專利名稱：三棱柱可折展單元及由該可折展單元組成的可折展支撐臂的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可折展單元及由該可折展單元組成的支撐臂，具體涉及一種三棱柱可折展單元及由該可折展單元組成的可折展支撐臂，屬于航天領(lǐng)域中的一維空間可重復(fù)展開機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在各類太空探索活動(dòng)中以及空間站的建設(shè)中都離不開空間可展開結(jié)構(gòu)，而空間伸展臂作為空間可展開結(jié)構(gòu)中形式最為豐富、研究最早、應(yīng)用最為廣泛的一維空間展開機(jī)構(gòu)扮演著重要的角色?？臻g伸展臂在各種太空探測(cè)活動(dòng)中主要是用來展開柔性太陽能帆板； 支撐可展開天線、合成孔徑雷達(dá)、太空望遠(yuǎn)鏡等。隨著太空探索、對(duì)地觀測(cè)、海洋勘探和軍事偵察等空間活動(dòng)的迅猛發(fā)展以及未來復(fù)雜太空任務(wù)的需求，對(duì)大尺度、高精度、高剛度、超輕型結(jié)構(gòu)的空間伸展臂的需求越來越迫切。
可展開支撐臂發(fā)展至今，其結(jié)構(gòu)形式多種多樣，其主要可分為四大類薄壁管式支撐臂、套筒式支撐臂、盤繞式支撐臂、鉸接式支撐臂。其中鉸接式伸展臂具有高剛度、高承載能力，較高可靠性的特點(diǎn)，但現(xiàn)有的鉸接式支撐臂存在折疊體積大和重復(fù)展開精度低的問題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的鉸接式支撐臂存在折疊體積大和重復(fù)展開精度低的問題。進(jìn)而提供一種三棱柱可折展單元及由該可折展單元組成的可折展支撐臂。
本發(fā)明的技術(shù)方案是三棱柱可折展單元包括上三角框、下三角框、三根三棱柱折疊臂和三組三棱柱拉索總成，上三角框和下三角框由上至下平行設(shè)置，且上三角框的三個(gè)頂點(diǎn)位置與下三角框的三個(gè)頂點(diǎn)位置相對(duì)應(yīng)，上三角框和下三角框之間相對(duì)應(yīng)的每個(gè)頂角處分別通過一根三棱柱折疊臂支撐并可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，上三角框、下三角框和相鄰兩根三棱柱折疊臂之間所組成的矩形平面內(nèi)對(duì)角處設(shè)有一組三棱柱拉索總成，在三棱柱可折展單元收攏過程中，單元水平轉(zhuǎn)軸被抬起，帶動(dòng)單元錐銷抬出錐孔，單元上折臂和單元下折臂向內(nèi)折疊實(shí)現(xiàn)收攏。
本發(fā)明還提供了一種由三棱柱可折展單元組成的可折展支撐臂，它包括多個(gè)三棱柱可折展單元和多個(gè)過渡折展組件，每相鄰兩個(gè)三棱柱可折展單元之間通過一個(gè)過渡折展組件可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述過渡折展組件包括三根過渡折疊臂和多個(gè)過渡拉索組件，三根過渡折疊臂分別支撐并可轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在上三角框和下三角框之間的頂角處，上三角框、下三角框和相鄰兩根三棱柱折疊臂之間所組成的矩形平面內(nèi)對(duì)角處交叉設(shè)有兩個(gè)過渡拉索組件。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下效果
I.本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)對(duì)稱，單元數(shù)量可以為若干個(gè)。2.本發(fā)明收攏后體積小，重量輕,收納率高達(dá)28%，相對(duì)于國(guó)內(nèi)一款索桿鉸接式支撐臂提高了 20%。3.本發(fā)明中加入了拉索組件，拉索組件克服了對(duì)角拉索纏繞及運(yùn)動(dòng)不規(guī)律的問題，同時(shí)加強(qiáng)了支撐臂的整體剛度和重復(fù)展開精度。4.本發(fā)明中折疊臂的鎖緊采用錐銷與錐孔配合鎖緊，增加了剛度和可靠性，并消除了間隙。


圖I是三棱柱可折展單元的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是折疊臂的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是圖2 在B處的局部放大圖，圖4是拉索組件的結(jié)構(gòu)示意圖，圖5是圖4在C處的局部放大圖，圖 6是可折展支撐臂的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖I-圖5說明本實(shí)施方式,本實(shí)施方式的一種三棱柱可折展單元，它包括上三角框I、下三角框2、三根三棱柱折疊臂3和三組三棱柱拉索總成4，上三角框I和下三角框2由上至下平行設(shè)置，且上三角框I的三個(gè)頂點(diǎn)位置與下三角框2的三個(gè)頂點(diǎn)位置相對(duì)應(yīng)，上三角框I和下三角框2之間相對(duì)應(yīng)的每個(gè)頂角處分別通過一根三棱柱折疊臂3支撐并可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，上三角框I、下三角框2和相鄰兩根三棱柱折疊臂3之間所組成的矩形平面內(nèi)對(duì)角處設(shè)有一組三棱柱拉索總成4。
