CN107458624A - 一种弹簧伸缩式可展开机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种弹簧伸缩式可展开机构，包括支撑环、弹簧、绳索和离合组件，所述支撑环包括第一级支撑环、末级支撑环和中间支撑环；相邻的支撑环通过长螺钉连接，长螺钉一端的螺帽固定设置在其中一个支撑环的沉孔中，长螺钉另一端连接螺母，螺母设置在另一个支撑环的沉孔中；弹簧与第一级支撑环和末级支撑环连接；绳索的一端连接在第一级支撑环上，另一端连接在末级支撑环上；第一级支撑环和末级支撑环上设置有法兰凸耳，法兰凸耳中心设有安装孔；离合组件穿过安装孔连接第一级支撑环和末级支撑环。本发明提出了一种展开精度高、结构形式简单、展开可靠性高、展开过程平稳的伸缩式展开机构。

Description

一种弹簧伸缩式可展开机构

技术领域

本发明涉及一种弹簧伸缩式可展开机构，可广泛应用于航空航天及地面机构的展开工作中。

背景技术

在国内外航空航天领域中，可展开技术被应用广泛，大型可展开天线、大口径可展开光学系统、大型可展开遮光罩等都存在可展开机构。常见的可展开机构一般有充气式展开机构、薄壁式展开机构和铰接桁架式展开机构；充气式展开机构，例如美国1996年的膨胀展开天线空间展开试验(IAE)，其充气展开结构具有质量轻、折叠效率高、承载能力强、工程复杂程度低等优点，但是其刚性和展开精度较低，热变形较大；薄壁式展开机构一般采用薄钢尺能够自卷曲的性质进行收拢和展开，德国宇航研究院(DLR)用以研制过一个14米长的支撑太阳帆，薄壁式展开机构质量较小，结构简单，可靠性高，但是其刚性较低，展开过程较为激烈；铰接桁架式展开机构，AEC－Able工程公司研制出一种可折迭铰接方形构架式伸展臂Folding Articulated Square Truss Mast(FAST)和一种可展构架式伸展臂(AbleDeployable Articulated Mast)(ADAM)，此种展开机构虽然刚性较高、展开过程较为缓和，但是结构复杂、可靠性较低。因此需要一种展开精度高、结构形式简单、展开可靠性高、展开过程平稳的伸缩式展开机构。

发明内容

为了解决现有的可展开机构结构复杂、展开过程激烈、展开精度较低、展开可靠性低的问题，本发明提出了一种展开精度高、结构形式简单、展开可靠性高、展开过程平稳的伸缩式展开机构。

本发明的技术方案是：

一种弹簧伸缩式可展开机构，包括支撑环、弹簧、绳索和离合组件，所述支撑环包括第一级支撑环、末级支撑环和N个中间支撑环，N个中间支撑环设置在第一级支撑环和末级支撑环之间，N为正整数；相邻的支撑环通过长螺钉连接，所述长螺钉一端的螺帽固定设置在其中一个支撑环的沉孔中，长螺钉另一端连接螺母，所述螺母设置在另一个支撑环的沉孔中；所述末级支撑环和中间支撑环上设置有长螺钉通过的通孔；所述弹簧设置在第一级支撑环外周面和末级支撑环外周面之间，并与第一级支撑环和末级支撑环连接；所述绳索的一端连接在第一级支撑环上，另一端连接在末级支撑环上；所述第一级支撑环和末级支撑环上设置有法兰凸耳，法兰凸耳中心设有安装孔；所述离合组件穿过安装孔连接第一级支撑环和末级支撑环，可展开机构在收拢状态时，离合组件为闭合状态，可展开机构在解锁状态时，离合组件为分离状态。

