CN111924137B - 一种小型化的可批产空间伸缩机构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种小型化的可批产空间伸缩机构，其特征在于：包括下伸缩支撑机构、中伸缩支撑机构、上伸缩支撑机构，下伸缩支撑机构安装至固定平台，下伸缩支撑机构的三个右旋丝杠分别与中伸缩支撑机构的三个一级丝杠齿轮螺纹连接，中间伸缩支撑机构的三个导向杆分别插接至下伸缩支撑机构的三个导向管，实现下伸缩支撑机构与中伸缩支撑机构的连接；中伸缩支撑机构的三个左旋丝杠分别固定连接至上伸缩支撑机构的三个导向支撑座，中伸缩支撑机构的三个V型槽与上伸缩支撑机构的三个弹性球卡接，实现中伸缩支撑机构与上伸缩支撑机构的连接。本发明整体结构都采用易组装、易维修、易通用的设计思路，便于后期小规模组批生产制造。
Description
技术领域
本发明属于航天卫星领域，尤其是涉及一种小型化的可批产空间伸缩机构。
背景技术
随着空间技术的不断发展，地球观测等业务也在不断扩大，应用涉及多个领域主要包括气象、国防安全、气候变化和农业等。因此国际上各个研究机构，考虑到成本问题，都在大力研究在地球观测小卫星上搭载光学成像载荷，由于卫星体积的限制，小卫星上搭载的光学成像载荷采用小型的伸缩折叠机构。伸缩折叠机构的应用在卫星设计中有着悠久的历史，因为它们可以从较小的发射体积中释放出来，提供大量的可使用空间。一般情况下，卫星上通过主动或被动的方式部署有大量的探测器、牵引帆、天线、相机等有效载荷，在卫星发射阶段这些仪器都处于折叠或压缩状态，待到达空间指定轨道后，通过可伸缩折叠机构将这些仪器打开。通常情况下，小型光学成像载荷都采用同心空心管结构设计空间伸缩机构，但考虑到空间环境的复杂性，这种伸缩机构不能很好的开展热控防护措施，基于以上原因，在传统同心空心管伸缩机构的基础上，利用在同心空心管外侧增加保持架传动机构的方式进行设计，既满足伸缩结构要求，又可以在结构的外侧开展热控防护，同时利用弹性球与V型槽对接机构，使伸缩机构各伸缩段实现热解耦，提升了机构刚度和伸缩精度。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种小型化的可批产空间伸缩机构，整体结构都采用易组装、易维修、易通用的设计思路，便于后期小规模组批生产制造。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种小型化的可批产空间伸缩机构，包括下伸缩支撑机构、中伸缩支撑机构、上伸缩支撑机构，下伸缩支撑机构安装至固定平台，下伸缩支撑机构的三个右旋丝杠分别与中伸缩支撑机构的三个一级丝杠齿轮螺纹连接，中间伸缩支撑机构的三个导向杆分别插接至下伸缩支撑机构的三个导向管，实现下伸缩支撑机构与中伸缩支撑机构的连接；
中伸缩支撑机构的三个左旋丝杠分别固定连接至上伸缩支撑机构的三个导向支撑座，中伸缩支撑机构的三个V型槽与上伸缩支撑机构的三个弹性球卡接，实现中伸缩支撑机构与上伸缩支撑机构的连接。
进一步的，下伸缩支撑机构包括下空心管、下保持环、驱动电机、轮盘齿轮轴承和三个下传动组件，下空心管底部设有法兰，法兰的圆周表面设有三个下安装板和一个电机安装板，三个下安装板分别通过三个下传动组件连接至下保持环，驱动电机通过驱动齿轮连接至电机安装板，法兰上设有轮盘齿轮轴承，驱动齿轮与轮盘齿轮轴承互相啮合。
进一步的，下传动组件包括导向管、右旋丝杠、下丝杠齿轮、下传动齿轮、下导向支撑座、下丝杠支撑座，下丝杠支撑座、下导向支撑座固定安装至下保持环，下安装板上表面一侧通过右旋丝杠连接至下丝杠支撑座，另一侧通过导向管连接至下导向支撑座，右旋丝杠底部设有下丝杠齿轮，下安装板中部设有下传动齿轮，下丝杠齿轮通过下传动齿轮啮合连接至轮盘齿轮轴承。
