CN109050979B - 一种剪式折展单元刚性铰链连接大空间可展机构 - Google Patents

Abstract

一种基于剪式折展单元刚性铰链连接大空间可展机构，包括剪式折展单元和刚性铰链，所述剪式折展单元包括可展模块和支撑架，所述可展模块由机座、连架杆、铰链和连杆组成，所述连架杆上均嵌套有两个铰链，铰链通过销轴与连杆连接，所述支撑架由第一组支撑杆、第二组支撑杆、第三组支撑杆、第四组支撑杆、第五组支撑杆和支撑座组成。本发明具有空间大折叠比、机构刚度强度大、折叠与展开稳定、装配简单、冲击小、稳定性好、可靠性高的特点，具有较好的实用性。

Description

一种剪式折展单元刚性铰链连接大空间可展机构

技术领域

本发明涉及空间折展机构领域，特别是一种剪式折展单元刚性铰链连接大空间可展机构。

背景技术

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201410252517.X公开了一种模块化空间抛物柱面折展天线机构，该机构通过单个支撑臂对天线机构支撑，稳定性较差；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，机构展开后的的强度和刚度较低；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，折展单元不具延展性。

目前未见有一种具有空间大折叠比、机构刚度强度大、稳定性好、装配简单、冲击小、可靠性高的特点的一种剪式折展单元刚性铰链连接大空间可展机构的创新发明设计。

发明内容

为了避免现有技术的不足，克服其折叠比小、稳定性差、刚度强度低的缺点，本发明提供一种剪式折展单元刚性铰链连接大空间可展机构，它具有空间大折叠比、机构刚度强度大、稳定性好、装配简单、冲击小、可靠性高的特点，具有较好的实用性。

本发明的技术方案是：一种剪式折展单元刚性铰链连接大空间可展机构，包括剪式折展单元和刚性铰链，具体结构和连接关系如下：

所述剪式折展单元包括第一剪式折展单元和第二剪式折展单元，所述第一剪式折展单元包括可展模块和支撑架，所述可展模块包括第一可展模块、第二可展模块、第三可展模块、第四可展模块和第五可展模块，所述第一可展模块包括机座、连架杆、铰链和连杆，所述机座为双层五边形机座，机座的每一边均有一个销轴座，销轴座通过销轴与连架杆连接，所述连架杆包括第一连架杆和第二连架杆，第一连架杆一端通过转动副与第一铰链连接，并在销轴座处通过销轴与机座连接，另一端通过转动副与第二铰链连接，第二连架杆一端通过转动副与第三铰链连接，并在销轴座处通过销轴与机座连接，另一端通过转动副与第四铰链连接，所述铰链为三转动副铰链，包括第一铰链、第二铰链、第三铰链和第四铰链，所述连杆包括第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆，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二连杆第三销轴座连接，第二连杆第二销轴座通过销轴与第三连杆第二销轴座连接，第二连杆第一销轴座通过销轴与第三铰链连接，第三连杆第一销轴座通过销轴与第一铰链连接，第三连杆第三销轴座通过销轴与第四连杆一端连接，第四连杆另一端通过销轴与第四铰链连接，第二可展模块、第三可展模块、第四可展模块和第五可展模块的结构及连接关系与第一可展模块完全相同，其中第一可展模块与第二可展模块之间共用第一连架杆、第二可展模块与第三可展模块之间共用第二连架杆、第三可展模块与第四可展模块之间共用第三连架杆、第四可展模块与第五可展模块之间共用第四连架杆、第五可展模块与第一可展模块之间共用第五连架杆，同时这五组可展模块的机座为共用机座；所述支撑架包括第一组支撑杆、第二组支撑杆、第三组支撑杆、第四组支撑杆、第五组支撑杆和支撑座，所述第一组支撑杆包括第一支杆和第二支杆，第一支杆一端通过销轴与机座连接，第一支杆另一端通过销轴与第二支杆一端连接，第二支杆另一端通过销轴与支撑座连接，所述第二组支撑杆包括第一支杆、第二支杆和第三支杆，第一支杆一端通过销轴与机座连接，第一支杆另一端通过销轴与第二支杆一端连接，第二支杆另一端通过销轴与支撑座连接，第三支杆一端通过销轴与第一支杆、第二支杆一端连接，第三支杆另一端通过销轴与第二连架杆连接，其余第三组支撑杆、第四组支撑杆和第五组支撑杆的结构及连接关系与第二组支撑杆完全相同，所述支撑座为五边形支撑座，支撑座的每一边均有一个销轴座，销轴座通过销轴与第二支杆连接；

