三角形索桿鉸接可展桁架的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種三角形索桿鉸接可展桁架，包括：導向桿、收攏索、張緊索、多個桁架單元和多個鉸接桿，桁架單元為三角形剛性框架，各三角形剛性框架由上至下依次與導向桿連接，設(shè)置在最底部的三角形剛性框架與導向桿固接，沿導向桿向上的其它三角形剛性框架與導向桿活動連接，各三角形剛性框架之間通過鉸接桿連接,收攏索由上至下依次穿過各三角形剛性框架兩端分別與頂部和底部的三角形剛性框架固接連接，張緊索以之字形由上至下依次穿過各三角形剛性框架兩端分別與頂部和底部的三角形剛性框架固接連接。本發(fā)明系統(tǒng)組成簡單、收縮率高，可重復伸縮，有利于航天器空間機動或在軌維護，能適應未來大型柔性太陽電池陣等的在軌展開要求，應用前景廣泛。
【專利說明】三角形索桿鉸接可展桁架

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航天【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地，涉及一種三角形索桿鉸接可展桁架。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著空間站、深空探測器等大型航天器的發(fā)展，運載包絡(luò)受限問題越來越突出，這催生了各類空間可展結(jié)構(gòu)的發(fā)展，如可展桁架、充氣結(jié)構(gòu)等。目前，常用的鉸接式可展桁架伸展臂普遍由折疊桁架、收藏箱、傳動裝置及展開器等構(gòu)成，可實現(xiàn)較長距離的附件伸展支撐，但存在以下缺點:1)與可展桁架對應的傳動裝置同步性要求高，構(gòu)造及組成復雜；2)可展桁架的剛性框架和鉸接桿多采用層疊形式，融合不夠，不利于提升收縮率；3)不具備在軌收攏功能，不利于空間機動或維護。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種三角形索桿鉸接可展桁架。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種三角形索桿鉸接可展桁架，包括:導向桿、收攏索、張緊索、多個桁架單元和多個鉸接桿，桁架單元為三角形剛性框架，各三角形剛性框架由上至下依次與導向桿連接，其中，設(shè)置在最底部的三角形剛性框架與導向桿固接，沿導向桿向上的其它三角形剛性框架與導向桿活動連接，各三角形剛性框架之間通過鉸接桿連接，收攏索由上至下依次穿過各三角形剛性框架且兩端分別與頂部和底部的三角形剛性框架固接連接，張緊索以之字形由上至下依次穿過各三角形剛性框架且兩端分別與頂部和底部的三角形剛性框架固接連接。
[0005]優(yōu)選地，三角形剛性框架為等腰直角三角形中空邊框結(jié)構(gòu)，其三個邊角處均設(shè)置有張緊索穿孔、收攏索穿孔和導向桿穿孔，且三角形剛性框架的三個邊角的下方均設(shè)置有上鉸接桿支座，三個邊角的內(nèi)側(cè)邊框上均設(shè)置有下鉸接桿支承孔。
[0006]優(yōu)選地，等腰直角三角形中空邊框結(jié)構(gòu)的三個邊角內(nèi)側(cè)還設(shè)置有凹槽。
[0007]優(yōu)選地，導向桿和收攏索的數(shù)量均為3個。
[0008]優(yōu)選地，張緊索的數(shù)量為2個。
[0009]優(yōu)選地，導向桿包括空心桿、多組電磁作動器和導線，空心桿用于定位和存放祐1架單元，電磁作動器和導線設(shè)置在空心桿內(nèi)部，各組電磁繼電器通過導線連接。
[0010]優(yōu)選地，鉸接桿包括下鉸接桿、上鉸接桿和彈簧片，彈簧片設(shè)置在上鉸接桿和下鉸接桿之間，通過銷軸分別與上鉸接桿和下鉸接桿連接。
[0011]本發(fā)明工作原理如下:
[0012]展開過程:三角形索桿鉸接可展桁架處于完全收攏狀態(tài)，在收攏索的拉緊作用下，鉸接桿克服彈簧扭矩作用后對折收攏于相應桁架單元的下三角形剛性框架內(nèi)部，此時所有相鄰三角形剛性框架I處于面面貼合狀態(tài)。展開時，收攏索逐漸釋放，并同步收拉張緊索，此時，鉸接桿在彈簧扭矩作用下，也相應逐步展開；當收攏索暫停釋放時，鉸接桿處于瞬時平衡狀態(tài)，此時抗擾動能力差。當鉸接桿完全展開后，拉緊張緊索，其與鉸接桿形成穩(wěn)定三角形，達到桁架穩(wěn)定狀態(tài)，實現(xiàn)自上而下的桁架展開。
