CN111619826B - 一种面向在轨组装的可展收桁架结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种面向在轨组装的可展收桁架结构，属于航天器结构设计领域。本发明涉及桁架杆件与滑动接头结构设计，适用于包含复杂桁架杆系结构的可展收航天器的展开移动节点设计和折叠展开功能实现。本发明根据面向在轨组装的可展收桁架结构的功能特点以及装配需求，针对典型的航天器桁架结构组成，通过开展折叠展开移动节点的特殊设计、桁架杆件、常规接头和滑动接头的设计、同步装置和锁定装置以及防摩擦的保护垫的设计、以及桁架主体展收单元的功能结构设计，获得了同时满足有限空间内可展收、较高连接精度的面向在轨组装的可展收桁架结构，具有可折叠展开、易扩展、大承载和连接精度高、低成本等特点。

Description

一种面向在轨组装的可展收桁架结构

技术领域

本发明属航天器结构技术，具体涉及一种通过展开移动节点设计实现折叠展开功能且具有较高连接精度要求的面向在轨组装应用的桁架结构设计。

技术背景

近年来，随着空间科学与空间探测技术的不断发展，航天器结构正朝着大型化、轻量化、多功能等方向发展，由于受到发射空间的限制，传统的发射空间已经满足不了空间大尺度机构的需求，亟需设计可以实现折叠和展开功能的空间大型机构，因此空间可展收技术得到了国内外学者的广泛关注和研究。可展收机构是指一类能够从折叠状态变化到展开状态,并能够形成稳定结构而承受一定载荷的机构。桁架作为航天器结构中较为简单且普遍的一种机构形式，对于可展收桁架的研究在大型空间应用中有较为广泛的应用价值，如用于空间伸展臂、展开柔性太阳能帆板、支撑太空望远镜及合成孔径雷达等。因此对可展收桁架结构进行研究对于航天器结构技术的进步有重要的推动意义。

综上，相对于可展收的复杂桁架结构，常规的桁架结构设计具有以下不足：

(1)由于难以满足在有限装配空间下的可展收需求，限制了桁架结构中组件的数量，且

对于配合的精度难以达到理想状态。

(2)常规桁架结构的灵活性差，难以满足航天器结构的柔性需求，尺寸受到约束，限制了航天器结构的整体布局。

因此，本发明一种面向在轨组装的可展收桁架结构，具有可折叠展开、易扩展、大承载和连接精度高、低成本等优点。

发明内容

(1)技术问题

本发明解决的技术问题是：复杂的桁架结构可以折叠在有限的装配空间，同时保证较高的连接精度，并可以顺利进行展开的需求，满足在桁架杆件和接头较多下的装配精度高、承载能力强的要求。

(2)技术方案

基于目前复杂桁架结构产生的连接复杂、占用空间较大、杆件较多的应用需求，对特殊桁架结构的发展提出了要求，基于传统的桁架杆件和接头设计，进行面向在轨组装的可展收桁架结构中可展开移动节点的特殊设计，针对可折叠展开的需求，还设计了同步装置、可自由滑动的滑动接头带动桁架杆件实现了折叠展开功能。

本发明所述的面向在轨组装的可展收桁架结构包括多种桁架杆件、同步装置、锁定装置、常规接头和滑动接头，桁架杆件由杆件本体和两端的小接头组成，大接头通过与杆件本体和桁架杆件上的小接头进行互连，此外将桁架杆件穿过滑动接头的中心孔可实现滑动接头沿桁架杆件滑动，两个滑动接头间还通过同步轴进行连接，在每个转动关节设计有防摩擦的保护垫，最终完成面向在轨组装的可展收桁架结构的装配。

本发明所述的面向在轨组装的可展收桁架结构，采用特殊的可展开移动节点设计，对单个桁架主体展收单元的两个滑动接头、含同步轴的同步装置以及在转动关节防摩擦的保护垫设计，在展开过程中，各个展开节点移动时滑动接头进行滑动，带动连接的桁架杆件进行转动，实现了面向在轨组装的可展收桁架结构的顺利折叠和展开。

