本發(fā)明屬于航空航天技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種拉索驅(qū)動(dòng)防奇異點(diǎn)鉸鏈。

背景技術(shù)：

隨著航天技術(shù)的發(fā)展，空間可展機(jī)構(gòu)如太陽能帆板、大型可展開天線等在航空航天領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。鉸鏈作為可展機(jī)構(gòu)的關(guān)節(jié)連接部件，直接影響著機(jī)構(gòu)的展開性能，甚至決定著航天任務(wù)的成敗。通過對結(jié)構(gòu)、材料等的不斷優(yōu)化，空間可展機(jī)構(gòu)逐漸向著大尺寸、輕量化的方向發(fā)展，進(jìn)而在剛度、質(zhì)量、可靠性等方面對鉸鏈提出了更高的要求。

鉸鏈作為可展機(jī)構(gòu)的關(guān)節(jié)部件，一般通過拉索或者彈簧驅(qū)動(dòng)來完成展開運(yùn)動(dòng)。為滿足空間可展機(jī)構(gòu)的高收納率要求，機(jī)構(gòu)收攏狀態(tài)時(shí)鉸鏈處所有桿件軸向平行。這將導(dǎo)致單純由拉索驅(qū)動(dòng)時(shí)，鉸鏈只受軸向力而無徑向力，使之無法展開，即鉸鏈的奇異點(diǎn)(死點(diǎn))問題。

目前克服鉸鏈奇異點(diǎn)的方法是利用彈簧驅(qū)動(dòng)和拉索驅(qū)動(dòng)結(jié)合的方法，在鉸鏈處附加扭簧結(jié)構(gòu)，通過扭簧變形儲(chǔ)存的彈性勢能帶動(dòng)鉸鏈展開來克服死點(diǎn)，然后再通過拉索來控制鉸鏈的展開。此種方法可以有效地解決鉸鏈的死點(diǎn)問題，完成鉸鏈展開，但是增加了彈簧驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，使鉸鏈結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜、尺寸變大、質(zhì)量增大、展開可靠性降低；扭簧的突然展開，對整體結(jié)構(gòu)造成較大的沖擊；針對存在多個(gè)鉸鏈的可展結(jié)構(gòu)，由于扭簧參數(shù)的差異，將引入展開誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供了一種拉索驅(qū)動(dòng)防奇異點(diǎn)鉸鏈。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種拉索驅(qū)動(dòng)防奇異點(diǎn)鉸鏈，包括t形鉸鏈、同步鉸鏈、水平隨動(dòng)桿、豎直隨動(dòng)桿和伸縮桿，所述t形鉸鏈連接水平隨動(dòng)桿、伸縮桿與豎直隨動(dòng)桿，所述同步鉸鏈連接水平隨動(dòng)桿與豎直隨動(dòng)桿，在伸縮桿和t形鉸鏈中設(shè)置有拉索；

所述t形鉸鏈包括鉸鏈架、拉鎖換向結(jié)構(gòu)、拉索張緊輪、伸縮桿連接件和水平隨動(dòng)桿連接件，鉸鏈架為左右對稱結(jié)構(gòu)，在鉸鏈架的中間位置設(shè)置有拉鎖換向結(jié)構(gòu)，在鉸鏈架側(cè)板上由中部至兩側(cè)分別對稱設(shè)置有拉索張緊輪、伸縮桿連接件和水平隨動(dòng)桿；拉索張緊輪由豎直排布的上滑輪與下滑輪組成，供拉索在伸縮桿連接件與拉鎖換向結(jié)構(gòu)之間過渡并向下壓緊拉索，伸縮桿連接件內(nèi)設(shè)置有第一滑輪和第二滑輪；

而且，所述拉鎖換向結(jié)構(gòu)由支撐件和換向軸組成，換向軸安裝在支撐件上，支撐件由螺釘固接于鉸鏈架上，拉鎖換向結(jié)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)拉鎖的換向，且可防止拉索換向時(shí)脫離鉸鏈中間平面，影響拉索的通暢；

而且，所述伸縮桿連接件內(nèi)，第一滑輪位于第二滑輪的上方，第一滑輪通過第一滑輪固定軸安裝于伸縮桿連接件上，第二滑輪通過第二滑輪固定軸安裝于鉸鏈架側(cè)板上；

而且，所述水平隨動(dòng)桿設(shè)置于鉸鏈架側(cè)板的最外側(cè)，用于隨動(dòng)桿與t形鉸鏈的連接，使隨動(dòng)桿可在伸縮桿的帶動(dòng)下展開。

克服鉸鏈初始奇異點(diǎn)原理：在t形鉸鏈中，拉索依次穿過伸縮桿連接件、拉索張緊輪、和拉鎖換向結(jié)構(gòu)，將拉索張緊輪、伸縮桿連接件中的第二滑輪設(shè)定為兩個(gè)固定點(diǎn)，伸縮桿連接件中的第一滑輪設(shè)定為自由點(diǎn)。初始時(shí)刻，當(dāng)拉索穿過t形鉸鏈后，兩個(gè)固定點(diǎn)和自由點(diǎn)將會(huì)形成一個(gè)銳角三角形。在自由點(diǎn)兩側(cè)拉索張力作用下，自由點(diǎn)處將產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩來帶動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)，即解決了初始奇異點(diǎn)問題。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

(1)通過伸縮桿連接件與拉索張緊輪的作用形成了伸縮桿處的展開力矩，有效地解決了鉸鏈在拉索驅(qū)動(dòng)情況下的初始奇異點(diǎn)問題，提高了鉸鏈的展開可靠度并降低了能耗；

(2)通過簡化鉸鏈結(jié)構(gòu)，用拉索張緊輪和伸縮桿連接件中附加的滑輪代替了復(fù)雜的彈簧驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，有效地減小了鉸鏈的體積與質(zhì)量；

