CN107611561A - 一种中心轴式有限旋转走线装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中心轴式有限旋转走线装置，属于天线走线机构技术领域。其包括中柱以及以中柱为轴的多个转轮，转轮与中柱轴承连接，相邻两个转轮之间具有相对刚性传矩结构，相对刚性传矩结构包括分别与两个相邻转轮其中之一固定连接的第一刚性传矩体和第二刚性传矩体，当两个相邻转轮中的一个转轮转过一定角度时，第一刚性传矩体与第二刚性传矩体相接触并将刚性转矩传递给另一个转轮，所有相对刚性传矩结构从上到下依次沿同一圆周方向错开一定角度，转轮上还设有用于固定线缆的固定装置。本发明结构可靠而简单，使用方便，是对现有技术的一种重要改进。

Description

一种中心轴式有限旋转走线装置

技术领域

本发明涉及天线走线机构技术领域，特别是指一种中心轴式有限旋转走线装置。

背景技术

随着我国在卫星通信和深空探测等领域长足发展，雷达和天线在其中发挥了越来重要的作用。雷达天线的结构形式从整体来说可以分成两个部分，即反射器部分和基础部分，基础部分固定连接于地基，反射器连接在基础部分上。由于在使用中反射器需要对空天一个范围进行扫描运动或对某个特定天体或物体进行跟踪等运动需求，不可避免的产生了反射器部分和基础部分之间的回转运动。比如说一般小型天线回转角度需要±180°范围，而位于上海的亚洲最大的65米天马望远镜的回转范围更是达到了±270°。

雷达天线属于高端复杂机电装备，安装有很多电控设备，其中一些需要安装在反射器部分上，比如避雷针、照明、驱动制动装置，轴角测量等。这些设备虽然在运动的部位工作，但控制部分往往是在固定的基础部分或是地面上。这就需要解决这些设备的动力电缆及信号线等线缆既要合理的从上部的反射器部分接引到固定的基础部分的问题，又要解决这些线缆在旋转运动中正常工作的问题。如果说无限角度的旋转运动，解决一般选择电刷的方式。如果是有限角度，则需要设计专门的走线方式。有的情况下传输需要纵向传递，在这种情况下，线缆和走线机构往往处于旋转轴或附近位置，上端连接运动部分，下端连接固定部分。

传统的方法一般采用全柔性的走线机构，在高度方向上排布有若干刚性的走线环，之间采用钢丝绳分别垂直连接，最上层的走线环固定在反射器部分，最下层的走线环固定在基础部分，线缆直接串联在各个走线环上。机构整体的旋转运动引起了上层走线环和下层走线环之间的相对旋转，这时连接的钢丝绳由直线变成了斜线，从而产生拉力牵引下层的走线环转动。同时，走线从直线状态变成斜线状态。

在一般情况下，这种方式可以有效的解决问题，但同时也有一些缺点。比如在旋转时候层间变短引起整个结构的形状改变容易造成局部应力过大；没有具体考虑每根线缆的弯曲半径，容易造成线缆的损伤；另外层间的旋转是绳索牵引的，不能均匀合理的分配层间旋转范围，在线缆过多时容易造成机构间的干涉。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种中心轴式有限旋转走线装置，其能够避免天线旋转时线缆之间的过拉和干涉现象，保护线缆不受损伤。

基于上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种中心轴式有限旋转走线装置，其包括中柱以及以所述中柱为轴的多个转轮，所述转轮与所述中柱轴承连接，相邻两个转轮之间具有相对刚性传矩结构，所述相对刚性传矩结构包括分别与两个相邻转轮其中之一固定连接的第一刚性传矩体和第二刚性传矩体，当两个相邻转轮中的一个转轮转过一定角度时，第一刚性传矩体与第二刚性传矩体相接触并将刚性转矩传递给另一个转轮，所有相对刚性传矩结构从上到下依次沿同一圆周方向错开一定角度，所述转轮上还设有用于固定线缆的固定装置。

