CN114754063A - 一种楔块式铰链展开机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种楔块式铰链展开机构，涉及航天技术领域，其包括楔块式铰链，楔块式铰链具体包括：钩铰组件，其周面包括相互连接的圆弧面和限位面，限位面位于圆弧面所在圆的内部；锁铰组件，包括相互连接的锁铰本体和限位楔块，锁铰组件与钩铰组件转动连接；当锁铰组件相对于钩铰组件转动时，限位楔块沿圆弧面移动直至抵接限位面。本发明通过楔块式铰链将例如太阳翼、遮阳板等的航天飞行器的零部件之间转动连接，实现了折叠和展开功能；限位楔块沿圆弧面移动，实现零部件之间的展开；当锁铰本体转动至一定角度后，限位楔块与限位面抵接限制转动，实现锁定功能，避免零部件之间的晃动，提高锁定刚度，改善锁定效果，保证航天飞行器的稳定运行。

Description

一种楔块式铰链展开机构

技术领域

本发明涉及航天技术领域，具体而言，涉及一种楔块式铰链展开机构。

背景技术

航天飞行器的太阳翼、遮阳板等零部件通常需要预先折叠以便发射升天，然后再通过铰链展开机构进行展开及锁定，以实现例如太阳翼展开为卫星提供能源的功能。

但是，现有的铰链展开机构通常采用锁钩嵌入滑道的形式实现展开锁定，锁定后的锁钩和滑道之间存在难以避免的间隙，导致已经展开的航天飞行器的零部件之间可能发生晃动，锁定刚度较差，且重量较重。

发明内容

本发明解决的问题是如何改善铰链展开机构的锁定效果。

为解决上述问题，本发明提供一种楔块式铰链展开机构，包括楔块式铰链，所述楔块式铰链具体包括：

钩铰组件，所述钩铰组件的周面包括相互连接的圆弧面和限位面，所述限位面位于所述圆弧面所在圆的内部；

锁铰组件，所述锁铰组件包括相互连接的锁铰本体和限位楔块，所述锁铰组件与所述钩铰组件转动连接；

当所述锁铰组件相对于所述钩铰组件转动时，所述限位楔块适于沿所述圆弧面移动直至抵接于所述限位面。

可选地，所述楔块式铰链还包括第一扭转弹性件，所述第一扭转弹性件的一端连接于所述钩铰组件，另一端连接于所述锁铰本体。

可选地，所述锁铰组件还包括第二扭转弹性件，所述第二扭转弹性件的一端连接于所述限位楔块，另一端连接于所述锁铰本体，且所述限位楔块的一端转动连接于所述锁铰本体，所述第二扭转弹性件适于驱动所述限位楔块的另一端抵接于所述钩铰组件的周面。

可选地，所述楔块式铰链展开机构包括至少两个所述楔块式铰链，且所述楔块式铰链还包括联动轮和联动绳，所述联动轮装设于所述锁铰本体或所述钩铰组件上，所述联动绳的两端分别装设于其中两个所述楔块式铰链的所述联动轮上。

可选地，所述联动绳包括固定端、第一调节件和联动绳本体，所述固定端套设于所述联动绳本体的两端，所述第一调节件用于调节所述联动绳本体的张力，且所述第一调节件位于所述联动绳本体的其中一端。

