CN108974391B - 一种双滚筒人形杆十字展开机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双滚筒人形杆十字展开机构，它涉及一种单电机驱动太阳帆的十字人形杆展开机构，可收拢的人形杆展开长度在五十米量级，解决了空间站太阳帆的驱动机构长度短，可展开面积小的问题。若四根长度为五十米的人形杆同时全部缠绕到一个滚筒上，将会使滚筒的缠绕体积过大，引起驱动效率低的问题，该机构将四根大尺度人形杆分两组，每组包含两根人形杆，两组分别缠绕到两个滚筒上，组成十字形展开，有效的解决了上述问题。同时，该机构中含有周向和径向压紧机构，分别提高了人形杆收拢缠绕时的紧凑性和展开状态的刚度，该机构具有可展开面积大，展开、收拢过程稳定，机构占用空间小的优点。

Description

一种双滚筒人形杆十字展开机构

技术领域

本发明属于空间可折展机构技术领域，具体涉及一种单电机驱动的双滚筒人形杆十字展开机构，用于展开空间太阳能电站太阳帆。

背景技术

为了适应当前空间站事业的发展，出现各种各样的天线来满足各种不同的工程需要。薄膜可展开天线便是一种重量轻、柔性大的天线方案，其展开方式包括充气、以杆支撑等。航天器在轨释放前，薄膜天线紧紧的缠绕在航天舱内，在轨释放后，支撑杆展开机构驱动支撑杆展开，从而驱动薄膜天线展开，实现在轨成形，此种薄膜天线支撑杆展开机构具有重量轻和体积小的优点。目前采用的支撑杆横截面形状包括豆荚杆、矩形杆等，本发明采用的支撑杆为人形杆，其截面为人字形，收拢时可以将其压扁，展开时自动鼓起从而保证有足够稳定性，这种人形杆能够很好地支撑太阳帆的展开和收拢。俄罗斯所研制的支撑杆展开机构采用了单侧展开的机构：支撑杆的一端被固定并处于拉扁状态，另一端处于悬空状态，当支撑杆展开时，借助与支撑杆等长的辅助支撑结构使其截面缓缓鼓起，由于采用单侧展开，导致薄膜天线展开不够充分，而且支撑杆展开需要较长的支撑结构，增加了天线的重量，而且所占体积较大。德宇航中心依靠高质量支撑杆自身的变形恢复能力，使支撑杆起始端保持中空状态，末端由卷曲状态向远处逐渐展开，然而这种展开机构在展开过程中支撑杆不能保持足够的刚度，且不能保证所有支撑杆展开的同步性。

发明内容

现有的人形杆展开机构存在的人形杆可收拢长度小，可支撑的太阳帆面积小的问题，本发明提供的一种单电机驱动的双滚筒人形杆十字展开机构，能够有效解决上述问题。

本发明的技术方案是：一种双滚筒人形杆十字展开机构，它由以下五个部分组成，分别是：驱动装置、齿轮传动装置、滚筒传动装置、径向压紧装置和人形杆辅助支撑装置，所述驱动装置由驱动电机加减速器和电机固定支座组成，所述齿轮传动装置由电机齿轮、中间齿轮、滚筒齿轮、主轴轴承、中间轴轴承、中间轴轴套、中间齿轮轴组成，所述滚筒传动装置由滚筒、压板、联轴器、主轴下端盖、主轴上端盖组成，所述径向压紧装置由径向压紧臂、扭力弹簧、臂转轴套筒、臂旋转轴、第一臂上滚动杆、第二臂上滚动杆、第一臂上滚动杆轴承、第二臂上滚动杆轴承、臂转轴轴承组成，所述人形杆辅助支撑装置由第一压紧滚动杆、第二压紧滚动杆、第二压紧滚动杆轴承、第二压紧滚动杆、支架侧板、第一支架正板、第二支架正板、第三支架正板、机构上盖机构下底板组成；所述电机固定支座安装在机构下底板上，电机加减速器安装在电机固定支座，电机输出轴向下通过电机固定支座的上顶板固定在电机固定支座的上顶板上，所述电机齿轮安装在驱动电机加减速器的输出轴上，所述中间齿轮轴安装在机构下底板上与中间轴轴承相连接配合，所述中间齿轮安装在中间齿轮轴上，所述滚筒齿轮安装在主轴下端盖上同时和机构下底板上的主轴轴承连接配合，所述中间齿轮分别和电机齿轮、滚筒齿轮相啮合，所述滚筒上下分别装有主轴上端盖和主轴下端盖，所述压板安装在滚筒的侧面，所述主轴上端盖与机构上盖上的主轴轴承连接配合，所述主轴下端盖通过联轴器与机构下底板上的主轴轴承连接配合，所述径向压紧臂通过臂旋转轴与机构上盖的臂转轴轴承和机构下底板的臂转轴轴承连接配合，所述第一臂上滚动杆安装在距离臂旋转轴近的一端，与机构上盖和机构下底板上的第一臂上滚动杆轴承连接配合，所述第二臂上滚动杆安装在距离臂旋转轴远的一端，与机构上盖和机构下底板上的第二臂上滚动杆轴承连接配合，所述臂转轴套筒安装在臂旋转轴上，所述扭力弹簧安装在臂转轴套筒上，所述第一压紧滚动杆与机构上盖和机构下底板上的第一压紧滚动杆轴承连接配合，所述第二压紧滚动杆与机构上盖和机构下底板上的第二压紧滚动杆轴承连接配合，所述支架侧板与机构上盖和机构下底板连接安装，所述支架侧板分为左右两边，一边与第二支架正板和第一支架正板连接安装，一边与第二支架正板和第三支架正板相连接，所述第二支架正板与机构下底板和支架侧板连接安装，所述第一支架正板与机构上盖和支架侧板连接安装，所述第三支架正板与机构上盖和支架侧板连接安装。

