一种微型柔性盘压杆制造技术

一种微型柔性盘压杆，是由环形横架、纵杆以及斜拉绳索组成；环形横架通过Ｍ２螺钉与纵杆固连，斜拉绳索将相邻环形横架连接在一起。该环形横架由四个旋转铰链、四个Ｍ２螺钉和一个圆环支撑件组成，该圆环支撑件和四个旋转铰链分别通过四个Ｍ２的螺钉相连。纵杆分别贯穿于四个旋转铰链的穿孔中，该纵杆材料为超弹性非晶态合金，纵杆依靠与其连接的环形横架和斜拉绳索承受轴向拉压、侧向弯曲和扭转。在盘绕折叠过程中，纵杆屈曲所至端点转角由旋转铰链实现。收拢时纵杆受弯曲盘紧，压缩比大，最大可以达到５％。展开时四根连续纵杆为可展机构提供轴向弯曲刚度和强度。本发明专利技术在航天微小型卫星展开机构领域里具有实用价值和广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种微型柔性盘压杆，在民用方面可以作为小型精密仪器、机械伸展 臂等主支撑机构，在航空航天方面可作为微小卫星天线、重力梯度稳定等主结构。属于航天 器材和设备

技术介绍
随着航天技术的不断发展，任务需求的多样化，卫星的功能日益复杂，体积慢慢扩 大，重量逐步增加，造价也越来越昂贵，承担的风险越来越大，人们又把目光投向了微小型 卫星，微小型卫星主要具有以下特点重量轻、体积小、成本低、研制周期短、轨道低、发射容 易、生存能力强。但同时由于微小卫星的体积和功能多样化之间存在着矛盾，为了解决这一 矛盾，精密的微小型展开机构应运而生。这种展开机构需要在发射段收缩、在空间可展开以 满足任务需求。常用的空间展开机构主要有薄壁管展开机构、套筒展开机构、铰接展开机构、盘绕 展开机构等。薄壁管展开机构构造简单、可靠性高、可重复展开和收拢，但其根部翘曲限制 了结构强度，因而热稳定性、抗弯及抗扭刚度较低，难以实现精确定位；套筒展开机构可靠 性高、可重复展开和收拢，但收拢后所占体积很大、构造较复杂；铰接展开机构刚度高、寿命 长、抗振性好、精度高，但构造工艺很复杂、铰接点多、可靠性相对较低。上述三种展开机构 共同存在的问题收拢后整个结构复杂，收拢体积较大，不适合微小卫星对展开机构的要求。 而盘绕展开机构构造简单、质量较小、可靠性高、伸缩比大，本专利技术所采用的微小型柔性盘 压杆即属于盘绕展开机构。盘压杆是一个敞开的柱形桁架，它由纵杆、横架和斜拉绳索组成，由盘绕纵梁来收 拢整个机构。纵杆为连续的细长弹性杆，它的长度与桁架的长度相同；横架是在垂直于纵梁 平面中的结构件，与纵梁铰接连接；斜拉绳索是在柱杆每侧的方形面中十字交叉的绳索。盘压杆的横架截面通常为三角形或者三叉形，但是这两种构型铰链设计复杂，体 积较大，不利于展开机构的小型化，所以采用了一种环形截面形式，本专利技术为一种采用环形 截面的微小型柔性盘压杆。
技术实现思路
1、目的本专利技术的目的是提供一种微型柔性盘压杆，它是一种高伸缩比、高可靠性 的盘绕展开机构。2、技术方案见图1，本专利技术一种微型柔性盘压杆，是由环形横架、纵杆以及斜拉 绳索组成。它们之间的位置连接关系是环形横架通过M2螺钉与纵杆固连，斜拉绳索将相 邻环形横架连接在一起。所述环形横架由四个均布的旋转铰链和一个圆环支撑件连接而组成，它为纵杆提 供横向支撑；该圆环支撑件厚度为2. 5-3. 5mm，外径68-72mm，内径63_67mm，其上沿旋转铰 链均布8个斜拉绳索连接光孔6A，其内侧相应设置4个M2螺钉连接光孔6B ；该旋转铰链是圆筒形件，其长度是4-6mm，外径为3. 0-3. 5mm,内径为1. 9-2. 1mm，其上设置有纵杆连接孔 4A。M2螺钉穿过圆环支撑件和旋转铰链与纵杆相固连，既达到了将圆环支撑件和铰链的相 连，又使纵杆与旋转铰链的位置相对固定，同时达到了旋转铰链相对于圆环支撑件可以绕 径向转动的目的。所述纵杆分别贯穿于四个旋转铰链的穿孔中，该纵杆材料为超弹性非晶态合金， 截面为圆形，直径1. 25-1. 35mm，长度275_285mm，纵杆依靠与其连接的环形横架和斜拉绳 索承受轴向拉压、侧向弯曲和扭转力。所述斜拉绳索为弹性绳，截面为圆形，直径0. 55-0. 65mm,长度88_90mm。弹性模量 为 10. 7GPa。相邻两个环形横架的节距根据微型柔性盘压杆的刚度确定，在盘绕折叠过程中， 纵杆屈曲所至端点转角由旋转铰链实现。微型柔性盘压杆的盘绕半径R(即四根纵杆中心 线外接圆半径)其大小按该盘压杆的刚度决定；纵杆长度与该盘压杆展开长度相同，由具 有优异超弹性的非晶态合金加工而成。收拢时纵杆受弯曲盘紧，压缩比大，最大可以达到 5%。展开时连续纵杆为该盘压杆提供轴向弯曲刚度和强度。纵杆直径根据微型柔性盘压 杆的刚度、盘绕半径等确定。其中，环形横架的数量是五层；其中，纵杆的数量是四根；其中，所述的微型柔性盘压杆的盘绕半径R(即四根纵杆中心线外接圆半径)一般 为30 200mm，设计为38. 