CN107804484B - 应用于航天器的高收纳比可控展开桁架装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种应用于航天器的高收纳比可控展开桁架装置，其包括三棱柱桁架和可控展开装置，三棱柱桁架由上三角框、上支撑杆、铰链、下支撑杆、下三角框、限位螺钉、拉伸螺钉组成，可控展开装置包括拉伸臂、梯形丝杆、限位臂、丝杆螺母、支撑架、导向杆等，上三角框位于上支撑杆的上方，铰链位于上支撑杆和下支撑杆之间，下三角框位于下支撑杆和限位螺钉之间，拉伸螺钉位于限位螺钉的下方，下三角框位于上支撑杆的下方，上三角框位于拉伸螺钉的上方，拉伸臂位于梯形丝杆的上方等。本发明采用单根丝杆和一台电机实现了三棱柱桁架的可控展开，相比于三根丝杆的方式，实现了产品的轻量化，提高了系统的可靠度，同时降低了系统的径向尺寸。

Description

应用于航天器的高收纳比可控展开桁架装置
技术领域
本发明涉及一种航天器结构和机构，具体地，涉及一种应用于航天器的高收纳比可控展开桁架装置。
背景技术
随着航天活动日益增多，可展桁架作为一种具有高收纳比的机构在航天器上的应用越来越广泛。传统的三棱柱桁架具有收纳比高、构型稳定紧凑、刚度高等特点。为了保证三棱柱桁架在轨可控展开，传动的可控展开装置采用三根丝杆分别立于折叠桁架三根棱的顶端，采用三台电机或一台电机带同步装置驱动三根丝杆等速转动，拉动三角框实现直线运动，从而控制桁架的顺序展开。但是，此展开装置安装在折叠桁架的顶部，增加了丝杆的高度，并且丝杆高度至少要长于一节桁架展开后的高度，使得可展桁架的实际收纳比大大降低；其次，三根丝杆也使得整个装置复杂度增大，重量增大，可靠性降低。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种应用于航天器的高收纳比可控展开桁架装置，其采用单根丝杆和一台电机实现了三棱柱桁架的可控展开，相比于三根丝杆的方式，实现了产品的轻量化，提高了系统的可靠度，同时降低了系统的径向尺寸；三棱柱桁架采用上、下支撑杆沿三角框周边收拢的方式，最大限度的提升了可展桁架自身的纵向收纳比；在可控展开装置设计上，由于单根丝杆可以收拢在桁架内部空腔，使得整个可控展开桁架结构收拢状态的总高度与桁架主体高度基本相当(仅高出拉伸臂和限位臂沿桁架展开方向的尺寸)，从而提升了可控展开桁架结构的实际收纳比。
根据本发明的一个方面，提供一种应用于航天器的高收纳比可控展开桁架装置，其特征在于，其包括三棱柱桁架和可控展开装置，三棱柱桁架由上三角框、上支撑杆、铰链、下支撑杆、下三角框、限位螺钉、拉伸螺钉组成，可控展开装置包括拉伸臂、梯形丝杆、限位臂、丝杆螺母、支撑架、导向杆、齿轮组、步进电机、连杆-滑块机构，上三角框位于上支撑杆的上方，铰链位于上支撑杆和下支撑杆之间，下三角框位于下支撑杆和限位螺钉之间，拉伸螺钉位于限位螺钉的下方，下三角框位于上支撑杆的下方，上三角框位于拉伸螺钉的上方，拉伸臂位于梯形丝杆的上方，限位臂位于丝杆螺母的上方，拉伸臂位于限位臂的上方，支撑架位于导向杆的一侧，导向杆位于丝杆螺母的下方，齿轮组位于步进电机的上方，步进电机位于拉伸臂的一侧，连杆-滑块机构位于齿轮组的上方，梯形丝杆位于导向杆的上方，连杆-滑块机构位于拉伸臂的一侧。
优选地，所述可控展开装置放置于三棱柱桁架内部，提高了整个结构的收纳比。
优选地，所述上支撑杆和下支撑杆沿三角框周边折叠和展开，增大了收纳比，三棱柱桁架内部形成空腔，便于展开装置或载荷的安装。
