CN102820516B - 一种基于正方形单元平面阵列可展机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于正方形单元平面阵列可展机构，包括多个正方形单元分别在横向和纵向通过十字分层连杆与十字正交连杆、上分层连杆、右分层连杆、左分层连杆连接组合；正方形单元机构以十字分层连杆为中心分别与四根T形杆的一端连接；四根T形杆与直角连杆和分层直角连杆连接；正方形单元机构组成构件类别少，结构简单；机构展开过程平稳，冲击小，可重复性强；制备加工简单，易于装配，误差小；整个***只有一个自由度，机构采用微小型电动机驱动，驱动简单，易于控制。本发明基于正方形单元平面阵列可展机构特别适用于卫星天线展开***的大面积展开收缩的领域，也可应用于其它如工艺品和建工建材领域。
Description
技术领域
本发明属结构设计领域，涉及一种单元平面展开收缩机构，具体地说,涉及一种基于正方形单元平面阵列可展机构。
背景技术
随着空间技术和信息化技术的发展，星载可展开天线广泛应用于地球静止轨道通信导航卫星、空间探测卫星、电子侦察卫星等多种类卫星上，发达国家竞相研发该项技术。随着我国移动通讯、大地测量和太空探测等航天技术的发展，迫切需要研究发展大收缩比空间天线以提高其传输带宽、信号增益和简化地面接收装置。但由于火箭有效运载空间、运载力的限制，要求天线在发射阶段以折叠状固定在运载工具有效载荷舱内，待航天器进入轨道后，再由地面控制中心指令其在空间轨道按设计要求逐步完成展开动作，锁定后并保持为工作状态。天线的展开收缩机构已成为空间卫星天线的一个显著特征。可展环状桁架天线是目前应用较多的一种大型空间天线，卫星天线展开机构结构的复杂程度及可展机构的自由度对于卫星天线展开***性能优劣具有重要影响。目前用于卫星天线展开***的阵列单元机构比较复杂，各种尺寸数目较多，使其误差累积，精度降低。
发明内容
为了避免现有技术存在的不足,克服其***结构复杂、展开精度低,误差累积大、制造成本高的问题，本发明提出一种基于正方形单元平面阵列可展机构，机构展开过程平稳、冲击小，前后只有一个自由度，易于控制；制备工艺简单、可靠性高。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括多个正方形单元分别在横向和纵向连接组合；单元机构之间通过十字分层连杆与十字正交连杆、上分层连杆、右分层连杆、左分层连杆连接组合；
所述正方形单元包括第一直角连杆、第一T形杆、十字分层连杆、第二直角连杆、短圆柱销、第二T形杆、长圆柱销、第一分层直角连杆、第三T形杆、第二分层直角连杆、第四T形杆；以十字分层连杆为中心分别与第一T形杆、第二T形杆、第三T形杆、第四T形杆的一端连接；第一T形杆的另外两端分别与第一直角连杆和第二直角连杆的一端通过长圆柱销连接；第三T形杆的另外两端分别与第一分层直角连杆的一端通过短圆柱销连接，与第二分层直角连杆的一端通过长圆柱销连接；第二T形杆的另外两端分别与第二直角连杆的另一端通过短圆柱销连接，与第一分层直角连杆的另一端通过长圆柱销连接；第四T形杆的另外两端分别与第二分层直角连杆的另一端通过短圆柱销连接，与第一直角连杆的另一端通过长圆柱销连接；所述十字分层连杆为相互垂直交叉的等长度杆,端头呈半圆弧状，十字分层连杆的其中两个端部有中心圆孔,另外两个端部设有圆形凸台,凸台有中心孔,两端部凸台互为反向设置；所述第一直角连杆和所述第二直角连杆为L形，一端部有圆孔，另一端部设有圆形凸台，凸台有中心孔；所述第一分层直角连杆和所述第二分层直角连杆为L形，一端部有圆孔，另一端部设有圆形凸台，凸台有中心孔；两分层直角连杆的凸台与两直角连杆的凸台部位设置相反。
所述十字正交连杆为二根相互垂直交叉的等长度杆,顶端呈半圆弧状，端部设有中心圆孔。
所述上分层连杆呈T字形，一端部设有圆形凸台，凸台有中心孔,横向两端部有圆孔。
所述右分层连杆和所述左分层连杆为T字形结构，横向两端部各有圆形凸台,凸台有中心孔,另外一端设有圆孔；右分层连杆两端部凸台互为反向设置；左分层连杆两端部凸台亦互为反向设置；右分层连杆端部凸台与左分层连杆端部凸台互为反向。
各连杆端部的圆形凸台高度与各连杆厚度相同。
有益效果