(3)鉸鏈無彈簧驅(qū)動(dòng)，只采用拉索驅(qū)動(dòng)提高了展開過程的可控性和平穩(wěn)性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明收攏狀態(tài)整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明展開狀態(tài)整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明收攏狀態(tài)下單側(cè)結(jié)構(gòu)(包含兩個(gè)相鄰的展開單元)平面視角結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明展開狀態(tài)下單側(cè)結(jié)構(gòu)(包含兩個(gè)相鄰的展開單元)平面視角結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明單個(gè)展開單元中同步鉸鏈與t形鉸鏈局部放大結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為t形鉸鏈結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為伸縮桿連接件結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為鉸鏈克服奇異點(diǎn)展開力學(xué)分析示意圖。

其中，1為t形鉸鏈，2為拉索，3為同步鉸鏈，4為水平隨動(dòng)桿，5為伸縮桿，6為豎直隨動(dòng)桿，7為鉸鏈架，8為支撐件，9為換向軸，10為上滑輪，11為鉸鏈架側(cè)板，12為第一滑輪，13為水平隨動(dòng)桿連接件，14為第二滑輪，15為第二滑輪固定軸，16為伸縮桿連接件，17為下滑輪，18為第一滑輪固定軸。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與具體的實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：

如圖中所示，一種拉索驅(qū)動(dòng)防奇異點(diǎn)鉸鏈，包括t形鉸鏈1、同步鉸鏈3、水平隨動(dòng)桿4、豎直隨動(dòng)桿6和伸縮桿5，所述t形鉸鏈連接水平隨動(dòng)桿、伸縮桿與豎直隨動(dòng)桿，所述同步鉸鏈連接水平隨動(dòng)桿與豎直隨動(dòng)桿，在伸縮桿和t形鉸鏈中設(shè)置有拉索2；

所述t形鉸鏈包括鉸鏈架7、拉鎖換向結(jié)構(gòu)、拉索張緊輪、伸縮桿連接件16和水平隨動(dòng)桿連接件13，鉸鏈架為左右對稱結(jié)構(gòu)，在鉸鏈架的中間位置設(shè)置有拉鎖換向結(jié)構(gòu)，在鉸鏈架側(cè)板上由中部至兩側(cè)分別對稱設(shè)置有拉索張緊輪、伸縮桿連接件和水平隨動(dòng)桿；拉索張緊輪由豎直排布的上滑輪與下滑輪組成，伸縮桿連接件內(nèi)設(shè)置有第一滑輪12和第二滑輪14；

而且，所述拉鎖換向結(jié)構(gòu)由支撐件8和換向軸9組成，換向軸安裝在支撐件上，支撐件由螺釘固接于鉸鏈架上；

而且，所述伸縮桿連接件內(nèi)，第一滑輪位于第二滑輪的上方，第一滑輪通過第一滑輪固定軸18安裝于伸縮桿連接件上，第二滑輪通過第二滑輪固定軸15安裝于鉸鏈架側(cè)板上。

在鉸鏈初始收攏狀態(tài)時(shí)，拉索通過伸縮桿連接件16中心孔后，經(jīng)第二滑輪14、第一滑輪12和拉索張緊輪(上滑輪10、下滑輪17)進(jìn)入換向結(jié)構(gòu)，繞過換向軸9后，再由鉸鏈架經(jīng)過同樣的方式從另一側(cè)伸縮桿連接架穿出，即完成鉸鏈的繞線；

如附圖8所示，將第一滑輪12、第二滑輪14、拉索張緊輪(10、17)與拉索2抽象化，將第二滑輪14與拉索張緊輪(10、17)抽象為鉸鏈架7上的固定點(diǎn)a和b，第一滑輪12抽象為鉸鏈架7上的自由點(diǎn)c，在初始時(shí)當(dāng)拉索2完成鉸鏈處的繞線后，由點(diǎn)a、b、c形成以點(diǎn)c為頂點(diǎn)的三角形。當(dāng)兩側(cè)拉索收縮時(shí)，第一滑輪12兩側(cè)拉力t將在點(diǎn)c形成合力為f的作用力，在f的作用下，自由點(diǎn)c處將產(chǎn)生繞固定點(diǎn)b的逆時(shí)針轉(zhuǎn)矩m。故初始時(shí)刻拉索收縮時(shí)，在第一滑輪12處的作用力將會(huì)使滑輪按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)展開桿連接件逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，即鉸鏈克服奇異點(diǎn)展開。

以上對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，不能被認(rèn)為用于限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。凡依本發(fā)明申請范圍所作的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)仍歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種拉索驅(qū)動(dòng)防奇異點(diǎn)鉸鏈，包括T形鉸鏈、同步鉸鏈、水平隨動(dòng)桿、豎直隨動(dòng)桿和伸縮桿，本發(fā)明通過伸縮桿連接件與拉索張緊輪的作用形成了伸縮桿處的展開力矩，有效地解決了鉸鏈在拉索驅(qū)動(dòng)情況下的初始奇異點(diǎn)問題，提高了鉸鏈的展開可靠度并降低了能耗；通過簡化鉸鏈結(jié)構(gòu)，用拉索張緊輪和伸縮桿連接件中附加的滑輪代替了復(fù)雜的彈簧驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，有效地減小了鉸鏈的體積與質(zhì)量；鉸鏈無彈簧驅(qū)動(dòng)，只采用拉索驅(qū)動(dòng)提高了展開過程的可控性和平穩(wěn)性。

技術(shù)研發(fā)人員：何柏巖;彭浩
受保護(hù)的技術(shù)使用者：天津大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.08
技術(shù)公布日：2017.10.24