[0013]收攏過程:三角形索桿鉸接可展桁架處于完全展開狀態(tài)時，受拉力的張緊索與完全展開的鉸接桿形成穩(wěn)定三角形，桁架處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)。收攏時，空心桿內(nèi)的電磁作動器被接通，產(chǎn)生非接觸的電磁斥力克服鉸接桿的彈簧扭矩，使導向桿范圍內(nèi)的桁架單元產(chǎn)生收攏折疊運動趨勢；此時下拉收攏索，并隨動張緊索，在這些復合作用下底部桁架單元逐漸折疊；其間，當桁架單元收攏一定度數(shù)時，電磁作動器2.2自動斷開，當處于完全收攏狀態(tài)，拉緊張緊索，其與鉸接桿3形成穩(wěn)定三角形，可以達到桁架穩(wěn)定狀態(tài)，實現(xiàn)自下而上的桁架收攏。
[0014]本發(fā)明的三角形索桿鉸接可展桁架通過鉸接桿彈簧扭矩實現(xiàn)自由展開，電磁作動器與收攏索配合實現(xiàn)桁架的收攏折疊，系統(tǒng)組成簡單，桁架展開和收攏動作可靠；鉸接桿可完全折疊到三角形剛性框架內(nèi)部，極大提高桁架的收縮率；桁架可重復伸縮，有利于航天器空間機動或在軌維護，可應用于空間柔性太陽電池陣、可展遮光罩和環(huán)狀天線的伸展支撐結(jié)構(gòu)。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:本可展桁架系統(tǒng)組成簡單，電磁作動器與收攏索配合就可實現(xiàn)桁架的收攏折疊，且三組收攏索可實現(xiàn)功能冗余備份，桁架折疊收攏可靠；張緊索和鉸接桿形成的三角形可有效保證桁架穩(wěn)定的展開狀態(tài)。本可展桁架的鉸接桿可完全折疊到三角形剛性框架內(nèi)部，極大提高桁架的收縮率。本可展桁架可重復伸縮，有利于航天器空間機動或在軌維護，能適應未來大型柔性太陽電池陣、超大型環(huán)狀天線地面壓緊在軌展開要求，應用前景廣泛。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0017]圖1為本發(fā)明三角形索桿鉸接可展桁架的展開結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為本發(fā)明三角形剛性框架與鉸接桿的連接展開狀態(tài)示意圖；
[0019]圖3三角形剛性框架與鉸接桿的連接收攏狀態(tài)示意圖；
[0020]圖4為三角形剛性框架的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖5為導向桿的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖6為圖5中的A部結(jié)構(gòu)放大示意圖；
[0023]圖7為鉸接桿展開狀態(tài)示意圖；
[0024]圖8為圖7中的A部結(jié)構(gòu)放大示意圖；
[0025]圖9為鉸接桿收攏狀態(tài)示意圖；
[0026]圖10為圖8中的A部結(jié)構(gòu)放大示意圖；
[0027]圖11至圖15為三角形索桿鉸接可展桁架的展開過程示意圖；
[0028]圖16至圖20為三角形索桿鉸接可展桁架的收攏過程示意圖；
[0029]圖中:1為三角形剛性框架，11為框架本體，12為凹槽，13為張緊索穿孔，14為收攏索穿孔，15為導向桿穿孔,16為下鉸接桿支承孔，17為上鉸接桿支座,2為導向桿，21為空心桿，22為電磁作動器，23導線，3為鉸接桿，31為下鉸接桿，32為上鉸接桿，33為彈簧片，4為收攏索，5為張緊索。

【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應當指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0031]請同時參閱圖1至圖7，一種三角形索桿鉸接可展桁架，包括:導向桿、收攏索、張緊索、多個桁架單元和多個鉸接桿，桁架單元為三角形剛性框架，各三角形剛性框架由上至下依次與導向桿連接，其中，設(shè)置在最底部的三角形剛性框架與導向桿固接，沿導向桿向上的其它三角形剛性框架與導向桿活動連接，各三角形剛性框架之間通過鉸接桿連接，收攏索由上至下依次穿過各三角形剛性框架且兩端分別與頂部和底部的三角形剛性框架固接連接，張緊索以之字形由上至下依次穿過各三角形剛性框架且兩端分別與頂部和底部的三角形剛性框架固接連接。
