CN107882863B - 一种超大口径天线的滑动展开铰链 - Google Patents

Abstract

一种超大口径天线的滑动展开铰链，涉及星载大型可展开天线领域；包括导轨、滑车、铰链架和杆件接头；杆件接头对称固定安装在铰链架中部的两端；杆件接头与外部天线杆固定连接；滑车固定安装在铰链架的水平下表面；滑车套装在导轨的外壁，实现滑车沿导轨的轴向滑动；滑车包括滑车架、滑筒和滚轮组；滑车架为板状结构；滑车架的后面设置有安装凸起；安装凸起与阶梯孔对应配合，实现滑车架与铰链架的固定连接；滑筒为竖直柱状结构，滑筒沿轴向设置有中空腔体，滚轮组固定安装在滑筒的中空腔体中；本发明实现空间长距离滑动，结构简单，铰链与导轨配合精度要求低，可靠性高，通过此铰链可以使超大口径天线收拢高度较传统结构降低35％。

Description

一种超大口径天线的滑动展开铰链

技术领域

本发明涉及一种星载大型可展开天线领域，特别是一种超大口径天线的新型滑动展开铰链。

背景技术

本发明来源于星载超大口径可展开天线，旨在进一步提高通信卫星对微弱信号的收集和传递能力。但是由于运载包络的要求，星载超大口径天线需要进行高收纳比的设计。

如图1所示为现有技术环形天线整体结构与分解图，由图可知，环形网状可展开天线主要由环形桁架5、前张力索网1、金属网2、张力阵3和后张力索网4等部分组成，如图1所示。前张力索网1、金属网2、张力阵3和后张力索网4属于索网系统。索网系统为环形天线的重要组成部分，卫星发射时处于收拢状态，卫星入轨后在环形桁架5的作用下展开到工作状态，索网系统形成一定的型面。环形桁架的展开尺寸和收拢尺寸决定了整个天线的展开尺寸和收拢尺寸。环形桁架5是超大口径天线收拢与展开的运动部件，是30个结构完全相同的四边形单元通过夹角120°的铰链连接而成的一个封闭的多边形环。四边形单元由横杆、竖杆、斜杆、滑动展开铰链、固定铰链组成，其关键运动为滑动展开铰链沿竖杆的上下滑动。

从资料查阅可得，诺斯洛普格鲁曼公司研究网站上给出了的Astromesh-2环形天线与本专利提出的超大口径环形天线的结构形式一致，但是公司网站以及相关文献并未对铰链结构进行详细介绍。

《Study of mechanical architectures of large deployable space antennaapertures from design to tests》介绍了欧空局提出的一种上下两层式环形天线，其中涉及滑动展开铰链。上下两层式环形天线的每个多边形由上下两个剪刀式展开机构组成，在展开过程中剪刀式展开机构的两端沿竖杆滑动，天线高度始终为竖杆的高度。天线的展开依靠穿梭于杆件的驱动绳索驱动，这种展开铰链的线轮在铰链外侧，所以动力绳的路径是沿着杆件外侧，增加了展开铰链的配重，同时由于线轮在铰链外侧，容易出现破坏，导致天线的展开和收缩失灵。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种超大口径天线的新型滑动展开铰链，实现空间长距离滑动，结构简单，铰链与导轨配合精度要求低，可靠性高，通过此铰链可以使超大口径天线收拢高度较传统结构降低35％。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种超大口径天线的新型滑动展开铰链，包括导轨、滑车、铰链架和杆件接头；其中，铰链架为工字型结构；杆件接头对称固定安装在铰链架中部的两端；杆件接头与外部天线杆固定连接；滑车固定安装在铰链架的水平下表面；滑车的中部设置有通孔；导轨为竖直杆状结构；滑车套装在导轨的外壁，实现滑车沿导轨的轴向滑动。

