CN108847518B - 一种基于剪式单元仿蜘蛛网空间可展机构 - Google Patents
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Abstract
一种基于剪式单元仿蜘蛛网空间可展机构，包括可展单元和机座，所述可展单元包括驱动杆、铰链、连杆和剪式单元，所述机座为五边形机座，本发明通过五个可展单元环形阵列在同一个机座上，同时每个相邻的可展单元之间共用一个驱动杆并通过嵌套在驱动杆上的第一铰链和第二铰链连接，构成一个闭环的空间折展机构，本发明具有一个自由度，所需驱动少，控制简单，可展单元之间由两个铰链连接，机构具有刚度大和强度高，机构展开稳定，结构质量轻、折叠比大的特点，适用于太空平面卫星发射天线和太空卫星抛物面天线等领域。
Description
技术领域
本发明涉及空间折展机构领域，特别是一种基于剪式单元仿蜘蛛网空间可展机构。
背景技术
蜘蛛网通常有对称性和非对称性，是一种极其规则的网，可在等同的体积下网的柔韧性和强度比钢丝大，故具有延伸性；蜘蛛网可以根据不同环境形成不同的形状，全网结构稳定牢固，可以使每一种对称性网受到的撞击力均匀的分布在全网上。
随着航天事业的蓬勃发展，对外太空的探索也逐渐深入，需要运载不同的航天器支撑架到外太空执行相应的任务，但由于火箭运输空间有限，这就要求机构要以折叠或者收拢的状态固定在运输载荷仓内，等到进入预定轨迹后再展开成机构，所以机构可展开成为很多航天器或者大口径天线的一个显著特征，目前许多空间折展机构均可通过折展单元的组合阵列或者拓扑构成。
中国专利201210310520.3公开了一种基于正方形单元平面阵列可展机构，该机构折叠比小，且为平面折叠；中国专利201210397908.1公布了一种正四面体对称型可展机构单元，该机构虽然结构简单、展开和折叠方便，但是机构强度和刚度较低，折展单元不具拓展性。
目前未见有一种具有刚度和强度高、结构质量轻、机构展开稳定、大折叠比、单一自由度的特点的一种基于剪式单元仿蜘蛛网空间可展机构的创新发明设计。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于剪式单元仿蜘蛛网空间可展机构，它具有刚度和强度高、结构质量轻、机构展开稳定、大折叠比、单一自由度的特点，适用于太空平面卫星发射天线和太空卫星抛物面天线等领域。
本发明的技术方案是：一种基于剪式单元仿蜘蛛网空间可展机构，包括可展单元和机座，具体结构和连接关系如下：
所述第一可展单元包括第一驱动杆、第二驱动杆、第一铰链、第二铰链、第三铰链、第四铰链、第一连杆、第二连杆和剪式单元，第一驱动杆一端通过销轴与机座连接，同时通过转动副与第一铰链连接，第一驱动杆另一端通过转动副与第二铰链连接，第二驱动杆一端通过销轴与机座连接，同时通过转动副与第三铰链连接，第二驱动杆另一端通过转动副与第四铰链连接，第一连杆一端通过销轴与第二铰链连接，第一连杆另一端通过销轴与第一剪叉杆一端连接，第一剪叉杆另一端通过销轴与第三铰链连接，第二连杆一端通过销轴与第四铰链连接，第二连杆另一端通过销轴与第二剪叉杆一端连接，第二剪叉杆另一端通过销轴与第一铰链连接，剪式单元包括第一剪叉杆和第二剪叉杆，第一剪叉杆和第二剪叉杆之间通过销轴相互连接；
所述第二可展单元、第三可展单元、第四可展单元和第五可展单元的结构及连接关系与第一可展单元完全相同；
所述机座为五边形机座，机座每一边均有一个销轴座，在五边形机座的五个销轴座处通过销轴与驱动杆连接。
所述可展单元之间通过共用驱动杆和嵌套在驱动杆上的两个铰链环形阵列在同一个机座上构成闭环的空间折展机构。
每个驱动杆上仅嵌套两个铰链，每个铰链均通过转动副与驱动杆连接，且通过销轴与连杆连接的铰链可沿驱动杆方向滑移。
本发明的突出优点在于：
1.机构的驱动杆上嵌套两个铰链，使机构具有刚度大和强度高，机构展开稳定，空间折叠比大、收拢体积小的特点。
2.机构所需驱动少，控制简单，组成构件为常见的杆件，易于装配且结构质量轻。
3.机构单元具有拓扑性，可拓扑成不同尺度的空间折展机构，满足不同的场合需求，适用于太空平面卫星发射天线和太空卫星抛物面天线等领域。
附图说明
图1为本发明所述的基于剪式单元仿蜘蛛网空间可展机构的结构示意图。
图2为本发明所述的基于剪式单元仿蜘蛛网空间可展机构的半折叠结构示意图。
图3为本发明所述的基于剪式单元仿蜘蛛网空间可展机构的完全折叠结构示意图。
图4为本发明所述的基于剪式单元仿蜘蛛网空间可展机构的可展单元结构示意图。
图5为本发明所述的基于剪式单元仿蜘蛛网空间可展机构的剪式单元结构示意图。
