CN111332500B - 一种定位压紧支撑装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种定位压紧支撑装置，包括夹紧机构(1)、驱动与导向机构(2)；夹紧机构(1)位于驱动与导向机构(2)的导轨(21)内部，夹紧机构(1)在导轨(21)中相对滑动；夹紧机构(1)包括若干个夹紧单元，当夹紧单元被导轨(21)约束时，夹紧单元张开，伸展部件(3)在伸展过程中在张开的夹紧机构(1)中伸展，当夹紧单元从导轨(21)中移出时，夹紧单元夹紧伸展部件(3)。本发明实现夹紧装置的驱动释放、以及对薄壁管的固定连接等环节，实现对伸展薄壁管等伸展部件的预定间距压紧与锁定。

Description

一种定位压紧支撑装置

技术领域

本发明属于机械领域，涉及一种定位压紧支撑装置。

背景技术

对于空间展开机构领域，由于受限于运载火箭整体可携带载荷包络尺寸的限制，需要通过使用具有可折叠或者变形特性的机构和相关技术来实现将特定载荷送入太空的目标。随着对空间大尺寸载荷需求的增长，现有的单独工作的伸展机构逐渐难以满足对高刚度的使用需求。

为了使载荷的收拢尺寸更小、展开尺寸更大，已经开发出了铰链式折展装置、桁架杆展开装置等刚性或半刚性材料展开技术，以及充气式气囊、形状记忆材料等具有一定柔性特性的展开技术。此类技术在一定程度上可以满足对伸展长度的需要，但对于一些要求展开尺寸大而且展开刚度高的空间载荷需求情况，由于伸展部件自身刚度的限制，实现起来较为困难。

为了提升伸展机构整体的展开成形刚度，一种有效的解决途径就是将两组或者多组伸展机构并联使用，从而提升展开后的抗弯曲和扭转刚度。半刚性的薄壁管等伸展部件具有在外力作用下可被压平卷曲，在外力取消后能够依靠自身弹力重新恢复管状结构的特性，在宇航领域具有较为广阔的应用前景。半刚性薄壁管在压平状态下具有较为明显的柔性，在完全展开、薄壁管回弹后具有较好的自身刚性，在未完全展开与回弹时，其刚度相比完全展开时弱。然而，如何充分利用半刚性薄壁管等伸展部件的形状特性和自身刚度特性，将半刚性薄壁管等伸展部件并联使用，并通过连续定位夹紧的支撑装置来实现不同半刚性薄壁管等伸展部件的相互固定，从而提升多个半刚性薄壁管等伸展部件的展开整体刚度性能的问题急需解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种具有连续定位压紧功能的支撑装置，实现夹紧装置的驱动释放、以及对薄壁管的固定连接等环节，实现对伸展薄壁管等伸展部件的预定间距压紧与锁定。可应用于薄壁管等伸展部件由收拢状态到展开状态时，实现其他相关需与伸展部件按特定间距固定连接的部件伸展；也可应用于对多个伸展部件的展开支撑与连接，将不同的夹紧装置固连成一体的杆式或者框架式结构，即可将不同伸展部件连接为展开的整体，实现较高的整体展开刚度。

本发明所采用的技术方案是：一种定位压紧支撑装置，包括夹紧机构、驱动与导向机构；夹紧机构位于驱动与导向机构的导轨内部，夹紧机构在导轨中相对滑动；夹紧机构包括若干个夹紧单元，当夹紧单元被导轨约束时，夹紧单元张开，伸展部件在伸展过程中在张开的夹紧机构中伸展，当夹紧单元从导轨中移出时，夹紧单元夹紧伸展部件。

夹紧单元包括夹紧支座、滑块机构、连杆机构、锁定与释放机构；夹紧支座通过滑块机构与导轨配合安装，连杆机构与滑块机构之间配合安装并通过锁定与释放机构与夹紧支座连接，实现连杆机构的张开和夹紧。

滑块机构包括上滑块、下滑块、弹簧、滚珠；夹紧支座通过弹簧分别与上滑块和下滑块连接，上滑块和下滑块上分别布置若干滚珠。

连杆机构包括第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、下夹块、上夹块；第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆首尾连接构成菱形的四连杆机构，上夹块一端安装在第四连杆上，下夹块另一端安装在第一连杆上；第三连杆、第四连杆之间的连接点与上滑块形成转动副连接，第一连杆、第二连杆之间的连接点与下滑块形成转动副连接；第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆构成的四连杆机构随着上滑块与下滑块的移动发生变形，进而带动上夹块和下夹块实现打开和夹紧；上夹块和下夹块根据伸展部件的形状设定。