本實(shí)施方式的三棱柱可折展單元通過三根三棱柱折疊臂3向內(nèi)折疊實(shí)現(xiàn)收攏。三組三棱柱拉索總成4起到提高桁架剛度的作用。
具體實(shí)施方式
二 結(jié)合圖I-圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的三棱柱折疊臂3 包括單元上折臂5、單元下折臂6、單元限位塊7、單元彈簧8、單元鎖架9、單元鎖體10和單元錐銷11,單元上折臂5和單元下折臂6的相鄰端可轉(zhuǎn)動(dòng)連接,單元限位塊7固裝在單元上折臂5的下部，單元鎖架9可轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在單元上折臂5上并位于單元限位塊7的下端，單元彈簧8套裝在單元鎖架9上，單元錐銷11固裝在單元鎖架9的下端，單元鎖體10固裝在單元下折臂6的上端，單元鎖體10上開有與單元錐銷11尺寸相匹配的錐孔。如此設(shè)置，折疊臂的鎖緊采用錐銷與錐孔配合鎖緊，增加了剛度和可靠性，并消除了間隙。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖I-圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的單元鎖架9包括單元水平轉(zhuǎn)軸12、單元豎直轉(zhuǎn)軸13和單元“十”字連接塊14，單元水平轉(zhuǎn)軸12水平穿設(shè)在單元“十”字連接塊14上，單元豎直轉(zhuǎn)軸13豎直穿設(shè)在單元“十”字連接塊14的上端，單元彈簧8套裝在單元豎直轉(zhuǎn)軸13上，單元錐銷11固裝在單元“十”字連接塊14的下端。如此設(shè)置，使用方便、靈活。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
二相同。
具體實(shí)施方式
四結(jié)合圖I、圖4和圖5說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的每組三棱柱拉索總成4包括兩個(gè)拉索組件，兩個(gè)拉索組件相互交叉并可轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在上三角框I和下三角框2的對(duì)角線上，每個(gè)三棱柱拉索總成4均包括單元第一管套15、單元第二管套16、單元拉鎖17和兩個(gè)單元鉸接頭18，單元第一管套15的一端與一個(gè)單元鉸接頭18連接，單元第一管套15的另一端可滑動(dòng)套裝在單元第二管套16的一端上，單元第二管套16的另一端與另一個(gè)單元鉸接頭18連接，單元拉鎖17穿設(shè)在單元第一管套15和單元第二管套16的內(nèi)腔中，且單元拉鎖17的兩端分別通過一個(gè)單元鉸接頭18固定。如此設(shè)置，克服了對(duì)角拉索纏繞及運(yùn)動(dòng)不規(guī)律的問題，同時(shí)加強(qiáng)了支撐臂的整體剛度和重復(fù)展開精度。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
三相同。
具體實(shí)施方式
五結(jié)合圖I、圖4和圖5說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的單元拉鎖 17為柔性繩索或碳纖維繩。如此設(shè)置，便于保證重復(fù)展開精度。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一或四相同。
具體實(shí)施方式
六結(jié)合圖I說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的三棱柱可折展單元還包括轉(zhuǎn)軸29，上三角框I的三個(gè)頂點(diǎn)處分別固裝有一個(gè)轉(zhuǎn)軸29。如此設(shè)置，用來驅(qū)動(dòng)三棱柱展開和收攏。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
五相同。
具體實(shí)施方式