本发明基于正方形单元平面阵列可展机构，包括多个正方形单元分别在横向和纵向通过十字分层连杆与十字正交连杆、上分层连杆、右分层连杆、左分层连杆连接组合；正方形单元机构以十字分层连杆为中心分别与四根T形杆的一端连接；四根T形杆与直角连杆和分层直角连杆连接。正方形单元机构组成构件类别少，结构简单；机构展开过程平稳，冲击小，可重复性强；制备加工简单，易于装配，误差小；整个***只有一个自由度，机构采用微小型电动机驱动，驱动简单，易于控制。本发明基于正方形单元平面阵列可展机构特别适用于卫星天线展开***的大面积展开收缩的领域，也可应用于其它如工艺品及建工建材领域。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明一种基于正方形单元平面阵列可展机构作进一步详细说明。
图1为本发明正方形单元机构示意图。
图2为本发明正方形单元机构展开90°时的示意图。
图3为本发明正方形单元机构完全收缩时的示意图。
图4为本发明正方形单元机构平面阵列完全展开时的示意图。
图5为本发明正方形单元机构平面阵列展开90°时的示意图。
图6为本发明正方形单元机构平面阵列完全收缩时的示意图。
图7为直角连杆结构示意图。
图8为T形连杆结构示意图。
图9(a)为十字分层连杆示意图；图9(b)为十字分层连杆侧视图；
图9(c)为十字分层连杆俯视图；图9(d)为十字分层连杆立体图。
图10(a)为右分层连杆示意图；图10(b)为右分层连杆侧视图；
图10(c)为右分层连杆俯视图；图10(d)为右分层连杆立体图。
图11为十字正交连杆示意图。
图12为上分层连杆示意图。
图13(a)为左分层连杆示意图；图13(b)为左分层连杆侧视图；
图13(c)为左分层连杆俯视图；图13(d)为左分层连杆立体图。
图14为分层直角连杆结构示意图。
图中:
1.第一直角连杆 2.第一T形杆 3.十字分层连杆 4.第二直角连杆5.短圆柱销 6.第二T形杆 7.长圆柱销 8.第一分层直角连杆 9.第三T形杆10.第二分层直角连杆 11.第四T形杆 12.右分层连杆 13.十字正交连杆14.上分层连杆 15.左分层连杆
具体实施方式
本实施例是一种基于正方形单元平面阵列可展机构。
参阅图1-图6，本发明基于正方形单元平面阵列可展机构，包括多个正方形单元机构，正方形单元机构之间分别在横向和纵向通过十字分层连杆与十字正交连杆13、上分层连杆14、右分层连杆12、左分层连杆15连接组合。正方形单元机构包括第一直角连杆1、第一T形杆2、十字分层连杆3、第二直角连杆4、短圆柱销5、第二T形杆6、长圆柱销7、第一分层直角连杆8、第三T形杆9、第二分层直角连杆10、第四T形杆11；以十字分层连杆3为中心，十字分层连杆3分别与第一T形杆2、第二T形杆6、第三T形杆9、第四T形杆11的一端连接；第一T形杆2的另外两端分别与第一直角连杆1和第二直角连杆4的一端通过长圆柱销7连接；第三T形杆9的另外两端分别与第一分层直角连杆8的一端通过短圆柱销5连接，与第二分层直角连杆10的一端通过长圆柱销7连接；第二T形杆6的另外两端分别与第二直角连杆4的另一端通过短圆柱销5连接，与第一分层直角连杆8的另一端通过长圆柱销7连接；第四T形杆11的另外两端分别与第二分层直角连杆10的另一端通过短圆柱销5连接，与第一直角连杆1的另一端通过长圆柱销7连接。
十字正交连杆13为二根相互垂直交叉的等长度杆,顶端呈半圆弧状，端部设有中心圆孔。第一直角连杆1和第二直角连杆4均为L形，一端部设有圆孔，另一端有圆形凸台，凸台有中心孔；第一分层直角连杆8和第二分层直角连杆10亦为L形，一端部设有圆孔，另一端有圆形凸台，凸台有中心孔；第一分层直角连杆8和第二分层直角连杆10的凸台与第一直角连杆1和第二直角连杆4的凸台部位设置相反。十字分层连杆3为相互垂直交叉的等长度杆,端头呈半圆弧状，十字分层连杆3的其中两个端部有中心圆孔,另外两个端部设有圆形凸台,凸台有中心孔,两端部凸台互为反向设置。上分层连杆14呈T字形，一端部有圆形凸台，凸台有中心孔,横向两端部设有圆孔。
右分层连杆12和左分层连杆15为T字形结构，横向两端部各有圆形凸台,凸台有中心孔,另外一端设有圆孔；右分层连杆12两端部凸台互为反向设置；左分层连杆15两端部凸台亦互为反向设置；右分层连杆12端部凸台与左分层连杆15端部凸台互为反向。
本实施例中各连杆件尺寸相互之间比例关系：
