CN203601584U - 一种剪叉式空间伸展臂 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种剪叉式空间伸展臂。现有的空间伸展臂缺少刚性支撑及锁定，稳定性低。本实用新型中锁定凸轮穿过驱动滑块支撑底板，锁定盘套置在锁定凸轮上，锁定滚子伸入锁定曲线槽中；最上方的每两根横杆相连的两个臂均通过一个剪叉铰与顶板铰接；最下方的每两根横杆相连的两个臂均通过一个剪叉铰与两块驱动滑块铰接；一个剪叉单元的每两根横杆相连的两个臂均通过一个剪叉铰与相邻剪叉单元对应的两根横杆相连的两个臂铰接；连杆的一端与支撑套筒的外壁铰接；剪叉单元的每两根横杆相连的两个臂中，一个臂与一个支撑部件的支撑套筒铰接，另一个臂与该支撑部件的连杆另一端铰接。本实用新型展开后可形成稳定的刚性桁架结构，且折展比大。
Description
技术领域
本实用新型属于航空航天领域，涉及一种空间伸展臂机构，具体涉及一种剪叉式空间伸展臂。
背景技术
空间伸展臂是航天器结构的重要组成部分，是直接执行多种航天任务的重要物理平台。目前，空间伸展臂在移动通信、射电天文、对地观测和军事侦察等领域均得到了广泛应用：采用空间伸展臂来支持柔性太阳帆的展开，从而给卫星或空间站等提供能源；采用大型的空间伸展臂来支撑合成孔径雷达、太空望远镜、空间可展天线等通信及观测设备等。现有的空间伸展臂通常采用绳索预紧式柔性锁定和扭簧式弹性锁定，并且缺少纵向刚性支撑及锁定，稳定性低，刚度差。
发明内容
本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种剪叉式空间伸展臂，保证其在非工作时处于解锁、折叠状态，工作时展开，将有效载荷支撑至指定的工作位置后，实现锁定。
本实用新型包括驱动部件、剪叉部件、顶板和支撑部件。
所述的驱动部件包括凸轮、凸轮支撑底板、驱动滑块支撑底板、驱动滑块、锁定盘和导向盘。
所述的凸轮固定在输出轴上，输出轴与凸轮支撑底板轴承连接；凸轮包括一体成型且同轴设置的驱动凸轮和锁定凸轮；所述的驱动凸轮为盘形凸轮，开设有沿圆周均布的三条驱动曲线槽，锁定凸轮为圆柱凸轮，开设有沿圆周均布的三条锁定曲线槽；驱动凸轮的驱动曲线槽进入远休止段时，锁定凸轮的锁定曲线槽开始进入推程段；锁定凸轮穿过驱动滑块支撑底板的中心孔，驱动滑块支撑底板通过支撑架与凸轮支撑底板固定。
所述的驱动滑块支撑底板开设有沿圆周均布的三条导向槽；所有导向槽的两端均沿径向设置，每个导向槽的正上方设置有一根滑块导杆；滑块导杆与驱动滑块支撑底板固定连接，每根滑块导杆上套置有一块驱动滑块；每块驱动滑块的中部与驱动滑块支撑底板的一个导向槽滑动连接，底部的驱动滚子伸入驱动凸轮对应的一个驱动曲线槽中，形成驱动凸轮副。
所述锁定盘的轴心处开设有通孔，孔壁设置有沿圆周均布的三个锁定滚子；锁定盘开设有多个锁定盘导向孔，且固定设置有三根锁定销，锁定盘导向孔和锁定销均沿圆周均布设置。
所述导向盘的轴心处开设有通孔，且固定设置有沿圆周分布的多根锁定盘导向销，所述锁定盘导向销的数量与锁定盘导向孔的数量相等。
所述的锁定盘套置在锁定凸轮上，锁定盘的每个锁定滚子伸入锁定凸轮对应的一个锁定曲线槽中，形成锁定凸轮副；所述的导向盘设置在锁定盘上方，导向盘的每根锁定盘导向销插入锁定盘对应的一个锁定盘导向孔中，且所有锁定盘导向销的底端与驱动滑块支撑底板固定连接。
