CN108730325B - 一种应用于空间可展结构的低冲击自锁定铰链 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应用于空间可展结构的低冲击自锁定铰链，包括公铰、母铰、主轴、次轴、三轴、转动连杆、索轮组件，所述公铰与所述转动连杆通过所述主轴连接，具有共同旋转轴；所述母铰和所述转动连杆通过所述次轴连接，具有共同旋转轴；所述索轮组件分别与公铰、母铰连接，所述索轮组件提供初始展开力矩以及展开过程中的恢复力矩，并实现展开到位之后的自锁定，展开过程采用欠展开状态和过展开状态多次循环切换。本发明铰链将动力与锁定功能集于一身，大大减小了铰链的复杂度。

Description

一种应用于空间可展结构的低冲击自锁定铰链

技术领域

本发明涉及航天器结构和机构，具体为一种应用于空间可展结构的低冲击自锁定新型铰链。

背景技术

随着航天技术的发展，空间可展结构由于其可重复利用性、便于运输和储存等特点在航空航天领域逐步得到了日趋广泛的应用。而有效载荷(如矢量磁力仪等)对可展结构剩磁也提出了越来越高的要求，现有航天器上使用的基于金属弹簧的传统铰链装置，通常采用一次展开到位并锁定设计，机械方式锁定带来较大冲击，电锁定方式带来很大剩磁干扰，难以满足低剩磁、无冲击等要求。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，为了满足有效载荷提出的低冲击、自锁定特性，本发明提出一种应用于空间可展结构的低冲击自锁定铰链，具有构型简单、低冲击和自锁定等特点，适用于磁强计伸展臂等空间可展结构，具有广泛的应用适应性。

本发明所采用的技术方案如下：

一种应用于空间可展结构的低冲击自锁定铰链，包括公铰、母铰、主轴、次轴、三轴、转动连杆、索轮组件，所述公铰与所述转动连杆通过所述主轴连接，具有共同旋转轴；所述母铰和所述转动连杆通过所述次轴连接，具有共同旋转轴；所述索轮组件分别与公铰、母铰连接，所述索轮组件提供初始展开力矩以及展开过程中的恢复力矩，并实现展开到位之后的自锁定，展开过程采用欠展开状态和过展开状态多次循环切换。

应用于空间可展结构的低冲击自锁定铰链工作状态主要包括收拢状态、展开过程及完全展开状态。

所述索轮组件包括：主轮、次轮、套筒、内杆、弹簧、绳索，套筒与所述的弹簧套装在所述的内杆上，所述的弹簧一端与所述的套筒连接，弹簧另一端与公铰连接；所述的绳索一端通过所述的内杆内与所述的套筒连接，绳索另一端通过所述的主轮和所述的次轮上凹槽后与母铰连接。

主轴和三轴固定安装在公铰上，次轴固定安装在母铰上。主轮和转动连杆一端套在主轴上，转动连杆另一端套在次轴上，次轮套在三轴上。次轮与主轮通过张紧的绳索连接，形成同步轮的效果，通过传递力矩实现公铰和母铰在转速过大时降低转速，并使保证公铰和母铰最终处于展开状态。

收拢状态下，所述的转动连杆与所述的母铰处于贴合状态，所述的公铰与所述的母铰按照固定角度收拢于母铰一侧；所述的弹簧受到所述的绳索与套筒压缩处于压缩状态，为铰链的初始展开提供初始能量。

展开过程主要分为两个状态，欠展开状态和过展开状态；欠展开状态下，所述的公铰绕所述的主轴转动，所述的索轮组件提供公铰转向完全展开状态的动力；过展开状态下，所述的公铰与所述的转动连杆处于贴合状态，且共同绕所述的次轴转动，所述的索轮组件提供公铰转回至完全展开状态的动力；初始展开后，铰链经过欠展开状态和过展开状态的多次往复，通过弹簧迟滞阻尼、轴系摩擦、运动副摩擦等阻尼实现能量衰减，从而每次欠展开与过展开角度逐渐衰减，直至铰链处于完全展开状态。

完全展开状态下，所述的公铰、所述的转动连杆与所述的母铰处于贴合状态；所述的弹簧受到所述的绳索与套筒压缩处于压缩状态，从而使公铰、转动连杆、母铰处于压紧状态，保证铰链的自锁定。

背带导引支架用于线缆束的引导与约束，具有如下三个功能：一，可防止航天器发射阶段时线缆束从两侧脱落；二，可防止铰链展开过程中时线缆束脱落或卡入铰链机构；三，可防止航天器在轨调姿式时线缆束从两侧脱落。

