CN212226466U - 一种支撑桁架杆及空间桁架结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种支撑桁架杆及空间桁架结构。解决现有空间桁架结构存在的胶接位置应力大，粘接工艺可靠性差的问题，支撑桁架杆包括桁架杆本体及设置在桁架杆本体两端的连接组件；桁架杆本体为碳纤维材料缠绕而成的中空杆；连接组件包括预埋件和金属底板；预埋件的材料为碳纤维增强SiC陶瓷复合材料，包括管状的预埋端及位于预埋端一端端部的连接法兰；预埋端埋入桁架杆本体的杆壁内，预埋端的外壁直径小于桁架杆本体的外径，预埋端的内壁直径大于桁架杆本体的内径；金属底板为与连接法兰相适配的环状金属板，与连接法兰粘接固定。采用低应力预埋方式，消减桁架杆与金属件粘接时可能产生的装配应力和热应力，简化桁架结构的装配工艺。
Description
技术领域
本实用新型属于空间光学遥感技术领域，特别涉及一种支撑桁架杆及空间桁架结构。
背景技术
随着空间光学遥感器逐步向大口径、长焦距方向发展，空间桁架结构被大量应用到光学遥感器的主支撑结构中。支撑桁架杆作为空间桁架的核心组件，其结构设计的优劣决定了整个桁架组件加工、装配的可靠性与便捷性。
现有空间桁架结构连接方式如图1所示，桁架杆31采用碳纤维复合材料制作，端部套接(粘接，通过胶层34粘接)至桁架接头32上，桁架接头32再通过螺钉固定到支撑框架33。上述解决方式存在以下缺点：
1.桁架接头多采用钛合金材料制作，而钛合金与碳纤维桁架杆的热匹配性能差，导致胶接位置产生内应力。
2.在发射阶段，桁架杆轴线方向承担主要载荷，胶层受剪切力作用。当发射过载较大时，胶层粘接强度将面临极大考验。
3.空间桁架装配时，桁架杆粘接工艺较为复杂，对胶接表面有一定要求，且存在粘接剂厚度不均甚至缺胶情况，从而影响胶接强度。
实用新型内容
为了解决现有空间桁架结构存在的胶接位置应力大，粘接工艺可靠性差的问题，本实用新型提供一种支撑桁架杆及空间桁架结构，在保证桁架高稳定性设计的前提下，进一步提高桁架结构加工及装配的可靠性和便捷性。
本实用新型的技术解决方案是提供一种支撑桁架杆，其特殊之处在于：包括桁架杆本体及设置在桁架杆本体两端的连接组件；
所述桁架杆本体为碳纤维材料缠绕而成的中空杆；
所述连接组件包括预埋件和金属底板；
所述预埋件的材料为碳纤维增强SiC陶瓷复合材料，包括管状的预埋端及位于预埋端一端端部的连接法兰；所述预埋端埋入桁架杆本体的杆壁内，所述预埋端的外壁直径小于桁架杆本体的外径，预埋端的内壁直径大于桁架杆本体的内径；
所述金属底板为与连接法兰相适配的环状金属板，与连接法兰粘接固定。
进一步地，所述预埋端的另一端外壁直径线性减小至与内壁直径相等。
进一步地，在桁架杆本体缠绕成型时，将预埋件的预埋端包裹至桁架杆本体的杆壁内部。
进一步地，所述金属底板的材料为与预埋件材料线膨胀系数匹配的铁镍合金。
本实用新型还提供一种空间桁架结构，包括底部框架、顶部框架、底部桁架接头、顶部桁架接头及支撑桁架杆；所述支撑桁架杆通过底部桁架接头及顶部桁架接头设置在底部框架与顶部框架之间；
其特殊之处在于：所述支撑桁架杆为上述的支撑桁架杆；
所述底部桁架接头均匀固定于底部框架端面上，所述顶部桁架接头均匀固定于顶部框架端面上，底部桁架接头与顶部桁架接头在水平投影面上呈交错布置，周向相位角均匀分布，径向位置一致；
所述顶部桁架接头与底部桁架接头均包括连接板及位于连接板上的两个连接头；
相邻两个支撑桁架杆分别与同一个顶部桁架接头中的两个连接头固连，另一端与相邻的底部桁架接头中的其中一个连接头固连；
