CN107946724A - 一种以六杆机构为可展单元的空间折展机构 - Google Patents

一种以六杆机构为可展单元的空间折展机构 Download PDF

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Abstract

一种以六杆机构为可展单元的空间折展机构，包括六杆机构、三自由度铰链和垫片，所述六杆机构包括八边形支座、斜边杆、滑块弹簧限位伸缩杆和滑块弹簧组合约束伸缩杆，所述垫片包括第一垫片和第二垫片，所述八边形支座通过三自由度铰链与斜边杆一端连接，斜边杆另一端通过转动副与第一垫片和滑块弹簧限位伸缩杆一端连接，滑块弹簧限位伸缩杆另一端通过转动副与第二垫片和滑块弹簧组合约束伸缩杆一端连接；滑块弹簧组合约束伸缩杆另一端通过另一个三自由度铰链与八边形支座连接。本发明经过两次折叠实现机构的空间折叠，具有折叠比大、稳定性好、可靠性高的特点。

Description

一种以六杆机构为可展单元的空间折展机构
技术领域
本发明涉及一种折展机构，特别是一种以六杆机构为可展单元的空间折展机构。
背景技术
随着航天事业的发展，为满足不同航天任务的需求，越来越多的空间可展机构应用于空间站、移动通信、对地观测和星球探测等航天任务。然而，由于运载火箭容积的限制，要求可展机构在运载发射过程中，需要有轻量化、大折叠比和高稳定性等性能，可展机构进入空间轨道后，能够展开成预定的结构形式。
中国专利201210310876.7公布了一种正三角形平面阵列可展机构，该专利仅可在平面折叠，折叠比小；中国专利201410055564.5公布了一种空间可展机构，该专利的可展单元为10杆10副机构，机构冗余自由度较大，稳定性能较差；中国专利201610511971.1公布了一种剪叉式六棱柱可展单元及其组成的空间可展机构，该专利结构复杂，当可展机构进入空间轨道时，机构展开成预定的结构形式较困难。现在急需一种大折叠比、高强度、高温定型、高可靠性，且结构简单、折叠过程简单的空间折展机构。
目前，尚未见到一种同时兼具轻量化、大折叠比、高精度、高强度、高稳定性、可靠性高等特点，且空间折叠过程简单的空间折展机构发明设计。
发明内容
本发明的目的是提供一种以六杆机构为可展单元的空间折展机构，它具有轻量化、大折叠比、高精度、高强度、高稳定性、可靠性高的特点，且空间折叠过程简单。
本发明的技术方案是：一种以六杆机构为可展单元的空间折展机构，包括六杆机构、三自由度铰链和垫片，具体结构和连接方式如下：
所述六杆机构包括八边形支座、三自由度铰链、斜边杆、滑块弹簧限位伸缩杆和滑块弹簧组合约束伸缩杆，所述八边形支座有八条边，且每条边均与两个三自由度铰链固定连接，所述斜边杆一端通过转动副与第一铰链连接，另一端通过转动副与第一垫片和滑块弹簧限位伸缩杆连接，所述滑块弹簧限位伸缩杆一端通过转动副与第一垫片和斜边杆连接，另一端通过转动副与第二垫片和滑块弹簧组合约束伸缩杆连接，所述滑块弹簧组合约束伸缩杆一端通过转动副与第二垫片和滑块弹簧限位伸缩杆连接，另一端通过转动副与另一个三自由度铰链的第一铰链连接；所述三自由度铰链包括第一铰链、第二铰链和第三铰链，所述第一铰链一端通过转动副与斜边杆连接，另一端通过转动副与第二铰链连接，所述第二铰链一端通过转动副与第一铰链连接，另一端通过转动副与第三铰链连接，所述第三铰链一端通过转动副与第二铰链连接，另一端与八边形支座固定连接；所述垫片包括第一垫片和第二垫片。
所述八边形支座仅为其中一种形状，支座还能够为四边形支座、六边形支座或其他偶数边形支座。