可选的，相邻两个转轮之间的最大转角不超过30度。

可选的，相邻两个转轮之间还通过弹簧相连接。

可选的，所述转轮与所述中柱之间还设有用于使所述转轮复位至初始位置的卷簧，所有转轮位于其初始位置时，各转轮上对应固定装置之间的距离最短，且任两个相邻转轮之间沿同一方向的最大相对转角均相同。

可选的，相邻两个转轮中，位于上方的转轮的下部设有套在所述中柱上的传动筒，位于下方的转轮的上表面开设有圆槽，所述传动筒的末端伸入所述圆槽内，所述传动筒的末端侧壁上还设有凸块，所述圆槽的槽壁上开设有一段凹槽，所述凸块位于所述凹槽区域内，所述传动筒及凸块结构与所述圆槽及凹槽结构分别构成所述第一刚性传矩体和第二刚性传矩体。

从上面的叙述可以看出，本发明技术方案的有益效果在于：

1、本发明在旋转运动过程中，由于转轮和中柱之间的刚性连接，不会发生结构尺寸的变化，不会产生传统结构高度变短的现象。并且整体结构刚性好，结构不会跑偏，能够保持原有轴线基本不变，装置运行更加平稳。

2、本发明由于相邻转轮之间的旋转角度是通过相对刚性传矩结构实现的，这就确定了相邻两个转轮之间的旋转角度是确定的，从而可以在设计阶段优化分配各节的角度，避免了传统结构中因受力的不均匀而引起的各节之间旋转角度的不确定性，也避免了局部旋转角度过大造成的结构干涉问题。

3、本发明充分考虑了线缆的弯曲半径和冗余长度，避免了线缆过弯或过拉现象造成的损伤。

总之，本发明走线装置采用刚性连接方式代替了传统的柔性连接方式，使得走线装置在旋转运动中每一环节的旋转角度都准确可控。同时，在走线时可以考虑线缆的弯曲半径和旋转既定角度后线缆固定装置间的距离变化，从而能够避免线缆之间的过拉和干涉。可见，本发明结构可靠而简单，使用方便，是对现有技术的一种重要改进。

附图说明

为了更加清楚地描述本专利，下面提供一幅或多幅附图，这些附图旨在对本专利的背景技术、技术原理和/或某些具体实施方案做出辅助说明。需要注意的是，这些附图可以给出也可以不给出一些在本专利文字部分已有描述且属于本领域普通技术人员公知常识的具体细节；并且，因为本领域的普通技术人员完全可以结合本专利已公开的文字内容和/或附图内容，在不付出任何创造性劳动的情况下设计出更多的附图，因此下面这些附图可以涵盖也可以不涵盖本专利文字部分所叙述的所有技术方案。此外，这些附图的具体内涵需要结合本专利的文字内容予以确定，当本专利的文字内容与这些附图中的某个明显结构不相符时，需要结合本领域的公知常识以及本专利其他部分的叙述来综合判断到底是本专利的文字部分存在笔误，还是附图中存在绘制错误。特别地，以下附图均为示例性质的图片，并非旨在暗示本专利的保护范围，本领域的普通技术人员通过参考本专利所公开的文字内容和/或附图内容，可以在不付出任何创造性劳动的情况下设计出更多的附图，这些新附图所代表的技术方案依然在本专利的保护范围之内。

图1是本发明实施例中中心轴式有限旋转走线装置的一种结构框图；

图2是图1中相对刚性传矩结构的一种结构示意图；

图3是图1中相对刚性传矩结构的另一种结构示意图；

图4是本发明实施例中相对刚性传矩结构的原理示意图；

图5是本发明实施例中线缆预留长度的计算原理图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员对本专利技术方案的理解，同时，为了使本专利的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，并使权利要求书的保护范围得到充分支持，下面以具体案例的形式对本专利的技术方案做出进一步的、更详细的说明。