锁定与释放机构包括连杆滑块、摆动滑块、摆动钩；连杆滑块转动连接在第二连杆、第三连杆之间的连接点，连杆滑块与连杆机构为转动副连接，摆动滑块与连杆滑块转动连接，摆动滑块安装在摆动钩上并能够在摆动钩上滑动；夹紧支座侧面伸出支杆，支杆端部与摆动钩上的固定块转动连接，夹紧支座上设置挂钩用于与相邻的夹紧单元的摆动钩勾连；连杆滑块随着连杆机构的形状改变而产生移动，从而带动摆动滑块和摆动钩实现摆动。

驱动与导向机构包括导轨、驱动电机、丝杠支座、丝杠滑块、丝杠；驱动电机安装在导轨一端，驱动电机的输出转轴与丝杠连接，丝杠通过丝杠支座安装在导轨上，丝杠滑块与丝杠为螺旋副连接；导轨包括上下两层滑轨，若干夹紧单元依次排列，各夹紧单元中的上滑块、下滑块分别与导轨的上下两层滑轨相互配合安装，上下两层滑轨沿纵向分别开有滑槽，上滑块、下滑块上的滚珠通过滑槽与丝杠滑块接触；当驱动电机的输出转轴转动时，丝杠滑块可以移动。

夹紧机构位于导轨内侧时，受到导轨的约束，滑块机构处于压缩状态，使得上夹块和下夹块处于分离状态，夹紧单元张开；当驱动电机的丝杠滑块向导轨出口方向推动夹紧单元时，位于导轨出口端且处于张开状态的夹紧单元，其锁定与释放机构的摆动钩与后侧夹紧单元的夹紧支座勾住、同步移动；当位于导轨出口端的夹紧单元继续向导轨出口移动并移出导轨时，处于张开状态的夹紧单元的滑块机构失去导轨的约束，在弹簧的弹力作用下向外侧伸展，带动连杆机构变形、夹紧伸展部件，同时，连杆机构变形带动锁定与释放机构的摆动钩摆动，使摆动钩与其后侧夹紧单元的夹紧支座分离、解除连接关系，并夹紧在伸展部件上，随伸展部件运动。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明公开的可用于半刚性薄壁管等伸展部件展开的连续定位夹紧的支撑装置，能够实现薄壁管等伸展部件在展开过程中，将多个半刚性薄壁管等伸展部件连接为整体，具有较好的指向精度和展开刚度，解决了薄壁管等伸展部件由收拢到展开的伸展过程中、对伸展部件特定位置进行夹紧固定的问题，以及多个伸展部件展开后需要实现相互固定和支撑的问题。

(2)本发明的伸展部件可在非夹紧状态的夹紧机构内侧任意伸缩运动，非夹紧状态的夹紧机构不对薄壁管的正常伸展运动造成影响。仅当需要将夹紧机构固定连接到薄壁管等伸展部件上时，夹紧机构才在驱动机构作用下释放并夹紧到薄壁管等伸展部件的特定位置。

(3)本发明的特点是夹紧机构作为模块化的单元，采用连杆式机构实现对伸展部件的锁定以及与其他夹紧机构的释放等联动式动作，且可以根据实际的使用需要任意组合。

附图说明

图1为本发明的整体结构图；

图2为本发明的局部放大图；

图3为本发明中单个夹紧机构结构图；

图4为本发明中夹紧支座结构图；

图5为本发明中连杆机构结构图；

图6为本发明中锁定与释放机构示意图；

图7为本发明中夹紧机构张开的结构图；

图8为本发明中夹紧机构夹紧的结构图；

图9为本发明中驱动与导向机构示意图；

图10～12为本发明中驱动与导向机构不同角度的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

实施例1

如图1～图12所示，一种定位压紧支撑装置包括夹紧机构1、驱动与导向机构2。夹紧机构1是实现对伸展部件3夹紧连接的机构，其能够在驱动与导向机构2的导轨21上滑动，并受到导轨21的外形约束。驱动与导向机构2可以对夹紧机构1在导轨21上的位置进行驱动。

夹紧机构1位于驱动与导向机构2的导轨21内部，夹紧机构1与导轨21为相对移动关系；伸展部件3在伸展过程中可在非夹紧状态的夹紧机构1中伸展运动，不构成伸展运动约束，夹紧状态的夹紧机构1与伸展部件3形成夹紧连接。

夹紧机构1包括若干个夹紧单元。夹紧单元具有非夹紧、夹紧两种状态。夹紧单元包括夹紧支座11、滑块机构12、连杆机构13、锁定与释放机构14；夹紧支座11通过滑块机构12与导轨21配合安装，连杆机构13与滑块机构12之间配合安装并通过锁定与释放机构14与夹紧支座11连接，实现连杆机构13的张开和夹紧。

