一种基于轮式同步转动机构锥式环形桁架可展开天线结构制造技术

技术编号:23403151 阅读:63 留言:0更新日期:2020-02-22 15:07
本发明专利技术涉及一种基于轮式同步转动机构锥式环形桁架可展开天线结构,包括N个等腰梯形折展单元,N≥3,各等腰梯形折展单元结构完全相同,相邻折展单元通过共用的斜杆和上下转角铰链连接,组成正N边形环形桁架;梯形折展单元包括弦杆、四组曲柄杆件、两组扭簧驱动组件、两个斜杆、四组转角滑块组件、四个转角铰链和两组轮式转动机构。本发明专利技术设计带有锥度的环形桁架结构,其结构刚度高于同口径、同质量情况下的柱状环形桁架结构,可满足空间大口径可展开天线的使用刚度要求。

A kind of deployable antenna structure of conical ring truss based on wheel synchronous rotating mechanism

【技术实现步骤摘要】
一种基于轮式同步转动机构锥式环形桁架可展开天线结构
本专利技术涉及一种基于轮式同步转动机构锥式环形桁架可展开天线结构,属于航天器材与设备

技术介绍
随着载人航天、对地观测、深空探测以及空间通信等事业的迅速发展,各类航天工程中需要的空间机构的尺寸越来越大,以满足不同航天任务的需求,但是受到航天运载工具有效空间容仓的限制,需要设计具有大折叠比的空间可展机构,在发射和运输阶段处于折叠状态并收拢于整流罩内,待航天器进入轨道后再展开至工作状态。可展开天线的出现与兴起使得人类对太空有了更深的认识。空间环形桁架可展开天线作为一种新型结构形式,具有大口径、轻质量、高收纳率等优点,在对可展开天线的研究中得到了广泛的关注,在移动通讯、电子侦察等领域均有涉及。现有的星载可展天线多采用铰接桁架式可展机构,可展开环形桁架结构是应用较为广泛的一种,但是现有的环形桁架结构类型单一,多为柱状,并且存在刚度较低、驱动复杂、展开过程缓慢和驱动电机质量较重的问题。因此,亟需提出制造工艺性好、收纳比高、展开过程迅速、驱动件质量较低等性能优良的环形桁架可展开天线机构,以满足不同航天任务的需求。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是:为克服现有技术的不足,提出一种基于轮式同步转动机构锥式环形桁架可展开天线结构,解决现有的单层环形桁架机构随天线口径的增大而刚度下降,无法达到使用刚度要求,及现有的环形桁架天线存在着驱动机构复杂、机构重量大、展开不同步、收纳比较低的问题。本专利技术解决技术的方案是:一种基于轮式同步转动机构锥式环形桁架可展开天线结构,包括N个等腰梯形折展单元,N≥3,各等腰梯形折展单元结构完全相同,相邻折展单元通过共用的斜杆和上下转角铰链连接,组成正N边形环形桁架;梯形折展单元包括弦杆、四组曲柄杆件、两组扭簧驱动组件、两个斜杆、四组转角滑块组件、四个转角铰链和两组轮式转动机构;弦杆包括两个上弦杆和两个下弦杆;两组轮式转动机构包括两组同步转动轮、两条同步转动带及四组转动带固定组件;每组同步转动轮包括个结构完全一样的转动轮,每个转动轮的转动角范围为0°-180°;在扭簧驱动组件处,每组同步转动轮中的转动轮中心与第一转动铰接头的转动中心固定连接,根据转动角需求,通过转动带固定组件将转动带固定于两转动轮上,两组同步转动轮中的转动带从同步轮轴向看呈X状布置;弦杆的一端通过第一转动铰接头与转角铰链转动连接,弦杆的另一端通过第一转动铰接头与扭簧驱动组件转动连接,同时第一转动铰接头与轮式转动机构固定连接,通过扭簧驱动组件及转动带共同作用,实现两侧转动铰接头的同步转动,斜杆的两端均与转角铰链转动连接,两个上弦杆及两个下弦杆均通过扭簧驱动组件转动连接;曲柄杆件的一端与弦杆转动连接,曲柄杆件的另一端与转角滑块组件转动连接;梯形折展单元之间通过四个转角铰链转动连接,梯形折展单元展开后呈等腰梯形状,整个天线结构展开呈锥台形,收拢状态为圆柱形。