CN111430876A - 一种多超弹性铰链的抛物柱面天线可展开机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多超弹性铰链的抛物柱面天线可展开机构，包括三棱柱伸展臂、横向肋机构、同步铰链和抛物柱面天线，三棱柱伸展臂由三角杆、纵杆、超弹性铰链、纵杆接头和绳索构成，横向肋由直杆和超弹性铰链构成，同步铰链由同步齿轮、连杆关节和支撑架构成，抛物柱面天线为一种金属网面薄膜天线。本发明所述的一种多超弹性铰链的抛物柱面天线可展开机构，不仅减轻了整个机构的质量，而且完全展开后可以实现自锁，减少了展开过程中摩擦和卡死现象发生，使得整个机构的结构简单、展收比大；同步机构保证了横向肋展开的同步性；三棱柱伸展臂和横向肋的拓展性强，使得该可展机构可以通过控制模块的数量，得到百米级或者更大尺度的天线。

Description

一种多超弹性铰链的抛物柱面天线可展开机构

技术领域

本发明涉及宇航薄膜天线技术领域，特别涉及一种多超弹性铰链的抛物柱面天线可展开机构。

背景技术

航天器发射开始时薄膜天线紧密缠绕存储在载荷舱中，工作时天线需要具有较大的工作面，已提供足够的信号发射和接收功能，空间可展开机构是实现这一系列动作和功能的重要保障。

在宇航空间可展开机构领域里面天线展开机构，主要有固体反射面式、骨架式、网状和薄膜天线，金属网状天线式只采用少量杆件作为支撑杆，反射面全部采用柔性材料，机构质量轻、结构简单，所以展开面积可以做到很大且具有较大的展收比。在驱动机构方面，电机驱动机构展开过程可控，可以在展开后进行微调，但是这种机构复杂，需要额外的机构辅助锁定，增加了整个机构的质量，控制难度较大，易受外界干扰。无电机驱动机构结构简单，整个机构的质量较小，使用超弹性铰链作为储能元件，无需额外的能量转化元件和锁定元件，控制难度较小，不易受外界干扰。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种多超弹性铰链的抛物柱面天线可展开机构，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种多超弹性铰链的抛物柱面天线可展开机构，包括三棱柱伸展臂机构、横向肋机构、同步铰链机构和抛物柱面天线，所述三棱柱伸展臂机构包括三角杆、普通双向接头、双孔双向接头、三孔双向接头、纵杆、纵杆公头、纵杆母头、纵杆带簧、纵杆带簧支撑器、纵杆带簧固定器、凯夫拉绳固定器和凯夫拉绳，所述三角杆分别与普通双向接头、双孔双向接头和三孔双向接头通过螺栓固定连接，所述纵杆公头和纵杆母头相互配合后分别于与上述三种接头通过轴活动连接，所述纵杆带簧、纵杆带簧支撑器和纵杆带簧固定器通过螺钉固定连接在一起，所述纵杆的两头分别与纵杆带簧支撑器、纵杆公头或纵杆母头中的两者通过螺钉固定连接。

优选的，所述凯夫拉绳固定器通过轴固定在每根三角杆的两端，所述凯夫拉绳固定与凯夫拉绳固定器上，所述三棱柱伸展臂机构构成的矩形对角线上均固定连接有凯夫拉绳。

优选的，所述横向肋机构包括边撑架、边撑杆、一抛物线杆、二抛物线杆、三抛物线杆、抛物线杆带簧、抛物线杆带簧支撑器、抛物线杆带簧固定器、凯夫拉绳固定器和凯夫拉绳，所述边撑架通过螺钉与双孔双向接头固定连接，所述边撑杆的一端与边撑架通过轴连接并通过销固定，且边撑杆的另一端与边撑架通过轴活动连接，所述抛物线杆带簧、抛物线杆带簧支撑器和抛物线杆带簧固定器均通过螺钉固定连接在一起。

