一种盘绕式伸展臂桁架的纵杆底部节点制造技术

本发明专利技术公开了一种盘绕式伸展臂桁架的纵杆底部节点，包括U型主架以及安装在U型主架上的限位部件和双键位转轴，双键位转轴上套设有纵杆接头和齿状限位片，纵杆接头用于与盘绕式伸展臂桁架的纵杆连接，限位部件包括限位键，齿状限位片上设置有多个齿，限位键的上端部与齿状限位片的齿配合。纵杆接头和齿状限位片均能够绕双键位转轴做单向转动。本发明专利技术通过释放伸展臂在盘绕过程储存的弹性应变能带动纵杆底部节点转动，利用齿状限位片与限位键在接触面上的摩擦使得复位压缩弹簧上伸实现限位，具有节点小、精度高、运动灵活、强度大的特点，可应用于空间可展天线、太阳电池阵、太阳帆、空间平台、探测臂机构等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种节点机构，尤其涉及一种盘绕式伸展臂桁架的纵杆底部节点，属于结构机构工程

技术介绍
空间伸展臂是一类最基本的空间可展结构，是大型复杂空间结构的基础，可广泛用于太阳电池阵、大型天线的展开，作为主要的展开支撑受力构件，可展机构在整个结构系统中起着重要作用。随太空探索和宇航结构发展，空间结构大型化、复杂化已呈明显趋势，轻质、高精度、高收纳率、高刚度、稳定性好的空间展开结构是重要研发方向。陈务军、董石麟、付功义等著的“一高刚性同步展开空间伸展臂设计研究”(2000年中国博士后学术大会论文集，北京：科学出版社)研究了三棱桁架构成高刚性同步伸展的伸展臂；黄海、张伟、王新升等著的“盘绕式三角形横架有铰空间伸展臂”(专利CN101428690)公开了一种可用于空间探测臂、航天器大型太阳电池阵、空间站主结构等领域的盘绕式三角形横架有铰空间伸展臂；王新升、张伟、岳冠楠等著的“盘绕式Y形横架无铰空间伸展臂”(专利CN201309598)设计了一种高伸缩比、高可靠性、高刚度、高抗剪切和扭转的伸展臂；周思达,周小陈.“空间伸展臂的技术现状与难点”(中国空间科学技术,2014(06):38-50)介绍了盘绕式伸展臂的组成，并对三种展开控制方式进行对比分析；CHENWu-jun、LUOYao-zhi、FUGong-yi著的“Designconceptionanddeploymentsimualationforahighlysynchronizedextendable/retractablespacemast”(InternationalJournalofSpaceStructures,2001,16(4)：261-269)研究了同步伸展臂结构机构、节点实现、展开动力学分析方法等；LuisM.Macareno、JosuAgirrebeitia、CarlosAngulo等著的“FEMsubsystemreplacementtechniquesforstrengthproblemsinvariablegeometrytrusses”(FiniteElementsinAnalysisandDesign,2008,44:346-357)研制了八面体桁架单元样机、提出了紧凑型组合节点、进行了非线性分析与试验研究；EidenM,BrunnerO,StavrinidisC“DeploymentAnalysisoftheOlympusAstromastandComparisonwithTestMeasurements”(JournalofSpacecraft&Rockets,1987,24(1):63-68)利用三维模型来表示每个桁架和纵杆的初始预应力状态，提出一个分析过程来预测伸展臂桁架的变形，利用分析结果验证模型的合理性。上述文献针对盘绕式伸展臂桁架展开/收拢行为的研究、设计整体构型，针对八面体桁架等其他伸展臂类型的节点设计，没有关于盘绕式伸展臂底部节点详细报道。盘绕式伸展臂纵杆的底部节点是该结构的关键点之一。在盘绕/伸展过程中纵杆承受转动弯矩和扭矩，避免纵杆底端部弯矩过大导致纵杆在盘绕过程损坏；展开到位的限位和锁定可提高伸展臂展开精度和使用状态刚度，纵杆无限位导致伸展定位不准以及底部节点无锁定导致伸展臂展开后刚度低。因此，本领域的技术人员致力于开发一种节点小、运动灵活、刚度高、定位准的盘绕式伸展臂桁架的底部节点。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是供一种节点小、运动灵活、刚度高、定位准的盘绕式伸展臂桁架的底部节点。为实现上述目的，本专利技术提供了一种盘绕式伸展臂桁架的纵杆底部节点，包括U型主架以及安装在U型主架上的限位部件和双键位转轴，双键位转轴上套设有纵杆接头和齿状限位片，纵杆接头用于与盘绕式伸展臂桁架的纵杆连接，限位部件包括限位键，齿状限位片上设置有多个齿，限位键的上端部与齿状限位片的齿配合；其中，纵杆接头和齿状限位片均能够绕双键位转轴做单向转动，纵杆接头的转动角度为0°～90°；在伸展臂由盘绕状态到完全展开状态过程中，齿状限位片每移动一个齿，限位键都受到齿状限位片施加的压力不断地做向上伸和向下压缩运动，限位键向上伸时能够实现对齿的限位，限位键向下压缩时能够实现对齿的释放直至伸展臂完全展开。进一步地，在伸展臂由盘绕状态到完全展开状态过程中，纵杆接头绕双键位转轴转动了90°。进一步地，双键位转轴的两端通过双段梯形沉头螺钉与U型主架连接。更进一步地，双键位转轴具有带两凸出部的圆形截面，纵杆接头的通孔形状和齿状限位片的通孔形状与双键位转轴的截面形状相同，双键位转轴的两端设置有用于与双段梯形沉头螺钉连接的内孔。更进一步地，双段梯形沉头螺钉包括头部和杆部，杆部包括矩形杆部和圆形杆部，矩形杆部的各边长均大于圆形杆部的直径。进一步地，纵杆接头呈矩形，纵杆接头的上端部具有用于插入纵杆的圆孔，纵杆接头的下端部具有圆弧形表面，以利于节约空间。进一步地，齿状限位片上的齿设置有6个，限位键的上端部和齿状限位片上齿均具有垂直面和弧形面，齿的垂直面与限位键的垂直面接触限位，齿的弧形面与限位键的弧形面重合。进一步地，限位部件还包括定位筒体、复位压缩弹簧和弹簧芯轴座，限位键的下端部和弹簧芯轴座上均具有圆柱形芯轴，复位压缩弹簧的两端分别与限位键下端部的圆形柱芯轴和弹簧芯轴座上的圆柱形芯轴连接，定位筒体具有中空内部，限位键的下端部、弹簧芯轴座和复位压缩弹簧均嵌在定位筒体的中空内部，限位键的上端部从定位筒体的顶部的孔伸出与齿状限位片的齿配合。更进一步地，当齿状限位片转动时，齿状限位片能够对限位键施加压力，从而使复位弹簧上下伸缩，当复位压缩弹簧处于压缩时，齿状限位片转动一个齿，当复位压缩弹簧上伸时，限位键扣住齿状限位片使其限位，复位压缩弹簧不断重复运动直至伸展臂伸展完毕。更进一步地，定位筒体的中空内部包括第一部分和第二部分，第二部分的厚度与弹簧芯轴座的底板的厚度相同，第一部分的截面宽度小于第二部分的截面宽度，使得弹簧芯轴座的底板嵌入第二部分后不能继续嵌入第一部分中。进一步地，U型主架通过销轴和销轴螺帽与伸展臂桁架的底板连接。进一步地，纵杆接头通过注入环氧树脂胶与纵杆固定连接。进一步地，齿状限位片呈圆形，每个齿在齿状限位片所在的圆上的圆心角为22.5°，齿状限位片上除去齿的部分圆心角为225°。进一步地，当盘绕式伸展臂处于收拢状态时，纵杆接头处于横向水平方向，当盘...