所述的剪叉部件包括剪叉铰和多个剪叉单元，所有剪叉单元沿竖直方向等距分布；所述的剪叉铰整体呈X形，包括两根中部铰接的剪叉杆；剪叉单元包括三根V形的横杆；所述横杆的一个臂头部设置有凸起，另一个臂的头部开设有凹槽，一根横杆的凸起插入另一根横杆的凹槽中，三根横杆依次连接形成三角形的剪叉单元；最上方的每两根横杆相连的两个臂均通过一个剪叉铰与顶板铰接；最下方的每两根横杆相连的两个臂均通过一个剪叉铰与两块驱动滑块铰接；一个剪叉单元的每两根横杆相连的两个臂均通过一个剪叉铰与相邻剪叉单元对应的两根横杆相连的两个臂铰接。
所述的支撑部件包括支撑套筒、支撑套筒连接销、弹簧和连杆；所述的支撑套筒连接销为三级阶梯轴，中部轴段的轴径小于顶部轴段及底部轴段轴径；所述的支撑套筒连接销和弹簧均设置在支撑套筒内，弹簧套置在支撑套筒连接销的中部轴段上；弹簧的一端与支撑套筒连接销的底部轴段固定连接，另一端与支撑套筒内壁的环形挡块固定连接；支撑套筒连接销的中部轴段穿过环形挡块，顶部轴段轴径及底部轴段轴径均等于支撑套筒的内壁孔径；连杆的一端与支撑套筒的外壁铰接。
所述剪叉单元的每两根横杆相连的两个臂中，一个臂与一个支撑部件的支撑套筒铰接，另一个臂与该支撑部件的连杆的另一端铰接。
完全展开并锁定状态下，最上方的支撑部件的支撑套筒连接销均与顶板的底部接触；锁定盘的每根锁定销分别插入最下方的一个支撑部件的支撑套筒内；下方的每个支撑部件的支撑套筒连接销分别插入上方相邻的一个支撑部件的支撑套筒内。
本实用新型的有益效果：
1、本实用新型通过单一动力源，实现伸展臂的折叠、展开、纵向锁定及解锁，便于协调控制。
2、本实用新型利用剪叉铰结构，展开后可形成稳定的刚性桁架结构，且剪叉部件具有折叠后空间小、折展比大的优点。
3、本实用新型刚度大、质量轻、结构简单、可靠性高。
附图说明
图1为本实用新型完全展开并锁定状态下的整体结构立体图；
图2为本实用新型中驱动部件的结构立体图；
图3为本实用新型中凸轮的结构立体图；
图4为本实用新型中驱动滑块支撑底板的结构立体图；
图5为本实用新型中驱动滑块的结构立体图；
图6为本实用新型中锁定盘的结构立体图；
图7为本实用新型中导向盘的结构立体图；
图8为本实用新型中横杆的结构立体图；
图9为本实用新型中支撑部件的剖视图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。
如图1所示，一种剪叉式空间伸展臂包括驱动部件1、剪叉部件2、顶板3和支撑部件4。
如图1和2所示，驱动部件1包括凸轮5、凸轮支撑底板6、驱动滑块支撑底板7、驱动滑块8、锁定盘9和导向盘10。
如图1、2和3所示，凸轮5固定在输出轴11上，输出轴11与凸轮支撑底板6轴承连接；凸轮5包括一体成型且同轴设置的驱动凸轮5-1和锁定凸轮5-2；驱动凸轮5-1为盘形凸轮，开设有沿圆周均布的三条驱动曲线槽5-3，锁定凸轮为圆柱凸轮，开设有沿圆周均布的三条锁定曲线槽5-4；驱动凸轮的驱动曲线槽5-3进入远休止段时，锁定凸轮的锁定曲线槽5-4开始进入推程段；锁定凸轮5-2穿过驱动滑块支撑底板7的中心孔，驱动滑块支撑底板7通过支撑架12与凸轮支撑底板6固定。
如图2、4和5所示，驱动滑块支撑底板7开设有沿圆周均布的三条导向槽7-2；所有导向槽7-2的两端均沿径向设置，每个导向槽7-2的正上方设置有一根滑块导杆7-1；滑块导杆7-1与驱动滑块支撑底板7固定连接，每根滑块导杆7-1上套置有一块驱动滑块8；每块驱动滑块8的中部与驱动滑块支撑底板的一个导向槽7-2滑动连接，底部的驱动滚子8-1伸入驱动凸轮对应的一个驱动曲线槽5-3中，形成驱动凸轮副。