进一步地，还包括有胶垫圈，所述胶垫圈设置在安装螺母的沉孔中。

进一步地，所述第一级支撑环和末级支撑环上还设置有用于连接绳索的小孔，绳索通过小孔与第一级支撑环和末级支撑环连接。

进一步地，所述离合组件为爆炸螺栓或电磁阀。

进一步地，所述绳索数量为三根。

进一步地，所述中间支撑环数量为三个。

进一步地，所述长螺钉的螺帽胶粘固定在沉孔中。

进一步地，相邻的支撑环之间通过三根长螺钉连接。

本发明的优点为：

1.本发明结构形式简单，通过电磁阀或爆炸螺栓进行锁定和解锁，释放的能量能够被压缩弹簧吸收，同时压缩弹簧预先储备的弹性势能驱动力较强，能够保证机构顺利展开，且在接近完全展开状态时压缩弹簧自行减速，使展开过程平稳。

2.本发明通过长螺钉螺母配合实现展开限位，结合弹簧伸展力实现展开轴向精度的控制，孔轴配合精度能够保证展开机构的径向精度，展开精度高。

3.本发明通过长螺钉和螺母的配合、支撑环的沉孔孔槽加工精度能够保证展开的可靠性，通过试验验证，展开机构可顺利展开率100％。

4.本发明通过绳索的绷紧、在支撑环上粘附胶垫圈、长螺钉与螺母的配合可有效吸收展开过程中产生的冲击振动，能够顺利的实现高精度展开，防止展开失效，同时也降低了对卫星等平台振动影响。

5.本发明通过调整长螺钉长度、支撑环数量以及弹簧展开长度确定所需的展开尺寸以及收纳比。

6.本发明在支撑环内腔加工刃口形成挡光环并进行表面处理或是直接搭设挡光环，同时展开机构外圆柱表面设置遮光薄壁材料即可成可展开遮光罩，同时亦可在末级支撑环上搭载光学系统或是天线等，即可成为伸展臂结构，本发明易于改造，可应用广泛。

附图说明

图1为本发明实施例展开态结构图；

图2为本发明实施例收拢态结构图；

图3为本发明实施例收拢态剖视图一；

图4为本发明实施例收拢态剖视图二；

图5为本发明实施例第一级支撑环的结构图；

图6为本发明实施例第二级支撑环的结构图；

图7为本发明实施例第三级支撑环的结构意图；

图8为本发明实施例第四级支撑环的结构图；

图9为本发明实施例末级支撑环的结构图。

附图标记：1-弹簧，2-长螺钉，3-支撑环，4-螺母，5-离合组件，6-绳索，7-胶垫圈；

21-长螺钉；22-长螺钉，23-长螺钉，24-长螺钉，

31-第一级支撑环，32-第二级支撑环，33-第三级支撑环，34-第四级支撑环34，35-末级支撑环；

41-螺母，42-螺母，43-螺母，44-螺母，

81-沉孔，82-沉孔，83-通孔，84-安装孔，85-小孔。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步的详细描述：

本发明提出了一种展开精度高、结构形式简单、展开可靠性高、展开过程平稳且适用范围广泛的展开机构。

弹簧伸缩式可展开机构包括支撑环3、弹簧1、胶垫圈7、绳索6和离合组件5；支撑环包括第一级支撑环31、末级支撑环35和三个中间支撑环，三个中间支撑环为第二级支撑环32、第三级支撑环33和第四级支撑环34，三个中间支撑环依次设置在第一级支撑环31和末级支撑环35之间；离合组件5为爆炸螺栓或电磁阀；

弹簧设置在第一级支撑环外周面和末级支撑环外周面之间，并与第一级支撑环和末级支撑环连接；第一级支撑环和末级支撑环上设置安装孔，爆炸螺栓或电磁阀穿过安装孔连接第一级支撑环和末级支撑环；末级支撑环和中间支撑环上设置有长螺钉2通过的通孔。胶垫圈7设置在第二级至末级支撑环上配装螺母的沉孔里，并与接触面胶粘固定。第一级支撑环和末级支撑环上还设置有用于连接绳索的小孔，三根绳索的一端通过小孔连接设置在第一级支撑环上，另一端通过小孔连接设置在末级支撑环上。