所述第二剪式折展单元的结构及连接关系与第一剪式折展单元完全相同。

所述刚性铰链与两个剪式折展单元的第一连架杆固定连接。

所述剪式折展单元的每个连架杆上均嵌套有两个铰链，其中第一连架杆嵌套第一铰链和第二铰链，第二连架杆嵌套第三铰链和第四铰链，其它连架杆和嵌套的铰链顺序以此类推；同时嵌套在连架杆上远离机座方向的铰链可沿连架杆相对移动。

所述第一剪式折展单元包括五根结构大小相同的连架杆和十个结构完全相同的铰链。

所述第一连杆与第四连杆的结构完全相同，均设有两个销轴座；第二连杆与第三连杆的结构完全相同，均设有三个销轴座。

所述可展模块之间通过连架杆和嵌套在连架杆上的两个铰链作为共用件彼此链接并环形阵列在同一机座上。

本发明的突出优点在于：

1.该机构通过支撑架支撑，使机构具有较高的刚度和强度，折叠或展开过程稳定，所受冲击力较小，可靠性高。

2.该机构通过驱动支撑架便可实现机构的折叠或展开，空间折叠比大，收拢体积小，便于火箭运载。

3.该机构可通过多个刚性铰链连接机构的剪式折展单元来组成不同尺度和构型的空间可展机构，组成方式简单，实用性较好。

附图说明

图1为本发明所述的一种剪式折展单元刚性铰链连接大空间可展机构的结构示意图。

图2为本发明所述的一种剪式折展单元刚性铰链连接大空间可展机构的支撑架结构示意图。

图3为本发明所述的一种剪式折展单元刚性铰链连接大空间可展机构的连接两个剪式折展单元中间状态图。

图4为本发明所述的一种剪式折展单元刚性铰链连接大空间可展机构的连接两个剪式折展单元阵列组成的结构折叠状态图。

图5为本发明所述的一种剪式折展单元刚性铰链连接大空间可展机构的连接十个剪式折展单元阵列组成的结构展开状态图。

图6为本发明所述的一种剪式折展单元刚性铰链连接大空间可展机构的连接十个剪式折展单元阵列组成的结构折叠状态图。

图7为本发明所述的一种剪式折展单元刚性铰链连接大空间可展机构的单个剪式折展单元结构展开图。

图8为本发明所述的一种剪式折展单元刚性铰链连接大空间可展机构的单个剪式折展单元结构折叠图。

图9为本发明所述的一种剪式折展单元刚性铰链连接大空间可展机构的刚性铰链结构示意图。

图10为本发明所述的一种剪式折展单元刚性铰链连接大空间可展机构的机座结构示意图。

图11为本发明所述的一种剪式折展单元刚性铰链连接大空间可展机构的第三连杆结构示意图。

图12为本发明所述的一种剪式折展单元刚性铰链连接大空间可展机构的第四连杆结构示意图。

图13为本发明所述的一种剪式折展单元刚性铰链连接大空间可展机构的连架杆结构示意图。

图中标记为：1.机座、2.第一铰链、3.第一连架杆、4.第二铰链、5.第一连杆、6.第二连杆、6-1.第二连杆第一销轴座、6-2.第二连杆第二销轴座、6-3.第二连杆第三销轴座、7.第三连杆、7-1.第三连杆第一销轴座、7-2.第三连杆第二销轴座、7-3.第三连杆第三销轴座、8.第四连杆、9.第四铰链、10.第二连架杆、11.第三铰链、A.第一剪式折展单元、B.刚性铰链、C.第二剪式折展单元、I.第一可展模块、II.第二可展模块、III.第三可展模块、IV.第四可展模块、V.第五可展模块、L1.第一支杆、L2.第二支杆、L3.第三支杆、P1.第一组支撑杆、P2.第二组支撑杆、P3.第三组支撑杆、P4.第四组支撑杆、P5.第五组支撑杆、P6.支撑座、12.第三连架杆、13.第四连架杆、14.第五连架杆。

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13所示，本发明所述的剪式折展单元刚性铰链连接大空间可展机构，包括剪式折展单元和刚性铰链B，具体结构和连接关系如下：