如图6所示，锁定盘9的轴心处开设有通孔，孔壁设置有沿圆周均布的三个锁定滚子9-1；锁定盘9开设有三个锁定盘导向孔9-2，且固定设置有三根锁定销9-3，锁定盘导向孔9-2和锁定销9-3均沿圆周均布设置。
如图7所示，导向盘10的轴心处开设有通孔，且固定设置有沿圆周分布的三根锁定盘导向销10-1。
如图1和2所示，锁定盘9套置在锁定凸轮5-2上，锁定盘的每个锁定滚子9-1伸入锁定凸轮对应的一个锁定曲线槽5-4中，形成锁定凸轮副；导向盘10设置在锁定盘9上方，导向盘的每根锁定盘导向销10-1插入锁定盘对应的一个锁定盘导向孔9-2中，且所有锁定盘导向销10-1的底端与驱动滑块支撑底板7固定连接。
如图1和8所示，剪叉部件2包括剪叉铰2-1和剪叉单元2-2，三个剪叉单元2-2沿竖直方向等距分布；剪叉铰2-1整体呈X形，包括两根中部铰接的剪叉杆；剪叉单元2-2包括三根V形的横杆2-3；横杆2-3的一个臂头部设置有凸起2-4，另一个臂的头部开设有凹槽2-5，一根横杆的凸起2-4插入另一根横杆的凹槽2-5中，三根横杆2-3依次连接形成三角形的剪叉单元2-2；最上方的每两根横杆2-3相连的两个臂均通过一个剪叉铰2-1与顶板3铰接；最下方的每两根横杆2-3相连的两个臂均通过一个剪叉铰2-1与两块驱动滑块8铰接；中间剪叉单元的每两根横杆2-3相连的两个臂均通过一个剪叉铰2-1与相邻剪叉单元对应的两根横杆2-3相连的两个臂铰接。
如图9所示，支撑部件4包括支撑套筒4-1、支撑套筒连接销4-2、弹簧4-3和连杆4-4；支撑套筒连接销4-2为三级阶梯轴，中部轴段的轴径小于顶部轴段及底部轴段轴径；支撑套筒连接销4-2和弹簧4-3均设置在支撑套筒4-1内，弹簧4-3套置在支撑套筒连接销4-2的中部轴段上；弹簧4-3的一端与支撑套筒连接销4-2的底部轴段固定连接，另一端与支撑套筒4-1内壁的环形挡块固定连接；支撑套筒连接销4-2的中部轴段穿过环形挡块，顶部轴段轴径及底部轴段轴径均等于支撑套筒4-1的内壁孔径；连杆4-4的一端与支撑套筒4-1的外壁铰接。
如图1所示，剪叉单元的每两根横杆2-3相连的两个臂中，一个臂与一个支撑部件的支撑套筒4-1铰接，另一个臂与该支撑部件的连杆4-4的另一端铰接。
完全展开并锁定状态下，最上方的支撑部件的支撑套筒连接销4-2均与顶板3的底部接触；锁定盘的每根锁定销9-3分别插入最下方的一个支撑部件的支撑套筒4-1内；下方的每个支撑部件的支撑套筒连接销4-2分别插入上方相邻的一个支撑部件的支撑套筒4-1内。
该剪叉式空间伸展臂的工作原理：
该剪叉式空间伸展臂展开过程中，电机将动力传给输出轴11，带动驱动凸轮5-1和锁定凸轮5-2转动；驱动凸轮5-1的转动带动驱动滑块8沿驱动曲线槽5-3滑动，使得驱动滑块8沿滑块导杆7-1滑向驱动滑块支撑底板7中心，此时，锁定凸轮的锁定曲线槽5-4处于近休止段。三块驱动滑块8的滑动，带动剪叉铰2-1展开，剪叉单元2-2和顶板3由于剪叉铰2-1的带动向上抬升；每个剪叉单元2-2抬升过程中，剪叉单元的三根横杆2-3相互合拢，所有支撑套筒4-1在连杆4-4带动下呈竖直状态。剪叉部件2完全展开后，该剪叉式空间伸展臂进入锁定过程，此时，驱动凸轮的驱动曲线槽5-3进入远休止段，锁定凸轮的锁定曲线槽5-4开始进入推程段；锁定凸轮5-2的转动带动锁定盘的锁定滚子9-1沿锁定曲线槽5-4滑动，使得锁定盘的三个锁定销9-3均向上抬升，每根锁定销9-3分别插入最下方的一个支撑部件的支撑套筒4-1内，下方的每个支撑部件的支撑套筒连接销4-2分别插入上方相邻的一个支撑部件的支撑套筒4-1内，最上方的支撑部件的支撑套筒连接销4-2均与顶板3的底部接触。该剪叉式空间伸展臂在解锁与折叠时，电机带动输出轴11反向旋转即可。