滑块机构12包括上滑块122、下滑块121、弹簧123、滚珠124；夹紧支座11通过弹簧123分别与上滑块122和下滑块121连接，上滑块122和下滑块121上分别布置若干滚珠124；上滑块122与夹紧支座11为移动副连接关系，下滑块121与夹紧支座11为移动副连接关系，滚珠124与下滑块121为球副连接关系，滚珠124与上滑块122为球副连接关系，弹簧123一端与夹紧支座11接触，另一端与下滑块121或上滑块122接触。

连杆机构13包括第一连杆131、第二连杆132、第三连杆133、第四连杆134、下夹块135、上夹块136；第一连杆131、第二连杆132、第三连杆133、第四连杆134相互首尾连接构成菱形的四连杆机构，上夹块136一端安装在第四连杆134上，下夹块135另一端安装在第一连杆131上；第三连杆133、第四连杆134之间的连接点与上滑块122为转动副连接，第一连杆131、第二连杆132之间的连接点与下滑块121为转动副连接。第一连杆131、第二连杆132、第三连杆133、第四连杆134构成的四连杆机构随着上滑块122与下滑块121的移动而改变形状，进而带动上夹块136和下夹块135实现打开和夹紧。上夹块136和下夹块135根据伸展部件3的形状设计。

锁定与释放机构14包括连杆滑块141、摆动滑块142、摆动钩143；连杆滑块141转动连接在第二连杆132、第三连杆133之间的连接点，连杆滑块141与连杆机构13为转动副连接，摆动滑块142与连杆滑块141转动连接，摆动滑块142安装在摆动钩143上并能够在摆动钩143上滑动；夹紧支座11侧面伸出支杆，支杆端部与摆动钩143上的固定块转动连接，夹紧支座11上设置挂钩用于与相邻的夹紧单元的摆动钩143勾连；连杆滑块141随着连杆机构13的形状改变而产生移动，从而带动摆动滑块142和摆动钩143实现摆动。

驱动与导向机构2包括导轨21、驱动电机22、丝杠支座23、丝杠滑块24、丝杠25；

驱动电机22安装在导轨21一端，驱动电机22的输出转轴与丝杠25连接，丝杠25通过丝杠支座23安装在导轨21上，丝杠滑块24与丝杠25为螺旋副连接；导轨21包括上下两层滑轨，若干夹紧单元依次排列，各夹紧单元中的上滑块122、下滑块121分别与导轨21的上下两层滑轨相互配合安装，上下两层滑轨沿纵向分别开有滑槽，上滑块122、下滑块121上的滚珠124通过滑槽与丝杠滑块24接触；当驱动电机22的输出转轴转动时，丝杠滑块24可以移动。

夹紧机构1位于导轨21内侧时，受到导轨21的约束，滑块机构12处于压缩状态，使得上夹块136和下夹块135处于分离状态，夹紧单元为非夹紧状态。导轨21的出口方向与伸展部件3的伸展方向相同，且处于合适的相对位置上，使伸展部件3能够在非夹紧状态的夹紧机构1中自由伸展运动。当驱动电机22的丝杠滑块24向导轨21出口方向推动夹紧单元时，位于导轨21出口端且处于非夹紧状态的夹紧单元，其锁定与释放机构14的摆动钩143与后侧夹紧单元的夹紧支座11勾住、同步移动；当位于导轨21出口端的夹紧单元继续向导轨21出口移动、并移出导轨21时，处于非夹紧状态的夹紧单元的滑块机构12失去导轨21的约束，在弹簧123的弹力作用下向外侧伸展，带动连杆机构13变形、夹紧伸展部件3，同时，连杆机构13变形带动锁定与释放机构14的摆动钩143摆动，使摆动钩143与其后侧夹紧单元的夹紧支座11分离、解除连接关系，并夹紧在伸展部件3上，随伸展部件运动。

具有定位夹紧功能的支撑装置，可应用于大变形薄壁管等伸展部件的定位夹紧。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种定位压紧支撑装置，其特征在于，包括夹紧机构(1)和驱动与导向机构(2)；

夹紧机构(1)位于驱动与导向机构(2)的导轨(21)内部，夹紧机构(1)在导轨(21)中相对滑动；夹紧机构(1)包括若干个夹紧单元，当夹紧单元被导轨(21)约束时，夹紧单元张开，伸展部件(3)在伸展过程中在张开的夹紧机构(1)中伸展，当夹紧单元从导轨(21)中移出时，夹紧单元夹紧伸展部件(3)；