所述滑块弹簧限位伸缩杆包括第一伸缩杆、滑块弹簧限位移动副和第一伸缩缸，所述第一伸缩杆嵌套在第一伸缩缸内，第一伸缩杆通过移动副与第一伸缩缸连接，所述滑块弹簧限位移动副包括第一弹簧和三角滑块，滑块弹簧限位移动副镶嵌在第一伸缩缸内。
所述滑块弹簧组合约束伸缩杆包括第二伸缩杆、第二弹簧和第二伸缩缸，所述第二伸缩杆嵌套在第二伸缩缸内，第二弹簧设置于第二伸缩缸内，位于第二伸缩杆和第二伸缩缸之间。
所述六杆机构的六杆分别为八边形支座、斜边杆、滑块弹簧限位伸缩杆和滑块弹簧组合约束伸缩杆，其中滑块弹簧限位伸缩杆包括第一伸缩杆和第一伸缩缸，滑块弹簧组合约束伸缩杆包括第二伸缩杆和第二伸缩缸。
本发明的突出优点在于：
1、折展机构经过两次折叠，可实现机构的空间折叠，折叠比大。
2、折展机构完全展开状态时，斜边杆、滑块弹簧限位伸缩杆和滑块弹簧组合约束伸缩杆构成等腰直角三角形，机构处于稳定状态；可展机构半展开状态和完全折叠状态时，斜边杆、滑块弹簧限位伸缩杆和滑块弹簧组合约束伸缩杆构成等腰三角形，机构处于稳定状态，机构稳定性能好，可靠性高。
3、折展机构可以通过阵列的形式进行拓展，以满足不同航天任务需求。
附图说明
图1为本发明所述的以六杆机构为可展单元的空间折展机构的完全展开状态的俯视图。
图2为本发明所述的以六杆机构为可展单元的空间折展机构的完全展开状态的结构示意图。
图3为本发明所述的以六杆机构为可展单元的空间折展机构的半展开状态的俯视图。
图4为本发明所述的以六杆机构为可展单元的空间折展机构的半展开状态的结构示意图。
图5为本发明所述的以六杆机构为可展单元的空间折展机构的完全折叠状态的结构示意图。
图6为本发明所述的以六杆机构为可展单元的空间折展机构的八边形支座和三自由度铰链连接的结构示意图。
图7为本发明所述的以六杆机构为可展单元的空间折展机构的滑块弹簧限位伸缩杆的伸展状态结构示意图。
图8为本发明所述的以六杆机构为可展单元的空间折展机构的滑块弹簧限位伸缩杆的收缩状态结构示意图。
图9为本发明所述的以六杆机构为可展单元的空间折展机构的滑块弹簧限位伸缩杆的伸展状态剖视图。
图10为本发明所述的以六杆机构为可展单元的空间折展机构的滑块弹簧限位移动副在第一伸缩缸内压缩的结构状态图。
图11为本发明所述的以六杆机构为可展单元的空间折展机构的滑块弹簧限位移动副在第一伸缩缸内伸展的结构状态图。
图12为本发明所述的以六杆机构为可展单元的空间折展机构的滑块弹簧限位移动副的伸展状态剖视图。
图13为本发明所述的以六杆机构为可展单元的空间折展机构的滑块弹簧限位移动副的压缩状态剖视图。
图14为本发明所述的以六杆机构为可展单元的空间折展机构的第一垫片的结构示意图。
图15为本发明所述的以六杆机构为可展单元的空间折展机构的第二垫片的结构示意图。
图16为本发明所述的以六杆机构为可展单元的空间折展机构的滑块弹簧组合约束伸缩杆的结构示意图。
图17为本发明所述的以六杆机构为可展单元的空间折展机构的滑块弹簧组合约束伸缩杆伸展状态的剖视图。
图18为本发明所述的以六杆机构为可展单元的空间折展机构的滑块弹簧组合约束伸缩杆压缩状态的剖视图。
图中标记为：1.八边形支座；2.三自由度铰链；21.第一铰链；22.第二铰链；23.第三铰链；3.斜边杆；4.第一垫片；5.滑块弹簧限位伸缩杆；51.第一伸缩杆；52.滑块弹簧限位移动副；521.第一弹簧；522.三角滑块；53.第一伸缩缸；6.第二垫片；7.滑块弹簧组合约束伸缩杆；71.第二伸缩杆；72.第二弹簧；73.第二伸缩缸。
具体实施方式
下面结合附图所示实施方式对本发明的技术方案作进一步描述。
