一种高刚度、轻量化套筒制造技术

本发明专利技术公开了一种高刚度、轻量化的套筒。使用本发明专利技术能够实现大型空间展开机构从较小包络展开到较大面积的最终工作状态，并且具有较高的展开状态刚度和较轻的重量。本发明专利技术包括多个套筒、展开绳索、绕线轮和驱动电机；其中，多个套筒依次套接，展开绳索绕过安装在各套筒上的滑轮与绕线轮连接，绕线轮与驱动电机连接，展开绳索在驱动电机的驱动下，牵动各级套筒展开。相邻两级套筒展开后通过锥配合及锁定块实现锁定状态高刚度，并通过内键实现周向定位，展开后，套筒机构具有高刚度、重量轻的特点，且展开过程无杠丝等机械结构，稳定性高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及空间航天器展开
，具体涉及一种高刚度、轻量化套筒。
技术介绍
随着航天技术的发展以及需求的增加，要求航天器具有更大展开面积的太阳翼以及更大面积的展开天线等空间大型可展开机构。空间大型可展开机构在航天器发射状态收拢在航天器上，当航天器入轨后，根据指令，从收拢状态展开到最终工作状态，因此需要大型空间展开部件驱动其展开。为满足航天器姿控系统要求，一般要求大型可展开机构在展开状态具有较高的展开状态基频；另一方面为降低发射成本，需要同时降低大型空间展开机构的重量。大型空间展开机构中的空间展开部件作为核心部件，需要有较高的展开状态刚度以及轻量化的结构。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种高刚度、轻量化的套筒，能够实现大型空间展开机构从较小包络展开到较大面积的最终工作状态，并且具有较高的展开状态刚度和较轻的重量。本专利技术的高刚度、轻量化的套筒机构，包括N个套筒、展开绳索、绕线轮和驱动电机，N≥2；其中，N个套筒依次套接，展开绳索绕过安装在各套筒上的滑轮与绕线轮连接，绕线轮与驱动电机连接；其中，套筒i的前端为内锥，与套接在其内的套筒i+1的后端锥面配合；套筒i的后端为外锥，与套接在其外的套筒i-1的前端锥面配合；i＝1，2，…，N；套筒i与套筒i+1通过锁定机构锁定，其中，锁定机构包括锁块、锁块固定板、滚轮和压簧；锁块固定板固定在套筒i+1的后端；锁块的一端通过转轴与锁块固定板连接，另一端设有滚轮；压簧位于锁块和锁块固定板之间；套筒i的前端设有台阶，套筒锁定时，锁块在压簧的作用下抵触在套筒i前端的台阶面上；套筒i内侧设有径向的内键，套筒i+1前端设有与内键相配合的内槽。较优的，套筒i和套筒i+1锥面配合段的长度为套筒i的直径。较优的，包括多个锁定机构，多个锁定机构沿套筒周向均布。较优的，所述套筒由碳纤维材料制成。有益效果：(1)套筒展开后通过锥面配合及3个周向均布的锁块限位，具有较高的锁定刚度；(2)每级套筒本体结构为碳纤维复合材料一体化成型，无机械连接，具有较高的整体刚度和较低的重量；(3)套筒采用绳索驱动展开而不采用传统的丝杠螺母机构，因此套筒整体具有较低的重量。附图说明图1为本专利技术套筒收拢状态示意图。图2为套筒i本体结构图。图3为相邻两级套筒锁定状态局部视图。图4为相邻两级套筒解锁状态局部视图。图5为套筒展开方式原理图。图6(a)为套筒横截面上的周向限位键配合示意图，(b)为局部放大图。其中，1-套筒1，2-套筒2，3-套筒3，4-套筒4，5-套筒5，6-套筒6，7-套筒7，8-套筒8，9-套筒9，10-展开绳索，11-绕线轮，12-驱动电机，13-锁块，14-锁块固定板，15-滚轮，16-压簧。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。本专利技术提供了一种高刚度、轻量化的套筒机构。如图1所示，由第一级套筒1、第二级套筒2、第三级套筒3、第四级套筒4、第五级套筒5、第六级套筒6、第七级套筒7、第八级套筒8、第九级套筒9共9级套筒依次套接组成，展开绳索10绕过安装在各套筒上的滑轮与固定在底座的绕线轮11连接，绕线轮11与驱动电机12连接，展开绳索10在驱动电机12的驱动下，牵动各级套筒展开。相邻套筒通过锥面配合和锁块限位实现较高的锁定刚度。如图2所示，套筒i(i＝1，2，…，9)的两端为锥台型，套筒i的前端为内锥，与套接在其内的套筒i+1的后端锥面配合；套筒i的后端为外锥，与套接在其外的套筒i-1的前端锥面配合。各级套筒由复合材料一体成型，无机械连接。