进一步的，下安装板上表面设有限位底座。
进一步的，三个下安装板两两间隔的角度为120°。
进一步的，中伸缩支撑机构包括中空心管、中保持环和三个中传动组件，中空心管底部设有法兰，法兰的圆周表面设有三个与下安装板一一对应的中安装板，三个中安装板分别通过中传动组件连接至中保持环，中保持环设有三个V型槽，三个V型槽两两间隔120°，每个V型槽内均设有限位开关。
进一步的，中传动组件包括一级中丝杠齿轮、二级中丝杠齿轮、齿轮固定壳、左旋丝杠、导向杆、中丝杠支撑座、中导向支撑座，一级中丝杠齿轮、二级中丝杠齿轮通过齿轮固定壳固定安装至中安装板，一级中丝杠齿轮与二级中丝杠齿轮啮合，中丝杠支撑座、中导向支撑座设置在中保持环，中丝杠支撑座通过中左旋丝杠固定连接至二级中丝杠齿轮，导向杆固定安装至中导向支撑座。
进一步的，中安装板设有与下安装板的限位底座相对应的双向限位开关。
进一步的，上伸缩支撑机构包括上空心管，上空心管底部设有法兰，法兰上设有分别与三个导向杆相对应的上导向支撑座，每个上导向支撑座一侧均设有一个限位上座，每个限位上座一侧均设有一个与V型槽相对应的弹性球。
进一步的，上空心管的直径大于中空心管直径，中空心管直径大于下空心管直径；上空心管、中空心管和下空心管的材质为纤维增强材料。
相对于现有技术，本发明所述的一种小型化的可批产空间伸缩机构具有以下优势：
(1)本发明所述的一种小型化的可批产空间伸缩机构，驱动转盘齿轮轴承进行回转运动，同时驱动均匀布置在上保持环、中保持环的中传动组件、下保持环的下传动机构互相进行传动配合，使得多级伸缩机构同步进行伸缩运动。
(2)本发明所述的一种小型化的可批产空间伸缩机构，通过巧妙的构型，合理的布局，在仅有单驱动单元的基础下，同时引入弹性球与V型槽对接机构以及双向限位开关装置，设计出的全新的小型化的空间可伸缩机构，可以实现多级高精度的同步伸缩动作，满足小卫星的空间安放使用要求。
(3)本发明所述的一种小型化的可批产空间伸缩机构，多级同心空心管机构可以实现空间可伸缩机构的同步伸缩动作，具有较高的空间压缩特性，大大提高了小卫星空间使用率。
(4)本发明所述的一种小型化的可批产空间伸缩机构，弹性球与V型槽对接的结构方式，使得在保证机构对接刚度的前提下，大幅提升了空间可伸缩机构末端定位精度；双向限位开关装置的进入提高了整体机构空间的伸缩定位精度，
(5)本发明所述的一种小型化的可批产空间伸缩机构，双向限位开关装置在伸缩机构压缩的过程中，当控制伸缩系统失灵时，可以有效对整个机构的结构装置和驱动单元起到过载保护作用。
(6)本发明所述的一种小型化的可批产空间伸缩机构，传动装置布置在空心管外侧空间，通过合理的布局增大了伸缩机构内部的使用空间，与传统的空间可伸缩机构相对比，这种机构提升了卫星有效载荷搭载能力。
(7)本发明所述的一种小型化的可批产空间伸缩机构，考虑到空间的使用环境，空心管采用纤维增强材料制作，在保证空间可伸缩机构整体刚性的前提下，降低了空间可伸缩机构的重量，提高结构抗热弹性变形能力。
(8)本发明所述的一种小型化的可批产空间伸缩机构，在设计上空心管采用扁平化的外形设计，每一级空心管加入一个顶部或底部同心法兰，使得伸缩机构在空间环境中运动时，多级同心空心管之间相互支撑用，加之外部保持架的作用，使得整套机构形成一体，不仅提高了整体的刚度特性，而且大大减小了，由于空间温度的变化，机构变形对内部安装的载荷的影响。