七結(jié)合圖6說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式由三棱柱可折展單元組成的可折展支撐臂包括多個(gè)三棱柱可折展單元和多個(gè)過渡折展組件19，每相鄰兩個(gè)三棱柱可折展單元之間通過一個(gè)過渡折展組件19可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述過渡折展組件19包括三根過渡折疊臂20和多個(gè)過渡拉索組件28，三根過渡折疊臂20分別支撐并可轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在上三角框I和下三角框2之間的頂角處，兩個(gè)上三角框I和相鄰兩根三棱柱折疊臂3之間所組成的矩形平面內(nèi)對(duì)角處交叉設(shè)有兩個(gè)過渡拉索組件28。
本實(shí)施方式過渡拉索組件28的組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
四或五相同。
具體實(shí)施方式
八結(jié)合圖I-圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的過渡折疊臂20包括過渡上折臂21、過渡下折臂22、過渡限位塊23、過渡彈簧24、過渡鎖架25、過渡鎖體26和過渡錐銷27，過渡上折臂21和過渡下折臂22的相鄰端可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，過渡限位塊23固裝在過渡上折臂21的下部，過渡鎖體26可轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在過渡上折臂21上并位于過渡限位塊23 的下端，過渡彈簧24套裝在過渡鎖架25上，過渡錐銷27固裝在過渡鎖架25的下端，過渡鎖體26固裝在過渡下折臂22的上端，過渡鎖體26上開有與過渡錐銷27尺寸相匹配的錐孔。如此設(shè)置，折疊臂的鎖緊采用錐銷與錐孔配合鎖緊，增加了剛度和可靠性，并消除了間隙。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
六相同。
本實(shí)施方式過渡鎖體26的組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
三相同。
本發(fā)明的三棱柱可折展單元通過三組折疊臂4向內(nèi)折疊實(shí)現(xiàn)收攏。展開過程中， 單元下折臂6上的斜面與單元錐銷11頂部的圓弧處接觸，并將克服單元彈簧8的彈簧力使單元錐銷11向上抬起。當(dāng)單元上折臂5與單元下折臂6展開呈豎直狀態(tài)時(shí)，單元錐銷11 嵌入到單元下折臂6的錐孔中，實(shí)現(xiàn)鎖緊。每個(gè)三棱柱可折展單元上安裝有三組折疊臂4， 保證了三棱柱可折展單元的剛度及重復(fù)展開精度。為防止拉索17在展開收攏過程中發(fā)生纏繞，將拉索17置于單元第一管套15和單元第二管套16中，單元第一管套15和單元第二管套16能夠相對(duì)滑動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種三棱柱可折展單元，其特征在于它包括上三角框(I)、下三角框(2)、三根三棱柱折疊臂(3)和三組三棱柱拉索總成(4)，上三角框(I)和下三角框(2)由上至下平行設(shè)置，且上三角框(I)的三個(gè)頂點(diǎn)位置與下三角框(2)的三個(gè)頂點(diǎn)位置相對(duì)應(yīng)，上三角框(I)和下三角框(2)之間相對(duì)應(yīng)的每個(gè)頂角處分別通過一根三棱柱折疊臂(3)支撐并可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，上三角框(I)、下三角框(2)和相鄰兩根三棱柱折疊臂(3)之間所組成的矩形平面內(nèi)對(duì)角處設(shè)有一組三棱柱拉索總成(4 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三棱柱可折展單元，其特征在于所述三棱柱折疊臂(3)包 括單元上折臂(5)、單元下折臂(6)、單元限位塊(7)、單元彈簧(8)、單元鎖架(9)、單元鎖體(10)和單元錐銷(11)，單元上折臂(5)和單元下折臂(6)的相鄰端可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，單元限位塊 7 )固裝在單元上折臂(5 )的下部，單元鎖架(9 )可轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在單元上折臂(5 )上并位于單元限位塊(7)的下端，單元彈簧(8)套裝在單元鎖架(9)上，單元錐銷(11)固裝在單元鎖架(9)的下端，單元鎖體(10)固裝在單元下折臂(6)的上端，單元鎖體(10)上開有與單元錐銷(11)尺寸相匹配的錐孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三棱柱可折展單元，其特征在于所述單元鎖架(9)包括單元水平轉(zhuǎn)軸(12)、單元豎直轉(zhuǎn)軸(13)和單元“十”字連接塊(14)，單元水平轉(zhuǎn)軸(12)水平穿設(shè)在單元“十”字連接塊(14)上，單元豎直轉(zhuǎn)軸(13)豎直穿設(shè)在單元“十”字連接塊(14)的上端，單元彈簧(8)套裝在單元豎直轉(zhuǎn)軸(13)上，單