轮6-3、第一支架6-4、第二支架6-5和行星架6-6；扇形内齿轮6-1的圆心角为60°。扇形内齿轮6-1与太阳轮6-3同轴设置。行星齿轮6-2与扇形内齿轮6-1内啮合，与太阳轮6-3外啮合。第一支架6-4固定在太阳轮6-3上。第二支架6-5固定在行星齿轮6-2上。行星齿轮6-2及太阳轮6-3均与行星架6-6构成转动副。第一支架6-4与静止板9的一端固定。静止板9的另一端与连接板2-1固定。第一支架6-4与翻转板3固定。静止板9上固定有底座8；底座8上固定有第二电机7；第二电机7的输出轴与扇形内齿轮6-1固定。
如图1、2和3所示，折展组件5包括第一连杆5-1、第二连杆5-2、第一滑块5-3、第二滑块5-4和支撑架5-5；支撑架5-5共有九个，九个支撑架5-5依次排列设置，相邻两个支撑架5-5的内端均铰接。相邻的两个支撑架5-5均通过一张薄膜太阳能电池连接。九个支撑架5-5中位于正中位置的支撑架5-5作为主支撑架；九个支撑架5-5中位于最外侧的两个支撑架5-5分别作为第一侧支撑架和第二侧支撑架。主支撑架与行星架6-6固定。第一连杆5-1的一端与第一侧支撑架铰接，另一端与第一滑块5-3铰接。第一滑块5-3与翻转板3构成滑动副。第二连杆5-2的一端与第二侧支撑架铰接，另一端与第二滑块5-4铰接。第二滑块5-4与静止板9构成滑动副。
如图1、2、3、6、7和8所示，锁解机构10包括楔块4和锁解组件；楔块4固定在翻转板3上。楔块4与固定板11上开设的楔块槽11-1位置对应。锁解组件包括楔座10-1、夹紧块10-2和弹簧10-3；楔座10-1呈U形，并固定在静止板9上，楔座10-1内壁的两侧面与两个夹紧块10-2分别通过弹簧10-3连接。
合拢状态下，楔块4卡在固定板11上的楔块槽11-1内。折展组件5处于折叠状态，薄膜太阳能电池收拢于翻转板3与静止板9之间。展开状态下，楔块4卡在锁解组件内的两块夹紧块10-2之间。磁锁板1上磁锁缺口内的铁块与磁力锁2-4锁止。折展组件5处于展开状态。
该行星轮系式折展装置的折展方法包括展开方法和折叠方法：
该行星轮系式折展装置的展开方法如下：
步骤一、第一电机2-8正转，驱动铰接轴2-2转动，从而驱动第二铰接座2-6转动，第二铰接座2-6驱动连接板2-1转动，直至磁力锁2-4进入磁锁板1的磁锁缺口内，第一电机2-8停转。磁力锁2-4启动，磁力锁2-4与磁锁板1上磁锁缺口内铁块吸合。
步骤二、第二电机7正转，驱动扇形内齿轮6-1转动，带动行星齿轮6-2自转和公转，从而驱动翻转板3及行星架6-6转动。行星架6-6带动主支撑架转动。其余支撑架5-5在翻转板3、主支撑架及薄膜太阳能电池的牵引下展开。直至楔块4卡在锁解组件内的两块夹紧块10-2之间，第二电机7停转。
该行星轮系式折展装置的折叠方法如下：
步骤一、第二电机7反转，驱动扇形内齿轮6-1转动，带动行星齿轮6-2自转和公转，从而驱动翻转板3及行星架6-6转动。行星架6-6带动主支撑架转动。其余支撑架5-5在翻转板3、主支撑架及薄膜太阳能电池的牵引下合拢。直至任意两个相邻的支撑架5-5均贴合，第二电机7停转。
步骤二、磁力锁2-4关闭，磁力锁2-4与磁锁板1上磁锁缺口内铁块的吸力消失。第一电机2-8反转，驱动铰接轴2-2转动，从而驱动第二铰接座2-6转动，第二铰接座2-6驱动连接板2-1转动，直至楔块4卡入固定板11上的楔块槽11-1内，第一电机2-8停转。

Claims (8)

1.行星轮系式折展装置，包括旋转机构、翻转板、折展组件、行星轮系传动机构、齿轮驱动件和静止板；其特征在于：所述的旋转机构包括固定板、连接板和第一电机；所述的固定板与连接板的一端通过固定在连接板上的铰接轴铰接；铰接轴由第一电机驱动；