如图1所示，一种中心轴式有限旋转走线装置，其包括中柱以及以所述中柱为轴的多个转轮1，所述转轮1与所述中柱轴承连接，相邻两个转轮之间具有相对刚性传矩结构，所述相对刚性传矩结构包括分别与两个相邻转轮其中之一固定连接的第一刚性传矩体和第二刚性传矩体，当两个相邻转轮中的一个转轮转过一定角度时，第一刚性传矩体与第二刚性传矩体相接触并将刚性转矩传递给另一个转轮，所有相对刚性传矩结构从上到下依次沿同一圆周方向错开一定角度，所述转轮上还设有用于固定线缆6的固定装置4。

此外，本装置的首末两个转轮上还可以设置固定架5，从而分别与天线的反射器部分和基础座架部分连接。每个转轮上可以设置多个固定装置，不同转轮上的固定装置一一对应，取位于不同转轮上的同一位置处的多个固定装置为一组，则每组固定装置可以对应一条线缆，这样的走线装置能够布置多条线缆，各线缆之间互不影响，布线整洁有序。

可选的，相邻两个转轮之间的最大转角不超过30度。

可选的，仍见图1，相邻两个转轮之间还通过弹簧3相连接。弹簧3沿轴线方向连接在相邻两个转轮1的边缘处，并可在初始位置处调整到一定的拉力，这样，在相邻两个转轮相对转动时，弹簧3被拉长，拉力增大，形成了相对转动的阻力，这个阻力可以作为一种柔性的转矩，使得两个转轮的相对转动更加平稳，并且在动力消失后弹簧3还可使转轮1恢复至相对无旋转的位置。

可选的，所述转轮与所述中柱之间还设有用于使所述转轮复位至初始位置的卷簧(即发条式结构的弹簧)，所有转轮位于其初始位置时，各转轮上对应固定装置之间的距离最短，且任两个相邻转轮之间沿同一方向的最大相对转角均相同。

可选的，如图1和2所示，相邻两个转轮1中，位于上方的转轮的下部设有套在所述中柱7上的传动筒2，位于下方的转轮的上表面开设有圆槽，所述传动筒2的末端伸入所述圆槽内，所述传动筒2的末端侧壁上还设有凸块9，所述圆槽的槽壁上开设有一段凹槽10，所述凸块9位于所述凹槽10区域内，所述传动筒及凸块结构与所述圆槽及凹槽结构分别构成所述第一刚性传矩体和第二刚性传矩体。

此外，图3是图2结构的一个变种，即，在上方的转轮的下表面开设圆槽，而在下方转轮的上表面设置传动筒。

图4和5所示为本装置中相对刚性传矩结构的原理示意图，假设初始位置时凸块位于凹槽区域的正中间，凸块占据的圆心角为b度，凹槽区域占据的圆心角为a度，a大于b，则相邻两个转轮之间可相对旋转±(a-b)/2度。显而易见，整个装置所能旋转的角度为各个转轮的相对旋转角度之和。

使用时，将线缆从上到下通过固定装置依次与每一个转轮相固定，并使相邻两个转轮之间的线缆具有一定的富余长度。如图5所示，假设相邻两个转轮的固定转置之间的轴线距离为h，固定装置到转轮中心的距离为r，相邻两个转轮相对转动α角度后其对应固定转置之间的直线距离变为l，则相邻两个转轮之间线缆的预留长度至少应当为l，根据发明人的实际经验，可以选择线缆预留长度为1.2～1.3倍的l。

此外，如果线缆在初始状态的弯曲角度小于或者接近其最小弯曲角度，则可以对该线缆间隔一个转轮进行接线固定。

本装置旋转时，首末两端的转轮的相对旋转被分散到中间各转轮的相对旋转，而线缆被固定在转轮上，从而通过转轮的支撑作用可以使线缆呈现一种良好的分布状态，避免过度弯折，此外，由于每段线缆均留有富余长度，因此还可以保护线缆免受过度拉伸。