如图2所示，每级套筒本体通过用碳纤维在模具上缠绕成型，缠绕完成后，筒体前端形成内锥，筒体后端形成外锥，固化成型后，模具从套筒后端出模。套筒展开锁定后，任意两级套筒之间锁定部位的结构示意图如图3所示。套筒组件锁定后第i级和第i+1级套筒之间通过锥面配合和锁定机构锁定。其中，锁定机构包括锁块13、锁块固定板14、滚轮15和压簧16，其中，锁块固定板14固定在第i+1级套筒的后端；锁块13的一端通过转轴与锁块固定板14连接，另一端设有滚轮15；压簧16位于锁块13和锁块固定板14之间；套筒i的前端设有台阶，套筒展开时，锁块13依靠滚轮15与外侧套筒滑动配合，套筒锁定时，锁块13被压簧16压向逆时针方向，在压簧16的作用下抵触在套筒i前端的台阶面上。第i级套筒和第i+1级套筒锥面配合段的长度为第i级套筒的直径，同时套筒本体材料为碳纤维，相邻两级套筒锁定部位周向均布有3个锁定机构，具有较高的锁定刚度。套筒组件由底部的驱动电机驱动展开绳索展开，不采用丝杠驱动展开，从而使套筒组件整体具有较低的重量。套筒组件绳索布置方式以及展开形式如图4所示。套筒组件通过内键实现周向定位，如图6所示，第i级套筒内侧有3条从根部到尾部的内键，第i级套筒内的3条内键与第i+1级套筒前端法兰上的槽配合，实现套筒展开过程中的周向限位。收拢状态，套筒1～套筒9的装配关系如图1所示。套筒1位于最外侧，套筒9位于最内侧，驱动电机12及绕线轮11位于套筒组件的根部，展开绳索10在套筒中的布置方式如图5所示。套筒展开时，驱动电机12工作，驱动绕线轮11转动，带动展开绳索10绕在绕线轮11上，由于展开绳索10在套筒中的长度变短，因此2～9级套筒向外展开，由于相邻套筒之间通过内键实现周向限位，因此套筒展开过程中不会发生周向转动，随着绳索不断变短，相邻两级套筒展开并锁定，锁定位置状态如图3所示。各级套筒具有如下特点：均由复合材料一体成型，无机械连接；相邻两级套筒锁定后通过锥配合及锁定块实现锁定状态高刚度；各级套筒通过展开绳索驱动展开，重量轻；相邻套筒通过内键实现周向限位；相邻套筒锁定时，第i+1级套筒后端的锁定块与第i级套筒前端的锥面配合，实现锁定及限位，展开后，套筒机构具有高刚度、重量轻的特点，且展开过程无杠丝等机械结构，稳定性高。综上所述，以上仅为本专利技术的较佳实施例而已，并非用于限定本专利技术的保护范围。凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高刚度、轻量化的套筒机构，其特征在于，包括N个套筒、展开绳索(10)、绕线轮(11)和驱动电机(12)，N≥2；其中，N个套筒依次套接，展开绳索(10)绕过安装在各套筒上的滑轮与绕线轮(11)连接，绕线轮(11)与驱动电机(12)连接；其中，套筒i的前端为内锥，与套接在其内的套筒i+1的后端锥面配合；套筒i的后端为外锥，与套接在其外的套筒i‑1的前端锥面配合；i＝1，2，…，N；套筒i与套筒i+1通过锁定机构锁定，其中，锁定机构包括锁块(13)、锁块固定板(14)、滚轮(15)和压簧(16)；锁块固定板(14)固定在套筒i+1的后端；锁块(13)的一端通过转轴与锁块固定板(14)连接，另一端设有滚轮(15)；压簧(16)位于锁块(13)和锁块固定板(14)之间；套筒i的前端设有台阶，套筒锁定时，锁块(13)在压簧(16)的作用下抵触在套筒i前端的台阶面上；套筒i内侧设有径向的内键，套筒i+1前端设有与内键相配合的内槽。

【技术特征摘要】
1.一种高刚度、轻量化的套筒机构，其特征在于，包括N个套筒、展开绳索(10)、绕线轮(11)和驱动电机(12)，N≥2；其中，N个套筒依次套接，展开绳索(10)绕过安装在各套筒上的滑轮与绕线轮(11)连接，绕线轮(11)与驱动电机(12)连接；其中，套筒i的前端为内锥，与套接在其内的套筒i+1的后端锥面配合；套筒i的后端为外锥，与套接在其外的套筒i-1的前端锥面配合；i＝1，2，…，N；套筒i与套筒i+1通过锁定机构锁定，其中，锁定机构包括锁块(13)、锁块固定板(14)、滚轮(15)和压簧(16)；锁块固定板(14)固定在套筒i+1的后端；锁块(13)的一端通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：任守志，杨巧龙，王举，闫泽红，梁世杰，马静雅，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：北京;11