所述的行星轮系传动机构包括扇形内齿轮、行星齿轮、太阳轮、第一支架、第二支架和行星架；扇形内齿轮与太阳轮同轴设置且构成转动副；行星齿轮与扇形内齿轮内啮合，与太阳轮外啮合；第一支架固定在太阳轮上；第二支架固定在行星齿轮上；行星齿轮及太阳轮均与行星架构成转动副；第一支架与静止板的一端固定；静止板的另一端与连接板固定；第一支架与翻转板固定；扇形内齿轮由齿轮驱动件驱动；
所述的折展组件包括第一连杆、第二连杆、第一滑块、第二滑块和支撑架；支撑架共有2n+1个，1≤n≤10，2n+1个支撑架依次排列设置，相邻两个支撑架的内端均铰接；2n+1个支撑架中位于正中位置的支撑架作为主支撑架；2n+1个支撑架中位于最外侧的两个支撑架分别作为第一侧支撑架和第二侧支撑架；主支撑架与行星架固定；第一连杆的一端与第一侧支撑架铰接，另一端与第一滑块铰接；第一滑块与翻转板构成滑动副；第二连杆的一端与第二侧支撑架铰接，另一端与第二滑块铰接；第二滑块与静止板构成滑动副；
还包括锁解机构；锁解机构包括楔块和锁解组件；楔块固定在翻转板上；楔块与固定板上开设的楔块槽位置对应；锁解组件包括楔座、夹紧块和弹簧；楔座呈U形，并固定在静止板上，楔座内壁的两侧面与两个夹紧块分别通过弹簧连接；
还包括磁锁板和磁力锁；所述的磁锁板与固定板间隔设置；所述的磁锁板及固定板均固定在航天器上；所述的磁力锁固定在连接板远离铰接轴的那端；磁锁板上开设有磁锁缺口；磁锁缺口内固定有铁块；磁锁缺口的位置与磁力锁对应；展开状态下，磁锁板上磁锁缺口内的铁块与磁力锁锁止。
2.根据权利要求1所述的行星轮系式折展装置，其特征在于：相邻的两个支撑架均通过一张薄膜太阳能电池连接；合拢状态下，所有支撑架及薄膜太阳能电池均收拢于翻转板与静止板之间。
3.根据权利要求1所述的行星轮系式折展装置，其特征在于：合拢状态下，楔块卡在固定板上的楔块槽内；展开状态下，楔块卡在锁解组件内的两块夹紧块之间。
4.根据权利要求1所述的行星轮系式折展装置，其特征在于：所述扇形内齿轮的圆心角为60～360°。
5.根据权利要求1所述的行星轮系式折展装置，其特征在于：还包括固定凸台、第一铰接座、第二铰接座和滚动轴承；所述的第一铰接座固定在固定板上；所述的铰接轴通过滚动轴承支承在第一铰接座上；所述的固定凸台固定在固定板上；固定凸台上固定有第一电机；第一电机输出轴与铰接轴的一端固定；铰接轴的另一端与第二铰接座固定；第二铰接座与连接板的一端固定。
6.根据权利要求1所述的行星轮系式折展装置，其特征在于：所述的齿轮驱动件包括底座和第二电机；所述的底座固定在静止板上；所述的第二电机固定在底座上；第二电机的输出轴与扇形内齿轮固定。
7.如权利要求1所述的行星轮系式折展装置的展开方法，其特征在于：步骤一、第一电机正转，驱动连接板转动，直至磁力锁进入磁锁板的磁锁缺口内，第一电机停转；磁力锁启动，磁力锁与磁锁板上磁锁缺口内铁块吸合；
步骤二、齿轮驱动件驱动扇形内齿轮正转，带动行星齿轮自转和公转，从而驱动翻转板及行星架转动；行星架带动主支撑架转动；其余支撑架在翻转板及主支撑架的牵引下展开；直至楔块卡进锁解组件内的两块夹紧块之间。
8.如权利要求1所述的行星轮系式折展装置的折叠方法，其特征在于：步骤一、齿轮驱动件驱动扇形内齿轮反转，带动行星齿轮自转和公转，从而驱动翻转板及行星架转动；行星架带动主支撑架转动；其余支撑架在翻转板及主支撑架的牵引下合拢；直至任意两个相邻的支撑架均贴合；
步骤二、磁力锁关闭，第一电机反转，驱动连接板转动，直至楔块卡入固定板上的楔块槽内，第一电机停转。
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