CN107946725B - 一种双滑块弹簧组合约束伸缩杆的折展机构 - Google Patents

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Abstract

一种双滑块弹簧组合约束伸缩杆的折展机构，包括八边形支座、三自由度铰链和可折展单元，所述八边形支座与三自由度铰链固定连接，所述可折展单元包括斜边杆、第一垫片、两个滑块弹簧组合约束伸缩杆和第二垫片，所述八边形支座通过三自由度铰链与可折展单元连接，所述斜边杆、滑块弹簧约束伸缩杆和垫片之间均通过转动副连接。本发明经过两次折叠，可实现机构的空间折叠，折叠比大，还具有轻量化、高精度、高刚度、高强度的特点，可应用于太空探索、对地观测和移动通信领域，具有很强的适应性和实用性。

Description

一种双滑块弹簧组合约束伸缩杆的折展机构
技术领域
本发明涉及一种折展机构，特别是一种双滑块弹簧组合约束伸缩杆的折展机构。
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，越来越多的空间折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，要求折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，折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201410055607.X公布了一种环形桁架式大型空间折展机构，该专利通过绳索或弹簧驱动，机构稳定性较低；中国专利201210310520.3公布了一种基于正方形单元平面阵列折展机构，该专利仅可在平面折叠，折叠比较小；中国专利201210072572.1公布了一种剪刀基四边形单元平面阵列折展机构，该机构空间折叠过程复杂，当折展机构进入空间轨道时，该机构展开成预定的结构形式较困难。现在迫切需要一种大折叠比、高刚度、高稳定性、高可靠性、运动冲击小、空间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、高刚度、高强度、高稳定性、运动冲击小的特点，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双滑块弹簧组合约束伸缩杆的折展机构，它具有轻量化、大折叠比、高精度、高刚度、高强度、高稳定性、运动冲击小的特点，且空间折叠过程简单。
本发明的技术方案是：一种双滑块弹簧组合约束伸缩杆的折展机构，包括八边形支座、三自由度铰链和可折展单元，具体结构和连接方式如下：
所述八边形支座与三自由度铰链固定连接；所述三自由度铰链包括第一铰链、第二铰链和第三铰链，第一铰链一端通过转动副与可折展单元连接，另一端通过转动副与第二铰链连接，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，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连；所述可折展单元包括斜边杆、第一垫片、第一滑块弹簧组合约束伸缩杆、第二垫片和第二滑块弹簧组合约束伸缩杆，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第一滑块弹簧组合约束伸缩杆连接，第一垫片通过转动副与斜边杆和第一滑块弹簧组合约束伸缩杆，所述第一滑块弹簧组合约束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第二滑块弹簧组合约束伸缩杆连接，第二垫片通过转动副与第一滑块弹簧组合约束伸缩杆和第二滑块弹簧组合约束伸缩杆，所述第二滑块弹簧组合约束伸缩杆一端通过转动副与第二垫片和第一滑块弹簧组合约束伸缩杆连接，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。
所述八边形支座仅为其中一种形状，其支座还可为四边形支座、六边形支座等多边形支座。
所述八边形支座有八条边，每一条边对应两个三自由度铰链。
所述的第一滑块弹簧组合约束伸缩杆和第二滑块弹簧组合约束伸缩杆具有相同机构，其杆件长度可伸长和压缩。
所述第一滑块弹簧组合约束伸缩杆包括所述第一滑块弹簧组合约束伸缩杆包括第一伸缩杆、第一弹簧和第一伸缩缸，第一伸缩杆嵌套在第一伸缩缸内，第一弹簧设置在第一伸缩缸的内部，位于第一伸缩杆和第一伸缩缸之间。
折展机构完全展开状态时，所述斜边杆、第一滑块弹簧组合约束伸缩杆和第二滑块弹簧组合约束伸缩杆所在直线的交点，构成一个等腰直角三角形。
折展机构半展开状态和完全折叠状态时，所述斜边杆的长度等于第一滑块弹簧组合约束伸缩杆和第二滑块弹簧组合约束伸缩杆长度之和。
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、第一滑块弹簧组合约束伸缩杆和第二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；折展机构半展开状态和完全折叠状态时，三杆构成等腰三角形，机构处于稳定状态，机构稳定性能好，可靠性高。
3、折展机构杆件为滑块弹簧组合约束伸缩杆，当折展机构运动过程中，发生振动、碰撞等问题时，滑块弹簧组合约束伸缩杆中的弹簧会起到减振的作用，机构运动冲击小。
附图说明