可选地，所述联动绳本体为凯夫拉绳。

可选地，所述联动轮包括联动轮本体和绳端固定部，所述绳端固定部设置于所述联动轮本体的外侧壁上，所述绳端固定部的中心轴线与所述联动轮本体相切。

可选地，所述楔块式铰链还包括过绳架，所述过绳架用于支撑所述联动绳本体且所述过绳架装设于所述钩铰组件或所述锁铰本体上。

可选地，所述楔块式铰链还包括第二调节件，所述第二调节件设置于所述钩铰组件或所述锁铰本体上，所述第二调节件用于调节所述钩铰组件与所述锁铰本体之间的展开角度。

可选地，所述限位面为平面结构，所述限位楔块的周面包括渐开线曲面，所述限位楔块适于通过所述渐开线曲面抵接于所述限位面。

与现有技术相比，本发明所述的楔块式铰链展开机构通过楔块式铰链将例如太阳翼、遮阳板等的航天飞行器的零部件之间转动连接，实现了航天飞行器的零部件之间的折叠和展开功能；当需要展开例如太阳翼时，限位楔块可以沿圆弧面移动，便于锁铰本体相对于钩铰组件的转动，实现航天飞行器的零部件之间的展开；当锁铰本体相对于钩铰组件转动至一定角度后，由于限位楔块不再受到圆弧面的限位，限位楔块可以与圆弧面所在圆内部的限位面抵接，进而限制锁铰本体相对于钩铰组件在至少一个方向上的转动(例如限制锁铰本体相对于钩铰组件绕图或图中Y轴逆时针方向上的转动)，实现了钩铰组件和锁铰本体在展开后的锁定功能，一定程度上避免了例如太阳翼的零部件之间的晃动，与采用锁钩嵌入滑道的形式的铰链展开机构相比，提高了锁定刚度，改善了锁定效果，保证了航天飞行器的稳定运行。

附图说明

图1为本发明实施例提供的楔块式铰链展开机构折叠时的剖面示意图；

图2为本发明实施例提供的楔块式铰链展开机构展开时的剖面示意图；

图3为本发明实施例提供的楔块式铰链应用于太阳翼后的局部结构示意图；

图4为本发明实施例提供的图3中Ⅰ处的放大示意图；

图5为本发明实施例提供的图3中Ⅱ处的放大示意图；

图6为本发明实施例提供的固定端和第一调节件的剖面示意图。

附图标记说明：

1、钩铰组件；11、圆弧面；12、限位面；13、钩铰连接部；2、锁铰组件；21、锁铰本体；22、限位楔块；221、渐开线曲面；23、第二扭转弹性件； 24、锁铰连接部；3、第一扭转弹性件；4、联动轮；41、联动轮本体；42、绳端固定部；5、联动绳；51、联动绳本体；52、固定端；521、调节帽；522、芯轴；523、绳套；53、第一调节件；531、第一调节螺母；532、第一调节螺杆；6、过绳架；7、第二调节件；71、第二调节螺母；72、第二调节螺杆； 800、太阳翼；900、太阳翼连接架。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

需要说明的是，本文提供的坐标系XYZ中，X轴正向代表的右方，X轴的反向代表左方，Y轴的正向代表后方，Y轴的反向代表前方，Z轴的正向代表上方，Z轴的反向代表下方。同时，要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

本发明实施例提供一种楔块式铰链展开机构，包括楔块式铰链，所述楔块式铰链具体包括：钩铰组件1，所述钩铰组件1的周面包括相互连接的圆弧面11和限位面12，所述限位面12位于所述圆弧面11所在圆的内部；锁铰组件2，所述锁铰组件2包括相互连接的锁铰本体21和限位楔块22，所述锁铰组件2与所述钩铰组件1转动连接；当所述锁铰组件2相对于所述钩铰组件1 转动时，所述限位楔块22适于沿所述圆弧面11移动直至抵接于所述限位面12。

具体地，结合图1至图3所示，下面以太阳翼800为例介绍本发明实施例，钩铰组件1还包括与其一体连接的钩铰连接部13，钩铰连接部13通过螺栓紧固件与太阳翼800相对固定地连接，锁铰组件2还包括与锁铰本体21一体连接的锁铰连接部24，锁铰连接部24通过螺栓紧固件与另一个太阳翼800 相对固定地连接，钩铰组件1与锁铰本体21铰接，以使锁铰本体21相对于钩铰组件1在图1或图2中顺时针转动，直至限位楔块22抵接于限位面12，以限制锁铰本体21相对于钩铰组件1在图1或图2中逆时针转动。