所述剪式折展单元包括第一剪式折展单元A和第二剪式折展单元C，所述第一剪式折展单元A包括可展模块和支撑架，所述可展模块包括第一可展模块I、第二可展模块II、第三可展模块III、第四可展模块IV和第五可展模块V，所述第一可展模块I包括机座1、连架杆、铰链和连杆，所述机座1为双层五边形机座，机座1的每一边均有一个销轴座，销轴座通过销轴与连架杆连接，所述连架杆包括第一连架杆3和第二连架杆10，第一连架杆3一端通过转动副与第一铰链2连接，并在销轴座处通过销轴与机座1连接，另一端通过转动副与第二铰链4连接，第二连架杆10一端通过转动副与第三铰链11连接，并在销轴座处通过销轴与机座1连接，另一端通过转动副与第四铰链9连接，所述铰链为三转动副铰链，包括第一铰链2、第二铰链4、第三铰链11和第四铰链9，所述连杆包括第一连杆5、第二连杆6、第三连杆7和第四连杆8，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二连杆第三销轴座6-3连接，第二连杆第二销轴座6-2通过销轴与第三连杆第二销轴座7-2连接，第二连杆第一销轴6-1座通过销轴与第三铰链11连接，第三连杆第一销轴座7-1通过销轴与第一铰链2连接，第三连杆第三销轴座7-3通过销轴与第四连杆8一端连接，第四连杆8另一端通过销轴与第四铰链9连接，第二可展模块II、第三可展模块III、第四可展模块IV和第五可展模块V的结构及连接关系与第一可展模块I完全相同，其中第一可展模块I与第二可展模块II之间共用第一连架杆3、第二可展模块II与第三可展模块III之间共用第二连架杆10、第三可展模块III与第四可展模块IV之间共用第三连架杆12、第四可展模块IV与第五可展模块V之间共用第四连架杆13、第五可展模块V与第一可展模块I之间共用第五连架杆14，同时这五组可展模块的机座1为共用机座；所述支撑架包括第一组支撑杆P1、第二组支撑杆P2、第三组支撑杆P3、第四组支撑杆P4、第五组支撑杆P5和支撑座P6，所述第一组支撑杆P1包括第一支杆L1和第二支杆L2，第一支杆L1一端通过销轴与机座1连接，第一支杆L1另一端通过销轴与第二支杆L2一端连接，第二支杆L2另一端通过销轴与支撑座P6连接，所述第二组支撑杆P2包括第一支杆L1、第二支杆L2和第三支杆L3，第一支杆L1一端通过销轴与机座1连接，第一支杆L1另一端通过销轴与第二支杆L2一端连接，第二支杆L2另一端通过销轴与支撑座P6连接，第三支杆L3一端通过销轴与第一支杆L1、第二支杆L2一端连接，第三支杆L3另一端通过销轴与第二连架杆10连接，其余第三组支撑杆P3、第四组支撑杆P4和第五组支撑杆P5的结构及连接关系与第二组支撑杆P2完全相同，所述支撑座P6为五边形支撑座，支撑座P6的每一边均有一个销轴座，销轴座通过销轴与第二支杆L2连接；

所述第二剪式折展单元C的结构及连接关系与第一剪式折展单元A完全相同。

所述刚性铰链B与两个剪式折展单元的第一连架杆3固定连接。

所述剪式折展单元的每个连架杆上均嵌套有两个铰链，其中第一连架杆3嵌套第一铰链2和第二铰链4，第二连架杆10嵌套第三铰链11和第四铰链9，其它连架杆和嵌套的铰链顺序以此类推；同时嵌套在连架杆上远离机座1方向的铰链可沿连架杆相对移动。

所述第一剪式折展单元A包括五根结构大小相同的连架杆和十个结构完全相同的铰链。

所述第一连杆5与第四连杆8的结构完全相同，均设有两个销轴座；第二连杆6与第三连杆7的结构完全相同，均设有三个销轴座。

所述可展模块之间通过连架杆和嵌套在连架杆上的两个铰链作为共用件彼此链接并环形阵列在同一机座1上。

工作原理及过程：

具体实施方式一：如图1至图4所示,机构通过一个刚性铰链B连接两个剪式折展单元，由完全展开状态到半折叠状态再到完全折叠状态，机座1上层每一边的销轴座通过销轴连架杆连接，机座1下层每一边的销轴座通过销轴与第一组支撑杆P1、第二组支撑杆P2、第三组支撑杆P3、第四组支撑杆P4和第五组支撑杆P5的第一支杆L1连接，第二支杆L2通过销轴与支撑座P6连接，第三支杆L3一端通过销轴与连架杆连接；当支撑杆作收缩运动时，通过带动第三支杆P3运动，从而带动剪式折展单元做折叠收拢运动；通过刚性铰链B连接的作用，带动整个机构做折叠收拢运动，直至到完全折叠状态，如图4所示；当反方向驱动支撑杆时，机构作展开运动，直至展开到完全展开状态，如图1所示。