或，相邻两个支撑桁架杆分别与同一个底部桁架接头中的两个连接头固连，另一端与相邻的顶部桁架接头中的其中一个连接头固连。
进一步地，顶部桁架接头与底部桁架接头，通过螺钉与支撑桁架杆中的连接法兰固连。
进一步地，支撑桁架杆与底部桁架接头及顶部桁架接头之间均设有金属修切垫。
进一步地，顶部桁架接头与底部桁架接头均为四个，相应支撑桁架杆为八个。
本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型在碳纤维桁架杆两端设置与桁架杆线膨胀系数接近的碳纤维增强SiC陶瓷复合材料预埋件，提高两者的热匹配性，减小连接内应力。
2、本实用新型将预埋件提前预埋至桁架杆内，与普通粘接方式相比，预埋式的连接内外壁均被固定，连接面大，可靠性更高。
3、本实用新型在预埋件底部粘接金属底板，通过机加可保证各组支撑桁架杆良好的长度一致性。各支撑桁架杆与底部支撑框及顶部支撑框通过金属接头首尾相连，采用螺钉连接简单可靠，易于装配。
附图说明
图1为现有桁架杆套接固定的示意图；
图中：31-桁架杆，32-桁架接头，33-支撑框架，34-胶层；
图2支撑桁架杆正视图；
图3为支撑桁架杆端部剖视图；
图4为空间桁架结构示意图；
图5为支撑桁架杆与接头装配关系示意图；
图中附图标记为：1-桁架杆本体，2-预埋件，21-预埋端，22-连接法兰，3-金属底板，4-底部框架，5-顶部框架，6-底部桁架接头，7-顶部桁架接头，8-修切垫，9-螺钉，10-支撑桁架杆,11-连接板，12-连接头。
具体实施方式
本实用新型的核心思想是采用低应力预埋方式，消减桁架杆与金属件粘接时可能产生的装配应力和热应力，提高连接强度和可靠性。同时，采用集成式支撑桁架杆组件，可简化桁架结构的装配工艺。
以下结合附图和具体实施方式进行进一步的详细说明：
图2和图3分别为支撑桁架杆的正视图和端部剖视图，该组件包括桁架杆本体1和设置在桁架杆本体1两端的连接组件，其中连接组件包括预埋件2和金属底板3。桁架杆本体1为中空杆，采用M40碳纤维材料缠绕而成。预埋件2采用碳纤维增强SiC陶瓷复合材料制作，其线膨胀系数与碳纤维桁架杆本体1协调一致；如图3，预埋件2包括预埋端21和连接法兰22。预埋端21的形状为管状，连接法兰22设置在预埋端21的一端，且与预埋端21为一体设置，预埋端21的另一端管段的外壁直径逐渐减小至与内壁直径相同。本实施例中预埋端21壁厚为2.5mm，其外壁直径小于桁架杆本体1的外径，内壁直径大于桁架杆本体1的内径；在桁架杆本体1缠绕成型时，将预埋件2的预埋端21包裹到桁架杆本体1的杆壁内部，受壁厚方向材料尺寸限制，此处通过一定的铺层设计实现，连接法兰22位于桁架杆端部。金属底板3采用与预埋件2材料线膨胀系数匹配的铁镍合金制作，其形状为与连接法兰22形状匹配的环状，通过环氧树脂胶与连接法兰22底部粘接固定。
图3为一种空间桁架结构示意图，包括支撑桁架杆10、底部框架4、顶部框架5、底部桁架接头6及顶部桁架接头7。
本实施例包括八组支撑桁架杆10，在装配前，采用机械加工方法，加工支撑桁架杆10两端的金属底板3，使八组支撑桁架杆10等长。底部桁架接头6和顶部桁架接头7各有四组。顶部桁架接头7均匀固定于顶部框架5端面上，底部桁架接头6均匀固定于底部框架4端面上。底部桁架接头6与顶部桁架接头7在水平投影面上呈交错布置，周向相位角相差45°，径向位置一致。