进一步的,扭簧驱动组件包括扭簧组件支座、连体扭簧和销轴,扭簧组件支座上设有两对同轴线的通孔,每对通孔内各设一对销轴,每根销轴上各套有连体扭簧的一半,连体扭簧的两端支撑在第一转动铰接头上。进一步的,连体扭簧材料为形状记忆合金,通过温控或电控方式,控制连体扭簧形变,带动第一转动铰接头在90°范围内转动。进一步的,同一梯形折展单元中所有铰接处转动副轴线均平行。进一步的,上弦杆长度大于下弦杆长度,一根上弦杆与一根下弦杆长度之和大于斜杆长度,梯形折展单元展开后,上弦杆与斜杆之间的夹角大于30°小于90°。进一步的,转角铰链包括第二转动铰接头和第三转动铰接头,第二转动铰接头和第三转动铰接头相互转动连接,第二转动铰接头和第三转动铰接头分别与弦杆一端的第一转动铰接头转动连接,第二转动铰接头和第三转动铰接头相互转动轴处与斜杆的一端转动连接。进一步的,第二转动铰接头和第三转动铰接头的转动夹角变化范围为60°-180°。进一步的,转角滑块组件包括第一转角滑块和第二转角滑块,第一转角滑块和第二转角滑块相互转动连接,第一转角滑块和第二转角滑块分别与曲柄杆件的一端转动连接,斜杆穿过第一转角滑块和第二转角滑块的相互转动轴,转角滑块组件相对斜杆可转动及移动。进一步的,第一转角滑块和第二转角滑块的转动夹角变化范围为60°-180°。进一步的,弦杆所在平面搭载与其平面形状相适应的单向透光薄膜或索网式天线网面,用于组网成大型空间曲面可展开天线结构。本专利技术与现有技术相比的有益效果是:(1)本专利技术设计带有锥度的环形桁架结构,其结构刚度高于同口径、同质量情况下的柱状环形桁架结构,可满足空间大口径可展开天线的使用刚度要求;(2)本专利技术收拢后体积小,重量轻,收拢后各展开单元杆件间可完全贴合,收纳比不低于5%;(3)本专利技术中加入了转角滑块组件,保证各单元同步展开,不需要增加额外的驱动机构,减轻了整个机构的重量;(4)本专利技术采用了模块化设计思想,模块数量可以根据天线口径的需求而扩展,模块扩展性强,可实现模块化生产,降低制造成本和难度;(5)本专利技术通过温控或电控方式控制扭簧驱动组件中形状记忆合金制备的连体扭簧驱动机构展开,展开过程迅速,实施方式简单、工作稳定可靠;(6)本专利技术的同步转动轮结构尺寸小,重量轻,可满足折展机构轻质、高收纳比的要求,由同步转动轮与传动带组成,通过与相应转动铰固接实现两侧机构的同步展开运动,实施方式简单、工作稳定可靠。附图说明图1是本专利技术完全展开立体结构示意简图;图2是本专利技术半展开立体结构示意简图;图3是本专利技术完全收拢立体结构示意简图;图4是本专利技术的折展单元完全展开立体结构示意简图;图5是本专利技术的折展单元半展开立体结构示意简图;图6是本专利技术的折展单元完全收拢立体结构示意简图;图7是本专利技术的折展单元中扭簧驱动组件及轮式转动杆机构立体结构示意简图;图8是本专利技术的扭簧组件B中扭簧立体结构示意简图;图9是本专利技术的转角铰链组件C立体结构示意简图;图10是本专利技术的转角滑块组件D立体结构示意简图;图11是本专利技术同步转动机构轴向同步转动示意简图;图12是本专利技术一组同步转动轮立体结构示意简图;图13是本专利技术两组轮式同步转动机构X状布置立体结构示意简图;图14是本专利技术同步转动轮与转动带固定组件立体结构示意简图;图15是本专利技术转动带立体结构示意简图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步阐述。如图4-6所示,一种基于轮式同步转动机构锥式环形桁架可展开天线结构,包括N个等腰梯形折展单元,N≥3,各等腰梯形折展单元结构完全相同,相邻折展单元通过共用的斜杆和上下转角铰链连接,组成正N边形环形桁架;梯形折展单元A包括弦杆、四组曲柄杆件3、两组扭簧驱动组件B、两个斜杆2、四组转角滑块组件D、四个转角铰链C和两组轮式转动机构E;弦杆包括两本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于轮式同步转动机构锥式环形桁架可展开天线结构,其特征在于,包括N个等腰梯形折展单元,N≥3,各等腰梯形折展单元结构完全