CN109411863A - 一种三棱柱式可展平面薄膜天线机构 - Google Patents

Abstract

一种三棱柱式可展平面薄膜天线机构，它涉及一种天线机构。本发明为了解决现有的铰接式支撑臂存在驱动机构复杂，大大增加了结构重量、展开可靠性较低的问题。本发明的两个滑车锁紧机构对称安装在弹性伸杆展开机构(1)的左右两侧，每个滑车锁紧机构上锁紧有多个滑车机构，多个滑车机构通过弹性伸杆展开机构(1)的三根弹性伸杆(3)的伸展形成三棱柱桁架单元。本发明的展开过程是通过向外伸展弹性伸杆实现的，弹性伸杆展开后即是直线鼓起状态，该状态为稳定状态，需要较大的力矩使其弯曲变形，因此该机构展开后不需要锁定装置，实施方式简单、工作稳定可靠。本发明用于航空航天与国防科技领域。

Description

一种三棱柱式可展平面薄膜天线机构

技术领域

本发明涉及一种天线机构，具体涉及一种三棱柱式可展平面薄膜天线机构，属于航空航天与国防科技领域。

背景技术

随着空间通信、对地观测、深空探测、载人航天等事业的迅猛发展，对大尺度、轻量化、高几何稳定性的宇航空间机构的需求变得非常迫切，但受火箭整流罩容积的限制，需要设计具有大折展比的空间折展式机构，在运输和发射阶段处于折叠状态，而在航天器入轨后展开成工作状态。空间折展机构的设计和相关研究是未来航天事业发展的关键基础性问题之一。

在各类太空探索活动中以及空间站的建设中都离不开空间可展开结构，而空间伸展臂作为空间可展开结构中形式最为丰富、研究最早、应用最为广泛的一维空间展开机构扮演着重要的角色。空间伸展臂在各种太空探测活动中主要是用来展开柔性太阳能帆板、支撑可展开天线、合成孔径雷达、太空望远镜等。卫星进入轨道后，卫星有效载荷在控制***的指令下缓慢展开并借助支撑臂与卫星本体保持一定的距离，以防止有效载荷与卫星本体间产生信号的干扰及耦合振动，但火箭高昂的发射成本决定了火箭载荷舱的空间是十分有限而宝贵的，支撑臂的尺寸通常非常大，其长度达到数十米甚至上百米，这就要求支撑臂具有一定的折叠与展开或单向的展开功能，当卫星处于地面发射状态时，支撑臂成收拢状态，当卫星进入轨道后，支撑臂成展开状态，为卫星天线提供可靠的支撑。随着太空探索、对地观测、海洋勘探和军事侦察等空间活动的迅猛发展以及未来复杂太空任务的需求，对大尺度、高精度、高刚度、超轻型结构的空间伸展臂的需求越来越迫切。现有的铰接式支撑臂存在驱动机构复杂，大大增加了结构重量、展开可靠性较低的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的铰接式支撑臂存在驱动机构复杂，大大增加了结构重量、展开可靠性较低的问题。进而提供一种三棱柱式可展平面薄膜天线机构。

本发明的技术方案是：一种三棱柱式可展平面薄膜天线机构，它包括弹性伸杆展开机构；它还包括两个滑车锁紧机构和多个滑车机构，两个滑车锁紧机构对称安装在弹性伸杆展开机构的左右两侧，每个滑车锁紧机构上锁紧有多个滑车机构，多个滑车机构通过弹性伸杆展开机构的三根弹性伸杆的伸展形成三棱柱桁架单元；每个滑车锁紧机构均包括滑道、导向机构、电机、直角减速器、限位块、弹簧限位卡子和锁紧组件，滑道的一端与弹性伸杆展开机构的侧端面连接，导向机构安装在滑道的内侧一端并为弹性伸杆展开机构的弹性伸杆导向，电机和直角减速器均安装在滑道的另一端上端面上，电机的输出端与直角减速器连接，限位块安装在滑道的内侧另一端并对滑车机构的通过提供限位孔，锁紧组件安装在直角减速器的正下方，且锁紧组件通过直角减速器的控制对滑车机构锁紧与松开，弹簧限位卡子安装在限位块上；滑车机构包括滑车锁紧件、拉锁组件、三根碳纤维杆和薄膜连接件，三根碳纤维杆通过滑车锁紧件顺次连接成三角形架体，位于所述三角形架体底边上的滑车锁紧件内侧均安装有薄膜连接件，薄膜连接件之间连接有薄膜，拉锁组件安装在碳纤维杆上。

进一步地，锁紧组件包括内凹弧形压紧套、螺纹套和螺纹柱，螺纹柱与直角减速器的输出端连接，螺纹套安装在螺纹柱上，内凹弧形压紧套的开口向下安装在螺纹套上。

进一步地，锁紧组件还包括导向滑柱，导向滑柱安装在内凹弧形压紧套上，且导向滑柱滑动穿过滑道。

进一步地，导向机构包括导向架、导向轮和两个导向辊，导向架安装在滑道上，导向轮安装在靠近弹性伸杆展开机构一侧的导向架上，两个导向辊安装在垂直于弹性伸杆展开机构的弹性伸杆伸出方向，两个导向辊之间向内形成对滚。