本发明所述的面向在轨组装的可展收桁架结构，通过对杆系大接头、桁架杆系多方位的连接设计，面向在轨组装的单个可展收桁架主体具有很强的扩展性，即通过连接多个桁架主体单元可以轻易实现对大型多节可展收桁架结构的扩展。这种模块化易扩展的面向在轨组装的可展收桁架结构在空间在轨组装技术的辅助下，可实现在轨装备，形成大型的面向在轨组装的可展收桁架结构。

本发明所述的面向在轨组装的可展收桁架结构，对于单个桁架主体两侧分别设计一个滑动接头，两个滑动接头通过设计的同步装置进行连接，可以保证单个桁架主体在展开过程两侧的同步性以及较好的展开流畅性。同时在展开后对单个桁架主体分别设计了锁定装置，通过连接滑动接头和相邻的桁架杆件对装置进行锁死。

本发明所述的面向在轨组装的可展收桁架结构，桁架杆件的小接头和常规接头都采用铝合金材料，滑动接头的多个零件也采用铝合金材料，杆件本体可采用复合材料实现轻量化设计。

本发明所述的面向在轨组装的可展收桁架结构，在折叠展开中每个转动关节进行了防摩擦的保护垫设计，有效避免了在展收过程中转动关节处的磨损，保护垫材料选用自润滑衬垫材料。

本发明所述的面向在轨组装的可展收桁架结构，滑动接头通过多个零部件装配而成，大大降低了成本，滑动接头包含有三个滑轮组，通过弹簧连接的两个弹性滑轮组和一个固定滑轮组，滑轮均采用V型，可进行定位和导向，同时三个滑轮组共同起到调整滑轮和桁架杆件间隙的作用，可适应不同直径的桁架杆件。

(3)有益效果

本发明与现有技术相比有益效果为：

(1)本发明通过对展开移动节点的特殊设计实现了对面向在轨组装的可展收桁架结构进行折叠展开的功能，设计出了满足装配空间有限、连接精度较高的要求的面向在轨组装的可展收桁架结构。

(2)本发明设计同步装置中的同步轴可以实现在折叠展开过程中单个桁架主体两侧滑动接头滑动的同步性，通过锁定装置对展开后的桁架结构进行锁定，满足展开同步性、大承载的需求。

(3)本发明设计的滑动接头采用多个零部件装配而成，非一体化成形，大大减少了所需成本。此外滑动接头内设计的三个滑轮组，滑轮均为V型，通过两个弹性滑轮组和一个固定滑轮组可以达到精确定位导向以及适应不同杆件形状的柔性需求。

(4)在面向在轨组装的可展收桁架结构折叠展开中的每个转动关节进行了防摩擦的保护垫设计，有效避免了在展收过程中转动关节处的磨损。

附图说明

图1是6节面向在轨组装的可展收桁架结构展开状态的示意图。

图2是桁架杆件1的示意图，1.小接头，2.杆件本体，3.小接头。

图3是桁架杆件2的示意图，4.杆件本体

图4是桁架杆件3的示意图，5.小接头，6.杆件本体

图5是常规接头1的示意图。

图6是常规接头2的示意图。

图7是常规接头3的示意图。

图8是滑动接头的两个方向的示意图，7.固定滑轮组，8.弹性滑轮组。

图9是桁架杆件与大接头的不同连接方式的示意图，9.常规接头2，10.常规接头1，11.常规接头3，12.滑动接头。

图10是2节面向在轨组装的可展收桁架主体由折叠到展开过程的示意图，13.同步轴，14.2 节面向在轨组装的可展收桁架主体展开状态。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的杆系结构做进一步说明。

参见图1所示的6节面向在轨组装的可展收桁架结构展开状态，具有桁架杆件数量多、连接复杂、桁架结构可展收的特点，所谓连接复杂是指桁架结构中所用接头种类在两种或两种以上且每一种接头都有两个或两个以上的桁架杆件与之进行连接，桁架结构可展收是指桁架结构具有折叠展开的功能。同时为保证桁架结构具有一定的承载能力，桁架杆件与大接头采用销连接和铆钉连接的方式。

具体地，在对面向在轨组装的可展收桁架结构设计过程中，根据结构需要设计了三种桁架杆件，三种杆件均由两端的小接头和杆件本体构成，第一种桁架杆件如图2所示，其由一端的小接头1和杆件本体2以及另一端的小接头3组成。第二种桁架杆件如图3所示，其由杆件本体4和两端的小接头1组成。第三种桁架杆件如图4所示，由杆件本体6和其两端的小接头5组成，杆件本体与两端小接头的连接为常规设计，铆接类型即可，为公知常识。

