盘绕式三角形横架有铰空间伸展臂制造技术

本实用新型专利技术涉及一种盘绕式三角形横架有铰空间伸展臂，包括：若干铰接式三角形横架、三根纵杆及若干对角加劲索：铰接式三角形横架，由三个三角形铰接头和三根钛镍合金短杆组成，为纵杆提供侧向支撑；所述的三角形铰接头由一个６０°连接件、一个有阶梯的圆柱接头、三个螺钉和两个螺母组成；钛镍合金短杆的端头通过两个Ｍ２螺钉固定于６０°连接件上的孔内；６０°连接件上还设有的两个孔用于固定对角加劲索；圆柱接头较细的一端为Ｍ２螺纹，通过螺母限制圆柱接头相对于６０°连接件的三个位移和两个转动，但不限制轴向转动；圆柱接头通过轴向的Ｍ３螺钉将纵杆与６０°连接件固定连接。本实用新型专利技术可用于空间探测臂、航天器大型太阳电池阵、空间站主结构等领域。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种盘绕式三角形横架有铰空间伸展臂，属于航天器设计
技术背景随着航天器功能的日益复杂，对航天器的能源需求成倍增长，航天器太阳 电池阵的面积也随之成倍增长，但航天器的包络尺寸受运载火箭有效载荷舱容 积的限制，这就需要可在发射段收縮、在空间展开的空间伸展臂。我国未来的 空间站对能源功率的需求将在20kW以上，现有的刚性基板一扭簧铰链展开式 太阳翼已无法满足需求，而盘绕式空间伸展臂是未来大功率太阳翼的最佳选择。又如电子侦察卫星为准确对地面信号源定位，要求多个探测器之间有足够的 基线长度，使用盘绕式空间伸展臂可以较好满足该要求。目前，常用的空间伸展臂主要有薄壁管状伸展臂、套筒管状伸展臂、铰接 式伸展臂、盘绕式伸展臂等。薄壁管状伸展臂构造简单、可靠性高、收拢体积 小、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；套筒管状伸展臂可靠性高、可重复展开 和收拢，但收拢后仍较长、构造较复杂；铰接式伸展臂刚度高、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；盘绕式伸展 臂构造简单、质量较小、可靠性高、伸縮比大，缺点是刚度相对铰接式低。盘绕式伸展臂是目前研究最深入、应用最广泛的一种伸展臂体制，可分为有铰式和无铰式。国外已有相应的机构研制成功盘绕式空间伸展臂，比较有代表性的是包括美国国家航空航天局研制的Astro-mast伸展臂成功应用于 Voyager航天器；日本Utline公司研制的Hingeless-mast无铰伸展臂成功应用于 Space Flight Unit航天器的太阳电池阵。由于各方面原因国内对空间可展机构的 研究起步较晚，目前虽已开展相关研究，但尚无成功应用于航天器的盘绕式空 间伸展臂，且国外的技术又对中国保密。受制于此国内的航天器始终局限在中、 小型平台难以"大型化"。本技术通过采用了一种简单的铰链形式实现了该 伸展臂的研制。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种盘绕式三角形横架有铰空间伸展臂，是一 种高伸縮比、可自主展开的低成本盘绕式有铰空间伸展臂。本技术是一种盘绕式三角形横架有铰空间伸展臂，其技术方案是该 伸展臂包括若干铰接式三角形横架、三根纵杆及若干对角加劲索。所述的铰接式三角形横架，由三个三角形铰接头和三根钛镍合金短杆组成， 为纵杆提供侧向支撑。所述的三角形铰接头由一个60。.连接件、 一个有阶梯的 圆柱接头、三个螺钉和两个螺母组成。钛镍合金短杆的端头通过两个M2螺钉 固定于60°连接件上的孔内；60°连接件上还设有两个①lmm的孔用于固定 对角加劲索；圆柱接头较细的一端为M2螺纹，通过螺母限制圆柱接头相对于 60°连接件的三个位移和两个转动，但不限制轴向转动；圆柱接头通过轴向的 M3螺钉将纵杆与60°连接件固定连接。相邻两个三角形横架的节距根据伸展臂刚度确定，在盘绕折叠过程中，纵 杆屈曲所至端点转角由铰链实现，对角加劲索所引起的形变由三根短杆的弯曲变形实现。三根纵杆长度与伸展臂展开长度相同，由具有优异超弹性的钛镍形 状记忆合金加工而成。收拢时纵杆受弯曲盘紧，压缩比大，最大可以达到3%。 展开时三根连续纵杆为伸展臂提供轴向弯曲刚度和强度。纵杆直径根据伸展臂 刚度、盘绕半径等确定。节间对角加劲索为伸展臂每侧面节间钢丝，承受预应 力，提高伸展臂抗剪切和抗扭转刚度。其中，所述的纵杆直径为2mm。其中，所述的伸展臂盘绕半径R (三根纵杆中心线外接圆半径)对刚度有 重要影响， 一般为.50 200mm。