[0032]進一步地，三角形剛性框架為等腰直角三角形中空邊框結(jié)構(gòu)，其三個邊角處均設(shè)置有張緊索穿孔、收攏索穿孔和導向桿穿孔，且三角形剛性框架的三個邊角的下方均設(shè)置有上鉸接桿支座，三個邊角的內(nèi)側(cè)邊框上均設(shè)置有下鉸接桿支承孔。
[0033]進一步地，等腰直角三角形中空邊框結(jié)構(gòu)的三個邊角內(nèi)側(cè)還設(shè)置有凹槽，用以容置收攏的上鉸接桿支座。
[0034]如圖1、圖2、圖4所示，底部桁架單元即最下方的三角形剛性框架I與導向桿2固連，向上依次通過鉸接桿鉸接多個桁架單元。三根收攏索4 一端與頂部三角形剛性框架I固連，并從上至下依次穿過各桁架單元三角形剛性框架I的收攏索穿孔14。三根張緊索5以之字形從下至上依次穿過每一層三角形剛性框架I的張緊索穿孔15，而后與頂部三角形剛性框架I固連。本優(yōu)選實例中三角形剛性框架I數(shù)目為5個，實際應用時可根據(jù)需要確定。
[0035]如圖2、圖3、圖4所示，三角形剛性框架I和三組鉸接桿3通過銷軸連成一體，共同組成三棱柱形五面體封閉結(jié)構(gòu)。三角形剛性框架I由輕質(zhì)鋁合金一體成型,框架本體11為等腰直角三角形中空邊框結(jié)構(gòu)，其三處邊角部位設(shè)有凹槽12、張緊索穿孔13、收攏索穿孔14、導向桿穿孔15、下鉸接桿支承孔16、和上鉸接桿支座17，對折后的鉸接桿3收攏于三角形剛性框架I內(nèi)部，同時上三角形剛性框架I的上鉸接桿支座17嵌入到下部三角形剛性框架I的凹槽12內(nèi)，上下三角形剛性框架I程面面貼合狀態(tài)，有效提升桁架收縮率。
[0036]進一步地,導向桿包括空心桿、多組電磁作動器和導線，空心桿用于定位和存放收攏的折疊桁架，電磁作動器和導線設(shè)置在空心桿內(nèi)部，各組電磁繼電器通過導線連接。電磁作動器可產(chǎn)生非接觸電磁斥力，克服彈簧扭矩，可使上下鉸接桿產(chǎn)生折疊趨勢。本可展桁架具有3副相同的導向桿。
[0037]如圖1、圖5所示，導向桿2的空心桿21用于定位和存放收攏的桁架單元，其內(nèi)布置由導線23相連的多組電磁作動器22 ;電磁作動器22可產(chǎn)生非接觸電磁斥力，克服彈簧片33扭矩，可使上下鉸接桿產(chǎn)生折疊趨勢。
[0038]進一步地，鉸接桿包括下鉸接桿、上鉸接桿和彈簧片，彈簧片設(shè)置在上鉸接桿和下鉸接桿之間，通過銷軸分別與上鉸接桿和下鉸接桿連接，下鉸接桿設(shè)置有用以容置上鉸接桿的半封閉腔。
[0039]如圖6、圖7所示，鉸接桿3由下鉸接桿31、上鉸接桿32和彈簧片33等組成，三者通過銷軸鉸接在一起。自由狀態(tài)下，上下鉸接桿在彈簧片33扭矩及其自身限位作用下展開成一字型，與之鉸接的上下三角形剛性框架處于最遠分離狀態(tài)；在外力作用下，上下鉸接桿克服彈簧片33扭矩作用后對折收攏于下三角形剛性框架內(nèi)部，上鉸接桿32收攏于下鉸接桿31的半封閉腔內(nèi)，上下三角形剛性框架處于面面貼合相鄰狀態(tài)。具體的三角形剛性框架的數(shù)目和鉸接桿的組數(shù)根據(jù)可展桁架長度需要決定。
[0040]收攏索一端固連可展桁架的最上端，從上之下依次穿過三角形剛性框架收攏索穿孔，當上下鉸接桿在電磁作動器斥力作用下產(chǎn)生折疊趨勢后，驅(qū)動收攏索可以從下至上依次折疊可展桁架，其導向桿穿孔依次穿進導向桿。本可展桁架具有3根相同的收攏索。
[0041]張緊索以之字形從下至上依次穿過每一層三角形剛性框架，而后與頂部三角形剛性桁架固連。當桁架單元在彈簧作用下展開后，拉直的張緊索與上下鉸接桿形成三角形構(gòu)造，達到可展桁架展開后鎖緊穩(wěn)定的目的。本可展桁架具有2根相同的張緊索。
[0042]本發(fā)明工作原理如下:
[0043]可展桁架展開過程如圖11至圖15所示。圖11為桁架完全收攏狀態(tài)，在收攏索4的拉緊作用下，鉸接桿3克服彈簧扭矩作用后對折收攏于相應桁架單元的下三角形剛性框架I內(nèi)部，此時所有相鄰三角形剛性框架I處于面面貼合狀態(tài)。圖12、圖13為頂部桁架單元展開過程狀態(tài)示意，圖12頂部桁架單元展開40°時狀態(tài)，圖13頂部桁架單元展開90°時狀態(tài)。當收攏索4逐漸釋放時，并同步收拉張緊索5，此時鉸接桿3在彈簧扭矩作用下，也相應逐步展開；當收攏索4暫停釋放時，鉸接桿3處于瞬時平衡狀態(tài)，此時抗擾動能力差。圖14為頂部桁架單元完全展開狀態(tài)，此時拉緊張緊索5，其與鉸接桿3形成穩(wěn)定三角形，可以達到桁架穩(wěn)定狀態(tài)。圖15為桁架完全展開狀態(tài)，通過依次重復圖11至圖15過程實現(xiàn)自上而下的桁架展開。