十字分层连杆3的相互垂直交叉的等长度杆均为L1，四根T形连杆的杆长均为L2，两个直角连杆和两个分层直角连杆的杆长均为L1。理论上，只要满足上述杆长比例者均可组成正方形单元机构。在具体操作时，由于各连杆具有一定的宽度、厚度，机构运动时适当调整L1和L2的长度后可避免干涉，分层处理时所加的凸台厚度与各连杆厚度相同。在这种尺寸条件下，可得出装配完成的可展机构收缩比在1:2以上。
如图1所示，当第一T形连杆2在电动机的驱动下绕与十字分层连杆3相连接的铰接点旋转运动时，正方形单元机构实现展开收缩功能，展开角度为180°，正方形单元平面阵列可展机构在运输，储存的时候为收缩状态，当其需要展开时，即可按照上述工作原理展开工作。整个***只有一个自由度，为旋转自由度，使用微小型电动机作为动力源进行驱动控制。
本实施例中各杆件宽度为b=20mm，厚度为h=10mm，L1=25mm，L2=70mm，各杆件上圆孔直径d1=10mm，所使用的圆柱销的直径为d2=10mm，圆柱销的长度根据具体情况选用20mm和30mm两种，各连杆端部的圆形凸台高度与各连杆厚度相同；各杆件连接处为分层处理所增加的凸台厚度为10mm，即为一个杆件的厚度，也作为一层。
正方形单元机构的收缩比可通过控制L1，L2及b的大小改变机构的收缩比，当L1=25mm，L2=70mm，b=20mm时，可得到这一可展机构的收缩比为1:2.1。而当L1=22.5mm，L2=70mm，b=10mm时，可得到这一可展机构的收缩比为1:2.3，此时，需要改变各杆件上圆孔的直径与圆柱销的直径，使得d1=6mm，d2=6mm。
正方形单元机构的平面阵列组合可实现收展功能，平面阵列时，如图4所示，所需要的结构件参阅图7-图14，使用圆柱销相互连接即可。根据实际需要即可改变L1，L2与宽度b的尺寸大小比例以改变收缩比，亦可改变阵列组合机构中正方形单元机构的数目来改变整体结构的径向尺寸。正方形单元平面阵列可展机构特别适用于卫星天线展开***的大面积展开收缩的领域，也可应用于其它如工艺品和建工建材领域。
Claims (5)
1.一种基于正方形单元平面阵列可展机构，其特征在于:包括多个正方形单元分别在横向和纵向连接组合；单元机构之间通过十字分层连杆与十字正交连杆、上分层连杆、右分层连杆、左分层连杆连接组合；
所述正方形单元包括第一直角连杆、第一T形杆、十字分层连杆、第二直角连杆、短圆柱销、第二T形杆、长圆柱销、第一分层直角连杆、第三T形杆、第二分层直角连杆、第四T形杆；以十字分层连杆为中心分别与第一T形杆、第二T形杆、第三T形杆、第四T形杆的一端连接；第一T形杆的另外两端分别与第一直角连杆和第二直角连杆的一端通过长圆柱销连接；第三T形杆的另外两端分别与第一分层直角连杆的一端通过短圆柱销连接，与第二分层直角连杆的一端通过长圆柱销连接；第二T形杆的另外两端分别与第二直角连杆的另一端通过短圆柱销连接，与第一分层直角连杆的另一端通过长圆柱销连接；第四T形杆的另外两端分别与第二分层直角连杆的另一端通过短圆柱销连接，与第一直角连杆的另一端通过长圆柱销连接；所述十字分层连杆为相互垂直交叉的等长度杆,端头呈半圆弧状，十字分层连杆的其中两个端部有中心圆孔,另外两个端部设有圆形凸台,凸台有中心孔,两端部凸台互为反向设置；所述第一直角连杆和所述第二直角连杆为L形，一端部有圆孔，另一端部设有圆形凸台，凸台有中心孔；所述第一分层直角连杆和所述第二分层直角连杆为L形，一端部有圆孔，另一端部设有圆形凸台，凸台有中心孔；两分层直角连杆的凸台与两直角连杆的凸台部位设置相反。
2.根据权利要求1所述的正方形单元平面阵列可展机构，其特征在于:所述十字正交连杆为二根相互垂直交叉的等长度杆,顶端呈半圆弧状，端部设有中心圆孔。
3.根据权利要求1所述的正方形单元平面阵列可展机构，其特征在于:所述上分层连杆呈T字形，一端部设有圆形凸台，凸台有中心孔,横向两端部有圆孔。
4.根据权利要求1所述的正方形单元平面阵列可展机构，其特征在于:所述右分层连杆和所述左分层连杆为T字形结构，横向两端部各有圆形凸台,凸台有中心孔,另外一端设有圆孔；右分层连杆两端部凸台互为反向设置；左分层连杆两端部凸台亦互为反向设置；右分层连杆端部凸台与左分层连杆端部凸台互为反向。
5.根据权利要求1所述的正方形单元平面阵列可展机构，其特征在于:各连杆端部的圆形凸台高度与各连杆厚度相同。
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