夹紧单元包括夹紧支座(11)、滑块机构(12)、连杆机构(13)和锁定与释放机构(14)；夹紧支座(11)通过滑块机构(12)与导轨(21)配合安装，连杆机构(13)与滑块机构(12)之间配合安装并通过锁定与释放机构(14)与夹紧支座(11)连接，实现连杆机构(13)的张开和夹紧。

2.根据权利要求1所述的一种定位压紧支撑装置，其特征在于，滑块机构(12)包括上滑块(122)、下滑块(121)、弹簧(123)和滚珠(124)；夹紧支座(11)通过弹簧(123)分别与上滑块(122)和下滑块(121)连接，上滑块(122)和下滑块(121)上分别布置若干滚珠(124)。

3.根据权利要求2所述的一种定位压紧支撑装置，其特征在于，连杆机构(13)包括第一连杆(131)、第二连杆(132)、第三连杆(133)、第四连杆(134)、下夹块(135)和上夹块(136)；第一连杆(131)、第二连杆(132)、第三连杆(133)、第四连杆(134)首尾连接构成菱形的四连杆机构，上夹块(136)一端安装在第四连杆(134)上，下夹块(135)一端安装在第一连杆(131)上；第三连杆(133)、第四连杆(134)之间的连接点与上滑块(122)形成转动副连接，第一连杆(131)、第二连杆(132)之间的连接点与下滑块(121)形成转动副连接；第一连杆(131)、第二连杆(132)、第三连杆(133)、第四连杆(134)构成的四连杆机构随着上滑块(122)与下滑块(121)的移动发生变形，进而带动上夹块(136)和下夹块(135)实现打开和夹紧；上夹块(136)和下夹块(135)根据伸展部件(3)的形状设定。

4.根据权利要求3所述的一种定位压紧支撑装置，其特征在于，锁定与释放机构(14)包括连杆滑块(141)、摆动滑块(142)和摆动钩(143)；连杆滑块(141)转动连接在第二连杆(132)、第三连杆(133)之间的连接点，连杆滑块(141)与连杆机构(13)为转动副连接，摆动滑块(142)与连杆滑块(141)转动连接，摆动滑块(142)安装在摆动钩(143)上并能够在摆动钩(143)上滑动；夹紧支座(11)侧面伸出支杆，支杆端部与摆动钩(143)上的固定块转动连接，夹紧支座(11)上设置挂钩用于与相邻的夹紧单元的摆动钩(143)勾连；连杆滑块(141)随着连杆机构(13)的形状改变而产生移动，从而带动摆动滑块(142)和摆动钩(143)实现摆动。

5.根据权利要求4所述的一种定位压紧支撑装置，其特征在于，驱动与导向机构(2)包括导轨(21)、驱动电机(22)、丝杠支座(23)、丝杠滑块(24)和丝杠(25)；驱动电机(22)安装在导轨(21)一端，驱动电机(22)的输出转轴与丝杠(25)连接，丝杠(25)通过丝杠支座(23)安装在导轨(21)上，丝杠滑块(24)与丝杠(25)为螺旋副连接；导轨(21)包括上下两层滑轨，若干夹紧单元依次排列，各夹紧单元中的上滑块(122)、下滑块(121)分别与导轨(21)的上下两层滑轨相互配合安装，上下两层滑轨沿纵向分别开有滑槽，上滑块(122)、下滑块(121)上的滚珠(124)通过滑槽与丝杠滑块(24)接触；当驱动电机(22)的输出转轴转动时，丝杠滑块(24)可以移动。

6.根据权利要求5所述的一种定位压紧支撑装置，其特征在于，夹紧机构(1)位于导轨(21)内侧时，受到导轨(21)的约束，滑块机构(12)处于压缩状态，使得上夹块(136)和下夹块(135)处于分离状态，夹紧单元张开；当驱动电机(22)的丝杠滑块(24)向导轨(21)出口方向推动夹紧单元时，位于导轨(21)出口端且处于张开状态的夹紧单元，其锁定与释放机构(14)的摆动钩(143)与后侧夹紧单元的夹紧支座(11)勾住、同步移动；当位于导轨(21)出口端的夹紧单元继续向导轨(21)出口移动并移出导轨(21)时，处于张开状态的夹紧单元的滑块机构(12)失去导轨(21)的约束，在弹簧(123)的弹力作用下向外侧伸展，带动连杆机构(13)变形、夹紧伸展部件(3)，同时，连杆机构(13)变形带动锁定与释放机构(14)的摆动钩(143)摆动，使摆动钩(143)与其后侧夹紧单元的夹紧支座(11)分离、解除连接关系，并夹紧在伸展部件(3)上，随伸展部件(3)运动。

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