总之，本发明走线装置采用刚性连接方式代替了传统的柔性连接方式，使得走线装置在旋转运动中每一环节的旋转角度都准确可控。同时，在走线时可以考虑线缆的弯曲半径和旋转既定角度后线缆固定装置间的距离变化，从而能够避免线缆之间的过拉和干涉。可见，本发明结构可靠而简单，使用方便，是对现有技术的一种重要改进。

需要理解的是，上述对于本专利具体实施方式的叙述仅仅是为了便于本领域普通技术人员理解本专利方案而列举的示例性描述，并非暗示本专利的保护范围仅仅被限制在这些个例中，本领域普通技术人员完全可以在对本专利技术方案做出充分理解的前提下，以不付出任何创造性劳动的形式，通过对本专利所列举的各个例采取组合技术特征、替换部分技术特征、加入更多技术特征等等方式，得到更多的具体实施方式，所有这些具体实施方式均在本专利权利要求书的涵盖范围之内，因此，这些新的具体实施方式也应在本专利的保护范围之内。

此外，出于简化叙述的目的，本专利也可能没有列举一些寻常的具体实施方案，这些方案是本领域普通技术人员在理解了本专利技术方案后能够自然而然想到的，显然，这些方案也应包含在本专利的保护范围之内。

出于简化叙述的目的，上述各具体实施方式对于技术细节的公开程度可能仅仅达到本领域技术人员可以自行决断的程度，即，对于上述具体实施方式没有公开的技术细节，本领域普通技术人员完全可以在不付出任何创造性劳动的情况下，在本专利技术方案的充分提示下，借助于教科书、工具书、论文、专利、音像制品等等已公开文献予以完成，或者，这些细节是在本领域普通技术人员的通常理解下，可以根据实际情况自行作出决定的内容。可见，即使不公开这些技术细节，也不会对本专利技术方案的公开充分性造成影响。

总之，在结合了本专利说明书对权利要求书保护范围的解释作用的基础上，任何落入本专利权利要求书涵盖范围的具体实施方案，均在本专利的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种中心轴式有限旋转走线装置，其特征在于，包括中柱以及以所述中柱为轴的多个转轮，所述转轮与所述中柱轴承连接，相邻两个转轮之间具有相对刚性传矩结构，所述相对刚性传矩结构包括分别与两个相邻转轮其中之一固定连接的第一刚性传矩体和第二刚性传矩体，当两个相邻转轮中的一个转轮转过一定角度时，第一刚性传矩体与第二刚性传矩体相接触并将刚性转矩传递给另一个转轮，所有相对刚性传矩结构从上到下依次沿同一圆周方向错开一定角度，所述转轮上还设有用于固定线缆的固定装置。

2.根据权利要求1所述的中心轴式有限旋转走线装置，其特征在于，相邻两个转轮之间的最大转角不超过30度。

3.根据权利要求1所述的中心轴式有限旋转走线装置，其特征在于，相邻两个转轮之间还通过弹簧相连接。

4.根据权利要求1所述的中心轴式有限旋转走线装置，其特征在于，所述转轮与所述中柱之间还设有用于使所述转轮复位至初始位置的卷簧，所有转轮位于其初始位置时，各转轮上对应固定装置之间的距离最短，且任两个相邻转轮之间沿同一方向的最大相对转角均相同。

5.根据权利要求1所述的中心轴式有限旋转走线装置，其特征在于，相邻两个转轮中，位于上方的转轮的下部设有套在所述中柱上的传动筒，位于下方的转轮的上表面开设有圆槽，所述传动筒的末端伸入所述圆槽内，所述传动筒的末端侧壁上还设有凸块，所述圆槽的槽壁上开设有一段凹槽，所述凸块位于所述凹槽区域内，所述传动筒及凸块结构与所述圆槽及凹槽结构分别构成所述第一刚性传矩体和第二刚性传矩体。