示例性地，限位楔块22为插销或类似于插销的结构，其可以朝向钩铰组件1与锁铰本体21之间的铰接中心处伸缩。当两个太阳翼800之间折叠时，两个太阳翼800之间的夹角角度为0°，由于圆弧面11的限制，限位楔块22 一定程度上朝向远离铰接中心处的方向缩回；当两个太阳翼800之间展开时，两个太阳翼800分别随着钩铰组件1和锁铰本体21相对转动直至其夹角角度为180°，插销相对于圆弧面11滑动至限位面12的位置后，由于限位面12位于圆弧面11所在圆的内部(即圆弧面11所在的曲线轮廓线的靠近曲率中心的一侧)，插销可以朝向铰接中心处的方向伸出，进而与限位面12抵接，以在一定程度上限制钩铰组件1相对于锁铰组件2的转动(本方案图中未示出)。

需要说明的是，圆弧面11可以包括正圆形的部分曲线所形成的圆弧面11，也可以包括椭圆形的部分曲线所形成的圆弧面11，其形状在此不作具体限制，只要能够不干涉限位楔块22随着锁铰本体21的转动而沿圆弧面11移动即可；另外，航天飞行器的零部件展开与折叠时对应的锁铰本体21所转过的角度(即展开角度)，可以根据实际需求进行具体的设计，例如为避免干涉其他零部件而将折叠时零部件之间的夹角设为大于0°的角度，这样的设计下展开角度可以小于180°。

与现有技术相比，本发明实施例所述的楔块式铰链展开机构通过楔块式铰链将例如太阳翼800、遮阳板等的航天飞行器的零部件之间转动连接，实现了航天飞行器的零部件之间的折叠和展开功能；当需要展开例如太阳翼800 时，限位楔块22可以沿圆弧面11移动，便于锁铰本体21相对于钩铰组件1 的转动，实现航天飞行器的零部件之间的展开；当锁铰本体21相对于钩铰组件1转动至一定角度后，由于限位楔块22不再受到圆弧面11的限位，限位楔块22可以与圆弧面11所在圆内部的限位面12抵接，进而限制锁铰本体21 相对于钩铰组件1在至少一个方向上的转动(例如限制锁铰本体21相对于钩铰组件1在图1或图2中逆时针方向上的转动)，实现了钩铰组件1和锁铰本体21在展开后的锁定功能，一定程度上避免了例如太阳翼800的零部件之间的晃动，提高了锁定刚度，改善了锁定效果，保证了航天飞行器的稳定运行。

可选地，所述楔块式铰链还包括第一扭转弹性件3，所述第一扭转弹性件 3的一端连接于所述钩铰组件1，另一端连接于所述锁铰本体21。

具体地，结合图1和图2所示，第一扭转弹性件3采用涡卷弹簧。当太阳翼800折叠时，钩铰组件1与锁铰本体21的展开角度为0°，此时涡卷弹簧具有一定的弹性势能；当太阳翼800展开时，涡卷弹簧的弹性势能逐渐转化为动能，使得锁铰本体21相对于钩铰组件1绕图中Y轴顺时针转动，限位楔块22随着锁铰本体21的转动沿圆弧面11移动至限位面12的位置，然后限位楔块22抵接于限位面12实现太阳翼800展开后的锁定。

如此，通过第一扭转弹性件3储存弹性势能并转化成动能，以驱动锁铰本体21相对于钩铰组件1转动，实现了航天飞行器的零部件的自动展开，并且由于第一扭转弹性件3具有弹性，其可以重复多次利用，使得例如太阳翼 800的零部件在展开后还可以再次折叠。

可选地，所述锁铰组件2还包括第二扭转弹性件23，所述第二扭转弹性件23的一端连接于所述限位楔块22，另一端连接于所述锁铰本体21，且所述限位楔块22的一端转动连接于所述锁铰本体21，所述第二扭转弹性件23 适于驱动所述限位楔块22的另一端抵接于所述钩铰组件1的周面。