在上述的一种超大口径天线的新型滑动展开铰链，所述滑动展开铰链还包括第一销轴、深沟球轴承和轴套；铰链架两端的前后面均对称设置有铰链架孔；其中，第一销轴垂直穿过杆件接头的底端，且第一销轴的轴向两端对应与铰链架孔配合；深沟球轴承固定安装在第一销轴的轴向两端；轴套固定安装在深沟球轴承轴向外壁处；实现杆件接头绕铰链架的转动。

在上述的一种超大口径天线的新型滑动展开铰链，所述铰链架与滑车的连接面上设置有阶梯孔；滑车通过阶梯孔与铰链架固定连接。

在上述的一种超大口径天线的新型滑动展开铰链，所述滑车包括滑车架、滑筒和滚轮组；其中，滑车架为板状结构；滑车架的后面设置有安装凸起；安装凸起与阶梯孔对应配合，实现滑车架与铰链架的固定连接；滑筒为竖直柱状结构，滑筒沿轴向设置有中空腔体，滚轮组固定安装在滑筒的中空腔体中。

在上述的一种超大口径天线的新型滑动展开铰链，所述滚轮组包括6个第二销轴、6个轴承和6个滚轮；其中，第二销轴垂直于铰链架固定安装在滑筒内部；6个第二销轴呈竖直2列水平3排形式对称分布在滑筒中空腔体的两侧；6个轴承沿第二销轴轴向分别套装在6个第二销轴外壁；6个滚轮分别对应安装在6个轴承的外壁，实现滚轮绕第二销轴转动。

在上述的一种超大口径天线的新型滑动展开铰链，所述导轨沿竖直方向固定安装在两列滚轮之间，实现滑车通过滚轮沿导轨轴向上下移动。

在上述的一种超大口径天线的新型滑动展开铰链，所述导轨包括半圆结构和扁状结构；扁状结构水平与半圆结构的水平边固定连接；扁状结构的两端外壁为圆弧形状。

在上述的一种超大口径天线的新型滑动展开铰链，所述滚轮的径向外壁为内凹结构，滚轮的内凹外壁与扁状结构的圆弧外壁为间隙配合；扁状结构圆弧外壁的半径为r，滚轮内凹外壁的半径为R；R＞r，且R与r的差值为0.2-1mm。

在上述的一种超大口径天线的新型滑动展开铰链，所述铰链架、杆件接头、滑车、第一销轴、第二销轴和滚轮均为金属材料；导轨为碳纤维材料，且导轨与外壁天线杆一体化设计。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明在滑车架上安装三排两列滚轮，将滑动转化为滚动方案，降低了滑车与导轨之间的配合精度要求，以及滑动对导轨表面精度的要求。导轨可以采用非金属碳纤维材料成型。同时，此方案使得滑车沿竖杆导轨可以长距离滑动(＞3m)；

(2)本发明滑车与导轨配合采用两列滚轮沿一根导轨滑动的方式，保证了竖杆和导轨一体化，提高了结构强度和刚度，使得整体结构轻量化；导轨和竖杆热变形一致；

(3)本发明滑车采用三排两列滚轮结构形式，既能保证滑动运动顺畅，又能保证滑动摩擦阻力小；

(4)本发明滚轮半圆形凹槽与导轨半圆形凸台配合，使得其自由度具有唯一性；

(5)本发明通过此铰链可以使超大口径天线收拢高度较传统结构降低35％。

附图说明

图1为现有技术环形天线整体结构与分解图；

图2为本发明展开铰链结构示意图；

图3为本发明展开铰链分解图；

图4为本发明滑车分解图；

图5为本发明滚轮与导轨配合示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

本发明根据新型超大口径环形天线结构形式和铰链主要功能要求，提出了一种超大口径天线展开铰链；新型展开铰链在环形天线桁架单元中实现沿竖杆可以上下滑动。

如图2所示为展开铰链结构示意图，由图可知，一种超大口径天线的新型滑动展开铰链，包括导轨6、滑车7、铰链架8和杆件接头9；其中，铰链架8起连接作用，将杆件接头9、滑车7及其它组件连接在一起。铰链架8为工字型结构；杆件接头9对称固定安装在铰链架8中部的两端；杆件接头9与外部天线杆固定连接；滑车7固定安装在铰链架8的水平下表面；滑车7的中部设置有通孔；导轨6为竖直杆状结构；滑车7套装在导轨6的外壁，实现滑车7沿导轨6的轴向滑动。

