CN112285920A - 一种基于蜗轮蜗杆的空间薄膜镜展开及收拢机构 - Google Patents

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Abstract

一种基于蜗轮蜗杆的空间薄膜镜展开及收拢机构，包括上下可折叠表面、蜗轮、蜗杆、拉索、可折叠弹性杆，其机构通过弹性铰链提供展开动力，通过蜗轮蜗杆提供收拢动力，二者之间通过拉索相连，一体化弹性铰链保证了展开后机构的长度精度，并通过蜗轮蜗杆控制展开过程及最终展开位置，同时蜗轮蜗杆的自锁能力保证机构在折叠状态、展开过程、展开状态下，不会产生松动，确保了机构整体的精度。本发明在可折叠薄膜望远镜的实际应用中，实现了结构与控制两方面的简化，满足了空间薄膜镜体积小、质量轻、同步性高的要求。

Description

一种基于蜗轮蜗杆的空间薄膜镜展开及收拢机构
技术领域
本发明涉及某种空间可折叠薄膜望远镜，具体提出了一种应用于空间薄膜镜展开及收拢机构，通过弹性铰链与蜗轮蜗杆共同作用，实现薄膜镜展开与收拢过程的控制。
背景技术
为了节约火箭的运载空间，可折叠结构在航天领域一直是研究重点，随着我国国力的增强，不断在相关领域加大投入。可折叠光学望远镜作为其中较难的一种，成为了近几年我国航天研究的热门方向
空间薄膜镜的展开机构要具备高收纳比、高可靠性、低重量并且可控的特性。弹性铰链具有结构简单、精度高、一体性强等优点，但无法控制薄膜镜面的展开位置，且无法自动实现折叠功能。
现有折叠机构多采用桁架机构，如专利CN201910690832.3，采用丝杠驱动的三角框架结构，由于丝杠存在，动力机构体积庞大，收纳比低，若去掉丝杠，无法保证四杆展开的同步性，容易导致展开面变形。
发明内容
本发明为解决上述问题，提出了一种基于蜗轮蜗杆的空间薄膜镜展开及收拢机构。
本发明通过以下设计方案实现：驱动装置，包括可折叠下表面(101)、蜗杆(102)、蜗轮(103)；传动装置，即拉索(106)；从动装置，包括可折叠弹性杆(104)，可折叠上表面(105)，其中上下可折叠表面与蜗轮均为中心镂空的框架结构内径，确保不会影响薄膜镜的光路。
所述蜗轮蜗杆组合传动比32.6，可以极大的放大电机的输出力矩，并实现展开位置的精确控制，蜗轮为独立设计的环状双层结构，其内径520mm，外径550mm，两层结构分别为齿面层与索槽层。
所述四根拉索一端固定在蜗轮索槽层上等距的四点，另一端固定在可折叠弹性杆的铰链处，中间通过索道改变方向，通过蜗轮与索道的组合保证四根可折叠弹性杆同步运动。
所述可折叠弹性杆为外径20mm的碳纤维薄壁管，壁厚1mm，长1000mm，杆中点有梯形开孔作为弹性铰链。
所述四杆安装在可折叠表面的四个角上，其折叠方向为沿边折叠，由运动学分析可知，该四杆机构具有唯一的运动自由度，其上下面在展开过程中及展开后均保持平行且无相对转动。
所述蜗杆(102)固定在蜗杆基座(204)上，由电机驱动，所述蜗轮(103)套在蜗轮基座(203)上，二者滑动连接，齿面层高度与蜗杆轴心高度一致，索槽层高度与索道高度一致。蜗轮蜗杆机构可以提供较大的减速比，可以提高机构的控制精度，并极大的降低驱动电机的扭矩要求。
所述索道为固定在可折叠下表面的圆筒状结构，其作用在于改变拉索方向，使拉索通过索道后，一端与索槽层相切，一端与折叠后的碳纤维管垂直。
本发明由弹性铰链提供展开动力，同时提供预紧力消除蜗轮蜗杆间隙，确保位置控制精度，由蜗轮蜗杆实现折叠功能并控制展开过程的速度和位置，同时蜗轮蜗杆的自锁确保其定位后不会松动。
本发明的优点：相比现有的折叠展开机构，在结构上，具有结构简单、重量轻、收纳比高的优点，满足航天发射的要求；控制上由一部电机实现全部功能，控制简单。
附图说明
图1是本发明展开状态示意图；
图2是本发明可折叠下表面示意图；
图3是本发明蜗轮结构示意图；
图4是本发明弹性铰链结构示意图；
图5是本发明折叠机制示意图；
图6是本发明折叠状态示意图；
图中所示：101-可展开下表面；102-蜗杆；103-蜗轮；104-可折叠弹性杆；105-可折叠上表面；106-拉索；201-索道；202-下表面凸台；203-蜗轮基座；204-蜗杆基座；301-齿面层；302-索槽层；401-梯形孔.
具体实施方案
为了使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，一下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明，但本发明的保护范围并不仅限于下述的实施例。
如图1-5所示：展开时，蜗杆驱动蜗轮逆时针转动，拉索舒张，通过弹性铰链提供动力，拉索提供形位限制，保证四杆同步展开，通过控制蜗杆的转速控制机构的展开速度，通过控制蜗轮的转动角度控制机构展开的最终位置；折叠时，蜗杆反向转动，驱动蜗轮顺时针转动，拉索收缩，使得可折叠弹性杆沿上下表面的边折叠，上下表面合拢。
该机构还具备自锁能力，蜗轮蜗杆只能由蜗杆驱动而不能有蜗轮驱动，自锁能力可以保证展开过程定位精确，并保证折叠状态下机构不会松动自行展开，使得整个过程可控，同时，弹性铰链通过拉索可以给蜗轮蜗杆施加预紧力，消除蜗轮蜗杆间的间隙，提高机构的精度。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于蜗轮蜗杆的空间薄膜镜展开及收拢机构，其特征在于：以弹性铰链为展开动力，以蜗轮蜗杆为收拢动力，二者之间通过四根拉索连接，拉索一端固定在弹性铰链上，一端固定在蜗轮的索槽上，实现四杆机构同步的的展开与收拢，蜗轮为独立设计的环状双层结构，内径520mm，外径550mm，双层结构分别为齿面层与索槽层；四根可折叠弹性杆放置在上下表面的四个角，折叠方式为沿边折叠，该折叠方式具有唯一的运动自由度，可保证机构在展开过程中，上下表面始终平行且无相对转动，可折叠上、下表面与蜗轮均设计为中间镂空的框架结构。
2.根据权利要求1所述的一种基于蜗轮蜗杆的空间薄膜镜展开及收拢机构，其特征在于：拉索通过索道一端连接弹性铰链，一端连接蜗轮，弹性铰链通过拉索可对蜗轮蜗杆机构施加预紧力，去除蜗轮蜗杆之间配合的间隙，通过蜗轮蜗杆与弹性铰链的共同作用，可以将薄膜镜面固定在可折叠弹性杆范围内的任何位置，蜗轮蜗杆的自锁能力可以确保薄膜镜面在该位置不会松动。
3.根据权利2所述的一种展开及收拢机构，其特征在于：相对于传统可折叠机构，本发明通过1部电机实现机构的展开及收拢控制，其控制更为简单且同步性更好，同时降低了结构重量满足航天发射要求。
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