如图1至图18所示，本发明所述的以六杆机构为可展单元的空间折展机构，包括六杆机构、三自由度铰链2和垫片，具体结构和连接方式如下：
所述六杆机构包括八边形支1、斜边杆3、滑块弹簧限位伸缩杆5和滑块弹簧组合约束伸缩杆7，所述八边形支座1有八条边，且每条边均与两个三自由度铰链2固定连接，所述斜边杆3一端通过转动副与第一铰链21连接，另一端通过转动副与第一垫片4和滑块弹簧限位伸缩杆5连接，所述滑块弹簧限位伸缩杆5一端通过转动副与第一垫片4和斜边杆3连接，另一端通过转动副与第二垫片6和滑块弹簧组合约束伸缩杆7连接，所述滑块弹簧组合约束伸缩杆7一端通过转动副与第二垫片6和滑块弹簧限位伸缩杆5连接，另一端通过转动副与另一个三自由度铰链2的第一铰链21连接；所述三自由度铰链2包括第一铰链21、第二铰链22和第三铰链23，所述第一铰链21一端通过转动副与斜边杆3连接，另一端通过转动副与第二铰链22连接，所述第二铰链22一端通过转动副与第一铰链21连接，另一端通过转动副与第三铰链23连接，所述第三铰链23一端通过转动副与第二铰链22连接，另一端与八边形支座1固定连接；所述垫片包括第一垫片5和第二垫片6。
所述八边形支座1仅为其中一种形状，其支座还能够为四边形支座、六边形支座或其他偶数边形支座。
所述滑块弹簧限位伸缩杆5包括第一伸缩杆51、滑块弹簧限位移动副52和第一伸缩缸53，所述第一伸缩杆51嵌套在第一伸缩缸53内，第一伸缩杆51通过移动副与第一伸缩缸53连接，所述滑块弹簧限位移动副52包括第一弹簧521和三角滑块522，滑块弹簧限位移动副52镶嵌在第一伸缩缸53内。
所述滑块弹簧组合约束伸缩杆7包括第二伸缩杆71、第二弹簧72和第二伸缩缸73，所述第二伸缩杆71嵌套在第二伸缩缸73内，第二弹簧72设置于第二伸缩缸73内，位于第二伸缩杆71和第二伸缩缸73之间。
所述六杆机构的六杆分别为八边形支座1、斜边杆3、滑块弹簧限位伸缩杆5和滑块弹簧组合约束伸缩杆7，其中滑块弹簧限位伸缩杆5包括第一伸缩杆51和第一伸缩缸53，滑块弹簧组合约束伸缩杆7包括第二伸缩杆71和第二伸缩缸73。
工作原理及过程：
如图1和图3所示，可展机构由完全展开状态到半展开状态，首先固定三自由度铰链2中的第二铰链22和第三铰链23，仅使第一铰链21转动，再同时对滑块弹簧组合约束伸缩杆7施加压力和滑块弹簧限位伸缩杆5施加外力，使伸缩杆在伸缩缸内移动，直至滑块弹簧限位伸缩杆5和滑块弹簧组合约束伸缩杆7的长度之和等于斜边杆3的长度。此时斜边杆3所在直线与三自由度铰链2中三个转动副轴线所在的平面夹角为22.5°；此时滑块弹簧限位伸缩杆5和滑块弹簧组合约束伸缩杆7所在直线与三自由度铰链2中三个转动副轴线所在的平面夹角为22.5°。
如图3和图5所示，可展机构由半展开状态到完全折叠状态，首先将斜边杆3和滑块弹簧组合约束伸缩杆7与三自由度铰链2连接中的第一铰链21和第二铰链22固定，仅使第三铰链23转动，再同时使斜边杆3和滑块弹簧组合约束伸缩杆7向内侧转动22.5°，此时斜边杆3、滑块弹簧限位伸缩杆5和滑块弹簧约束组合伸缩杆7位于同一平面内，然后固定三自由度铰链2中的第一铰链21和第三铰链23，仅使第二铰链22转动90°，即可实现完全折叠。
如图7至图13所示，对第一伸缩杆51施加力，当作用力大于滑块弹簧限位移动副52阻力时，第一弹簧521压缩，三角滑块522下降，嵌入第一伸缩缸53里，第一伸缩杆51可在第一伸缩缸53内移动。
如图16至图18所示，第二弹簧72一端与第二伸缩杆71连接，另一端与第二伸缩缸73连接，通过对第二伸缩杆71施加力使第二伸缩杆71在第二伸缩缸73内移动。