具体地，结合图1和图2所示，第二扭转弹性件23采用扭力弹簧，该楔块式铰链展开机构在装配时通常需要在预压缩扭力弹簧后再将其套设在锁铰本体21上的转轴上，限位楔块22可绕图中Y轴转动地设置于转轴上。太阳翼800未展开时，扭力弹簧的一端抵接限位楔块22以使限位楔块22抵接于圆弧面11上，另一端抵接于锁铰本体21上；太阳翼800展开后，锁铰本体 21相对于钩铰组件1转动直至限位楔块22移动至限位面12的位置处，扭力弹簧的弹性势能转化为动能以驱动限位楔块22转动直至限位楔块22的表面与限位面12抵接。

如此，通过第二扭转弹性件23储存弹性势能并转化成动能，以驱动限位楔块22相对于锁铰本体21移动以抵接于钩铰组件1的周面，当锁铰本体21 相对于钩铰组件1转动时，限位楔块22沿着圆弧面11移动直至限位面12的位置，第二扭转弹性件23驱动限位楔块22抵接于限位面12，以便实现钩铰组件1和锁铰本体21在展开后的锁定功能，并且由于第二扭转弹性件23具有弹性，其可以重复多次利用，使得例如太阳翼800的零部件在展开后还可以再次折叠。

可选地，所述限位面12为平面结构，所述限位楔块22的周面包括渐开线曲面221，所述限位楔块22适于通过所述渐开线曲面221抵接于所述限位面12。

具体地，结合图1和图2所示，渐开线曲面221在图中ZX平面上的投影为一段渐开线弧线，限位面12在图中ZX平面上的投影为一段直线。当锁铰本体21相对于钩铰组件1在图中顺时针转动直至展开角度180°时，限位楔块22移动至限位面12的位置处，渐开线曲面221与平面结构的限位面12抵接。

这样，在渐开线曲面221与限位面12的抵接位置处的压力角小于摩擦角，实现了钩铰组件1与锁铰本体21在展开后的机械自锁；并且当展开角度具有较小范围的偏差时，限位楔块22可以适应地相对于锁铰本体21移动(例如限位楔块22绕图中Y轴转动)以保持渐开线曲面221与限位面12的抵接，提高了楔块式铰链展开机构在例如太阳翼800的展开角度具有一定偏差时的适应性。

可选地，所述楔块式铰链展开机构包括至少两个所述楔块式铰链，且所述楔块式铰链还包括联动轮4和联动绳5，所述联动轮4装设于所述锁铰本体 21或所述钩铰组件1上，所述联动绳5的两端分别装设于其中两个所述楔块式铰链的所述联动轮4上。

示例性地，结合图1至图5所示，两个太阳翼800通过楔块式铰链相互转动连接，其中一个太阳翼800通过另一个楔块式铰链与太阳翼连接架900 转动连接，太阳翼800通过太阳翼连接架900连接于航天飞行器主体上，联动轮4相对固定地装设于锁铰本体21上，联动绳5的一端装设于图4(即图 3中Ⅰ处的放大视图)所示的锁铰本体21上，另一端装设于图5(即图3中Ⅱ处的放大视图)所示的锁铰本体21上，以使两个楔块式铰链的联动轮4能够同步转动(即联动)。以此类推，当楔块式铰链展开机构包括两个以上的楔块式铰链时，也可以通过类似的方案实现多个楔块式铰链的联动。

如此，通过将联动绳5的两端分别装设于多个楔块式铰链中的两个的联动轮4上，实现了楔块式铰链的联动，进而实现了多个例如太阳翼800的零部件之间同步折叠和同步展开的功能。

可选地，结合图3和图4所示，所述联动绳5包括固定端52、第一调节件53和联动绳本体51，所述固定端52套设于所述联动绳本体51的两端，所述第一调节件53用于调节所述联动绳本体51的张力，且所述第一调节件53 位于所述联动绳本体51的其中一端。

