CN110504521A - 一种用于高精度伞状天线展开机构 - Google Patents

Abstract

一种用于高精度伞状天线展开机构，属于机械技术领域。本发明包括机动组件、导向组件、锁定臂、摇臂组件、上盖板、到位锁紧装置、底座和滑动盘。本发明提出一种高精度展开机构设计方法，采用摇臂组件和锁定臂之间既有滑动又有滚动运动，实现了展开机构小尺寸、上盖板不超过抛物面的目标，采用该方法设计的展开机构满足偏馈式高精度伞状天线的设计要求；本发明设计了一种高精度机构零应力结构，在锁定臂锁定位置下端设计了弧形凹槽，凹槽尺寸根据摇臂组件拉力等确定，当锁定臂锁定后，电机继续转动，摇臂组件向下运动到凹槽，增大了摇臂组件和锁定臂之间的间隙，释放了摇臂组件拉力，使锁定臂不受应力，提高温度环境下的型面精度。

Description

一种用于高精度伞状天线展开机构

技术领域

本发明涉及一种用于高精度伞状天线展开机构，用于实现大口径、高精度、高通量卫星通讯上的伞状天线的展开及收拢，属于卫星天线结构机构技术领域。

背景技术

传统的固面天线口径受火箭整流罩尺寸的限制，网状可展开天线可以实现更大的口径，通过在卫星上配置大口径高精度网状天线可以产生更多数量高增益波束，提高频率复用效率，从而大大提高卫星的通信容量。相比其它类型的网状可展开天线，伞状天线更易实现高的型面精度(RMS≤0.4mm)，适用于高通量卫星的应用需求。

高精度偏馈式伞状可展开天线作为伞天线的一种，天线工作于Ka频段，天线的在轨型面精度优于0.3mm(RMS)，由于该种天线的馈源装置卫星平台，减少了馈源对反射波的遮挡，从而提高了天线的增益和口面效率，更利于应用在高通量卫星天线上，使其成为新一代高通量卫星的关键设备之一。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种用于高精度伞状天线展开机构，突破了高精度伞状天线零应力设计，实现了高精度伞状天线顺利展开及收拢并且过程可控，具有重复展开精度高和热变形小的特点。

本发明的技术解决方案是：一种用于高精度伞状天线展开机构，包括机动组件、导向组件、锁定臂、摇臂组件、上盖板、到位锁紧装置、底座和滑动盘，机动组件包括电机、减速器和联轴块，导向组件包括螺母、丝杠和导向柱，底座包括固定连接的上底座和下底座；

减速器安装在电机的输出轴上，为天线展开、收拢提供动力；减速器与导向柱同轴固定连接；导向柱安装在上底座的下表面，与下底座同轴；丝杠通过联轴块与减速器相连，在减速器的带动下转动；螺母套装于丝杠上，将丝杠的转动运动转化为螺母的上下直线运动；滑动盘通过螺母套装在导向柱上，随螺母一起上下运动；摇臂组件一端通过摇臂支座铰接到上盖板上，另一端与锁定臂相接；锁定臂通过锁定臂座与上底座的外表面铰接；伞状天线肋安装在锁定臂的肋安装接口上，锁定臂受摇臂组件驱动发生旋转，再带动天线肋完成展开或收拢的动作；到位锁紧装置安装在上底座外表面上，在锁定臂展开到位时锁定锁定臂下端。

进一步地，还包括安装于上盖板、上底座上的微动开关，滑动盘的上下表面分别装有下到位螺杆、上到位螺杆，当滑动盘向上运动到肋展开状态时，上到位螺杆触及上盖板的微动开关，发出信号指示展开到位，当滑动盘向下运动到肋收拢状态时，下到位螺杆触及上底座的微动开关，发出信号指示收拢到位。

进一步地，在滑动盘上按圆周方向均布安装有三组导向轴承，每组有上下两处，每个导向轴承通过轴承座安装在滑动盘上，每个导向轴承的外圈与导向柱接触，使得滑动盘与导向柱之间的滑动摩擦变成滚动摩擦，减小滑动盘与导向柱之间的摩擦损耗。

进一步地，所述导向轴承为深沟球轴承，使滑动盘运动产生的滑动摩擦变为滚动摩擦。

进一步地，所述锁定臂的锁定位置末端开有弧形凹槽，在锁定臂锁定后，电机继续转动，使摇臂组件继续运动，摇臂组件到达锁定臂的锁定位置后继续向下运动到弧形凹槽处，使锁定臂不受摇臂组件的拉力。

进一步地，所述上底座和下底座采用碳纤维材料铺层结构。

进一步地，所述上底座和下底座的弯折处留有工艺圆角。

进一步地，所述工艺圆角的半径不小于2mm。

进一步地，所述滑动盘为圆盘，所述上底座和下底座为空心圆柱体或空心柱状正多边体。

进一步地，所述上底座和下底座的直径均不小于258mm，锁定臂到上底座或下底座的中心轴的间距不小于166mm。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明提出一种高精度展开机构设计方法，采用摇臂组件和锁定臂之间既有滑动又有滚动运动，实现了展开机构小尺寸、上盖板不超过抛物面的目标，采用该方法设计的展开机构满足偏馈式高精度伞状天线的设计要求；