具体实施方式二：如图5至图6所示，机构通过十个刚性铰链B连接并阵列组成大空间圆环机构，由完全展开状态到完全折叠状态，机构的折叠和展开方式与具体实施方式一的方法相同。

Claims (5)

1.一种剪式折展单元刚性铰链连接大空间可展机构，包括剪式折展单元和刚性铰链，其特征在于，具体结构和连接关系如下：

所述剪式折展单元包括第一剪式折展单元和第二剪式折展单元，所述第一剪式折展单元包括可展模块和支撑架，所述可展模块包括第一可展模块、第二可展模块、第三可展模块、第四可展模块和第五可展模块，所述第一可展模块包括机座、连架杆、铰链和连杆，所述机座为双层五边形机座，机座的每一边均有一个销轴座，销轴座通过销轴与连架杆连接，所述连架杆包括第一连架杆和第二连架杆，第一连架杆一端通过转动副与第一铰链连接，并在销轴座处通过销轴与机座连接，另一端通过转动副与第二铰链连接，第二连架杆一端通过转动副与第三铰链连接，并在销轴座处通过销轴与机座连接，另一端通过转动副与第四铰链连接，所述铰链为三转动副铰链，包括第一铰链、第二铰链、第三铰链和第四铰链，所述连杆包括第一连杆、第二连杆、第三连杆和第四连杆，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二连杆第三销轴座连接，第二连杆第二销轴座通过销轴与第三连杆第二销轴座连接，第二连杆第一销轴座通过销轴与第三铰链连接，第三连杆第一销轴座通过销轴与第一铰链连接，第三连杆第三销轴座通过销轴与第四连杆一端连接，第四连杆另一端通过销轴与第四铰链连接，第二可展模块、第三可展模块、第四可展模块和第五可展模块的结构及连接关系与第一可展模块完全相同，其中第一可展模块与第二可展模块之间共用第一连架杆、第二可展模块与第三可展模块之间共用第二连架杆、第三可展模块与第四可展模块之间共用第三连架杆、第四可展模块与第五可展模块之间共用第四连架杆、第五可展模块与第一可展模块之间共用第五连架杆，同时这五组可展模块的机座为共用机座；所述支撑架包括第一组支撑杆、第二组支撑杆、第三组支撑杆、第四组支撑杆、第五组支撑杆和支撑座，所述第一组支撑杆包括第一支杆和第二支杆，第一支杆一端通过销轴与机座连接，第一支杆另一端通过销轴与第二支杆一端连接，第二支杆另一端通过销轴与支撑座连接，所述第二组支撑杆包括第一支杆、第二支杆和第三支杆，第一支杆一端通过销轴与机座连接，第一支杆另一端通过销轴与第二支杆一端连接，第二支杆另一端通过销轴与支撑座连接，第三支杆一端通过销轴与第一支杆、第二支杆一端连接，第三支杆另一端通过销轴与第二连架杆连接，其余第三组支撑杆、第四组支撑杆和第五组支撑杆的结构及连接关系与第二组支撑杆完全相同，所述支撑座为五边形支撑座，支撑座的每一边均有一个销轴座，销轴座通过销轴与第二支杆连接；

所述第二剪式折展单元的结构及连接关系与第一剪式折展单元完全相同；

所述刚性铰链与两个剪式折展单元的第一连架杆固定连接。

2.根据权利要求1所述的剪式折展单元刚性铰链连接大空间可展机构，其特征在于，所述剪式折展单元的每个连架杆上均嵌套有两个铰链，其中第一连架杆嵌套第一铰链和第二铰链，第二连架杆嵌套第三铰链和第四铰链，其它连架杆和嵌套的铰链顺序以此类推；同时嵌套在连架杆上远离机座方向的铰链可沿连架杆相对移动。

3.根据权利要求1所述的剪式折展单元刚性铰链连接大空间可展机构，其特征在于，所述第一剪式折展单元包括五根结构大小相同的连架杆和十个结构完全相同的铰链。

4.根据权利要求1所述的剪式折展单元刚性铰链连接大空间可展机构，其特征在于，所述第一连杆与第四连杆的结构完全相同，均设有两个销轴座；第二连杆与第三连杆的结构完全相同，均设有三个销轴座。

5.根据权利要求1所述的剪式折展单元刚性铰链连接大空间可展机构，其特征在于，所述可展模块之间通过连架杆和嵌套在连架杆上的两个铰链作为共用件彼此链接并环形阵列在同一机座上。

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