CN104466341B - 一种球面天线支撑机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种球面天线支撑机构。现有金属网面式天线支撑机构刚度低、单元机构复杂，且无法实现多次折展。本发明的中心滑块与滑动丝杠螺纹连接；五个第一变异剪叉组件一端的普通剪杆均与中心固定块铰接，同一端的限位剪杆均与中心滑块铰接，另一端的普通剪杆和限位剪杆均铰接有一级折展铰接柱；每个二级折展机构的一个普通剪叉单元与一个第一变异剪叉组件上的一级折展铰接柱铰接，每个二级折展机构的一个第二变异剪叉单元与相邻的另一个第一变异剪叉组件上的一级折展铰接柱球铰接，每个二级折展机构的另一个第二变异剪叉单元通过两个二级折展铰接柱与相邻二级折展机构的另一个普通剪叉单元铰接。本发明可实现重复折展，刚度好、展开精度高。
Description
技术领域
本发明属于航空航天领域，涉及一种金属网面式天线支撑机构，具体涉及一种球面天线支撑机构。
背景技术
空间可展天线是航天器结构的重要组成部分，是直接执行卫星功能的重要物理平台，在移动通信、射电天文、对地观测和军事侦察等领域均得到了广泛的应用。其中，金属网面天线无论在收纳率、形面精度、展开口径和工作频率等方面均具有较好特性，已广泛应用于航天各类任务中。天线支撑机构是空间可展开天线的背架部分，用于支撑金属反射网、保持结构精度和维持结构稳定性。目前，已有的金属网面式天线支撑机构存在刚度较低、基本单元结构复杂、加工、制造、装配及精度调节周期长，且在轨工作阶段无法实现多次折叠和展开等缺陷。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种球面天线支撑机构，该球面天线支撑机构可实现重复折展，折叠比大、整体刚度好、重复展开精度高；并可根据实际需要沿球面延伸折展机构。
本发明包括驱动机构、一级折展机构、一级折展铰接柱、二级折展机构和二级折展铰接柱。
所述的驱动机构包括滑动丝杠、谐波减速器、电机和航天器星体连接板；所述的电机固定在航天器星体连接板上，并与制动器连接；电机的输出轴与谐波减速器的输入端固定；所述谐波减速器的输出端与滑动丝杠固定。
所述的一级折展机构包括中心滑块、中心固定块和第一变异剪叉组件；所述的中心滑块与滑动丝杠螺纹连接，中心固定块与滑动丝杠固定；所述的第一变异剪叉组件包括端部相铰接的两个第一变异剪叉单元；第一变异剪叉单元包括中部相铰接的普通剪杆和限位剪杆，限位剪杆设有限位块；五个第一变异剪叉组件沿圆周均布；每个第一变异剪叉组件一端的普通剪杆与中心固定块铰接，同一端的限位剪杆与中心滑块铰接；每个第一变异剪叉组件另一端的普通剪杆和限位剪杆均铰接有一级折展铰接柱；每个铰接在普通剪杆上的一级折展铰接柱通过两根斜拉索分别与铰接在相邻两侧第一变异剪叉组件的限位剪杆上的一级折展铰接柱连接。
所述的二级折展机构包括中心铰接柱，以及沿圆周均布的四个二级剪叉组件和两个第二变异剪叉组件；所述的二级剪叉组件包括端部相铰接的两个普通剪叉单元；普通剪叉单元包括中部相铰接的两根普通剪杆；所述的第二变异剪叉组件包括端部相互球铰接的普通剪叉单元和第二变异剪叉单元；第二变异剪叉单元包括交叉设置的两个可伸缩剪杆组件；所述的可伸缩剪杆组件包括套筒、弹簧和滑动杆；所述的滑动杆与套筒通过滑动副连接；所述的弹簧设置在套筒内，一端与套筒固定，另一端与滑动杆固定；两个中心铰接柱上下设置，且与四个二级剪叉组件一端的普通剪叉单元以及两个第二变异剪叉组件的普通剪叉单元均铰接。
五个二级折展机构沿圆周均布；每个二级折展机构朝内设置的一个二级剪叉组件另一端的普通剪叉单元与一个第一变异剪叉组件上的一级折展铰接柱铰接；每个二级折展机构朝内设置的一个第二变异剪叉组件的第二变异剪叉单元与相邻的另一个第一变异剪叉组件上的一级折展铰接柱球铰接；每个二级折展机构设置在侧边的另一个第二变异剪叉组件的第二变异剪叉单元与两个二级折展铰接柱铰接；每个二级折展机构上的两个二级折展铰接柱与相邻二级折展机构设置在侧边的另一个二级剪叉组件另一端的普通剪叉单元铰接，且通过交错设置的两根斜拉索分别与相邻的两个一级折展铰接柱连接；每个二级折展机构朝外设置的其余两个二级剪叉组件另一端的普通剪叉单元分别通过交错设置的两根斜拉索与相邻的两个二级折展铰接柱连接；每个二级折展机构朝外设置的两个二级剪叉组件另一端的普通剪叉单元之间通过交错设置的两根斜拉索连接。