图1为本发明所述的双滑块弹簧组合约束伸缩杆的折展机构的完全展开状态的俯视图。
图2为本发明所述的双滑块弹簧组合约束伸缩杆的折展机构的完全展开状态的结构示意图。
图3为本发明所述的双滑块弹簧组合约束伸缩杆的折展机构的半展开状态的结构示意图。
图4为本发明所述的双滑块弹簧组合约束伸缩杆的折展机构的半展开状态的俯视图。
图5为本发明所述的双滑块弹簧组合约束伸缩杆的折展机构的完全折叠状态的结构示意图。
图6为本发明所述的双滑块弹簧组合约束伸缩杆的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为本发明所述的双滑块弹簧组合约束伸缩杆的折展机构的第一滑块弹簧组合约束伸缩杆伸展状态时结构示意图。
图8为本发明所述的双滑块弹簧组合约束伸缩杆的折展机构的第一滑块弹簧组合约束伸缩杆压缩状态时剖视图。
图9为本发明所述的双滑块弹簧组合约束伸缩杆的折展机构的第一垫片的结构示意图。
图10为本发明所述的双滑块弹簧组合约束伸缩杆的折展机构的第二垫片的结构示意图。
图11为本发明所述的双滑块弹簧组合约束伸缩杆的折展机构的第二滑块弹簧组合约束伸缩杆压缩状态的结构示意图。
图12为本发明所述的双滑块弹簧组合约束伸缩杆的折展机构的第二滑块弹簧组合约束伸缩杆伸展状态的剖视图。
图13为本发明所述的双滑块弹簧组合约束伸缩杆的折展机构的第二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.第一滑块弹簧组合约束伸缩杆；51.第一伸缩杆；52.第一弹簧；53.第一伸缩缸；6.第二垫片；7.第二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13所示，本发明所述的双滑块弹簧组合约束伸缩杆的折展机构，包括八边形支座1、三自由度铰链2和可折展单元，具体结构和连接方式如下，
所述八边形支座1与三自由度铰链2固定连接；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，第一铰链21一端通过转动副与可折展单元连接，另一端通过转动副与第二铰链22连接，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，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固连；所述可折展单元包括斜边杆3、第一垫片4、第一滑块弹簧组合约束伸缩杆5、第二垫片6和第二滑块弹簧组合约束伸缩杆7，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和第一滑块弹簧组合约束伸缩杆5连接，第一垫片4通过转动副与斜边杆3和第一滑块弹簧组合约束伸缩杆5，所述第一滑块弹簧组合约束伸缩杆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和第二滑块弹簧组合约束伸缩杆7连接，第二垫片6通过转动副与第一滑块弹簧组合约束伸缩杆5和第二滑块弹簧组合约束伸缩杆7，所述第二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和第一滑块弹簧组合约束伸缩杆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。
所述八边形支座1仅为其中一种形状，支座还可为四边形支座、六边形支座或多边形支座。
所述八边形支座1有八条边，每一条边对应两个三自由度铰链2。
所述第一滑块弹簧组合约束伸缩杆5和第二滑块弹簧组合约束伸缩杆7具有相同机构，其杆件长度可伸长和压缩。
所述第一滑块弹簧组合约束伸缩杆5包括第一伸缩杆51、第一弹簧52和第一伸缩缸53，第一伸缩杆51嵌套在第一伸缩缸53内部，第一弹簧52设置于第一伸缩缸53的内部，位于第一伸缩杆51和第一伸缩缸53之间。
折展机构完全展开状态时，所述斜边杆3、第一滑块弹簧组合约束伸缩杆5和第二滑块弹簧组合约束伸缩杆7所在直线的交点，构成一个等腰直角三角形。
折展机构半展开状态和完全折叠状态时，所述斜边杆3的长度等于第一滑块弹簧组合约束伸缩杆5和第二滑块弹簧组合约束伸缩杆7长度之和。
工作原理及过程：
如图1和图4所示：折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，再同时对两个滑块弹簧组合约束伸缩杆施加压力，使伸缩杆在伸缩缸内移动，直至第一滑块弹簧组合约束伸缩杆5和第二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°；此时两个滑块弹簧组合约束伸缩杆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4和图5所示：折展机构由半展开状态到完全折叠状态，首先将斜边杆3和第二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和第二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、第一滑块弹簧约束组合伸缩杆5和第二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、图8、图11、图12和图13所示：弹簧一端与伸缩杆连接，另一端与伸缩缸连接，通过对伸缩杆施加力使伸缩杆在伸缩缸内移动。