背带支撑片簧用于线缆束的支撑，具有如下两个功能：一，保持线缆束处于张开状态，防止与铰链内部主轮、次轮接触；二，提供初始的压缩储能，便于铰链的初始展开。

公铰、母铰、主轴、次轴、三轴、转动连杆、主轮、次轮、套筒、内杆、弹簧以及背带导引支架均采用钛合金材料制备，具有比强度高、耐腐蚀性好、耐热性高以及无磁特性。

背带支撑片簧采用铍青铜材料制备，具有弹性极限高、疲劳极限高、弹性滞后小以及无磁特性。

绳索采用非金属材料制成，因此具有无磁特性。

索轮组件提供所述的公铰从初始位置、欠展开位置以及过展开位置向完全展开位置转动的动力；同时，可保证铰链的自锁定。

由于采用了以上的技术方案，使得本发明具有以下的优点：

1.铰链中各零件、组件采用钛合金、铍青铜或非金属材料制成，因此具有无磁特性；

2.展开过程采用欠展开状态和过展开状态多次循环切换，相比于一次展开到位并机械锁定，可保证低冲击；

2.索轮组件由主轮、次轮、套筒、内杆、弹簧、绳索共同组成，收拢状态储藏的应变能可使铰链在无约束状态下自主展开；

3.索轮组件可提供初始展开力矩以及展开过程中的恢复力矩，并实现展开到位之后的自锁定；

4.背带导引支架以及背带支撑片簧可是线缆束保持张开状态，且不会脱落、卡入铰链中；

5.该型铰链将动力与锁定功能集于一身，大大减小了铰链的复杂度。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明铰链收拢状态的示意图；

图2是本发明铰链完全展开状态示意图；

图3是本发明铰链收拢状态下***图。

图中，1、公铰，2、母铰，3、主轴，4、次轴，5、三轴，6、转动连杆，7、主轮，8、次轮，9、套筒，10、内杆，11、弹簧，12、绳索，13、背带导引支架，14、背带支撑片簧。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1和2所示，本发明所提供的应用于空间可展结构的低冲击自锁定铰链，包括：公铰1、母铰2、主轴3、次轴4、三轴5、转动连杆6、主轮7、次轮8、套筒9、内杆10、弹簧11、绳索12、背带导引支架13以及背带支撑片簧14组成。公铰1与转动连杆6通过主轴连接，具有共同旋转轴。母铰2和转动连杆6通过次轴连接，具有共同旋转轴。主轮7、次轮8、套筒9、内杆10、弹簧11、绳索12共同组成索轮组件，分别与公铰1、母铰2连接。

本发明应用于空间可展结构的低冲击自锁定新型铰链工作状态主要包括收拢状态、展开过程及完全展开状态。

套筒9与弹簧11套装在内杆10上。弹簧11一端与套筒9连接，弹簧11另一端与公铰1连接。绳索12一端通过内杆10内与套筒9连接，绳索12另一端通过主轮7和次轮8上凹槽后与母铰2连接。

主轴3和三轴5固定安装在公铰1上，次轴4固定安装在母铰2上。主轮7和转动连杆6一端套在主轴3上，转动连杆6另一端套在次轴4上，次轮8套在三轴5上。次轮8与主轮7通过张紧的绳索12连接，形成同步轮的效果，通过传递力矩实现公铰1和母铰2在转速过大时降低转速，并使保证公铰1和母铰2最终处于展开状态。

收拢状态下，转动连杆6与母铰2处于贴合状态，公铰1与母铰2按照固定角度收拢于母铰2一侧。弹簧11受到绳索12与套筒9压缩处于压缩状态，为铰链的初始展开提供初始能量。

展开过程主要分为两个状态，欠展开状态和过展开状态；欠展开状态下，公铰1绕主轴3转动。索轮组件提供公铰1转向完全展开状态的动力；过展开状态下，公铰1与转动连杆6处于贴合状态，且共同绕次轴4转动。索轮组件提供公铰1转回至完全展开状态的动力；初始展开后，铰链经过欠展开状态和过展开状态的多次往复，通过弹簧11迟滞阻尼、轴系摩擦、运动副摩擦等阻尼实现能量衰减，从而每次欠展开与过展开角度逐渐衰减，直至铰链处于完全展开状态。

完全展开状态下，公铰1、转动连杆6与母铰2处于贴合状态。弹簧11受到绳索12与套筒9压缩处于压缩状态，从而使公铰1、转动连杆6、母铰2处于压紧状态，保证铰链的自锁定。

背带导引支架13用于线缆束的引导与约束，具有如下三个功能：一，可防止航天器发射阶段时线缆束从两侧脱落；二，可防止铰链展开过程中时线缆束脱落或卡入铰链机构；三，可防止航天器在轨调姿式时线缆束从两侧脱落。