其中，所述滚筒传动装置有两个，而且关于中间驱动装置镜像对称。

其中，所述径向压紧装置有两个，而且关于中间驱动装置对称，同时每边的对称体中含有一个径向压紧臂、一个扭力弹簧、一个臂转轴套筒、一个臂旋转轴、一个第一臂上滚动杆、一个第二臂上滚动杆、两个第一臂上滚动杆轴承、两个第二臂上滚动杆轴承、臂转轴轴承为一组，共有四组，而且它们关于滚筒中心对称。

其中，所述人形杆辅助支撑装置有两个，以一个第一压紧滚动杆、一个第二压紧滚动杆、第二压紧滚动杆轴承、第一压紧滚动杆轴承、两个支架侧板、一个第一支架正板、一个第二支架正板、一个第三支架正板为一组，共有四组，而且这四组共同组成一个十字形。

其中，所述驱动电机加减速器应为倒立安装在电机固定支座上，驱动电机加减速器的输出轴通过定位螺栓嵌套在电机固定支座里面，从而与电机固定支座里面的电机齿轮连接配合。

其中，所述第一压紧滚动杆、第二压紧滚动杆为一组，每一组轴心在一条直线上，两杆边线之间的距离为人形杆厚度的1.5倍，两杆的边线和人形杆相切。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

本发明所研究的太阳帆驱动机构人形支撑杆具有可十字展开，可支撑面积大，占用空间小的优点；本发明能够将人形杆压扁，收拢，展开；本发明结构巧妙、控制可靠，为轻量化太阳帆展开提供了设计依据。本发明具有展开支撑机构、径向和周向压紧机构，提高展开后的刚度和稳定性。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图；

图2是本发明整体结构的示意图；

图3是单个滚筒驱动装置的剖面视图；

图4是人形杆横截面；

图中附图标记含义为：1为径向压紧臂，2为扭力弹簧，3为臂转轴套筒，4为臂旋转轴，5为人形杆，6为第一压紧滚动杆，7为第二压紧滚动杆，8为滚筒齿轮，9为中间齿轮，10为中间轴轴套，11为中间齿轮轴，12为电机固定支座，13为电机齿轮，14为主轴下端盖，15为主轴轴承，16为联轴器，17为压板，18为臂转轴轴承，19为第二压紧滚动杆轴承，20为第一压紧滚动杆轴承，21为第二支架正板，22为第三支架正板，23为第一支架正板，24为支架侧板，25为机构上盖，26为中间轴轴承，27为第一臂上滚动杆，28为驱动电机加减速器，29为滚筒，30为第二臂上滚动杆，31为第一臂上滚动杆轴承，32为第二臂上滚动杆轴承，33为机构下底板，34为主轴上端盖。

具体实施方式

以下结合说明书附图1～图3对本发明装置作进一步说明。

图1的视角在下方，图2视角在上方，图3剖面图为滚筒传动装置3和径向压紧装置4的剖面视图，以滚筒29中心和臂旋转轴4中心连线为剖面线。本发明双滚筒十字人形杆驱动机构，由五个部分组成，分别是：驱动装置、齿轮传动装置、滚筒传动装置、径向压紧装置和人形杆辅助支撑装置。

所述驱动装置包括：驱动电机加减速器28和电机固定支座12；

所述齿轮传动装置包括：电机齿轮13、中间齿轮9、滚筒齿轮8、主轴轴承15、中间轴轴承26、中间轴轴套10、中间齿轮轴11；

所述滚筒传动装置包括：滚筒29、压板17、联轴器16、主轴下端盖14、主轴上端盖34；

所述径向压紧装置包括：径向压紧臂1、扭力弹簧2、臂转轴套筒3、臂旋转轴4、第一臂上滚动杆27、第二臂上滚动杆30、第一臂上滚动杆轴承31、第二臂上滚动杆轴承32、臂转轴轴承18；