优选的，所述下吸附机构主要结构有板体，所述凯夫拉绳固定器通过轴固定在每根三抛物线杆的末端，凯夫拉绳固定与凯夫拉绳固定器上，同一支横向肋的两端通过凯夫拉绳固定连接。

优选的，所述同步铰链机构包括主同步铰链架、主同步铰链齿轮、主同步铰链连杆关节、副同步铰链架、副同步铰链第一齿轮、副同步铰链第二齿轮、副同步铰链第三齿轮和副同步铰链连杆关节，所述副同步铰链第一齿轮、副同步铰链第二齿轮、副同步铰链第三齿轮和副同步铰链连杆关节均通过轴活动连接在副同步铰链架上，所述副同步铰链连杆关节分别与副同步铰链第一齿轮和副同步铰链第三齿轮通过螺钉固定连接。

优选的,所述二抛物线杆的两端分别与副同步铰链连杆关节和抛物线杆带簧支撑器通过螺钉固定连接，所述三抛物线杆与副同步铰链连杆关节通过螺钉固定连接在一起。

优选的,所述二抛物线杆和纵杆的结构相同，所述抛物线杆带簧、抛物线杆带簧支撑器和抛物线杆带簧固定器分别与纵杆母头、纵杆带簧和纵杆带簧支撑器的结构尺寸相同。

优选的,所述抛物柱面天线包括金属网面薄膜天线，所述金属网面薄膜天线分别与一抛物线杆、二抛物线杆和三抛物线杆固定连接。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、通过纵杆带簧释放能量，纵杆公母头和纵杆开始绕着双向接头旋转，机构纵向展开，当机构纵向展开完成后，抛物线杆带簧释放能量，通过一系列的同步齿轮驱动抛物线杆、边撑杆运动，机构横向展开，与抛物线杆连接的金属薄膜天线在此过程中被展开本发明采用了超弹性铰链储能，不仅减小了整个机构的质量和体积，而且机构展开完成后可以实现自锁，减少了机构展开过程中摩擦和卡死现象发生的可能；

2、本发明采用了左右同步展开装置，可以使机构左右同步展开，各个部件的结构紧凑，收拢后各杆占用空间小，提供了较大的展收比，三棱柱伸展臂和横向肋的拓展性强，使得该机构可以通过控制模块的数量，得到百米级或者更大尺度的天线。