(9)本发明所述的一种小型化的可批产空间伸缩机构，为了进一步提高整体机构的精度和安全可靠性，在每一组传动机构的旁边设计了导向杆、导向管，具有很好的抵御变形、定位导向的作用，进一步提高了整体机构的力学性能和安全性能。
(10)本发明所述的一种小型化的可批产空间伸缩机构，实现方法简单，并且整个空间可伸缩机构的结构布置具有平行性和对称性，使得整个空间可伸缩机构的刚度中心与安装到伸缩机构内部有效载荷的重心在垂直方向(Z向)上始终重合，进一步提升了机构空间运动定位精度。另外，本发明整体不仅满足功能性的设计要求，同时考虑到未来应用，整体结构都采用易组装、易维修、易通用的设计思路，便于后期小规模组批生产制造。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的一种小型化的可批产空间伸缩机构伸出状态示意图；
图2为本发明实施例所述的下伸缩支撑机构示意图；
图3为本发明实施例所述的中伸缩支撑机构示意图；
图4为本发明实施例所述的上伸缩支撑机构示意图；
图5为本发明实施例所述的一种小型化的可批产空间伸缩机构收回状态示意图。
附图标记说明：
1、下伸缩支撑机构；11、下空心管；12、下保持环；13、驱动电机；14、轮盘齿轮轴承；15、下传动组件；151、导向管；152、右旋丝杠；153、下丝杠齿轮；154、下传动齿轮；155、下导向支撑座；156、下丝杠支撑座；16、下安装板；161、限位底座；2、中伸缩支撑机构；21、中空心管；22、中保持环；23、中传动组件；231、一级中丝杠齿轮；232、二级中丝杠齿轮；233、齿轮固定壳；234、左旋丝杠；235、导向杆；236、中丝杠支撑座；237、中导向支撑座；24、中安装板；241、双向限位开关；25、V型槽；3、上伸缩支撑机构；31、上空心管；32、上导向支撑座；33、限位上座；34、弹性球。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
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”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种小型化的可批产空间伸缩机构，包括下伸缩支撑机构1、中伸缩支撑机构2、上伸缩支撑机构3，下伸缩支撑机构1安装至固定平台，下伸缩支撑机构1的三个右旋丝杠152分别与中伸缩支撑机构2的三个一级中丝杠齿轮231螺纹连接，中伸缩支撑机构2的三个导向杆235分别插接至下伸缩支撑机构1的三个导向管151，实现下伸缩支撑机构1与中伸缩支撑机构2的连接，导向杆235与导向管151形成的导向组件可以很好的抵御变形、定位导向的作用；
中伸缩支撑机构2的三个左旋丝杠234分别固定连接至上伸缩支撑机构3的三个导向支撑座，中伸缩支撑机构2的三个V型槽25与上伸缩支撑机构3的三个弹性球34卡接，实现中伸缩支撑机构2与上伸缩支撑机构3的连接。
下伸缩支撑机构1包括下空心管11、下保持环12、驱动电机13、轮盘齿轮轴承14和三个下传动组件15，下空心管11底部设有法兰，法兰可以起到支撑下空心管11的作用，使得整套机构形成一体，不仅提高了整体的刚度特性，而且大大减小了，由于空间温度的变化，机构变形对内部安装的载荷的影响；法兰的圆周表面设有三个下安装板16和一个电机安装板，三个下安装板16分别通过三个下传动组件15连接至下保持环12，驱动电机13通过驱动齿轮连接至电机安装板，法兰上设有轮盘齿轮轴承14，驱动齿轮与轮盘齿轮轴承14互相啮合。