【技术保护点】
一种盘绕式伸展臂桁架的纵杆底部节点，其特征在于，包括U型主架以及安装在所述U型主架上的限位部件和双键位转轴，所述双键位转轴上套设有纵杆接头和齿状限位片，所述纵杆接头用于与盘绕式伸展臂桁架的纵杆连接，所述限位部件包括限位键，所述齿状限位片上设置有多个齿，所述限位键的上端部与所述齿状限位片的所述齿配合；其中，所述纵杆接头和所述齿状限位片均能够绕所述双键位转轴做单向转动，所述纵杆接头的转动角度为0°～90°；在伸展臂由盘绕状态到完全展开状态过程中，所述齿状限位片每移动一个齿，所述限位键都受到所述齿状限位片施加的压力不断地做向上伸和向下压缩运动，所述限位键向上伸时能够实现对所述齿的限位，所述限位键向下压缩时能够实现对所述齿的释放直至伸展臂完全展开。

【技术特征摘要】
1.一种盘绕式伸展臂桁架的纵杆底部节点，其特征在于，包括U型主架以及安
装在所述U型主架上的限位部件和双键位转轴，所述双键位转轴上套设有纵杆接头和
齿状限位片，所述纵杆接头用于与盘绕式伸展臂桁架的纵杆连接，所述限位部件包括
限位键，所述齿状限位片上设置有多个齿，所述限位键的上端部与所述齿状限位片的
所述齿配合；
其中，所述纵杆接头和所述齿状限位片均能够绕所述双键位转轴做单向转动，所
述纵杆接头的转动角度为0°～90°；
在伸展臂由盘绕状态到完全展开状态过程中，所述齿状限位片每移动一个齿，所
述限位键都受到所述齿状限位片施加的压力不断地做向上伸和向下压缩运动，所述限
位键向上伸时能够实现对所述齿的限位，所述限位键向下压缩时能够实现对所述齿的
释放直至伸展臂完全展开。
2.根据权利要求1所述的盘绕式伸展臂桁架的纵杆底部节点，其特征在于，在伸
展臂由盘绕状态到完全展开状态过程中，所述纵杆接头绕所述双键位转轴转动了90°。
3.根据权利要求1所述的盘绕式伸展臂桁架的纵杆底部节点，其特征在于，所述
双键位转轴的两端通过双段梯形沉头螺钉与所述U型主架连接。
4.根据权利要求3所述的盘绕式伸展臂桁架的纵杆底部节点，其特征在于，所述
双键位转轴具有带两凸出部的圆形截面，所述纵杆接头的通孔形状和所述齿状限位片
的通孔形状与所述双键位转轴的截面形状相同，所述双键位转轴的两端设置有用于与
所述双段梯形沉头螺钉连接的内孔。
5.根据权利要求3或4所述的盘绕式伸展臂桁架的纵杆底部节点，其特征在于，
所述双段梯形沉头螺钉包括头部和杆部，所述杆部包括矩形杆部和圆形杆部，所述矩
形杆部的各边长均大于所述圆形杆部的直径。
6.根据权利要求1所述的盘绕式伸展臂桁架的纵杆底部节点，其特征在于，所述
齿状限位片上的齿设置有6个，所述限位键的上端部和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈务军，游晋，樊鹏玄，贾林睿，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31