具体地，结合图6所示，固定端52包括调节帽521、芯轴522和绳套523，联动绳本体51的一端打散后穿设于绳套523的内部，芯轴522插入联动绳本体51打散的部分，再通过调节帽521朝向图中Z轴正方向抵接芯轴522，以压紧芯轴522和绳套523之间的联动绳本体51打散的部分。第一调节件53 包括相互螺纹连接的第一调节螺母531和第一调节螺杆532，第一调节螺母 531装设于联动轮4上，第一调节螺杆532装设于绳套523上，且联动绳本体 51穿设于第一调节螺杆532上开设的通孔，当第一调节螺母531相对于第一调节螺杆532转动时，第一调节螺杆532沿着图中Z轴旋入或旋出第一调节螺母531，以调节固定端52与联动轮4之间的间距，进而调整联动绳本体51 的张力。

如此，通过第一调节件53调节联动绳本体51的张力，以便使不同的楔块式铰链的联动轮4的传动效果更好，进一步地使楔块式铰链之间展开时的同步性更高。

可选地，所述联动轮4包括联动轮本体41和绳端固定部42，所述绳端固定部42设置于所述联动轮本体41的外侧壁上，所述绳端固定部42的中心轴线与所述联动轮本体41相切。

具体地，结合图4所示，绳端固定部42与联动轮本体41一体连接，绳端固定部42开设有中心通孔以相对固定地连接联动绳本体51，该中心通孔的中心轴线(即绳端固定部42的中心轴线)与联动轮本体41所在的圆相切。

如此，相对于将绳端固定部42设置于联动轮本体41的侧面(即位于联动轮本体41所在的圆处的面)，本实施例通过设置绳端固定部42的中心轴线与联动轮本体41所在的圆相切，减少了联动绳本体51的弯折，使联动绳本体51与传动方向一致，减小了摩擦阻力，进一步地提高了不同的楔块式铰链之间通过联动轮4和联动绳5传动的同步性。

可选地，所述联动绳本体51为凯夫拉绳。

如此，相对于采用柔性较差的钢丝绳等作为联动绳本体51，本实施例所采用的凯夫拉绳柔性更好，能够实现更小的转弯半径，因此联动轮4的尺寸参数可以相应地减小，使得楔块式铰链展开结构的整体重量减少，进而减少了航天飞行器的负重。

可选地，所述楔块式铰链还包括过绳架6，所述过绳架6用于支撑所述联动绳本体51且所述过绳架6装设于所述钩铰组件1或所述锁铰本体21上。

具体地，结合图5所示，过绳架6装设于钩铰组件1上，过绳架6上的滚轮支撑联动绳本体51，以使联动绳本体51与太阳翼800之间具有一定的间距。

如此，通过设置过绳架6支撑联动绳本体51，使得联动绳本体51在传动过程中不会干涉例如太阳翼800的零部件，避免损坏航天飞行器的零部件；并且，过绳架6的支撑力便于提高联动绳本体51的张力，提高了不同的楔块式铰链之间通过联动轮4和联动绳5传动的同步性。

可选地，所述楔块式铰链还包括第二调节件7，所述第二调节件7设置于所述钩铰组件1或所述锁铰本体21上，所述第二调节件7用于调节所述钩铰组件1与所述锁铰本体21之间的展开角度。

具体地，结合图1和图2所示，第二调节件7包括相互螺纹连接的第二调节螺母71和第二调节螺杆72，第二调节螺杆72的一端与钩铰组件1螺纹连接，当太阳翼800展开时，第二调节螺杆72的另一端朝向锁铰本体21，锁铰本体21相对于钩铰组件1转动至第二调节螺杆72的位置处与其抵接。

由于太阳翼800的结构变化等原因，航天飞行器对于太阳翼800的平面度要求可能有所改变。可以通过将第二调节螺杆72旋入或旋出钩铰组件1，然后再拧紧第二调节螺母71以固定第二调节螺杆72相对于钩铰组件1的位置，这样锁铰本体21相对于钩铰组件1转动至第二调节螺杆72的位置并与其抵接后，楔块式铰链的展开角度相应地增大或减小。