图6为本发明所述的基于剪式单元仿蜘蛛网空间可展机构的铰链结构示意图。
图7为本发明所述的基于剪式单元仿蜘蛛网空间可展机构的机座结构示意图。
图8为本发明所述的基于剪式单元仿蜘蛛网空间可展机构的驱动杆结构示意图。
图中标记为：1.机座、2.第一铰链、3.第一驱动杆、4.第二铰链、5.第一连杆、6.第一剪叉杆、7.第二剪叉杆、8.第二连杆、9.第四铰链、10.第二驱动杆、11.第三铰链、A.第一可展单元、B.第二可展单元、C.第三可展单元、D.第四可展单元、E.第五可展单元。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的技术方案进行进一步描述。
如图1至图8所示，本发明所述的基于剪式单元仿蜘蛛网空间可展机构，包括可展单元和机座1，其特征在于，具体结构和连接关系如下：
所述可展单元包括第一可展单元A、第二可展单元B、第三可展单元C、第四可展单元D和第五可展单元E；
所述第一可展单元A包括第一驱动杆3、第二驱动杆10、第一铰链2、第二铰链4、第三铰链11、第四铰链9、第一连杆5、第二连杆8和剪式单元，第一驱动杆3一端通过销轴与机座1连接，同时通过转动副与第一铰链2连接，第一驱动杆3另一端通过转动副与第二铰链4连接，第二驱动杆10一端通过销轴与机座1连接，同时通过转动副与第三铰链11连接，第二驱动杆10另一端通过转动副与第四铰链9连接，第一连杆5一端通过销轴与第二铰链4连接，第一连杆5另一端通过销轴与第一剪叉杆6一端连接，第二连杆8一端通过销轴与第四铰链9连接，第二连杆8另一端通过销轴与第二剪叉杆7一端连接，剪式单元包括第一剪叉杆6和第二剪叉杆7，第一剪叉杆6和第二剪叉杆7之间通过销轴相互连接，第一剪叉杆6另一端通过销轴与第三铰链11连接，第二剪叉杆7另一端通过销轴与第一铰链2连接；
所述第二可展单元B、第三可展单元C、第四可展单元D和第五可展单元E的结构及连接关系与第一可展单元A完全相同；
所述机座1为五边形机座，机座1每一边均有一个销轴座，在五边形机座的五个销轴座处通过销轴与驱动杆连接。
所述可展单元之间通过共用驱动杆和嵌套在驱动杆上的两个铰链环形阵列在同一个机座1上构成闭环的空间折展机构。
每个驱动杆上仅嵌套两个铰链，每个铰链均通过转动副与驱动杆连接，且通过销轴与连杆连接的铰链可沿驱动杆方向滑移。
工作原理及过程：
如图1至图3所示,机构由完全展开状态到半折叠状态再到完全折叠状态，通过驱动驱动杆做收拢运动，嵌套在驱动杆上的两个铰链作旋转运动，同时与连杆连接的铰链沿驱动杆移动，从而带动第一连杆5和第二连杆8做收拢移动，带动第一剪叉杆6和第二剪叉杆7相互做收拢运动，直至机构收拢形成完全折叠状态，如图3所示；当反方向驱动时，机构做展开运动，直至完全展开，如图1所示。
Claims (3)
1.一种基于剪式单元仿蜘蛛网空间可展机构，包括可展单元和机座，其特征在于，具体结构和连接关系如下：
所述可展单元包括第一可展单元、第二可展单元、第三可展单元、第四可展单元和第五可展单元；
所述第一可展单元包括第一驱动杆、第二驱动杆、第一铰链、第二铰链、第三铰链、第四铰链、第一连杆、第二连杆和剪式单元，第一驱动杆一端通过销轴与机座连接，同时通过转动副与第一铰链连接，第一驱动杆另一端通过转动副与第二铰链连接，第二驱动杆一端通过销轴与机座连接，同时通过转动副与第三铰链连接，第二驱动杆另一端通过转动副与第四铰链连接，第一连杆一端通过销轴与第二铰链连接，第一连杆另一端通过销轴与第一剪叉杆一端连接，第一剪叉杆另一端通过销轴与第三铰链连接，第二连杆一端通过销轴与第四铰链连接，第二连杆另一端通过销轴与第二剪叉杆一端连接，第二剪叉杆另一端通过销轴与第一铰链连接，剪式单元包括第一剪叉杆和第二剪叉杆，第一剪叉杆和第二剪叉杆之间通过销轴相互连接；
所述第二可展单元、第三可展单元、第四可展单元和第五可展单元的结构及连接关系与第一可展单元完全相同；
所述机座为五边形机座，机座每一边均有一个销轴座，在五边形机座的五个销轴座处通过销轴与驱动杆连接。
2.根据权利要求1所述的基于剪式单元仿蜘蛛网空间可展机构，其特征在于，所述可展单元之间通过共用驱动杆和嵌套在驱动杆上的两个铰链环形阵列在同一个机座上构成闭环的空间折展机构。
3.根据权利要求1所述的基于剪式单元仿蜘蛛网空间可展机构，其特征在于，每个驱动杆上仅嵌套两个铰链，每个铰链均通过转动副与驱动杆连接，且通过销轴与连杆连接的铰链可沿驱动杆方向滑移。
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