背带支撑片簧14用于线缆束的支撑，具有如下两个功能：一，保持线缆束处于张开状态，防止与铰链内部主轮7、次轮8接触；二，提供初始的压缩储能，便于铰链的初始展开。

公铰1、母铰2、主轴3、次轴4、三轴5、转动连杆6、主轮7、次轮8、套筒9、内杆10、弹簧11以及背带导引支架13均采用钛合金材料制备，具有比强度高、耐腐蚀性好、耐热性高以及无磁特性。背带支撑片簧14采用铍青铜材料制备，具有弹性极限高、疲劳极限高、弹性滞后小以及无磁特性。绳索12采用非金属材料制成，因此具有无磁特性。

索轮组件提供所述的公铰1从初始位置、欠展开位置以及过展开位置向完全展开位置转动的动力；同时，可保证铰链的自锁定。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种应用于空间可展结构的低冲击自锁定铰链，其特征在于，包括公铰、母铰、主轴、次轴、三轴、转动连杆、索轮组件，所述公铰与所述转动连杆通过所述主轴连接，具有共同旋转轴；所述母铰和所述转动连杆通过所述次轴连接，具有共同旋转轴；所述索轮组件分别与公铰、母铰连接，所述索轮组件提供初始展开力矩以及展开过程中的恢复力矩，并实现展开到位之后的自锁定，展开过程采用欠展开状态和过展开状态多次循环切换。

2.根据权利要求1所述的应用于空间可展结构的低冲击自锁定铰链，其特征在于,所述索轮组件包括：主轮、次轮、套筒、内杆、弹簧、绳索，套筒与弹簧套装在内杆上，弹簧一端与套筒连接，弹簧另一端与公铰连接，绳索一端通过内杆与套筒连接，绳索另一端通过主轮和次轮后与母铰连接。

3.根据权利要求2所述的应用于空间可展结构的低冲击自锁定铰链，其特征在于,铰链在收拢工作状态下，转动连杆与母铰处于贴合状态，公铰与母铰按照固定角度收拢于母铰一侧，弹簧受到绳索与套筒压缩处于压缩状态，为铰链的初始展开提供初始能量。

4.根据权利要求2所述的应用于空间可展结构的低冲击自锁定铰链，其特征在于,铰链在展开过程主要分为两个状态，欠展开状态和过展开状态，欠展开状态下，公铰绕主轴转动，索轮组件提供公铰转向完全展开状态的动力；过展开状态下，公铰与转动连杆处于贴合状态，且共同绕次轴转动，索轮组件提供公铰转回至完全展开状态的动力；初始展开后，铰链经过欠展开状态和过展开状态的多次往复，通过弹簧阻尼实现能量衰减，从而每次欠展开与过展开角度逐渐衰减，直至铰链处于完全展开状态。

5.根据权利要求2所述的应用于空间可展结构的低冲击自锁定铰链，其特征在于,铰链在完全展开状态下，公铰、转动连杆与母铰处于贴合状态，弹簧受到绳索与套筒压缩处于压缩状态，从而使公铰、转动连杆、母铰处于压紧状态，保证铰链的自锁定。

6.根据权利要求2所述的应用于空间可展结构的低冲击自锁定铰链，其特征在于,还包括背带导引支架，用于线缆束的引导与约束，具有防止航天器发射阶段时线缆束从两侧脱落、防止铰链展开过程中时线缆束脱落或卡入铰链机构、防止航天器在轨调姿式时线缆束从两侧脱落的功能。

7.根据权利要求2所述的应用于空间可展结构的低冲击自锁定铰链，其特征在于,还包括背带支撑片簧，用于线缆束的支撑，具有保持线缆束处于张开状态，防止与铰链内部主轮、次轮接触以及提供初始的压缩储能，便于铰链的初始展开的功能。

8.根据权利要求6所述的应用于空间可展结构的低冲击自锁定铰链，其特征在于,所述公铰、母铰、主轴、次轴、三轴、转动连杆、主轮、次轮、套筒、内杆、弹簧以及背带导引支架均采用钛合金材料制备，所述绳索采用非金属材料制成，具有无磁特性。

9.根据权利要求7所述的应用于空间可展结构的低冲击自锁定铰链，其特征在于,所述公铰、母铰、主轴、次轴、三轴、转动连杆、主轮、次轮、套筒、内杆、弹簧均采用钛合金材料制备，所述绳索采用非金属材料制成，具有无磁特性，所述背带支撑片簧采用铍青铜材料制备，具有无磁特性。

10.根据权利要求1所述的应用于空间可展结构的低冲击自锁定铰链，其特征在于,所述索轮组件提供所述公铰从初始位置、欠展开位置以及过展开位置向完全展开位置转动的动力。