下传动组件15包括导向管151、右旋丝杠152、下丝杠齿轮153、下传动齿轮154、下导向支撑座155、下丝杠支撑座156，下丝杠支撑座156、下导向支撑座155固定安装至下保持环12，下安装板16上表面一侧通过右旋丝杠152连接至下丝杠支撑座156，另一侧通过导向管151连接至下导向支撑座155，右旋丝杠152底部设有下丝杠齿轮153，下安装板16中部设有下传动齿轮154，下丝杠齿轮153通过下传动齿轮154啮合连接至轮盘齿轮轴承14。
下安装板16上表面设有限位底座161。
三个下安装板16两两间隔的角度为120°。
中伸缩支撑机构2包括中空心管21、中保持环22和三个中传动组件23，中空心管21底部设有法兰，法兰的圆周表面设有三个与下安装板16一一对应的中安装板24，三个中安装板24分别通过中传动组件23连接至中保持环22，中保持环22设有三个V型槽25，三个V型槽25两两间隔120°，每个V型槽内25均设有限位开关。
中传动组件23包括一级中丝杠齿轮231、二级中丝杠齿轮232、齿轮固定壳233、左旋丝杠234、导向杆235、中丝杠支撑座236、中导向支撑座237，一级中丝杠齿轮231、二级中丝杠齿轮232通过齿轮固定壳233固定安装至中安装板24，一级中丝杠齿轮231与二级中丝杠齿轮232啮合，中丝杠支撑座236、中导向支撑座237设置在中保持环22，中丝杠支撑座236通过中左旋丝杠234固定连接至二级中丝杠齿轮232，导向杆235固定安装至中导向支撑座237。
中安装板24设有与下安装板16的限位底座161相对应的双向限位开关241，双向限位开关241的上部与限位上座33形成对应关系，双向限位开关241的底部与限位下座形成对应关系。
上伸缩支撑机构3包括上空心管31，上空心管31底部设有法兰，法兰上设有分别与三个导向杆235相对应的上导向支撑座32，每个上导向支撑座32一侧均设有一个限位上座33，每个限位上座33一侧均设有一个与V型槽25相对应的弹性球34，V型槽25与弹性球34接触，则停止驱动电机13的转动，弹性球34和V型槽25不仅可以提高对接精度，而且依靠弹性球34变形吸收能量的特性，使得在复杂多变的空间热环境中，降低了伸缩机构随环境变化产生的伸缩变形，从而实现空间可伸缩机构的热解耦，提升了空间可伸缩机构的定位精度。
上空心管31的直径大于中空心管21直径，中空心管21直径大于下空心管11直径；上空心管31、中空心管21和下空心管11的材质为纤维增强材料，在保证空间可伸缩机构整体刚性的前提下，降低了空间可伸缩机构的重量，提高结构抗热弹性变形能力。
一种小型化的可批产空间伸缩机构，工作原理，当下伸缩支撑机构1的驱动电机13带动驱动齿轮运动，驱动齿轮与转盘齿轮轴承啮合，转盘齿轮轴承带动传动齿轮运动，传动齿轮带动下丝杠齿轮153以及与其固连的右旋丝杠152转动，中伸缩支撑机构2在右旋丝杠152的作用下实现伸出运动。同时，右旋丝杠152带动一级中丝杠齿轮231转动，与一级中丝杠齿轮231啮合的二级中丝杠齿轮232反向转动，二级中丝杠齿轮232带动左旋丝杠234转动。同时，带动上伸缩支撑机构3沿左旋丝杠234做伸出运动，当升至V型槽25与弹性球34压紧，触碰到V型槽内的限位开关，则驱动电机13停止工作，完成整套机构的伸出运动；