5mm ；其中，相邻两个环形横架之间的节距应满足盘压时几何约束协调，半节距小于盘 绕半径，且展开时斜拉绳索两端点距离要大于收拢时的距离，可推导出节距取值范围R < t < 2R,设计为 t = 70mm。3、优点及功效本专利技术一种微型柔性盘压杆，其优点及功效是以最简单的机构 形式实现了最大伸缩比、最小的收拢体积。目前国内外所研究的盘绕式有铰展开机构普遍 存在铰链设计复杂、安装困难、盘绕半径过大，重量较重等问题。本专利技术通过采用环形截面 以及铰链的简化设计，使得铰链的形式更加简化，盘绕半径更小，减少了零件数量、简化了 装配布局和检测、简化了加工工艺、节约了成本。可用于小型精密仪器、微小卫星天线、重力 梯度杆等主支撑结构，而且在机械结构领域均有着广阔的应用前景。附图说明图1为本专利技术的展开结构示意图。图2为环形横架示意图。图3为旋转铰链示意图。图4为圆环支撑件示意图。图5为本专利技术的收拢结构示意中具体标号说明如下1——环形横架2——纵杆3——斜拉绳索4——旋转铰链4A——纵杆连接孔4B——M2螺钉连接螺纹孔5——M2*8螺钉6——圆环支撑件6A——8个斜拉绳索连接光孔 6B——4个M2螺钉连接光孔具体实施例方式下面结合附图，对本专利技术的设计方案做进一步的说明。如图1所示，本专利技术一种微型柔性盘压杆，它包括五层环形横架1、四根纵杆2以 及斜拉绳索3。它们之间的位置连接关系是环形横架1通过M2*8螺钉5与四根纵杆2固 连，斜拉绳索3将相邻环形横架1连接在一起。如图2，所述的环形横架1，由四个旋转铰链4、四个M2*8螺钉5和圆环支撑件6组 成，为微型柔性盘压杆的主支撑结构。如图3，所述的旋转铰链4有两个连接孔，分别是纵杆连接孔4A和M2螺钉连接螺 纹孔4B。如图4，所述的圆环支撑件6中8个斜拉绳索连接光孔6A是将相邻的环形横架1 相连接，可以提高微型柔性盘压杆的抗剪切和抗扭转刚度；而4个M2螺钉连接光孔6B是将 圆环支撑件6与旋转铰链4通过M2*8螺钉5相连接，限制旋转铰链4的三个位移和两个转 动，但不限制径向转动。本专利技术一种微型柔性盘压杆，关键参数的设计1、纵杆2直径d根据整体刚度的要求和材料的力学性能，确定d = 1. 3mm。2、纵杆2弹性极限弯曲应变εr πdε =—2R式中d为纵杆2直径；R为微型柔性盘压杆盘绕半径，取38. 5mm ；考虑到纵杆2的材料性能和整体的刚度，选取纵杆弹性极限弯曲应变ε = 0. 017。3、微型柔性盘压杆收拢高度hh = 5aa为圆环支撑件厚度，为3mm，因此收拢高度h = 15mm。4、设置纵杆的长度为280mm，则微型柔性盘压杆的伸缩比μ = h/L = 15/280 = 5. 36%权利要求一种微型柔性盘压杆，其特征在于它是由环形横架、纵杆以及斜拉绳索组成；它们之间的位置连接关系是环形横架通过M2螺钉与纵杆固连，斜拉绳索将相邻环形横架连接在一起；所述环形横架由四个均布的旋转铰链和一个圆环支撑件连接而组成，它为纵杆提供横向支撑；该圆环支撑件其上沿旋转铰链均布8个斜拉绳索连接光孔，其内侧相应设置4个M2螺钉连接光孔；该M2螺钉穿过圆环支撑件和旋转铰链与纵杆相固连，既使本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微型柔性盘压杆，其特征在于：它是由环形横架、纵杆以及斜拉绳索组成；它们之间的位置连接关系是：环形横架通过Ｍ２螺钉与纵杆固连，斜拉绳索将相邻环形横架连接在一起；　　所述环形横架由四个均布的旋转铰链和一个圆环支撑件连接而组成，它为纵杆提供横向支撑；该圆环支撑件其上沿旋转铰链均布８个斜拉绳索连接光孔，其内侧相应设置４个Ｍ２螺钉连接光孔；该Ｍ２螺钉穿过圆环支撑件和旋转铰链与纵杆相固连，既使纵杆与旋转铰链的位置相对固定，又达到了旋转铰链相对于圆环支撑件可以绕径向转动的目的；　　所述纵杆分别贯穿于四个旋转铰链的穿孔中，该纵杆材料为超弹性非晶态合金，截面为圆形，纵杆依靠与其连接的环形横架和斜拉绳索承受轴向拉压、侧向弯曲和扭转力；　　所述斜拉绳索为弹性绳，截面为圆形，弹性模量为１０．７ＧＰａ；　　该微型柔性盘压杆的盘绕半径Ｒ即四根纵杆中心线外接圆半径，其大小按该盘压杆的刚度决定；相邻两个环形横架的节距也是根据该盘压杆刚度确定；在盘绕折叠过程中，纵杆屈曲所至端点转角由旋转铰链实现；纵杆长度与该盘压杆展开长度相同，由具有优异超弹性的非晶态合金加工而成；收拢时纵杆受弯曲盘紧，压缩比大；展开时连续纵杆为该盘压杆提供轴向弯曲刚度和强度。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王新升，岳冠楠，张钊，周旭，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]