附图说明

图1为本发明一种多超弹性铰链的抛物柱面天线可展开机构的整体结构图；

图2为本发明一种多超弹性铰链的抛物柱面天线可展开机构的杆件示意图；

图3为本发明一种多超弹性铰链的抛物柱面天线可展开机构的主同步铰链示意图；

图4为本发明一种多超弹性铰链的抛物柱面天线可展开机构的副同步铰链示意图；

图5为本发明一种多超弹性铰链的抛物柱面天线可展开机构的接头与绳索示意图；

图6为本发明一种多超弹性铰链的抛物柱面天线可展开机构的超弹性铰链示意图。

图中：1、三棱柱伸展臂机构；2、横向肋机构；3、同步铰链机构；4、抛物柱面天线；5、三角杆；6、普通双向接头；7、双孔双向接头；8、三孔双向接头；9、纵杆；10、纵杆公头；11、纵杆母头；12、纵杆带簧；13、纵杆带簧支撑器；14、纵杆带簧固定器；15、凯夫拉绳固定器；16、凯夫拉绳；17、边撑架；18、边撑杆；19、一抛物线杆；20、二抛物线杆；21、三抛物线杆；22、抛物线杆带簧；23、抛物线杆带簧支撑器；24、抛物线杆带簧固定器；25、主同步铰链架；26、主同步铰链齿轮；27、主同步铰链连杆关节；28、副同步铰链架；29、副同步铰链第一齿轮；30、副同步铰链第二齿轮；31、副同步铰链第三齿轮；32、副同步铰链连杆关节；33、金属网面薄膜天线。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-6所示，一种超弹性铰链的抛物柱面天线可展开机构，包括三棱柱伸展臂机构1、横向肋机构2、同步铰链机构3和抛物柱面天线4，三棱柱伸展臂机构1包括三角杆5、普通双向接头6、双孔双向接头7、三孔双向接头8、纵杆9、纵杆公头10、纵杆母头11、纵杆带簧12、纵杆带簧支撑器13、纵杆带簧固定器14、凯夫拉绳固定器15和凯夫拉绳16，三角杆5分别与普通双向接头6、双孔双向接头7和三孔双向接头8通过螺栓固定连接，纵杆公头10和纵杆母头11相互配合后分别于与上述三种接头通过轴活动连接，纵杆带簧12、纵杆带簧支撑器13和纵杆带簧固定器14通过螺钉固定连接在一起，纵杆9的两头分别与纵杆带簧支撑器13、纵杆公头10或纵杆母头11中的两者通过螺钉固定连接。

凯夫拉绳固定器15通过轴固定在每根三角杆5的两端，凯夫拉绳16固定与凯夫拉绳固定器15上，三棱柱伸展臂机构1构成的矩形对角线上均固定连接有凯夫拉绳16，三棱柱伸展臂用于驱动可展开机构的纵向展开，横向肋机构2用于可展开机构横向展开，同步铰链用于保证横向肋左右展开时的同步性，抛物柱面天线4用于信号的收发；横向肋机构2包括边撑架17、边撑杆18、一抛物线杆19、二抛物线杆20、三抛物线杆21、抛物线杆带簧22、抛物线杆带簧支撑器23、抛物线杆带簧固定器24、凯夫拉绳固定器15和凯夫拉绳16，边撑架17通过螺钉与双孔双向接头7固定连接，边撑杆18的一端与边撑架17通过轴连接并通过销固定，防止两者之间的相对旋转运动，且边撑杆18的另一端与边撑架17通过轴活动连接，抛物线杆带簧22、抛物线杆带簧支撑器23和抛物线杆带簧固定器24均通过螺钉固定连接在一起，横向肋和三棱柱伸展臂的杆件都有凯夫拉绳16连接，增强了机构的稳定性，减小了天线展开过程中的冲击对其它结构的影响；下吸附机构主要结构有板体，凯夫拉绳固定器15通过轴固定在每根三抛物线杆21的末端，凯夫拉绳16固定与凯夫拉绳固定器15上，同一支横向肋的两端通过凯夫拉绳16固定连接；同步铰链机构3包括主同步铰链架25、主同步铰链齿轮26、主同步铰链连杆关节27、副同步铰链架28、副同步铰链第一齿轮29、副同步铰链第二齿轮30、副同步铰链第三齿轮31和副同步铰链连杆关节32，副同步铰链第一齿轮29、副同步铰链第二齿轮30、副同步铰链第三齿轮31和副同步铰链连杆关节32均通过轴活动连接在副同步铰链架28上，副同步铰链连杆关节32分别与副同步铰链第一齿轮29和副同步铰链第三齿轮31通过螺钉固定连接；优选的,二抛物线杆20的两端分别与副同步铰链连杆关节32和抛物线杆带簧支撑器23通过螺钉固定连接，三抛物线杆21与副同步铰链连杆关节32通过螺钉固定连接在一起；优选的,二抛物线杆20和纵杆9的结构相同，抛物线杆带簧22、抛物线杆带簧支撑器23和抛物线杆带簧固定器24分别与纵杆母头11、纵杆带簧12和纵杆带簧支撑器13的结构尺寸相同，纵杆9由公母头与双向接头连接，收拢状态下与三角杆5共面，减小收拢体积，增大展收比；优选的,抛物柱面天线4包括金属网面薄膜天线33，金属网面薄膜天线33分别与一抛物线杆19、二抛物线杆20和三抛物线杆21固定连接。