当驱动电机13反方向旋转时，实现整套机构收回动作。其中中伸缩支撑机构2及上伸缩支撑机构3收回至靠近下伸缩支撑机构1时，中伸缩支撑机构2的双向限位开关241触碰到下伸缩支撑机构1的限位底座161或上伸缩支撑机构3的限位上座33时，驱动电机13停止转动，完成机构收回动作。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种小型化的可批产空间伸缩机构，其特征在于：包括下伸缩支撑机构、中伸缩支撑机构、上伸缩支撑机构，下伸缩支撑机构安装至固定平台，下伸缩支撑机构的三个右旋丝杠分别与中伸缩支撑机构的三个一级丝杠齿轮螺纹连接，中间伸缩支撑机构的三个导向杆分别插接至下伸缩支撑机构的三个导向管，实现下伸缩支撑机构与中伸缩支撑机构的连接；
中伸缩支撑机构的三个左旋丝杠分别固定连接至上伸缩支撑机构的三个导向支撑座，中伸缩支撑机构的三个V型槽与上伸缩支撑机构的三个弹性球卡接，实现中伸缩支撑机构与上伸缩支撑机构的连接；
下伸缩支撑机构包括下空心管、下保持环、驱动电机、轮盘齿轮轴承和三个下传动组件，下空心管底部设有法兰，法兰的圆周表面设有三个下安装板和一个电机安装板，三个下安装板分别通过三个下传动组件连接至下保持环，驱动电机通过驱动齿轮连接至电机安装板，法兰上设有轮盘齿轮轴承，驱动齿轮与轮盘齿轮轴承互相啮合。
2.根据权利要求1所述的一种小型化的可批产空间伸缩机构，其特征在于：下传动组件包括导向管、右旋丝杠、下丝杠齿轮、下传动齿轮、下导向支撑座、下丝杠支撑座；下丝杠支撑座、下导向支撑座固定安装至下保持环，下安装板上表面一侧通过右旋丝杠连接至下丝杠支撑座，另一侧通过导向管连接至下导向支撑座，右旋丝杠底部设有下丝杠齿轮，下安装板中部设有下传动齿轮，下丝杠齿轮通过下传动齿轮啮合连接至轮盘齿轮轴承。
3.根据权利要求2所述的一种小型化的可批产空间伸缩机构，其特征在于：下安装板上表面设有限位底座。
4.根据权利要求1所述的一种小型化的可批产空间伸缩机构，其特征在于：三个下安装板两两间隔的角度为120°。
5.根据权利要求1所述的一种小型化的可批产空间伸缩机构，其特征在于：中伸缩支撑机构包括中空心管、中保持环和三个中传动组件，中空心管底部设有法兰，法兰的圆周表面设有三个与下安装板一一对应的中安装板，三个中安装板分别通过中传动组件连接至中保持环，中保持环设有三个V型槽，三个V型槽两两间隔120°，每个V型槽内均设有限位开关。
6.根据权利要求5所述的一种小型化的可批产空间伸缩机构，其特征在于：中传动组件包括一级中丝杠齿轮、二级中丝杠齿轮、齿轮固定壳、左旋丝杠、导向杆、中丝杠支撑座、中导向支撑座，一级中丝杠齿轮、二级中丝杠齿轮通过齿轮固定壳固定安装至中安装板，一级中丝杠齿轮与二级中丝杠齿轮啮合，中丝杠支撑座、中导向支撑座设置在中保持环，中丝杠支撑座通过中左旋丝杠固定连接至二级中丝杠齿轮，导向杆固定安装至中导向支撑座。
7.根据权利要求5所述的一种小型化的可批产空间伸缩机构，其特征在于：中安装板设有与下安装板的限位底座相对应的双向限位开关。
8.根据权利要求1所述的一种小型化的可批产空间伸缩机构，其特征在于：上伸缩支撑机构包括上空心管，上空心管底部设有法兰，法兰上设有分别与三个导向杆相对应的上导向支撑座，每个上导向支撑座一侧均设有一个限位上座，每个限位上座一侧均设有一个与V型槽相对应的弹性球。
9.根据权利要求8所述的一种小型化的可批产空间伸缩机构，其特征在于：上空心管的直径大于中空心管直径，中空心管直径大于下空心管直径；上空心管、中空心管和下空心管的材质为纤维增强材料。
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-
2020
- 2020-08-18 CN CN202010831363.5A patent/CN111924137B/zh active Active
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