CN114426107A - 一种可自动折展的空间桁架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可自动折展的空间桁架，包括对接桁架片A、对接桁架片B、过度桁架片A、过度桁架片B、连杆、弹簧、弹簧固定座、弹簧移动座、G形锁扣、T形锁销、圆柱滑动销、安全螺栓、双头对接螺栓、锁固螺纹套等，本发明可为大面积空间桁架搭建提供建设方法，采用可自动折展式桁架，桁架在地面打包状态为平面结构，减小了发射体积，提高了运输效率，在空间失重状态下释放平面结构的桁架，可自动折叠成立体桁架，减少了航天员在轨作业时间以及降低了在轨作业难度。

Description

一种可自动折展的空间桁架

技术领域

本发明涉及空间桁架领域，具体涉及一种可自动折展的空间桁架。

背景技术

面向未来航天技术的不断成熟，以及人们对太空资源的探索，大型桁架式空间结构是未来的发展趋势，例如大规模的太阳能电池阵列板、大型实验载荷平台、大型空间反射镜等，都离不开空间桁架结构，大面积的空间桁架建造复杂，地面打包体积大，耗费更多的发射次数，同时需要大量的舱外操作组装桁架。而自动折展的空间桁架在地面为展开的正方形的片状结构，发射升空后，可在空间失重状态下释放，自动折叠成一个立体的空间桁架结构，大大减小了打包发射体积和宇航员在轨组装桁架的难度。

发明内容

本发明的目的是提供一种可自动折展的空间桁架，桁架在地面上为片状结构，发射升空后，在空间失重环境下可自动折叠成立体空间桁架结构。

为了解决上述的技术问题：本发明采取以下基本技术方案：

本发明公开了一种可自动折叠的空间桁架，包括对接桁架片A、对接桁架片B、过度桁架片A、过度桁架片B、连杆、弹簧、弹簧固定座、弹簧移动座、G形锁扣、T形锁销、圆柱滑动销、安全螺栓、双头对接螺栓，所述桁架由对接桁架片A、过度桁架片A、过度桁架片B、对接桁架片B铰接而成，在地面上组装完成后，展开为一平面，此时桁架内部弹簧为压缩状态，把组装好的片状桁架打包升空后，在空间释放，在弹簧力的作用下桁架渐渐折叠成立体桁架。

进一步地，所述过度桁架片A右端，与对接桁架片A左端铰接，过度桁架片A左端与过度桁架片B右端铰接，过度桁架片B左端与对接桁架片B右端铰接，每一片桁架的长宽比例设计成4：1,4片桁架片铰接后形成长宽比例为1:1的正方形，所述过度桁架A的横梁上开有卡槽，卡槽内安装弹簧固定座与弹簧移动座，弹簧固定座通过螺栓固定在过度桁架A横梁的右端，弹簧移动座可在卡槽内滑动而不脱离，所述弹簧安装在弹簧固定座与弹簧移动座之间，所述弹簧移动座通过卡槽上缺口放入卡槽内，所述弹簧移动座左侧与连杆左端相接触，所述连杆左端通过卡槽开口处放入卡槽内，连杆左端与弹簧移动座一起在卡槽内滑动，所述连杆的右端通过G形锁扣，铰接在对接桁架片A的横梁上，在过度桁架片A与对接桁架片A做展开运动时，支撑杆左端可带着弹簧移动座移动，进而使弹簧压缩，所述弹簧被压缩后，为了恢复形变，弹簧伸长，带动弹簧移动座在卡槽内向左滑动，进而带动支撑杆左端向左滑动，使过度桁架片A与对接桁架片A折成直角。

进一步地，过度桁架片A与过度桁架片B、过度桁架片B与对接桁架片B的连接方式及工作原理与上述过度桁架片A与对接桁架片A的连接方式及工作原理相同。

进一步地，所述对接桁架片A的横梁右端安装双头对接螺栓，所述对接桁架片B横梁左端端处攻有与双头对接螺栓参数相同的螺纹，桁架折叠后，双头对接螺栓与攻有螺纹的对接桁架片B横梁通过锁固螺纹套连接锁紧。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1.采用可折叠展开式桁架，桁架整体有4面片状桁架组成，在地面打包发射状态下是平面结构，发射升空后可形成立体桁架，大大减小了打包发射体积，提高了运输效率。

2.采用了弹簧装置，在地面上桁架组装好以后，成平面状态并固定，弹簧为压缩状态，在发射升空后，释放桁架，桁架片可在弹簧弹力的作用下自动折叠成立体桁架，大大减少了航天员在轨作业难度与作业时间。

3.采用了双头对接螺栓装置，螺栓一头与桁架固定，另一头设计成带有部分缺口的凹形，在对接时，会与加工凸形带螺纹的横梁端部镶嵌，通过锁固螺纹套将两接头连接锁紧，快速稳定。