需要说明的是，本发明为一种多超弹性铰链的抛物柱面天线可展开机构，具体安装方法如下：

(1)三角杆5分别于普通双向接头6、双孔双向接头7、三孔双向接头8通过螺栓连接，纵杆公头10和纵杆母头11相互配合后分别于与上述三种接头通过轴连接。

(2)纵杆带簧12、纵杆带簧支撑器13和纵杆带簧固定器14通过螺钉连接，纵杆9的两头分别与纵杆带簧支撑器13、纵杆公头10或者纵杆母头11通过螺钉连接，凯夫拉绳固定器15通过轴固定在每根三角杆5的两端，凯夫拉绳16固定在凯夫拉绳固定器15上，三棱柱伸展臂构成的矩形对角线上通过凯夫拉绳16连接。

(3)主同步铰链架25、主同步铰链齿轮26和主同步铰链连杆关节27通过轴相连，其中主同步铰链关节27和主同步铰链齿轮26通过螺钉固定，主同步铰链架25通过螺栓固定在三孔双向接头8上，抛物线杆带簧22、抛物线杆带簧支撑器23和抛物线杆带簧固定器24通过螺钉连接，一抛物线杆19的两端分别与主同步铰链连杆关节27、抛物线杆带簧支撑器23通过螺钉连接。

(4)副同步铰链架28、副同步铰链第一齿轮29、副同步铰链第二齿轮30、副同步铰链第三齿轮31和副同步铰链连杆关节32通过轴相连，其中副同步铰链连杆关节32分别与副同步铰链第一齿轮29、副同步铰链第三齿轮31通过螺钉固定，二抛物线杆20的两端分别与副同步铰链连杆关节32、抛物线杆带簧支撑器23通过螺钉连接，三抛物线杆21与副同步铰链连杆关节32通过螺钉连接。

(5)边撑杆18的一端与边撑架17通过轴相连，并用销固定主，防止两者之间的相对旋转运动，另一端与边撑架17通过轴连接，边撑架17通过螺钉与双孔双向接头7连接，凯夫拉绳固定器15通过轴固定在每根三抛物线杆21的末端，凯夫拉绳16固定在凯夫拉绳固定器15上，同一支横向肋的两端通过凯夫拉绳16连接，金属网面薄膜天线33分别与一抛物线杆19、二抛物线杆20和三抛物线杆21连接，至此多超弹性铰链的抛物柱面天线可展开机构安装完成。

(6)运作过程：开始时多超弹性铰链的抛物柱面天线可展开机构处于收拢状态，当解除纵杆9超弹性铰链限位装置后，纵杆带簧12释放能量，纵杆9从三角杆5构成的三角形内被释放出来，三棱柱伸展臂展开，当三棱柱伸展臂完全展开后，横向超弹性铰链的限位装置解除，抛物线杆带簧22释放能量，带动各同步齿轮旋转，进而带动杆的运动，实现机构左右两侧同步展开，展开完成后，超弹性铰链中的带簧实现自锁，展开时三棱柱伸展臂展开先展开，横向肋后展开，分步展开减小了展开过程中对天线的冲击。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种多超弹性铰链的抛物柱面天线可展开机构，包括三棱柱伸展臂机构(1)、横向肋机构(2)、同步铰链机构(3)和抛物柱面天线(4)，其特征在于：所述三棱柱伸展臂机构(1)包括三角杆(5)、普通双向接头(6)、双孔双向接头(7)、三孔双向接头(8)、纵杆(9)、纵杆公头(10)、纵杆母头(11)、纵杆带簧(12)、纵杆带簧支撑器(13)、纵杆带簧固定器(14)、凯夫拉绳固定器(15)和凯夫拉绳(16)，所述三角杆(5)分别与普通双向接头(6)、双孔双向接头(7)和三孔双向接头(8)通过螺栓固定连接，所述纵杆公头(10)和纵杆母头(11)相互配合后分别于与上述三种接头通过轴活动连接，所述纵杆带簧(12)、纵杆带簧支撑器(13)和纵杆带簧固定器(14)通过螺钉固定连接在一起，所述纵杆(9)的两头分别与纵杆带簧支撑器(13)、纵杆公头(10)或纵杆母头(11)中的两者通过螺钉固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种多超弹性铰链的抛物柱面天线可展开机构，其特征在于：所述凯夫拉绳固定器(15)通过轴固定在每根三角杆(5)的两端，所述凯夫拉绳(16)固定与凯夫拉绳固定器(15)上，所述三棱柱伸展臂机构(1)构成的矩形对角线上均固定连接有凯夫拉绳(16)。