其中，相邻两个铰接式三角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，且展开时对角加劲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。本技术一种盘绕式三角形横架有铰空间伸展臂，其优点及功效是以 简单的机构形式实现了高伸縮比、高可靠性、高刚度的伸展臂。相比国外己研 制的盘绕式有铰伸展臂，铰链的形式更加简化，减少了零件数量、简化了装配 布局和检测、减轻了质量、节约了成本。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。附图说明图1为盘绕式有铰空间伸展臂的展开后示意图。图2为铰接式三角形横架示意图。图3为圆柱接头的剖视图图4为盘压收拢状态示意图。.图中具体标号如下1、三角形横架 2、纵杆 3、对角加劲索4、三角形铰接头 5、 60°连接件 6、圆柱接头7、 M2螺钉 8、 M3螺钉 9、螺母10、钛镍合金短杆具体实施方式以下结合附图，对本技术的技术方案做进一步的说明。 如图1所示，本发一种盘绕式三角形横架有铰空间伸展臂，其技术方案是: 该伸展臂包括若干铰接式三角形横架l、三根纵杆2及若干对角加劲索3。如图2，所述的铰接式三角形横架，由三个三角形铰接头4和三根钛镍合 金短杆10组成，为纵杆提供侧向支撑。所述的三角形铰接头4由一个60° 连接件5、 一个有阶梯的圆柱接头6、三个螺钉和两个螺母9组成。钛镍合金短 杆10的端头通过两个M2螺钉7固定于60°连接件5的孔内；60°连接件上 还设有的两个①lmm的孔用于固定对角加劲索；圆柱接头如图3所示，其较细 的一端为M2螺纹，通过螺母9限制圆柱接头相对于60。连接件的三个位移和 两个转动，但不限制轴向转动；圆柱接头通过轴向的M3螺钉8将纵杆与60。 连接件固定连接。相邻两个三角形横架的节距根据伸展臂刚度确定，在盘绕折叠过程中，纵 杆屈曲所至端点转角由铰链实现，对角加劲索所引起的形变由三根短杆的弯曲 变形实现。三根纵杆长度与伸展臂展开长度相同，由具有优异超弹性的钕镍形 状记忆合金加工而成。收拢时纵杆受弯曲盘紧，压縮比大，最大可以达到3%。 展开时三根连续纵杆为伸展臂提供轴向弯曲刚度和强度。纵杆直径根据伸展臂 刚度、盘绕半径等确定。节间对角加劲索为伸展臂每侧面节间钢丝，承受预应 力，提高伸展臂抗剪切和抗扭转刚度。下面详述伸展臂各参数的设计。1、伸展臂设计参数本技术所述的伸展臂设计参数包括几何结构设计参数、结构特性等。 结构几何设计决定结构特性(频率、模态、屈曲临界载荷)、质量、伸縮比。 伸展臂节距、伸展臂盘绕半径、以及纵杆直径是关键设计参数。(1) 纵杆直径d 根据整体刚度的要求和材料的力学性能，确定d=2mm。(2) 纵杆弹性极限弯曲应变s￡■=——2及式中d为纵杆直径；R为伸展臂盘绕半径。考虑到纵杆的材料性能和整体的刚度，选取伸展臂纵杆弹性极限弯曲应变 f = 0.0143。(3) 盘绕半径R伸展臂盘绕半径R (三根纵杆中心线外接圆半径)对刚度有重要影响，一 般为50 200mm，由上面的计算得R=70mm。(4) 节距t节距是指相邻两个三叉架之间的距离节距应满足盘压时几何约束协调。 半节距小于盘绕半径，且展开时对角加劲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，取？ = 1.36i95附m 。(5) 收藏高度h参阅图4，伸展臂盘绕一圈后三根纵杆叠起的高度为c = 3(e +力其中e为盘压后纵杆间的间隙(纵杆与三角形横架的三角形铰接头高度)， 为保证连接处强度取e=d，则伸展臂完全收拢后的高度h为其中/为伸展臂展开后的长度。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种盘绕式三角形横架有铰空间伸展臂，包括：若干铰接式三角形横架、三根纵杆及若干对角加劲索，其特征在于：所述的铰接式三角形横架，由三个三角形铰接头和三根钛镍合金短杆组成，为纵杆提供侧向支撑；所述的三角形铰接头由一个６０°连接件、一个有阶梯的圆柱接头、三个螺钉和两个螺母组成；钛镍合金短杆的端头通过两个Ｍ２螺钉固定于６０°连接件上的孔内；６０°连接件上还设有的两个孔用于固定对角加劲索；圆柱接头较细的一端为Ｍ２螺纹，通过螺母限制圆柱接头相对于６０°连接件的三个位移和两个转动，但不限制轴向转动；圆柱接头通过轴向的Ｍ３螺钉将纵杆与６０°连接件固定连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄海，张伟，王新升，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：实用新型
国别省市：11[]