4.采用连杆装置，在每两片桁架间都加入了连杆结构，在桁架折叠后，可与邻边桁架的横梁形成直角三角形，大大的增强了桁架整体的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为折叠完成后桁架总体结构示意图；

图2为在地面上组装完成展开为平面桁架结构示意图；

图3为桁架部分结构示意图；

图4为对接桁架片A与对接桁架片B对接接头处结构示意图；

图5为过度桁架片A横梁处结构示意图；

图6为过度桁架片A横梁上卡槽内部结构示意图；

图7、图8、图9、为桁架折叠过程示意图；

图中：Ⅰ为过度桁架片A；Ⅱ为过度桁架片B；Ⅲ为对接桁架片B；Ⅳ为对接桁架片A；1为连杆；2为弹簧；3为弹簧固定座；4为弹簧移动座；5为G形锁扣；6为T形锁块；7为圆柱滑动销；8为安全螺栓；9为双头对接螺栓；10为锁固螺纹套；11为中间铰接扣；12为边缘铰接扣；Ⅰ-1为过度桁架片A横梁；Ⅰ-2为过度桁架片A对接螺纹孔；1-1为连杆安全销孔；Ⅲ-1为对接桁架片B横梁；Ⅲ-2为对接桁架片B横梁端部凸形螺纹对接头；Ⅳ-1为对接桁架片A端部螺纹孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种可自动折展的空间桁架，桁架在地面上为片状结构，发射升空后，在空间失重环境下可自动折叠成立体空间桁架结构。为使本发明上述目的、特征能更加清晰易懂，下面结合附图进行具体说明。参见图1-9，本发明公开了一种可自动折展的空间桁架，下面结合附图进行具体说明。

过度桁架片AⅠ、过度桁架片BⅡ、对接桁架片BⅢ、对接桁架片AⅣ、连杆1、弹簧2、弹簧固定座3、弹簧移动座4、G形锁扣5、T形锁块6、圆柱滑动销7、安全螺栓8、双头对接螺栓9、锁固螺纹套10、中间铰接扣11、边缘铰接扣12、过度桁架片A横梁Ⅰ-1、过度桁架片A端部对接螺纹孔Ⅰ-2、连杆安全销孔1-1、对接桁架片B横梁Ⅲ-1、对接桁架片B横梁端部凸形螺纹对接头Ⅲ-2、对接桁架片A端部螺纹孔Ⅳ-1，可自动折展的空间桁架在地面上为单层展开的片状结构，在发射升空后可折叠成立体的长方体桁架结构，减小了运输过程中所占的空间体积。

对接桁架片与过度桁架片内部安有弹簧，在地面上组装好的桁架为展开的平面结构，如图2所示，将呈平面结构的桁架在地面固定打包，此时内部的弹簧为压缩状态，发射升空后释放片状桁架，在弹簧力的作用下可渐渐自动合拢成长方体桁架，可减少宇航员在轨作业时间和难度。

当桁架展开成长方体桁架后，四个支撑杆全部与其相邻的两桁架横梁组成稳定的直角三角形，大大增强了系统整体的稳定性，在桁架片铰接梁的端部开设有螺纹口，方便与下一组桁架进行对接。

本发明具体工作过程如下：

过度桁架片AⅠ右端与对接桁架片AⅣ左端通过3个中间铰接扣11和两个端部铰接扣12连接，连接后的两片桁架可做折展运动，在过度桁架片A的横梁Ⅰ-1上开有带缺口的卡槽，卡槽内安装弹簧固定座3与弹簧移动座4，弹簧固定座3安装在卡槽的右侧，弹簧固定座3通过螺栓与过度桁架片AⅠ固定，弹簧固定座3通过卡槽上缺口放入卡槽内，可在卡槽内滑动，弹簧2安装在弹簧固定座3与弹簧移动座4之间，连杆1左端开有滑动销孔和安全销孔1-1，将滑动圆柱销7插入滑动销孔后，从过度桁架片AⅠ卡槽缺口处放入卡槽内，弹簧移动座3左侧与连杆1相接触，连杆1可与弹簧移动座4一起在卡槽内滑动，将2个T形锁快6分别插入卡槽缺口内，T形锁块6通过小螺钉与过度桁架片A横梁Ⅰ-1固定，从而把卡槽缺口封住，防止弹簧移动座4与圆柱滑动销7脱出，连杆1另一端通过G形锁扣5铰接在对接桁架片AⅣ的横梁上，在过度桁架片AⅠ与对接桁架片AⅣ做展开运动时，连杆1左端可带着弹簧移动座4移动，进而使弹簧2压缩，所述弹簧2被压缩后，为了恢复形变，弹簧2伸长，带动弹簧移动座4在卡槽内向左滑动，进而带动连杆1左端向左滑动，使过度桁架片AⅠ与对接桁架片AⅣ折成直角。