(2)本发明设计了一种高精度机构零应力结构，在锁定臂锁定位置下端设计了弧形凹槽，凹槽尺寸根据摇臂组件拉力等确定，当锁定臂锁定后，电机继续转动，摇臂组件向下运动到凹槽，增大了摇臂组件和锁定臂之间的间隙，释放了摇臂组件拉力，使锁定臂不受应力，提高温度环境下的型面精度；

(3)本发明将丝杠与连杆组合传动，采用滑动加转动的方式驱动锁定臂来实现天线的展开与收拢，其过程可控，可满足伞状天线各种工况的需求。

附图说明

图1为本发明伞状天线锁紧状态及展开状态示意图；

图2为本发明肋展开机构工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明进行进一步解释说明。

一种用于高精度伞状天线展开机构，如图1和图2，包括机动组件1、导向组件2、锁定臂3、摇臂组件4、微动开关5、上盖板6、到位锁紧装置7、底座8和滑动盘9，导向组件2包括螺母、丝杠和导向柱，机动组件1包括电机、减速器和联轴块，底座8包括固定连接的上底座和下底座。

减速器安装在电机的输出轴上，为天线展开、收拢提供动力；减速器与导向柱同轴固定连接；导向柱安装在上底座的下表面，与下底座同轴；丝杠通过联轴块与减速器相连，在减速器的带动下转动；螺母套装于丝杠上，将丝杠的转动运动转化为螺母的上下直线运动；滑动盘9通过螺母套装在导向柱上，随螺母一起上下运动；摇臂组件4一端通过摇臂支座铰接到上盖板6上，另一端与锁定臂3相接；锁定臂3通过锁定臂座与上底座的外表面铰接；伞状天线肋安装在锁定臂3的肋安装接口上，锁定臂3受摇臂组件4驱动发生旋转，再带动天线肋完成展开或收拢的动作；到位锁紧装置7安装在上底座外表面上，在锁定臂3展开到位时锁定锁定臂3下端。具体地，上底座和下底座通过螺钉固定连接；减速器安装在电机的输出轴上，为肋展开机构提供动力；滑动盘9套装在导向柱上，通过限位螺钉与螺母相连，随螺母一起上下运动；到位锁紧装置7安装在上底座外表面上，在锁定臂3展开到位后能够锁定锁定臂下端，使锁定臂3加强刚度；伞状天线肋为伞状天线的支架，用于天线的展开和收拢。滑动盘9上按圆周方向均布安装有三组导向轴承，每组有上下两处，每个导向轴承的通过轴承座安装在滑动盘9上，每个导向轴承的外圈与导向柱2接触，使得滑动盘9与导向柱之间的滑动摩擦变成滚动摩擦，减小滑动盘与导向柱之间的摩擦损耗。

一个优选实施例，本发明还包括安装于上盖板6、上底座上的微动开关5，滑动盘9的上下表面分别装有下到位螺杆、上到位螺杆，当滑动盘9向上运动到肋展开状态时，上到位螺杆触及上盖板6的微动开关5，发出信号指示展开到位，当滑动盘9向下运动到肋收拢状态时，下到位螺杆触及上底座的微动开关，发出信号指示收拢到位。具体地，上盖板6、上底座各装有一组微动开关5，滑动盘9的上下表面分别装有下到位螺杆、上到位螺杆，当滑动盘9向上运动到肋展开状态时，上到位螺杆触及上盖板6的微动开关5，发出信号指示展开到位，当滑动盘9向下运动到肋收拢状态时，下到位螺杆触及上底座的微动开关，发出信号指示收拢到位。

一个优选实施例，滑动盘9上按圆周方向均布安装有三组导向轴承，每组有上下两处，每个导向轴承通过轴承座安装在滑动盘9上，每个导向轴承的外圈与导向柱2接触，使得滑动盘9与导向柱之间的滑动摩擦变成滚动摩擦，减小滑动盘与导向柱之间的摩擦损耗。具体地，导向轴承为深沟球轴承，使滑动盘9运动产生的滑动摩擦变为滚动摩擦。

一个优选实施例，锁定臂3的锁定位置末端开有弧形凹槽，在锁定臂3锁定后，电机继续转动，使摇臂组件4继续运动，摇臂组件4到达锁定臂3的锁定位置后继续向下运动到弧形凹槽处，使锁定臂3不受摇臂组件4的拉力。

一个优选实施例，上底座和下底座采用碳纤维材料铺层结构。

一个优选实施例，上底座和下底座的弯折处留有工艺圆角。

一个优选实施例，工艺圆角的半径不小于2mm。

一个优选实施例，滑动盘9为圆盘，上底座和下底座为空心圆柱体或空心柱状正多边体。

一个优选实施例，上底座和下底座的直径均不小于258mm，锁定臂(3)到上底座或下底座的中心轴的间距不小于166mm。

具体地，本发明适用的一种高精度伞状天线，天线具有8根天线肋，单根肋尺寸2.7m，对应的展开机构直径258mm，高353mm，锁定臂到展开机构中心轴线166mm，锁定臂尺寸170mm，摇臂尺寸150mm，滑动盘直径240mm，上盖板直径258mm，整个天线设计见说明书图1，在8根肋的条件下该展开机构尺寸最小，且上表面不超过天线工作网面，天线型面＜0.5mm，实现了高的型面精度。