如图3所示为展开铰链分解图，由图可知，滑动展开铰链还包括第一销轴9-1、深沟球轴承9-2和轴套9-3；铰链架8两端的前后面均对称设置有铰链架孔8-1；其中，第一销轴9-1垂直穿过杆件接头9的底端，且第一销轴9-1的轴向两端对应与铰链架孔8-1配合；深沟球轴承9-2固定安装在第一销轴9-1的轴向两端；轴套9-3固定安装在深沟球轴承9-2轴向外壁处；横杆接头9在深沟球轴承9-2的作用下可以绕第一销轴9-1转动，实现杆件接头9绕铰链架8的转动。铰链架8与滑车7的连接面上设置有阶梯孔8-2；滑车7通过阶梯孔8-2与铰链架8固定连接。

如图4所示为滑车分解图，由图可知，滑车7包括滑车架7-1、滑筒7-2和滚轮组7-3；其中，滑车架7-1为板状结构；滑车架7-1的后面设置有安装凸起7-1-1；安装凸起7-1-1与阶梯孔8-2对应配合，实现滑车架7-1与铰链架8的固定连接；滑筒7-2为竖直柱状结构，滑筒7-2沿轴向设置有中空腔体，滚轮组7-3固定安装在滑筒7-2的中空腔体中。其中，滚轮组7-3包括6个第二销轴7-3-1、6个轴承7-3-2和6个滚轮7-3-3；其中，第二销轴7-3-1垂直于铰链架8固定安装在滑筒7-2内部；6个第二销轴7-3-1呈竖直2列水平3排形式对称分布在滑筒7-2中空腔体的两侧；6个轴承7-3-2沿第二销轴7-3-1轴向分别套装在6个第二销轴7-3-1外壁；6个滚轮7-3-3分别对应安装在6个轴承7-3-2的外壁，实现滚轮7-3-3绕第二销轴7-3-1转动。滑车7中轴承7-3-2采用角接触轴承保证铰链承载横杆和竖杆之间沿竖杆的轴向力和垂直于竖杆的径向力。

如图5所示为滚轮与导轨配合示意图，由图可知，导轨6沿竖直方向固定安装在两列滚轮7-3-3之间，实现滑车7通过滚轮7-3-3沿导轨6轴向上下移动。其中，导轨6包括半圆结构6-1和扁状结构6-2；扁状结构6-2水平与半圆结构6-1的水平边固定连接；扁状结构6-2的两端外壁为圆弧形状。滚轮7-3-3的径向外壁为内凹结构，滚轮7-3-3的内凹外壁与扁状结构6-2的圆弧外壁为间隙配合；扁状结构6-2圆弧外壁的半径为r，滚轮7-3-3内凹外壁的半径为R；R＞r，且R与r的差值为0.2-1mm。导轨6采用半圆结构6-1和扁状结构6-2，使得滑车7与竖杆导轨6运动关系只为上下滑动，无旋转运动。

铰链架8、杆件接头9、滑车7、第一销轴9-1、第二销轴7-3-1和滚轮7-3-3均为金属材料，保证结构整体选用材料具有空间适应性；导轨6为碳纤维材料，保证结构整体质量轻便，且导轨与外壁天线杆一体化设计。