每个二级折展机构朝外设置的两个二级剪叉组件另一端的普通剪叉单元也可开放设置，用于连接三级折展机构。
本发明的有益效果：
1、本发明由单一动力源驱动，整体结构呈球面对称，使用简单，可实现重复折展，并可根据实际需要进一步沿球面延伸折展机构。
2、本发明收拢后体积小，质量轻，展开和收拢后体积的折叠比大，约为40～50。
3、本发明的制动器和限位剪杆起到限位锁定的作用，并结合斜拉索，使得整体刚度较好，重复展开精度高。
4、本发明利用剪叉式机构作为基本单元，质量轻、结构简单，加工、制造、装配及精度调节周期短。
附图说明
图1为本发明展开时的整体结构立体图；
图2为本发明收拢时的整体结构立体图；
图3为图1中A处的局部放大图；
图4为本发明中驱动机构的立体图；
图5为本发明中驱动机构的传动原理图；
图6为本发明中一级折展机构展开时的立体图；
图7为本发明中一级折展机构收拢时的立体图；
图8为本发明中第一变异剪叉组件与中心滑块及中心固定块的装配立体图；
图9为本发明中二级折展机构展开时的立体图；
图10为本发明中二级折展机构收拢时的立体图；
图11为本发明中二级剪叉组件与中心铰接柱的装配立体图；
图12为普通剪叉单元的结构立体图；
图13为本发明中可伸缩剪杆组件的结构立体图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
如图1、2和3所示，一种球面天线支撑机构，包括驱动机构、一级折展机构1、一级折展铰接柱7、二级折展机构10和二级折展铰接柱11。
如图1、2、4和5所示，驱动机构包括滑动丝杠2、谐波减速器3、电机5和航天器星体连接板6；电机5固定在航天器星体连接板6上，并与制动器4连接；电机5的输出轴与谐波减速器3的输入端固定；谐波减速器3的输出端与滑动丝杠2固定。
如图1、4、6、7和8所示，一级折展机构1包括中心滑块1-1、中心固定块1-2和第一变异剪叉组件；中心滑块1-1与滑动丝杠2螺纹连接，中心固定块1-2与滑动丝杠2固定；第一变异剪叉组件包括端部相铰接的两个第一变异剪叉单元；第一变异剪叉单元包括中部相铰接的普通剪杆1-3和限位剪杆1-4，限位剪杆1-4设有限位块；五个第一变异剪叉组件沿圆周均布；每个第一变异剪叉组件一端的普通剪杆1-3与中心固定块1-2铰接，同一端的限位剪杆1-4与中心滑块1-1铰接；每个第一变异剪叉组件另一端的普通剪杆1-3和限位剪杆1-4均铰接有一级折展铰接柱7；每个铰接在普通剪杆1-3上的一级折展铰接柱7通过两根斜拉索8分别与铰接在相邻两侧第一变异剪叉组件的限位剪杆1-4上的一级折展铰接柱7连接。中心滑块1-1相对于中心固定块1-2滑动，从而实现一级折展机构1折叠和展开，在折叠和展开过程中通过制动器4和限位剪杆1-4的限位块进行限位锁定。
如图1、2、9、10、11、12和13所示，二级折展机构10包括中心铰接柱9，以及沿圆周均布的四个二级剪叉组件13和两个第二变异剪叉组件；二级剪叉组件13包括端部相铰接的两个普通剪叉单元14；普通剪叉单元包括中部相铰接的两根普通剪杆1-3；第二变异剪叉组件包括端部相互球铰接的普通剪叉单元14和第二变异剪叉单元；第二变异剪叉单元包括交叉设置的两个可伸缩剪杆组件12；可伸缩剪杆组件12包括套筒12-1、弹簧12-2和滑动杆12-3；滑动杆12-3与套筒12-1通过滑动副连接；弹簧12-2设置在套筒12-1内，一端与套筒12-1固定，另一端与滑动杆12-3固定；两个中心铰接柱9上下设置，且与四个二级剪叉组件13一端的普通剪叉单元以及两个第二变异剪叉组件的普通剪叉单元均铰接。
如图1、2和3所示，五个二级折展机构10沿圆周均布；每个二级折展机构朝内设置的一个二级剪叉组件13另一端的普通剪叉单元与一个第一变异剪叉组件上的一级折展铰接柱7铰接；每个二级折展机构朝内设置的一个第二变异剪叉组件的第二变异剪叉单元与相邻的另一个第一变异剪叉组件上的一级折展铰接柱7球铰接；每个二级折展机构设置在侧边的另一个第二变异剪叉组件的第二变异剪叉单元与两个二级折展铰接柱11铰接；每个二级折展机构上的两个二级折展铰接柱11与相邻二级折展机构设置在侧边的另一个二级剪叉组件13另一端的普通剪叉单元铰接，且通过交错设置的两根斜拉索8分别与相邻的两个一级折展铰接柱7连接；每个二级折展机构朝外设置的其余两个二级剪叉组件13另一端的普通剪叉单元分别通过交错设置的两根斜拉索8与相邻的两个二级折展铰接柱11连接；每个二级折展机构朝外设置的两个二级剪叉组件13另一端的普通剪叉单元之间通过交错设置的两根斜拉索8连接。每个二级折展机构朝外设置的两个二级剪叉组件13另一端的普通剪叉单元也可开放设置，用于连接三级折展机构。