所述人形杆辅助支撑装置包括：第一压紧滚动杆6、第二压紧滚动杆7、第二压紧滚动杆轴承19、第一压紧滚动杆轴承20、支架侧板24、第一支架正板23、第二支架正板21、第三支架正板22、机构上盖25机构下底板33；

驱动装置用于固定电机，是整个装置的驱动的来源；齿轮传动装置用于将电机驱动以所要求的速度和扭矩传递到滚筒上；滚筒传动装置用于实现人形杆的缠绕和展开；径向压紧装置用于在人形杆缠绕和展开时压紧人形杆，防止人形杆卷曲时径向窜动；人形杆辅助支撑装置用于人形杆在展开后保持人形杆的刚度和保证人形杆展开和收拢的稳定；

所述驱动装置，电机固定支座12安装在机构下底板33上，驱动电机加减速器28安装在电机固定支座12，电机输出轴向下通过电机固定支座12的上顶板固定在电机固定支座12的上顶板上，所述电机齿轮13安装在驱动电机加减速器28的输出轴上；

所述齿轮传动装置，中间齿轮轴11安装在机构下底板33上与中间轴轴承26相连接配合，所述中间齿轮9安装在中间齿轮轴11上，所述滚筒齿轮8安装在主轴下端盖14上同时和机构下底板33上的主轴轴承15连接配合，所述中间齿轮9分别和电机齿轮13、滚筒齿轮8相啮合；

所述滚筒传动装置，滚筒29上下分别装有主轴上端盖34和主轴下端盖14，所述压板17安装在滚筒29的侧面，所述主轴上端盖34与机构上盖25上的主轴轴承15连接配合，所述主轴下端盖14通过联轴器16与机构下底板33上的主轴轴承15连接配合；

所述径向压紧装置，径向压紧臂1通过臂旋转轴4与机构上盖25的臂转轴轴承18和机构下底板33的臂转轴轴承18连接配合，所述第一臂上滚动杆27安装在距离臂旋转轴4近的一端，与机构上盖25和机构下底板33上的第一臂上滚动杆轴承31连接配合，所述第二臂上滚动杆30安装在距离臂旋转轴4远的一端，与机构上盖25和机构下底板33上的第二臂上滚动杆轴承32连接配合，所述臂转轴套筒3安装在臂旋转轴4上，所述扭力弹簧2安装在臂转轴套筒3上，所述第一压紧滚动杆6与机构上盖25和机构下底板33上的第一压紧滚动杆轴承20连接配合；所述第二压紧滚动杆7与机构上盖25和机构下底板33上的第二压紧滚动杆轴承19连接配合；

所述人形杆辅助支撑装置，支架侧板24与机构上盖25和机构下底板33连接安装，所述支架侧板24分为左右两边，一边与第二支架正板21和第一支架正板23连接安装，一边与第二支架正板21和第三支架正板22相连接，所述支架正板21与机构下底板33和支架侧板24连接安装，所述第一支架正板23与机构上盖25和支架侧板24连接安装，所述第三支架正板22与机构上盖25和支架侧板24连接安装。

其工作原理为：

将四根人形杆5分为两组，每组2根人形杆5，分别缠绕到1个滚筒29上；

每两根人形杆5根部固定在滚筒29上成90°，通过第一压紧滚动杆6和第二压紧滚动杆7将使人形杆保持压扁状态，再通过第一支架正板23、第二支架正板21和第三支架正板22组成的人字形保持人形杆的展开状态；

工作时，驱动电机转动通过齿轮传动装置传动到滚筒29上，滚筒29转动使缠绕在滚筒上的人形杆缓慢展开，其中径向压紧装置中的径向压紧臂1由于扭力弹簧2的力从而持续压紧人形杆，在这个过程中第二臂上滚动杆30始终和人形杆保持贴合。

Claims (1)