如此，通过第二调节件7调节钩铰组件1与锁铰本体21的展开角度，使得与楔块式铰链连接的例如太阳翼800能够调整展开角度，适应于对例如太阳翼800的平面度要求不一致的工况。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种楔块式铰链展开机构，其特征在于，包括楔块式铰链，所述楔块式铰链具体包括：

钩铰组件(1)，所述钩铰组件(1)的周面包括相互连接的圆弧面(11)和限位面(12)，所述限位面(12)位于所述圆弧面(11)所在圆的内部；

锁铰组件(2)，所述锁铰组件(2)包括相互连接的锁铰本体(21)和限位楔块(22)，所述锁铰组件(2)与所述钩铰组件(1)转动连接；

当所述锁铰组件(2)相对于所述钩铰组件(1)转动时，所述限位楔块(22)适于沿所述圆弧面(11)移动直至抵接于所述限位面(12)。

2.根据权利要求1所述的楔块式铰链展开机构，其特征在于，所述楔块式铰链还包括第一扭转弹性件(3)，所述第一扭转弹性件(3)的一端连接于所述钩铰组件(1)，另一端连接于所述锁铰本体(21)。

3.根据权利要求1所述的楔块式铰链展开机构，其特征在于，所述锁铰组件(2)还包括第二扭转弹性件(23)，所述第二扭转弹性件(23)的一端连接于所述限位楔块(22)，另一端连接于所述锁铰本体(21)，且所述限位楔块(22)的一端转动连接于所述锁铰本体(21)，所述第二扭转弹性件(23)适于驱动所述限位楔块(22)的另一端抵接于所述钩铰组件(1)的周面。

4.根据权利要求1所述的楔块式铰链展开机构，其特征在于，所述楔块式铰链展开机构包括至少两个所述楔块式铰链，且所述楔块式铰链还包括联动轮(4)和联动绳(5)，所述联动轮(4)装设于所述锁铰本体(21)或所述钩铰组件(1)上，所述联动绳(5)的两端分别装设于其中两个所述楔块式铰链的所述联动轮(4)上。

5.根据权利要求4所述的楔块式铰链展开机构，其特征在于，所述联动绳(5)包括固定端(52)、第一调节件(53)和联动绳本体(51)，所述固定端(52)套设于所述联动绳本体(51)的两端，所述第一调节件(53)用于调节所述联动绳本体(51)的张力，且所述第一调节件(53)位于所述联动绳本体(51)的其中一端。

6.根据权利要求5所述的楔块式铰链展开机构，其特征在于，所述联动绳本体(51)为凯夫拉绳。

7.根据权利要求5所述的楔块式铰链展开机构，其特征在于，所述联动轮(4)包括联动轮本体(41)和绳端固定部(42)，所述绳端固定部(42)设置于所述联动轮本体(41)的外侧壁上，所述绳端固定部(42)的中心轴线与所述联动轮本体(41)相切。

8.根据权利要求5所述的楔块式铰链展开机构，其特征在于，所述楔块式铰链还包括过绳架(6)，所述过绳架(6)用于支撑所述联动绳本体(51)且所述过绳架(6)装设于所述钩铰组件(1)或所述锁铰本体(21)上。

9.根据权利要求1所述的楔块式铰链展开机构，其特征在于，所述楔块式铰链还包括第二调节件(7)，所述第二调节件(7)设置于所述钩铰组件(1)或所述锁铰本体(21)上，所述第二调节件(7)用于调节所述钩铰组件(1)与所述锁铰本体(21)之间的展开角度。

10.根据权利要求1所述的楔块式铰链展开机构，其特征在于，所述限位面(12)为平面结构，所述限位楔块(22)的周面包括渐开线曲面(221)，所述限位楔块(22)适于通过所述渐开线曲面(221)抵接于所述限位面(12)。

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