目前，本新型展开铰链已经在6m口径天线样机上转配完成并进行了地面试验，铰链运动功能正常。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种超大口径天线的滑动展开铰链，其特征在于：包括导轨(6)、滑车(7)、铰链架(8)和杆件接头(9)；其中，铰链架(8)为工字型结构；杆件接头(9)对称固定安装在铰链架(8)中部的两端；杆件接头(9)与外部天线杆固定连接；滑车(7)固定安装在铰链架(8)的水平下表面；滑车(7)的中部设置有通孔；导轨(6)为竖直杆状结构；滑车(7)套装在导轨(6)的外壁，实现滑车(7)沿导轨(6)的轴向滑动；

所述滑动展开铰链还包括第一销轴(9-1)、深沟球轴承(9-2)和轴套(9-3)；铰链架(8)两端的前后面均对称设置有铰链架孔(8-1)；其中，第一销轴(9-1)垂直穿过杆件接头(9)的底端，且第一销轴(9-1)的轴向两端对应与铰链架孔(8-1)配合；深沟球轴承(9-2)固定安装在第一销轴(9-1)的轴向两端；轴套(9-3)固定安装在深沟球轴承(9-2)轴向外壁处；实现杆件接头(9)绕铰链架(8)的转动；

所述铰链架(8)与滑车(7)的连接面上设置有阶梯孔(8-2)；滑车(7)通过阶梯孔(8-2)与铰链架(8)固定连接；

所述滑车(7)包括滑车架(7-1)、滑筒(7-2)和滚轮组(7-3)；其中，滑车架(7-1)为板状结构；滑车架(7-1)的后面设置有安装凸起(7-1-1)；安装凸起(7-1-1)与阶梯孔(8-2)对应配合，实现滑车架(7-1)与铰链架(8)的固定连接；滑筒(7-2)为竖直柱状结构，滑筒(7-2)沿轴向设置有中空腔体，滚轮组(7-3)固定安装在滑筒(7-2)的中空腔体中。

2.根据权利要求1所述的一种超大口径天线的滑动展开铰链，其特征在于：所述滚轮组(7-3)包括6个第二销轴(7-3-1)、6个轴承(7-3-2)和6个滚轮(7-3-3)；其中，第二销轴(7-3-1)垂直于铰链架(8)固定安装在滑筒(7-2)内部；6个第二销轴(7-3-1)呈竖直2列水平3排形式对称分布在滑筒(7-2)中空腔体的两侧；6个轴承(7-3-2)沿第二销轴(7-3-1)轴向分别套装在6个第二销轴(7-3-1)外壁；6个滚轮(7-3-3)分别对应安装在6个轴承(7-3-2)的外壁，实现滚轮(7-3-3)绕第二销轴(7-3-1)转动。

3.根据权利要求2所述的一种超大口径天线的滑动展开铰链，其特征在于：所述导轨(6)沿竖直方向固定安装在两列滚轮(7-3-3)之间，实现滑车(7)通过滚轮(7-3-3)沿导轨(6)轴向上下移动。

4.根据权利要求3所述的一种超大口径天线的滑动展开铰链，其特征在于：所述导轨(6)包括半圆结构(6-1)和扁状结构(6-2)；扁状结构(6-2)与半圆结构(6-1)的水平边固定连接；扁状结构(6-2)的两端外壁为圆弧形状。

5.根据权利要求4所述的一种超大口径天线的滑动展开铰链，其特征在于：所述滚轮(7-3-3)的径向外壁为内凹结构，滚轮(7-3-3)的内凹外壁与扁状结构(6-2)的圆弧外壁为间隙配合；扁状结构(6-2)圆弧外壁的半径为r，滚轮(7-3-3)内凹外壁的半径为R；R＞r，且R与r的差值为0.2-1mm。

6.根据权利要求5所述的一种超大口径天线的滑动展开铰链，其特征在于：所述铰链架(8)、杆件接头(9)、滑车(7)、第一销轴(9-1)、第二销轴(7-3-1)和滚轮(7-3-3)均为金属材料；导轨(6)为碳纤维材料，且导轨与外壁天线杆一体化设计。