如图5所示，底部桁架接头6与顶部桁架接头7均包括连接板11及位于底部连接板上的两个连接头12；通过螺钉9将每个支撑桁架杆10中的连接法兰22与底部桁架接头6及顶部桁架接头7固定，八组支撑桁架10首尾相连，即如图4所示，相邻两个支撑桁架杆10一端与同一个顶部桁架接头7中的两个连接头固连，另一端分别与相邻的底部桁架接头6中的其中一个连接头固连；或，相邻两个支撑桁架杆10一端与同一个底部桁架接头6中的两个连接头固连，另一端与相邻的顶部桁架接头7中的其中一个连接头固连。为减小装配应力，在所有支撑桁架杆10与接头之间增加修切垫8。
以上对本实用新型提供的一种支撑桁架杆及空间桁架结构进行了阐述，仅用于帮助理解本实用新型的核心思想，对本实用新型进行若干修饰和改进也属于本实用新型创造的保护范围。
Claims (8)
1.一种支撑桁架杆，其特征在于：包括桁架杆本体(1)及设置在桁架杆本体(1)两端的连接组件；
所述桁架杆本体(1)为碳纤维材料缠绕而成的中空杆；
所述连接组件包括预埋件(2)和金属底板(3)；
所述预埋件(2)的材料为碳纤维增强SiC陶瓷复合材料，包括管状的预埋端(21)及位于预埋端一端端部的连接法兰(22)；所述预埋端(21)埋入桁架杆本体(1)的杆壁内，所述预埋端(21)的外壁直径小于桁架杆本体(1)的外径，预埋端(21)的内壁直径大于桁架杆本体(1)的内径；
所述金属底板(3)为与连接法兰(22)相适配的环状金属板，与连接法兰(22)粘接固定。
2.根据权利要求1所述的支撑桁架杆，其特征在于：所述预埋端(21)的另一端外壁直径线性减小至与内壁直径相等。
3.根据权利要求1所述的支撑桁架杆，其特征在于：在桁架杆本体(1)缠绕成型时，将预埋件(2)的预埋端(21)包裹至桁架杆本体(1)的杆壁内部。
4.根据权利要求1所述的支撑桁架杆，其特征在于：所述金属底板(3)的材料为与预埋件(2)材料线膨胀系数匹配的铁镍合金。
5.一种空间桁架结构，包括底部框架(4)、顶部框架(5)、底部桁架接头(6)、顶部桁架接头(7)及支撑桁架杆(10)；所述支撑桁架杆(10)通过底部桁架接头(6)及顶部桁架接头(7)设置在底部框架(4)与顶部框架(5)之间；
其特征在于：所述支撑桁架杆(10)为权利要求1-4任一所述的支撑桁架杆；
所述底部桁架接头(6)均匀固定于底部框架(4)端面上，所述顶部桁架接头(7)均匀固定于顶部框架(5)端面上，底部桁架接头(6)与顶部桁架接头(7)在水平投影面上呈交错布置，周向相位角均匀分布，径向位置一致；
所述顶部桁架接头(7)与底部桁架接头(6)均包括连接板(11)及位于连接板上的两个连接头(12)；
相邻两个支撑桁架杆(10)分别与同一个顶部桁架接头(7)中的两个连接头(12)固连，另一端与相邻的底部桁架接头(6)中的其中一个连接头(12)固连；
或，相邻两个支撑桁架杆(10)分别与同一个底部桁架接头(6)中的两个连接头(12)固连，另一端与相邻的顶部桁架接头(7)中的其中一个连接头(12)固连。
6.根据权利要求5所述的空间桁架结构，其特征在于：
顶部桁架接头(7)与底部桁架接头(6)，通过螺钉(9)与支撑桁架杆(10)中的连接法兰(22)固连。
7.根据权利要求6所述的空间桁架结构，其特征在于：支撑桁架杆(10)与底部桁架接头(6)及顶部桁架接头(7)之间均设有金属修切垫。
8.根据权利要求5-7任一所述的空间桁架结构，其特征在于：顶部桁架接头(7)与底部桁架接头(6)均为四个，相应支撑桁架杆(10)为八个。
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