优选地，所述上支撑杆和下支撑杆之间通过铰链连接，这样连接牢靠。
优选地，所述拉伸臂采用单向啮合-脱出机构啮入当前待拉伸的桁架，拉伸部件为桁架三角框的拉伸螺钉；在桁架展开过程中，通过限位臂对下一节桁架进行限位，防止无序展开，限位部件为桁架三角框的限位螺钉。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明采用单根丝杆和一台电机实现了三棱柱桁架的可控展开，相比于三根丝杆的方式，实现了产品的轻量化，提高了系统的可靠度，同时降低了系统的径向尺寸；三棱柱桁架采用上、下支撑杆沿三角框周边收拢的方式，最大限度的提升了可展桁架自身的纵向收纳比；在可控展开装置设计上，由于单根丝杆可以收拢在桁架内部空腔，使得整个可控展开桁架结构收拢状态的总高度与桁架主体高度基本相当(仅高出拉伸臂和限位臂沿桁架展开方向的尺寸)，从而提升了可控展开桁架结构的实际收纳比。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的三棱柱桁架的结构示意图。
图2(a)为本发明的可控展开装置结构示意图。
图2(b)为本发明的可控展开装置结构的组合示意图。
图3为单向啮合-脱出装置示意图。
图4为桁架解除约束示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1至图2所示，本发明应用于航天器的高收纳比可控展开桁架装置包括三棱柱桁架1和可控展开装置2，三棱柱桁架1由上三角框3、上支撑杆4、铰链5、下支撑杆6、下三角框7、限位螺钉8、拉伸螺钉9组成，可控展开装置2包括拉伸臂10、梯形丝杆11、限位臂12、丝杆螺母13、支撑架14、导向杆15、齿轮组16、步进电机17、连杆-滑块机构18，上三角框3位于上支撑杆4的上方，铰链5位于上支撑杆4和下支撑杆6之间，下三角框7位于下支撑杆6和限位螺钉8之间，拉伸螺钉9位于限位螺钉8的下方，下三角框7位于上支撑杆4的下方，上三角框3位于拉伸螺钉9的上方，拉伸臂10位于梯形丝杆11的上方，限位臂12位于丝杆螺母13的上方，拉伸臂10位于限位臂12的上方，支撑架14位于导向杆15的一侧，导向杆15位于丝杆螺母13的下方，齿轮组16位于步进电机17的上方，步进电机17位于拉伸臂10的一侧，连杆-滑块机构18位于齿轮组16的上方，梯形丝杆11位于导向杆15的上方，连杆-滑块机构18位于拉伸臂10的一侧。
可控展开装置2放置于三棱柱桁架1内部，提高了整个结构的收纳比。
上支撑杆4和下支撑杆6沿上三角框3周边折叠和展开，增大了收纳比，三棱柱桁架1内部形成空腔，便于展开装置或载荷的安装。
上支撑杆4和下支撑杆6之间通过铰链5连接，这样连接牢靠。
拉伸臂10采用单向啮合-脱出机构啮入当前待拉伸的桁架，拉伸部件为桁架三角框的拉伸螺钉；在桁架展开过程中，通过限位臂对下一节桁架进行限位，防止无序展开，限位部件为桁架三角框的限位螺钉。
本发明的工作原理如下：如图3至图4所示，三根限位臂均布于支撑架上，与支撑架固连，每个限位臂端部各安装一套连杆-滑块机构，连杆-滑块机构通过桁架三角框上的限位螺钉对下一节桁架进行限位，防止当前桁架拉伸时下一节桁架同时拉伸，以免造成展开过程的不可控性。