Claims (1)
1. 一种剪叉式空间伸展臂，包括驱动部件、剪叉部件、顶板和支撑部件，其特征在于：
所述的驱动部件包括凸轮、凸轮支撑底板、驱动滑块支撑底板、驱动滑块、锁定盘和导向盘；
所述的凸轮固定在输出轴上，输出轴与凸轮支撑底板轴承连接；凸轮包括一体成型且同轴设置的驱动凸轮和锁定凸轮；所述的驱动凸轮为盘形凸轮，开设有沿圆周均布的三条驱动曲线槽，锁定凸轮为圆柱凸轮，开设有沿圆周均布的三条锁定曲线槽；驱动凸轮的驱动曲线槽进入远休止段时，锁定凸轮的锁定曲线槽开始进入推程段；锁定凸轮穿过驱动滑块支撑底板的中心孔，驱动滑块支撑底板通过支撑架与凸轮支撑底板固定；
所述的驱动滑块支撑底板开设有沿圆周均布的三条导向槽；所有导向槽的两端均沿径向设置，每个导向槽的正上方设置有一根滑块导杆；滑块导杆与驱动滑块支撑底板固定连接，每根滑块导杆上套置有一块驱动滑块；每块驱动滑块的中部与驱动滑块支撑底板的一个导向槽滑动连接，底部的驱动滚子伸入驱动凸轮对应的一个驱动曲线槽中，形成驱动凸轮副；
所述锁定盘的轴心处开设有通孔，孔壁设置有沿圆周均布的三个锁定滚子；锁定盘开设有多个锁定盘导向孔，且固定设置有三根锁定销，锁定盘导向孔和锁定销均沿圆周均布设置；
所述导向盘的轴心处开设有通孔，且固定设置有沿圆周分布的多根锁定盘导向销，所述锁定盘导向销的数量与锁定盘导向孔的数量相等；
所述的锁定盘套置在锁定凸轮上，锁定盘的每个锁定滚子伸入锁定凸轮对应的一个锁定曲线槽中，形成锁定凸轮副；所述的导向盘设置在锁定盘上方，导向盘的每根锁定盘导向销插入锁定盘对应的一个锁定盘导向孔中，且所有锁定盘导向销的底端与驱动滑块支撑底板固定连接；
所述的剪叉部件包括剪叉铰和多个剪叉单元，所有剪叉单元沿竖直方向等距分布；所述的剪叉铰整体呈X形，包括两根中部铰接的剪叉杆；剪叉单元包括三根V形的横杆；所述横杆的一个臂头部设置有凸起，另一个臂的头部开设有凹槽，一根横杆的凸起插入另一根横杆的凹槽中，三根横杆依次连接形成三角形的剪叉单元；最上方的每两根横杆相连的两个臂均通过一个剪叉铰与顶板铰接；最下方的每两根横杆相连的两个臂均通过一个剪叉铰与两块驱动滑块铰接；一个剪叉单元的每两根横杆相连的两个臂均通过一个剪叉铰与相邻剪叉单元对应的两根横杆相连的两个臂铰接；
所述的支撑部件包括支撑套筒、支撑套筒连接销、弹簧和连杆；所述的支撑套筒连接销为三级阶梯轴，中部轴段的轴径小于顶部轴段及底部轴段轴径；所述的支撑套筒连接销和弹簧均设置在支撑套筒内，弹簧套置在支撑套筒连接销的中部轴段上；弹簧的一端与支撑套筒连接销的底部轴段固定连接，另一端与支撑套筒内壁的环形挡块固定连接；支撑套筒连接销的中部轴段穿过环形挡块，顶部轴段轴径及底部轴段轴径均等于支撑套筒的内壁孔径；连杆的一端与支撑套筒的外壁铰接；
所述剪叉单元的每两根横杆相连的两个臂中，一个臂与一个支撑部件的支撑套筒铰接，另一个臂与该支撑部件的连杆的另一端铰接；
完全展开并锁定状态下，最上方的支撑部件的支撑套筒连接销均与顶板的底部接触；锁定盘的每根锁定销分别插入最下方的一个支撑部件的支撑套筒内；下方的每个支撑部件的支撑套筒连接销分别插入上方相邻的一个支撑部件的支撑套筒内。
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