1.一种双滚筒人形杆十字展开机构，它由以下五个部分组成，分别是：驱动装置、齿轮传动装置、滚筒传动装置、径向压紧装置和人形杆辅助支撑装置，其特征在于：所述驱动装置由驱动电机加减速器（28）和电机固定支座（12）组成，所述齿轮传动装置由电机齿轮（13）、中间齿轮（9）、滚筒齿轮（8）、主轴轴承（15）、中间轴轴承（26）、中间轴轴套（10）、中间齿轮轴（11）组成，所述滚筒传动装置由滚筒（29）、压板（17）、联轴器（16）、主轴下端盖（14）、主轴上端盖（34）组成，所述径向压紧装置由径向压紧臂（1）、扭力弹簧（2）、臂转轴套筒（3）、臂旋转轴（4）、第一臂上滚动杆（27）、第二臂上滚动杆（30）、第一臂上滚动杆轴承（31）、第二臂上滚动杆轴承（32）、臂转轴轴承（18）组成，所述人形杆（5）辅助支撑装置由第一压紧滚动杆（6）、第二压紧滚动杆（7）、第二压紧滚动杆轴承（19）、第一压紧滚动杆轴承（20）、支架侧板（24）、第一支架正板（23）、第二支架正板（21）、第三支架正板（22）、机构上盖（25）机构下底板（33）组成；所述电机固定支座（12）安装在机构下底板（33）上，驱动电机加减速器（28）安装在电机固定支座（12），电机输出轴向下通过电机固定支座（12）的上顶板固定在电机固定支座（12）的上顶板上，所述电机齿轮（13）安装在驱动电机加减速器（28）的输出轴上，所述中间齿轮轴（11）安装在机构下底板（33）上与中间轴轴承（26）相连接配合，所述中间齿轮（9）安装在中间齿轮轴（11）上，所述滚筒齿轮（8）安装在主轴下端盖（14）上同时和机构下底板（33）上的主轴轴承（15）连接配合，所述中间齿轮（9）分别和电机齿轮（13）、滚筒齿轮（8）相啮合，所述滚筒（29）上下分别装有主轴上端盖（34）和主轴下端盖（14），所述压板（17）安装在滚筒（29）的侧面，所述主轴上端盖（34）与机构上盖（25）上的主轴轴承（15）连接配合，所述主轴下端盖（14）通过联轴器（16）与机构下底板（33）上的主轴轴承（15）连接配合，所述径向压紧臂（1）通过臂旋转轴（4）与机构上盖（25）的臂转轴轴承（18）和机构下底板（33）的臂转轴轴承（18）连接配合，所述第一臂上滚动杆（27）安装在距离臂旋转轴（4）近的一端，与机构上盖（25）和机构下底板（33）上的第一臂上滚动杆轴承（31）连接配合，所述第二臂上滚动杆（30）安装在距离臂旋转轴（4）远的一端，与机构上盖（25）和机构下底板（33）上的第二臂上滚动杆轴承（32）连接配合，所述臂转轴套筒（3）安装在臂旋转轴（4）上，所述扭力弹簧（2）安装在臂转轴套筒（3）上，所述第一压紧滚动杆（6）与机构上盖（25）和机构下底板（33）上的第一压紧滚动杆轴承（20）连接配合，所述第二压紧滚动杆（7）与机构上盖（25）和机构下底板（33）上的第二压紧滚动杆轴承（19）连接配合，所述支架侧板（24）与机构上盖（25）和机构下底板（33）连接安装，所述支架侧板（24）分为左右两边，一边与第二支架正板（21）和第一支架正板（23）连接安装，一边与第二支架正板（21）和第三支架正板（22）相连接，所述第二支架正板（21）与机构下底板（33）和支架侧板（24）连接安装，所述第一支架正板（23）与机构上盖（25）和支架侧板（24）连接安装，所述第三支架正板（22）与机构上盖（25）和支架侧板（24）连接安装；

所述滚筒传动装置有两个，而且关于中间所述驱动装置镜像对称；

所述径向压紧装置有两个，而且关于中间所述驱动装置对称，同时每边的对称体中含有一个径向压紧臂（1）、一个扭力弹簧（2）、一个臂转轴套筒（3）、一个臂旋转轴（4）、一个第一臂上滚动杆（27）、一个第二臂上滚动杆（30）、两个第一臂上滚动杆轴承（31）、两个第二臂上滚动杆轴承（32）、臂转轴轴承（18）为一组，共有四组，而且它们关于滚筒（29）中心对称；

所述人形杆辅助支撑装置有两个，以一个第一压紧滚动杆（6）、一个第二压紧滚动杆（7）、第二压紧滚动杆轴承（19）、第一压紧滚动杆轴承（20）、两个支架侧板（24）、一个第一支架正板（23）、一个第二支架正板（21）、一个第三支架正板（22）为一组，共有四组，而且这四组共同组成一个十字形；

所述驱动电机加减速器（28）应为倒立安装在电机固定支座（12）上，驱动电机加减速器（28）的输出轴通过定位螺栓嵌套在电机固定支座（12）里面，从而与电机固定支座（12）里面的电机齿轮（13）连接配合；

所述第一压紧滚动杆（6）、第二压紧滚动杆（7）为一组，每一组轴心在一条直线上，两杆边线之间的距离为人形杆（5）厚度的1.5倍，两杆的边线和人形杆（5）相切。

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