本发明的工作原理是：

机动组件1转动，带动导向组件2进行转动，导向组件2包含螺母、丝杠和导向柱，其中丝杠转动转化为丝杠螺母的直线运动，螺母丝杠与滑动盘9相连，带动滑动盘9直线上下运动，摇臂组件4一端与上盖板6相连，同时与滑动盘9在B处相连，在滑动盘9向上向下运动的过程中，使摇臂组件4绕滑动盘9的A点处转动，在B点处既滑动又滚动，摇臂组件4另一端与锁定臂相连，在摇臂组件4转动的过程中，摇臂组件9与锁定臂3在C处相连，使锁定臂3在C处向上向下运动，微动开关5上盖板6和底座8相连，当天线收拢或展开到位后提供到位信号，天线完成收拢与展开。

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 (10)

1.一种用于高精度伞状天线展开机构，其特征在于，包括机动组件(1)、导向组件(2)、锁定臂(3)、摇臂组件(4)、上盖板(6)、到位锁紧装置(7)、底座(8)和滑动盘(9)，机动组件(1)包括电机、减速器和联轴块，导向组件(2)包括螺母、丝杠和导向柱，底座(8)包括固定连接的上底座和下底座；

减速器安装在电机的输出轴上，为天线展开、收拢提供动力；减速器与导向柱同轴固定连接；导向柱安装在上底座的下表面，与下底座同轴；丝杠通过联轴块与减速器相连，在减速器的带动下转动；螺母套装于丝杠上，将丝杠的转动运动转化为螺母的上下直线运动；滑动盘(9)通过螺母套装在导向柱上，随螺母一起上下运动；摇臂组件(4)一端通过摇臂支座铰接到上盖板(6)上，另一端与锁定臂(3)相接；锁定臂(3)通过锁定臂座与上底座的外表面铰接；伞状天线肋安装在锁定臂(3)的肋安装接口上，锁定臂(3)受摇臂组件(4)驱动发生旋转，再带动天线肋完成展开或收拢的动作；到位锁紧装置(7)安装在上底座外表面上，在锁定臂(3)展开到位时锁定锁定臂(3)下端。

2.根据权利要求1所述的一种用于高精度伞状天线展开机构，其特征在于：还包括安装于上盖板(6)、上底座上的微动开关(5)，滑动盘(9)的上下表面分别装有下到位螺杆、上到位螺杆，当滑动盘(9)向上运动到肋展开状态时，上到位螺杆触及上盖板(6)的微动开关(5)，发出信号指示展开到位，当滑动盘(9)向下运动到肋收拢状态时，下到位螺杆触及上底座的微动开关，发出信号指示收拢到位。

3.根据权利要求1所述的一种用于高精度伞状天线展开机构，其特征在于：所述滑动盘(9)上按圆周方向均布安装有三组导向轴承，每组有上下两处，每个导向轴承通过轴承座安装在滑动盘(9)上，每个导向轴承的外圈与导向柱(2)接触，使得滑动盘(9)与导向柱之间的滑动摩擦变成滚动摩擦，减小滑动盘与导向柱之间的摩擦损耗。

4.根据权利要求3所述的一种用于高精度伞状天线展开机构，其特征在于：所述导向轴承为深沟球轴承，使滑动盘(9)运动产生的滑动摩擦变为滚动摩擦。

5.根据权利要求1所述的一种用于高精度伞状天线展开机构，其特征在于：所述锁定臂(3)的锁定位置末端开有弧形凹槽，在锁定臂(3)锁定后，电机继续转动，使摇臂组件(4)继续运动，摇臂组件(4)到达锁定臂(3)的锁定位置后继续向下运动到弧形凹槽处，使锁定臂(3)不受摇臂组件(4)的拉力。

6.根据权利要求1所述的一种用于高精度伞状天线展开机构，其特征在于：所述上底座和下底座采用碳纤维材料铺层结构。

7.根据权利要求6所述的一种用于高精度伞状天线展开机构，其特征在于：所述上底座和下底座的弯折处留有工艺圆角。

8.根据权利要求7所述的一种用于高精度伞状天线展开机构，其特征在于：所述工艺圆角的半径不小于2mm。

9.根据权利要求1所述的一种用于高精度伞状天线展开机构，其特征在于：所述滑动盘(9)为圆盘，所述上底座和下底座为空心圆柱体或空心柱状正多边体。

10.根据权利要求9所述的一种用于高精度伞状天线展开机构，其特征在于：所述上底座和下底座的直径均不小于258mm，锁定臂(3)到上底座或下底座的中心轴的间距不小于166mm。