在本发明实施例中，具体地，如图5、图6、图7和图8所示，面向在轨组装的可展收桁架结构按照结构和功能设计了4种接头，分为常规接头和滑动接头，常规接头1见图5，除了具有与杆件本体和小接头进行连接的接头结构，还可与桁架杆件3上的小接头5进行销配合，常规接头2见图6，其也具有和杆件本体和小接头销配合的结构形式，常规接头3见图7，与常规接头2有相似的结构形式。三种常规接头与桁架杆件的连接设计具有对称性，可轻易进行扩展。常规接头滑动接头如图8所示，采用多个零件组装而成，在其一侧具有连接同步轴的接头设计，在滑动接头的两侧对称位置设计了与桁架杆件连接的装夹接头，同时滑动接头内还设计了三个滑轮组，一个固定滑轮组7以及两个弹性滑轮组8。滑轮均为V型，固定滑轮组保持不变，弹性滑轮组可通过内置弹簧进行调整位置，起到定位和导向的作用，滑动接头设计有中心通孔，桁架杆件穿过滑动接头的中心通孔，在展开过程中滑动接头可在此桁架杆件上进行滑动。常规接头和滑动接头与桁架杆件的小接头连接为常规设计，铰接类型即可，为公知常识。

在本发明实施例中，如图9所示，常规接头1即图9中的大接头10与桁架杆件3上的小接头5轴孔配合，即桁架杆件3可在大接头10上进行转动，此外大接头10还和其它的杆件本体通过均布在圆周上的圆孔配合实现铆接，常规接头2即图9中的大接头9，且采用销配合。常规接头3即图9中的11，与杆件本体的连接通过均布在圆周上的圆孔配合实现铆接。滑动接头即图9中的12所示，在滑动接头的一侧，还设计了连接同步轴的同步轴套，和同步轴进行销配合连接。为保证在折叠展开中达到滑动的效果，桁架杆件穿过滑动接头的中心孔，滑动接头上设计了一个固定滑轮组7和两个弹性滑轮组8，滑轮均为V型，在滑动接头12沿其穿过其中心孔的桁架杆件滑动时，可实现定位和导向并灵活调整穿过滑动接头12中心孔的桁架杆件轴径的目的。

在本发明实施例中，如图10所示，表现了2节桁架主体折叠展开的过程。在展开过程中，桁架两侧的滑动接头12通过同步轴13进行连接实现了同步滑动，带动桁架杆件进行转动。具体实施时，使面向在轨组装的可展收桁架主体两侧的大接头11向下运动，带动其上连接的桁架杆件运动，同时滑动接头12向上滑动，带动同步轴13上移和所连接的桁架杆件转动，当大接头11两侧连接的桁架杆件达到水平状态时，如图10中的14所示桁架主体达到最终展开状态。桁架主体展开以后还设计了锁定装置，通过将滑动接头12和桁架杆件连接实现整个可展收桁架结构的锁定，可实现面向在轨组装的可展收桁架结构的大承载特性。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (1)

1.一种面向在轨组装的可展收桁架结构，其特征在于，包括：(1)面向在轨组装的可展收桁架结构的展开移动节点的特殊设计，通过桁架杆件、常规接头、滑动接头和同步装置以及锁定装置共同实现桁架的折叠展开；(2)面向在轨组装的可展收桁架结构有多个桁架主体构成，桁架主体内设计有同步装置，两侧的滑动接头通过与同步装置的同步轴连接保证两侧桁架杆件展开过程的同步性，可以顺利实现折叠展开功能；(3)滑动接头采用多零件装配，降低了所需成本，在滑动接头内设计了两组弹性滑轮组和一组固定滑轮组，滑轮均为V型，可以实现定位和导向，调整滑轮与穿过滑动接头中心孔桁架杆件的间隙，满足穿过滑动接头中心孔桁架杆件直径可变的柔性需求；(4)在面向在轨组装的可展收桁架结构折叠展开中的每个转动关节进行了防摩擦的保护垫设计，有效避免了在展收过程中转动关节处的磨损，保护垫材料选用自润滑衬垫材料。

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