元錐銷(11)固裝在單元“十”字連接塊(14)的下端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三棱柱可折展單元，其特征在于每組三棱柱拉索總成(4)包括兩個(gè)拉索組件，兩個(gè)拉索組件相互交叉并可轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在上三角框(I)和下三角框(2)的對(duì)角線上，每個(gè)三棱柱拉索總成(4)均包括單元第一管套(15)、單元第二管套(16)、單元拉鎖(17)和兩個(gè)單元鉸接頭(18)，單元第一管套(15)的一端與一個(gè)單元鉸接頭(18)連接，單元第一管套(15)的另一端可滑動(dòng)套裝在單元第二管套(16)的一端上，單元第二管套(16)的另一端與另一個(gè)單元鉸接頭(18)連接，單元拉鎖(17)穿設(shè)在單元第一管套(15)和單元第二管套(16)的內(nèi)腔中，且單元拉鎖(17)的兩端分別通過一個(gè)單元鉸接頭(18)固定。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三棱柱可折展單元，其特征在于所述單元拉鎖(17)為柔性繩索或碳纖維繩。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三棱柱可折展單元，其特征在于所述三棱柱可折展單元還包括轉(zhuǎn)軸(29)，上三角框(I)的三個(gè)頂點(diǎn)處分別固裝有一個(gè)轉(zhuǎn)軸(29)。
7.一種利用權(quán)利要求1、2、3、4、5或6中所述的三棱柱可折展單元組成的可折展支撐臂，其特征在于它包括多個(gè)三棱柱可折展單元和多個(gè)過渡折展組件(19)，每相鄰兩個(gè)三棱柱可折展單元之間通過一個(gè)過渡折展組件(19)可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述過渡折展組件(19)包括三根過渡折疊臂(20)和多個(gè)過渡拉索組件(28)，三根過渡折疊臂(20)分別支撐并可轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在上三角框(I)和下三角框(2)之間的頂角處，兩個(gè)上三角框(I)和相鄰兩根三棱柱折疊臂(3)之間所組成的矩形平面內(nèi)對(duì)角處交叉設(shè)有兩個(gè)過渡拉索組件(28)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的三棱柱可折展單元組成的可折展支撐臂，其特征在于所述過渡折疊臂(20)包括過渡上折臂(21)、過渡下折臂(22)、過渡限位塊(23)、過渡彈簧(24)、過渡鎖架(25)、過渡鎖體(26)和過渡錐銷(27)，過渡上折臂(21)和過渡下折臂(22)的相鄰端可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，過渡限位塊(23)固裝在過渡上折臂(21)的下部，過渡鎖體(26)可轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在過渡上折臂(21)上并位于過渡限位塊(23)的下端，過渡彈簧(24)套裝在過渡鎖架(25)上，過渡錐銷(27)固裝在過渡鎖架(25)的下端，過渡鎖體(26)固裝在過渡下折臂(22)的上端，過渡鎖體(26)上開有與過渡錐銷(27)尺寸相匹配的錐孔。
全文摘要
三棱柱可折展單元及由該可折展單元組成的可折展支撐臂，它涉及一種可折展單元及由該可折展單元組成的支撐臂。本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的鉸接式支撐臂存在折疊體積大和重復(fù)展開精度低的問題。本發(fā)明可折展單元的上三角框和下三角框由上至下平行設(shè)置，上三角框和下三角框之間相對(duì)應(yīng)的每個(gè)頂角處分別通過一根三棱柱折疊臂支撐并可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，上三角框、下三角框和相鄰兩根三棱柱折疊臂之間所組成的矩形平面內(nèi)對(duì)角處設(shè)有一組三棱柱拉索總成。每相鄰兩個(gè)三棱柱可折展單元之間通過一個(gè)過渡折展組件可轉(zhuǎn)動(dòng)連接。本發(fā)明的拉索組件克服了對(duì)角拉索纏繞及運(yùn)動(dòng)不規(guī)律的問題，同時(shí)加強(qiáng)了支撐臂的整體剛度和重復(fù)展開精度。本發(fā)明用于衛(wèi)星、空間站和空間探測(cè)器上。
文檔編號(hào)B64G1/66GK102923316SQ20121046454
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月16日
發(fā)明者鄧宗全, 單明賀, 劉榮強(qiáng), 郭宏偉, 王巖 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)