过度桁架片AⅠ与过度桁架片BⅡ、过度桁架片BⅡ与对接桁架片BⅢ的连接方式及其工作原理与上述过度桁架片AⅠ与对接桁架片AⅣ的连接方式和工作原理相同。

4个桁架片在地面上的连接顺序从左到右为：对接桁架片BⅢ、过度桁架片BⅡ、过度桁架片AⅠ、对接桁架片AⅣ，其中对接桁架片BⅢ与过度桁架片BⅡ、过度桁架片BⅡ与过度桁架片AⅠ、过度桁架片AⅠ与对接桁架片AⅣ在地面上组装完成，4个桁架片组装成一组长宽比例为1:1的正方形片状桁架。正方形桁架片打包发射升空后，在空间失重环境下依次释放桁架片的顺序为：对接桁架片BⅢ、过度桁架片BⅡ、对接桁架片AⅣ。

对接桁架片AⅣ在释放时，在弹簧1弹力的作用下慢慢与对接桁架片BⅢ靠拢，在对接桁架片A的右端横梁处开有螺纹孔，双头对接螺栓9一端与螺纹孔配合，另一端设计成凹形螺纹头与对接桁架片BⅢ对接，对接桁架片B横梁端部Ⅲ-2设计成凸形，且攻有与双头对接螺栓9参数相同的螺纹，桁架折叠后，双头对接螺栓9嵌入对接桁架片BⅢ-1的横梁内，通过锁固螺纹套10将两端连接锁紧。

在桁架折叠后，连杆1与邻边桁架的横梁形成直角三角形，此时旋紧各个桁架横梁上的安全螺栓8，使连杆与横梁固定，增强了桁架整体的稳定性，在各桁架片的端部开有螺纹孔(Ⅰ-2、Ⅳ-1等)，方便与下一组桁架对接。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种可自动折展的空间桁架，其特征在于，包括：对接桁架片A、对接桁架片B、过度桁架片A、过度桁架片B、连杆、弹簧、弹簧固定座、弹簧移动座、G形锁扣、T形锁销、圆柱滑动销、安全螺栓、双头对接螺栓、锁固螺纹套，所述过度桁架片A右端，与对接桁架片A左端铰接，过度桁架片A左端与过度桁架片B右端铰接，过度桁架片B左端与对接桁架片B右端铰接，每一片桁架的长宽比例设计成4：1,4片桁架片铰接后形成长宽比例为1:1的正方形，所述过度桁架片A的横梁上开有卡槽，卡槽内安装弹簧固定座与弹簧移动座，弹簧固定座通过螺栓固定在过度桁架片A横梁的右端，弹簧移动座可在卡槽内滑动而不脱离，所述弹簧安装在弹簧固定座与弹簧移动座之间，所述弹簧移动座通过卡槽上缺口放入卡槽内，所述弹簧移动座左侧与连杆左端相接触，所述连杆左端通过卡槽缺口处放入卡槽内，连杆左端与弹簧移动座一起在卡槽内滑动，所述连杆的右端通过G形锁扣，铰接在对接桁架片A的横梁上，在过度桁架片A与对接桁架片A做展开运动时，支撑杆左端可带着弹簧移动座在卡槽内移动，进而使弹簧压缩，所述弹簧被压缩后，为了恢复形变，弹簧伸长，带动弹簧移动座在卡槽内向左滑动，进而带动支撑杆左端向左滑动，使过度桁架片A与对接桁架片A对折成直角，过度桁架片A与过度桁架片B、过度桁架片B与对接桁架片B的连接方式及其工作原理与上述过度桁架片A与对接桁架片A的连接方式和工作原理相同。

2.根据权利要求1所述的一种可自动折展的空间桁架，其特征在于，所述对接桁架片A在释放时，在弹簧弹力的作用下慢慢与所述对接桁架片B靠拢，在对接桁架片A的右端横梁处开有螺纹孔，双头对接螺栓一端与螺纹孔配合，另一端设计成凹形螺纹头与所述对接桁架片B对接，所述对接桁架片B横梁端部设计成凸形，且攻有与双头对接螺栓参数相同的螺纹，两端桁架合并后，双头对接螺栓嵌入对接桁架片B的横梁内，通过锁固螺纹套连接锁紧。

3.根据权利要求1所述的一种可自动折展的空间桁架，其特征在于，当桁架折叠后，所述连杆与邻边桁架的横梁形成直角三角形，此时旋紧各个桁架横梁上的安全螺栓，使连杆与横梁固定，增强了桁架整体的稳定性，在所述的各桁架片的端部开有螺纹孔，方便与下一组桁架对接。

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