本发明由爆炸螺栓或电磁阀结束展开机构收拢状态，当离合组件为爆炸螺栓，点火时螺栓断裂，末级支撑环与第一级支撑环脱离，展开机构的收拢结束；当离合组件为电磁阀，电磁阀断电时电磁力消失，弹簧把关闭件压在阀座上，阀门关闭，通电时电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开，末级支撑环与第一级支撑环脱离，结束展开机构的收拢状态，同时由压缩弹簧提供展开机构轴向驱动力，而多级支撑环与长螺钉的配合确定展开方向，长螺钉上的螺母4和支撑环孔槽配合确定展开位置精度，展开到位后绳索绷紧以及在支撑环粘附的胶垫圈和长螺钉上螺母的配合可有效降低展开过程中产生的冲击振动，最终实现良好地高精度展开。

长螺钉螺帽端胶粘固定在第一级支撑环至第四级支撑环上设置的与长螺钉螺帽端配合安装的沉孔，每一级支撑环分别安装三支长螺钉，长螺钉通过次一级支撑环上长螺钉配装螺母端配合安装的沉孔，并于长螺钉末端安装配合螺母；长螺钉末端及其配合螺母可顺利通过次二级的支撑环上设置的用以上级长螺钉及螺母通过的通孔。

如图1至图9所示，第一级支撑环31上设置三处法兰凸耳，法兰中心设置用以与爆炸螺栓或是电磁阀连接的安装孔84，第一级支撑环31上设置三处与绳索绑定的小孔85，第一级支撑环31上设置三处与长螺钉螺帽端配合安装的沉孔81；其中第二级支撑环32上设置三处与长螺钉螺帽端配合安装的沉孔81，第二级支撑环32上设置三处与长螺钉配装螺母端配合安装的沉孔82；其中第三级支撑环33上设置三处与长螺钉螺帽端配合安装的沉孔81，第三级支撑环33上设置三处与长螺钉配装螺母端配合安装的沉孔82，第三级支撑环33上设置三处与上级长螺钉及螺母通过的通孔83；其中第四级支撑环34上设置三处与长螺钉螺帽端配合安装的沉孔81，第四级支撑环34上设置三处与长螺钉配装螺母端配合安装的沉孔82，第四级支撑环34上设置6处与上级长螺钉及螺母通过的通孔83；其中末级支撑环35上设置三处法兰凸耳，法兰中心设置用以与爆炸螺栓或是电磁阀连接的安装孔84，末级支撑环35上设置三处与绳索绑定的小孔85，末级支撑环35上设置三处与长螺钉配装螺母端配合安装的沉孔82，末级支撑环35上设置9处与上级长螺钉及螺母通过的通孔83。

如图2，为展开机构收拢状态，三处爆炸螺栓或电磁阀5连接第一级支撑环31和末级支撑环35，3段绳索连接第一级支撑环31和末级支撑环35，长螺钉2安装在每一级支撑环3上，压缩弹簧1设置在第一级支撑环31和末级支撑环35之间，螺母4安装在长螺钉2末端。

如图3所示，第一级支撑环31、第二级支撑环32、第三级支撑环33、第四级支撑环34和末级支撑环35由爆炸螺栓电磁阀压缩弹簧1连接为收拢状态。3个长螺钉21连接第一级支撑环31和第二级支撑环32,3个长螺钉21螺帽端分别胶粘固定在第一级支撑环31沉孔81中，3个螺母41分别安装在长螺钉21末端；3个胶垫圈71分别设置在第二级支撑环32沉孔82中；3个长螺钉23连接第三级支撑环33和第四级支撑环34,3个长螺钉23螺帽端分别胶粘固定在第三级支撑环33沉孔81中，3个螺母43分别安装在长螺钉23末端；3个胶垫圈73分别设置在第四级支撑环34沉孔82中。

如图4所示，3个长螺钉22连接第二级支撑环32和第三级支撑环33,3个长螺钉22螺帽端分别胶粘固定在第二级支撑环32沉孔81中，3个螺母42分别安装在长螺钉22末端；3个胶垫圈72分别设置在第三级支撑环33沉孔82中；3个长螺钉24连接第四级支撑环34和末级支撑环35,3个长螺钉24螺帽端分别胶粘固定在第四级支撑环34沉孔81中，3个螺母44分别安装在长螺钉24末端；3个胶垫圈74分别设置在末级支撑环35沉孔82中。