Claims (5)

1.一种以六杆机构为可展单元的空间折展机构，包括六杆机构、三自由度铰链和垫片，其特征在于，具体结构和连接方式如下：
所述六杆机构包括八边形支座、斜边杆、滑块弹簧限位伸缩杆和滑块弹簧组合约束伸缩杆，所述八边形支座有八条边，且每条边均与两个三自由度铰链固定连接，所述斜边杆一端通过转动副与第一铰链连接，另一端通过转动副与第一垫片和滑块弹簧限位伸缩杆连接，所述滑块弹簧限位伸缩杆一端通过转动副与第一垫片和斜边杆连接，另一端通过转动副与第二垫片和滑块弹簧组合约束伸缩杆连接，所述滑块弹簧组合约束伸缩杆一端通过转动副与第二垫片和滑块弹簧限位伸缩杆连接，另一端通过转动副与另一个三自由度铰链的第一铰链连接；所述三自由度铰链包括第一铰链、第二铰链和第三铰链，所述第一铰链一端通过转动副与斜边杆连接，另一端通过转动副与第二铰链连接，所述第二铰链一端通过转动副与第一铰链连接，另一端通过转动副与第三铰链连接，所述第三铰链一端通过转动副与第二铰链连接，另一端与八边形支座固定连接；所述垫片包括第一垫片和第二垫片。
2.根据权利要求1所述的以六杆机构为可展单元的空间折展机构，其特征在于，所述八边形支座仅为其中一种形状，支座还能够为四边形支座、六边形支座或其他偶数边形支座。
3.根据权利要求1所述的以六杆机构为可展单元的空间折展机构，其特征在于，所述滑块弹簧限位伸缩杆包括第一伸缩杆、滑块弹簧限位移动副和第一伸缩缸，所述第一伸缩杆嵌套在第一伸缩缸内，第一伸缩杆通过移动副与第一伸缩缸连接，所述滑块弹簧限位移动副包括第一弹簧和三角滑块，滑块弹簧限位移动副镶嵌在第一伸缩缸内。
4.根据权利要求1所述的以六杆机构为可展单元的空间折展机构，其特征在于，所述滑块弹簧组合约束伸缩杆包括第二伸缩杆、第二弹簧和第二伸缩缸，所述第二伸缩杆嵌套在第二伸缩缸内，第二弹簧设置于第二伸缩缸内，位于第二伸缩杆和第二伸缩缸之间。
5.根据权利要求1所述的以六杆机构为可展单元的空间折展机构，其特征在于，所述六杆机构的六杆分别为八边形支座、斜边杆、滑块弹簧限位伸缩杆和滑块弹簧组合约束伸缩杆，其中滑块弹簧限位伸缩杆包括第一伸缩杆和第一伸缩缸，滑块弹簧组合约束伸缩杆包括第二伸缩杆和第二伸缩缸。
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