3.根据权利要求1所述的一种多超弹性铰链的抛物柱面天线可展开机构，其特征在于：所述横向肋机构(2)包括边撑架(17)、边撑杆(18)、一抛物线杆(19)、二抛物线杆(20)、三抛物线杆(21)、抛物线杆带簧(22)、抛物线杆带簧支撑器(23)、抛物线杆带簧固定器(24)、凯夫拉绳固定器(15)和凯夫拉绳(16)，所述边撑架(17)通过螺钉与双孔双向接头(7)固定连接，所述边撑杆(18)的一端与边撑架(17)通过轴连接并通过销固定，且边撑杆(18)的另一端与边撑架(17)通过轴活动连接，所述抛物线杆带簧(22)、抛物线杆带簧支撑器(23)和抛物线杆带簧固定器(24)均通过螺钉固定连接在一起。

4.根据权利要求3所述的一种多超弹性铰链的抛物柱面天线可展开机构，其特征在于：所述凯夫拉绳固定器(15)通过轴固定在每根三抛物线杆(21)的末端，凯夫拉绳(16)固定与凯夫拉绳固定器(15)上，同一支横向肋的两端通过凯夫拉绳(16)固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种多超弹性铰链的抛物柱面天线可展开机构，其特征在于：所述同步铰链机构(3)包括主同步铰链架(25)、主同步铰链齿轮(26)、主同步铰链连杆关节(27)、副同步铰链架(28)、副同步铰链第一齿轮(29)、副同步铰链第二齿轮(30)、副同步铰链第三齿轮(31)和副同步铰链连杆关节(32)，所述副同步铰链第一齿轮(29)、副同步铰链第二齿轮(30)、副同步铰链第三齿轮(31)和副同步铰链连杆关节(32)均通过轴活动连接在副同步铰链架(28)上，所述副同步铰链连杆关节(32)分别与副同步铰链第一齿轮(29)和副同步铰链第三齿轮(31)通过螺钉固定连接。

6.根据权利要求5所述的一种多超弹性铰链的抛物柱面天线可展开机构，其特征在于：所述二抛物线杆(20)的两端分别与副同步铰链连杆关节(32)和抛物线杆带簧支撑器(23)通过螺钉固定连接，所述三抛物线杆(21)与副同步铰链连杆关节(32)通过螺钉固定连接在一起。

7.根据权利要求3所述的一种多超弹性铰链的抛物柱面天线可展开机构，其特征在于：所述二抛物线杆(20)和纵杆(9)的结构相同，所述抛物线杆带簧(22)、抛物线杆带簧支撑器(23)和抛物线杆带簧固定器(24)分别与纵杆母头(11)、纵杆带簧(12)和纵杆带簧支撑器(13)的结构尺寸相同。

8.根据权利要求1所述的一种多超弹性铰链的抛物柱面天线可展开机构，其特征在于：所述抛物柱面天线(4)包括金属网面薄膜天线(33)，所述金属网面薄膜天线(33)分别与一抛物线杆(19)、二抛物线杆(20)和三抛物线杆(21)固定连接。

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