如图1所示，当爆炸螺栓电磁阀5点火接通时，本发明展开机构解锁，结束收拢状态，第一级支撑环31固定在载荷平台上不动，其余展开组件在弹簧1释放弹性势能的驱动下开始展开。在弹簧1的弹出推动下，末级支撑环35由沉孔82与长螺钉24配合限位，沿长螺钉24方向运动，直至螺母44到达末级支撑环35上的沉孔82，而此时末级支撑环35通过长螺钉24牵引第四级支撑环34继续由沉孔82与长螺钉23配合限位，沿长螺钉23方向运动，直至螺母43到达第四级支撑环34上的沉孔82，长螺钉24和螺母44实现了第四级支撑环34和末级支撑环35的刚性连接，然后再由第四级支撑环34通过长螺钉23牵引第三级支撑环沿长螺钉22方向运动，此时长螺钉23末端连接配合螺母43顺利通过末级支撑环35通孔83,达到第四级支撑环34上的沉孔82处，长螺钉23和螺母43实现了第三级支撑环33和第四级支撑环34的刚性连接，同理直至第二级支撑环32展开固定，此时在展开弹簧伸张力下实现展开机构的自锁，同时绳索绷紧产生吸收冲击振动的作用，所有螺母4运动到确定支撑环沉孔中与胶垫圈7接触，得以将各级支撑环进行限位，同时吸收冲击振动。最终实现本发明展开机构的全部展开。

本发明的保护范围不限于本发明的具体实施方式，对于本技术领域的技术人员而言，在本发明的启示下，能够从本发明公开内容中直接导出联想一些原理和结构相同的基本变形，或现有技术中常用公知技术的替代，以及特征相同的相互不同组合、相同或相似技术效果的技术特征简单改换，都属于本发明技术的保护范围。

Claims (8)

1.一种弹簧伸缩式可展开机构，其特征在于：包括支撑环、弹簧、绳索和离合组件，所述支撑环包括第一级支撑环、末级支撑环和N个中间支撑环，N个中间支撑环设置在第一级支撑环和末级支撑环之间，N为正整数；

相邻的支撑环通过长螺钉连接，所述长螺钉一端的螺帽固定设置在其中一个支撑环的沉孔中，长螺钉另一端连接螺母，所述螺母设置在另一个支撑环的沉孔中；

所述末级支撑环和中间支撑环上设置有长螺钉通过的通孔；

所述弹簧设置在第一级支撑环外周面和末级支撑环外周面之间，并与第一级支撑环和末级支撑环连接；

所述绳索的一端连接在第一级支撑环上，另一端连接在末级支撑环上；

所述第一级支撑环和末级支撑环上设置有法兰凸耳，法兰凸耳中心设有安装孔；

所述离合组件穿过安装孔连接第一级支撑环和末级支撑环，可展开机构在收拢状态时，离合组件为闭合状态，可展开机构在解锁状态时，离合组件为分离状态。

2.根据权利要求1所述的弹簧伸缩式可展开机构,其特征在于：还包括有胶垫圈，所述胶垫圈设置在安装螺母的沉孔中。

3.根据权利要求1所述的弹簧伸缩式可展开机构,其特征在于：所述第一级支撑环和末级支撑环上还设置有用于连接绳索的小孔，绳索通过小孔与第一级支撑环和末级支撑环连接。

4.根据权利要求1或2或3所述的弹簧伸缩式可展开机构,其特征在于：所述离合组件为爆炸螺栓或电磁阀。

5.根据权利要求4所述的弹簧伸缩式可展开机构,其特征在于：所述绳索的数量为三根。

6.根据权利要求5所述的弹簧伸缩式可展开机构,其特征在于：所述中间支撑环的数量为三个。

7.根据权利要求6所述的弹簧伸缩式可展开机构,其特征在于：所述长螺钉的螺帽胶粘固定在沉孔中。

8.根据权利要求7所述的弹簧伸缩式可展开机构,其特征在于：相邻的支撑环之间通过三根长螺钉连接。