Claims (8)

1.一种双滑块弹簧组合约束伸缩杆的折展机构，包括支座、三自由度铰链和可折展单元，其特征在于，具体结构和连接方式如下：
所述支座与三自由度铰链固定连接；所述三自由度铰链包括第一铰链、第二铰链和第三铰链，第一铰链一端通过转动副与可折展单元连接，另一端通过转动副与第二铰链连接，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，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连；所述可折展单元包括斜边杆、第一垫片、第一滑块弹簧组合约束伸缩杆、第二垫片和第二滑块弹簧组合约束伸缩杆，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第一滑块弹簧组合约束伸缩杆连接，第一垫片通过转动副与斜边杆和第一滑块弹簧组合约束伸缩杆连接，所述第一滑块弹簧组合约束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第二滑块弹簧组合约束伸缩杆连接，第二垫片通过转动副与第一滑块弹簧组合约束伸缩杆和第二滑块弹簧组合约束伸缩杆连接，所述第二滑块弹簧组合约束伸缩杆一端通过转动副与第二垫片和第一滑块弹簧组合约束伸缩杆连接，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。
2.根据权利要求1所述的双滑块弹簧组合约束伸缩杆的折展机构，其特征在于，所述支座为多边形支座。
3.根据权利要求1所述的双滑块弹簧组合约束伸缩杆的折展机构，其特征在于，所述支座为四边形支座、六边形支座或八边形支座。
4.根据权利要求1所述的双滑块弹簧组合约束伸缩杆的折展机构，其特征在于，所述八边形支座有八条边，每一条边对应两个三自由度铰链。
5.根据权利要求1所述的双滑块弹簧组合约束伸缩杆的折展机构，其特征在于，所述的第一滑块弹簧组合约束伸缩杆和第二滑块弹簧组合约束伸缩杆具有相同机构，其杆件长度可伸长和压缩。
6.根据权利要求1所述的双滑块弹簧组合约束伸缩杆的折展机构，其特征在于，所述第一滑块弹簧组合约束伸缩杆包括第一伸缩杆、第一弹簧和第一伸缩缸，第一伸缩杆嵌套在第一伸缩缸内，第一弹簧设置在第一伸缩缸的内部，位于第一伸缩杆和第一伸缩缸之间。
7.根据权利要求1所述的双滑块弹簧组合约束伸缩杆的折展机构，其特征在于，折展机构完全展开状态时，所述斜边杆、第一滑块弹簧组合约束伸缩杆和第二滑块弹簧组合约束伸缩杆所在直线的交点构成一个等腰直角三角形。
8.根据权利要求1所述的双滑块弹簧组合约束伸缩杆的折展机构，其特征在于，折展机构半展开状态和完全折叠状态时，所述斜边杆的长度等于第一滑块弹簧组合约束伸缩杆和第二滑块弹簧组合约束伸缩杆长度之和。
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