相同,相邻折展单元通过共用的斜杆和上下转角铰链连接,组成正N边形环形桁架;/n梯形折展单元(A)包括弦杆、曲柄杆件(3)、扭簧驱动组件(B)、斜杆(2)、转角滑块组件(D)、转角铰链(C)和轮式转动机构(E);/n弦杆包括上弦杆(1)和两个下弦杆(4);/n两组轮式转动机构(E)包括两组同步转动轮(13)、两条同步转动带(14)及四组转动带固定组件;每组同步转动轮包括两个结构完全一样的转动轮(13);在扭簧驱动组件(B)处,每组同步转动轮中的转动轮中心与第一转动铰接头(5)的转动中心固定连接,根据转动角需求,通过转动带固定组件(15)将转动带(14)固定于两转动轮(13)上,两组同步转动轮中的转动带从同步轮轴向看呈X状布置;/n弦杆的一端通过第一转动铰接头(5)与转角铰链(C)转动连接,弦杆的另一端通过第一转动铰接头(5)与扭簧驱动组件(B)转动连接,同时第一转动铰接头(5)与轮式转动机构(E)固定连接,通过扭簧驱动组件(B)及转动带(14)共同作用,实现两侧转动铰接头(5)的同步转动,斜杆(2)的两端均与转角铰链(C)转动连接,上弦杆(1)及下弦杆(4)均通过扭簧驱动组件(B)转动连接;曲柄杆件(3)的一端与弦杆转动连接,曲柄杆件(3)的另一端与转角滑块组件(D)转动连接;/n梯形折展单元(A)之间通过转角铰链(C)转动连接,梯形折展单元(A)展开后呈等腰梯形状,整个天线结构展开呈锥台形,收拢状态为圆柱形。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于轮式同步转动机构锥式环形桁架可展开天线结构,其特征在于,包括N个等腰梯形折展单元,N≥3,各等腰梯形折展单元结构完全相同,相邻折展单元通过共用的斜杆和上下转角铰链连接,组成正N边形环形桁架;
梯形折展单元(A)包括弦杆、曲柄杆件(3)、扭簧驱动组件(B)、斜杆(2)、转角滑块组件(D)、转角铰链(C)和轮式转动机构(E);
弦杆包括上弦杆(1)和两个下弦杆(4);
两组轮式转动机构(E)包括两组同步转动轮(13)、两条同步转动带(14)及四组转动带固定组件;每组同步转动轮包括两个结构完全一样的转动轮(13);在扭簧驱动组件(B)处,每组同步转动轮中的转动轮中心与第一转动铰接头(5)的转动中心固定连接,根据转动角需求,通过转动带固定组件(15)将转动带(14)固定于两转动轮(13)上,两组同步转动轮中的转动带从同步轮轴向看呈X状布置;
弦杆的一端通过第一转动铰接头(5)与转角铰链(C)转动连接,弦杆的另一端通过第一转动铰接头(5)与扭簧驱动组件(B)转动连接,同时第一转动铰接头(5)与轮式转动机构(E)固定连接,通过扭簧驱动组件(B)及转动带(14)共同作用,实现两侧转动铰接头(5)的同步转动,斜杆(2)的两端均与转角铰链(C)转动连接,上弦杆(1)及下弦杆(4)均通过扭簧驱动组件(B)转动连接;曲柄杆件(3)的一端与弦杆转动连接,曲柄杆件(3)的另一端与转角滑块组件(D)转动连接;
梯形折展单元(A)之间通过转角铰链(C)转动连接,梯形折展单元(A)展开后呈等腰梯形状,整个天线结构展开呈锥台形,收拢状态为圆柱形。


2.如权利要求1所述的一种基于轮式同步转动机构锥式环形桁架可展开天线结构,其特征在于,扭簧驱动组件(B)包括扭簧组件支座(8)、连体扭簧(6)和销轴(7),扭簧组件支座(8)上设有两对同轴线的通孔,每对通孔内各设一对销轴,每根销轴上各套有连体扭簧(6)的一半,连体扭簧(6)的两端支撑在第一转动铰接头(5)上。


3.如权利要求2所述的一种基于轮式同步转动机构锥式环形桁架可展开天线结构,其特征在于,连体扭簧(6)材料为形状记忆合金,通过温控或电控方式,控制连体扭簧(6)形变,带动第一转动铰...

【专利技术属性】
技术研发人员:李萌吴桐耿新宇李媛媛仝照远崔程博翟家跃
申请(专利权)人:中国空间技术研究院
类型:发明
国别省市:北京;11

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