该球面天线支撑机构的工作原理：
该球面天线支撑机构展开过程中，电机5带动滑动丝杠2正转，中心滑块1-1在滑动丝杠2上靠向中心固定块1-2移动，第一变异剪叉组件向外展开，使得一级折展铰接柱7向外移动，一级折展铰接柱7驱使五个二级折展机构10展开；制动器4和限位剪杆1-4起到限位锁定的作用，完全展开时，限位剪杆1-4的限位块顶住第一变异剪叉单元的普通剪杆1-3，所有斜拉索8处于张紧状态，使该球面天线支撑机构成为一个刚性结构。该球面天线支撑机构折叠时，电机5带动滑动丝杠2反转即可。
Claims (2)
1.一种球面天线支撑机构，包括驱动机构、一级折展机构、一级折展铰接柱、二级折展机构和二级折展铰接柱，其特征在于：
所述的驱动机构包括滑动丝杠、谐波减速器、电机和航天器星体连接板；所述的电机固定在航天器星体连接板上，并与制动器连接；电机的输出轴与谐波减速器的输入端固定；所述谐波减速器的输出端与滑动丝杠固定；
所述的一级折展机构包括中心滑块、中心固定块和第一变异剪叉组件；所述的中心滑块与滑动丝杠螺纹连接，中心固定块与滑动丝杠固定；所述的第一变异剪叉组件包括端部相铰接的两个第一变异剪叉单元；第一变异剪叉单元包括中部相铰接的普通剪杆和限位剪杆，限位剪杆设有限位块；五个第一变异剪叉组件沿圆周均布；每个第一变异剪叉组件一端的普通剪杆与中心固定块铰接，同一端的限位剪杆与中心滑块铰接；每个第一变异剪叉组件另一端的普通剪杆和限位剪杆均铰接有一级折展铰接柱；每个铰接在普通剪杆上的一级折展铰接柱通过两根斜拉索分别与铰接在相邻两侧第一变异剪叉组件的限位剪杆上的一级折展铰接柱连接；
所述的二级折展机构包括中心铰接柱，以及沿圆周均布的四个二级剪叉组件和两个第二变异剪叉组件；所述的二级剪叉组件包括端部相铰接的两个普通剪叉单元；普通剪叉单元包括中部相铰接的两根普通剪杆；所述的第二变异剪叉组件包括端部相互球铰接的普通剪叉单元和第二变异剪叉单元；第二变异剪叉单元包括交叉设置的两个可伸缩剪杆组件；所述的可伸缩剪杆组件包括套筒、弹簧和滑动杆；所述的滑动杆与套筒通过滑动副连接；所述的弹簧设置在套筒内，一端与套筒固定，另一端与滑动杆固定；两个中心铰接柱上下设置，且与四个二级剪叉组件一端的普通剪叉单元以及两个第二变异剪叉组件的普通剪叉单元均铰接；
五个二级折展机构沿圆周均布；每个二级折展机构朝内设置的一个二级剪叉组件另一端的普通剪叉单元与一个第一变异剪叉组件上的一级折展铰接柱铰接；每个二级折展机构朝内设置的一个第二变异剪叉组件的第二变异剪叉单元与相邻的另一个第一变异剪叉组件上的一级折展铰接柱球铰接；每个二级折展机构设置在侧边的另一个第二变异剪叉组件的第二变异剪叉单元与两个二级折展铰接柱铰接；每个二级折展机构上的两个二级折展铰接柱与相邻二级折展机构设置在侧边的另一个二级剪叉组件另一端的普通剪叉单元铰接，且通过交错设置的两根斜拉索分别与相邻的两个一级折展铰接柱连接；每个二级折展机构朝外设置的其余两个二级剪叉组件另一端的普通剪叉单元分别通过交错设置的两根斜拉索与相邻的两个二级折展铰接柱连接；每个二级折展机构朝外设置的两个二级剪叉组件另一端的普通剪叉单元之间通过交错设置的两根斜拉索连接；
展开过程中，电机带动滑动丝杠正转，中心滑块在滑动丝杠上靠向中心固定块移动，第一变异剪叉组件向外展开，使得一级折展铰接柱向外移动，一级折展铰接柱驱使五个二级折展机构展开；制动器和限位剪杆起到限位锁定的作用，完全展开时，限位剪杆的限位块顶住第一变异剪叉单元的普通剪杆，所有斜拉索处于张紧状态；折叠时，电机带动滑动丝杠反转即可。
2.根据权利要求1所述的一种球面天线支撑机构，其特征在于：每个二级折展机构朝外设置的两个二级剪叉组件另一端的普通剪叉单元也可开放设置，用于连接三级折展机构。
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