[0044]可展桁架收攏過程如圖16至20所示。圖16為桁架完全展開狀態(tài)，受拉力的張緊索5與完全展開的鉸接桿3形成穩(wěn)定三角形，桁架處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)。圖17、圖18為底部桁架單元收攏過程狀態(tài)示意，圖17為底部桁架單元收攏90°時狀態(tài)，圖18為底部桁架單元收攏140°時狀態(tài)。當收到桁架收攏指令時，空心桿21內(nèi)的電磁作動器22被接通，產(chǎn)生電磁斥力克服鉸接桿3的彈簧扭矩，使導向桿2范圍內(nèi)的桁架單元產(chǎn)生收攏折疊運動趨勢；此時下拉收攏索4，并隨動張緊索5，在這些復合作用下底部桁架單元逐漸折疊；其間，當桁架單元收攏一定度數(shù)時，電磁作動器22自動斷開。圖19為底部桁架單元完全收攏狀態(tài)，此時拉緊張緊索5，其與鉸接桿3形成穩(wěn)定三角形，可以達到桁架穩(wěn)定狀態(tài)。圖20為桁架完全收攏狀態(tài)，通過依次重復圖16至圖19過程實現(xiàn)自下而上的桁架收攏。
[0045]本發(fā)明的三角形索桿鉸接可展桁架系統(tǒng)組成簡單，收縮率高，可實現(xiàn)空間大長度附件展開和支撐，且在軌可伸縮，可以應用于大型柔性太陽電池陣的伸展機構(gòu)，也可以應用于特大型環(huán)狀天線超遠距離在軌展開支撐桿結(jié)構(gòu)。
[0046]以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種三角形索桿鉸接可展桁架，其特征在于，包括:導向桿、收攏索、張緊索、多個桁架單元和多個鉸接桿，所述桁架單元為三角形剛性框架，所述各三角形剛性框架由上至下依次與所述導向桿連接，其中，設(shè)置在最底部的三角形剛性框架與導向桿固接，沿導向桿向上的其它三角形剛性框架與導向桿活動連接，所述各三角形剛性框架之間通過鉸接桿連接，所述收攏索由上至下依次穿過所述各三角形剛性框架且兩端分別與頂部和底部的三角形剛性框架固接連接，所述張緊索以之字形由上至下依次穿過所述各三角形剛性框架且兩端分別與頂部和底部的三角形剛性框架固接連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三角形索桿鉸接可展桁架，其特征在于，所述三角形剛性框架為等腰直角三角形中空邊框結(jié)構(gòu)，其三個邊角處均設(shè)置有張緊索穿孔、收攏索穿孔和導向桿穿孔，且所述三角形剛性框架的三個邊角的下方均設(shè)置有上鉸接桿支座，三個邊角的內(nèi)側(cè)邊框上均設(shè)置有下鉸接桿支承孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三角形索桿鉸接可展桁架，其特征在于，所述等腰直角三角形中空邊框結(jié)構(gòu)的三個邊角內(nèi)側(cè)還設(shè)置有凹槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三角形索桿鉸接可展桁架，其特征在于，所述導向桿和收攏索的數(shù)量均為3個。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三角形索桿鉸接可展桁架，其特征在于，所述張緊索的數(shù)量為2個。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三角形索桿鉸接可展桁架，其特征在于，所述導向桿包括空心桿、多組電磁作動器和導線，所述空心桿用于定位和存放所述桁架單元，所述電磁作動器和導線設(shè)置在所述空心桿內(nèi)部，所述各組電磁繼電器通過所述導線連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三角形索桿鉸接可展桁架，其特征在于，所述鉸接桿包括下鉸接桿、上鉸接桿和彈簧片，所述彈簧片設(shè)置在所述上鉸接桿和下鉸接桿之間，通過銷軸分別與所述上鉸接桿和下鉸接桿連接。
【文檔編號】E04B1/343GK104294913SQ201410466489
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月12日
【發(fā)明者】袁金如, 申智春, 張雨辰, 韓旭, 孫克新, 許域菲, 錢勇 申請人:上海衛(wèi)星工程研究所