三根拉伸臂与丝杆顶部固连，拉伸臂端部安装单向啮合-脱出机构，通过抱紧桁架三角框上的拉伸螺钉，带动桁架有序展开，单向啮合-脱出机构保证拉伸螺钉由啮入口进入，由抱紧块将拉伸螺钉抱紧，与此同时，拉伸臂压紧连杆-滑块机构，使得限位臂的伸出块收缩，限位螺钉的约束解除。此时，丝杆上升，带动桁架伸展。当桁架完全展开并锁定后，丝杆继续拉升，下一节待展开桁架在丝杆的带动下沿着限位臂的伸出块斜面上升，最后卡入伸出块孔内，实现桁架的位置约束。丝杆随后下降，已展开桁架由单向啮合-脱出机构的另一端脱出口脱出，丝杠继续下降，准备啮入此前被限位臂约束的桁架，如此往复，实现桁架的可控展开。
丝杆的上升与下降通过丝杆螺母实现，电机通过齿轮组减速器，对力矩进行放大，带动丝杆螺母产生绕自身轴的转动，同时通过一定的机构限制住丝杆的轴线转动，从而使丝杆仅产生沿轴向的上下移动。
为了保证丝杆的运动稳定性，在支撑架底部中心固连丝杆导向杆，丝杆导向杆穿过丝杆轴心，长度稍短于丝杆，保证丝杆在运动过程中特别是在上升到极限位置时的稳定性。
为了装置的轻量化，提高产品的环境适应性，在保证该机构性能指标的情况下，支撑架、拉伸臂、限位臂等结构件采用碳纤维复合材料。
综上所述，本发明采用单根丝杆和一台电机实现了三棱柱桁架的可控展开，相比于三根丝杆的方式，实现了产品的轻量化，提高了系统的可靠度，同时降低了系统的径向尺寸；三棱柱桁架采用上、下支撑杆沿三角框周边收拢的方式，最大限度的提升了可展桁架自身的纵向收纳比；在可控展开装置设计上，由于单根丝杆可以收拢在桁架内部空腔，使得整个可控展开桁架结构收拢状态的总高度与桁架主体高度基本相当(仅高出拉伸臂和限位臂沿桁架展开方向的尺寸)，从而提升了可控展开桁架结构的实际收纳比。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (5)

1.一种应用于航天器的高收纳比可控展开桁架装置，其特征在于，其包括三棱柱桁架和可控展开装置，三棱柱桁架由上三角框、上支撑杆、铰链、下支撑杆、下三角框、限位螺钉、拉伸螺钉组成，可控展开装置包括拉伸臂、梯形丝杆、限位臂、丝杆螺母、支撑架、导向杆、齿轮组、步进电机、连杆-滑块机构，上三角框位于上支撑杆的上方，铰链位于上支撑杆和下支撑杆之间，下三角框位于下支撑杆和限位螺钉之间，拉伸螺钉位于限位螺钉的下方，下三角框位于上支撑杆的下方，上三角框位于拉伸螺钉的上方，拉伸臂位于梯形丝杆的上方，限位臂位于丝杆螺母的上方，拉伸臂位于限位臂的上方，支撑架位于导向杆的一侧，导向杆位于丝杆螺母的下方，齿轮组位于步进电机的上方，步进电机位于拉伸臂的一侧，连杆-滑块机构位于齿轮组的上方，梯形丝杆位于导向杆的上方，连杆-滑块机构位于拉伸臂的一侧。
2.根据权利要求1所述的应用于航天器的高收纳比可控展开桁架装置，其特征在于，所述可控展开装置放置于三棱柱桁架内部，提高了整个结构的收纳比。
3.根据权利要求1所述的应用于航天器的高收纳比可控展开桁架装置，其特征在于，所述上支撑杆和下支撑杆沿三角框周边折叠和展开，增大了收纳比，三棱柱桁架内部形成空腔，便于展开装置或载荷的安装。
4.根据权利要求1所述的应用于航天器的高收纳比可控展开桁架装置，其特征在于，所述上支撑杆和下支撑杆之间通过铰链连接，便于连接牢靠。
5.根据权利要求1所述的应用于航天器的高收纳比可控展开桁架装置，其特征在于，所述拉伸臂采用单向啮合-脱出机构啮入当前待拉伸的桁架，拉伸部件为桁架三角框的拉伸螺钉；在桁架展开过程中，通过限位臂对下一节桁架进行限位，防止无序展开，限位部件为桁架三角框的限位螺钉。
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