进一步地，滑车锁紧机构还包括减速器垫片，直角减速器与滑道之间安装有减速器垫片。

进一步地，滑车锁紧件包括上压片、下压片、锁紧滑柱、金属橡胶、滑柱座、卡钩和弹簧，上压片和下压片扣合并通过锁紧滑柱连接构成豆荚架，弹簧套装在锁紧滑柱的下部，滑柱座安装在上压片的端部上，且锁紧滑柱的上部滑动穿设在滑柱座上，卡钩的下部卡在下压片的端部内，卡钩的上部卡装在上压片的端部上，金属橡胶夹在上压片和下压片的扣合处。

进一步地，下压片上开设有两个碳纤维杆安装孔。

进一步地，滑车机构还包括连接弹簧夹子，连接弹簧夹子安装在三角形架体上端的滑车锁紧件的下压片下端面上。

进一步地，拉锁组件包括钢丝绳和钢丝绳接头，三棱柱桁架单元的每个平面上相邻两个滑车机构之间的对角线处设有钢丝绳接头，三棱柱桁架单元的每个平面上位于对角线处的两个钢丝绳接头之间通过钢丝绳连接。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

1、本发明的整体结构对称，单元数量可以为若干个；

2、本发明收拢后体积小，重量轻，折展比高达1：42；

3、本发明中加入了拉索组件，拉索组件加强了支撑臂的整体刚度和重复展开精度；

4、本发明的弹性伸杆通过卷绕的方式储存在弹性伸杆展开机构中，区别于传统的伸展臂将纵杆折叠储存在折展单元中间的方式，大幅提高了折展比；

5、本发明的展开过程是通过向外伸展弹性伸杆实现的，弹性伸杆展开后即是直线鼓起状态，该状态为稳定状态，需要较大的力矩使其弯曲变形，因此该机构展开后不需要锁定装置，实施方式简单、工作稳定可靠。

6、本发明的滑车机构采用三角框结构，支撑臂展开后能够具有较高的刚度和精度；

7、本发明的滑车锁紧机构通过电机正反转实现对滑车的锁紧与释放，提高了支撑臂各单元的跨距精度。

附图说明

图1是本发明的展开过程状态图；图2是滑车锁紧机构示意图；图3是滑车锁紧机构锁紧的剖视图；图4是滑车机构的结构示意图；图5是滑车机构锁紧的剖视图；图6是图1在A处的局部视图；图7是图1在B处的局部视图；图8是图1在C处的局部视图；图9是图1中导向机构7的局部放大图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图9说明本实施方式，本实施方式的一种三棱柱式可展平面薄膜天线机构，包括弹性伸杆展开机构1；它还包括两个滑车锁紧机构和多个滑车机构，两个滑车锁紧机构对称安装在弹性伸杆展开机构1的左右两侧，每个滑车锁紧机构上锁紧有多个滑车机构，多个滑车机构通过弹性伸杆展开机构1的三根弹性伸杆3的伸展形成三棱柱桁架单元；每个滑车锁紧机构均包括滑道2、导向机构7、电机8、直角减速器9、限位块11、弹簧限位卡子27和锁紧组件，滑道2的一端与弹性伸杆展开机构1的侧端面连接，导向机构7安装在滑道2的内侧一端并为弹性伸杆展开机构1的弹性伸杆3导向，电机8和直角减速器9均安装在滑道2的另一端上端面上，电机8的输出端与直角减速器9连接，限位块11安装在滑道2的内侧另一端并对滑车机构的通过提供限位孔，锁紧组件安装在直角减速器9的正下方，且锁紧组件通过直角减速器9的控制对滑车机构锁紧与松开，弹簧限位卡子27安装在限位块11上；滑车机构包括滑车锁紧件、拉锁组件、三根碳纤维杆4和薄膜连接件23，三根碳纤维杆4通过滑车锁紧件顺次连接成三角形架体，位于所述三角形架体底边上的滑车锁紧件内侧均安装有薄膜连接件23，薄膜连接件23之间连接有薄膜6，拉锁组件安装在碳纤维杆4上。

本实施方式的滑道2为框架式滑道。能够有效降低天线机构的重量，同时还能够满足滑道对滑车机构的锁紧和安放工作。

本实施方式的弹性伸杆展开机构1为现有技术，其具体结构可参照公告号为CN101295810A的中国发明专利，发明名称为一种单电机驱动的薄膜天线豆荚形支撑杆双侧展开机构，故本实施方式对其具体结构不再赘述。

本实施方式的滑车机构能够将3个弹性伸杆展开机构1伸出的3根弹性伸杆连接起来构成桁架单元，提高机构整体的刚度和基频。

本实施方式的滑车锁紧机构分布在弹性伸杆展开机构1的两侧，并用螺钉将滑车锁紧机构的滑道2与弹性伸杆展开机构1的端面连接，然后与弹性伸杆展开机构一起固定在星体上。

本实施方式当滑车机构还未锁定到弹性伸杆上时，限位块11能够阻碍滑车机构运动，保证滑车机构不能移动到滑道2外面，当滑车机构锁定到弹性伸杆3上后，限位块11便失去对其运动的阻碍作用，使得前后两辆滑车可以顺利脱离。安装在限位块11上的限位弹簧卡子27能够卡在待锁定的滑车机构的滑柱18上，使得滑车机构即使在振动的环境下也能保持在原来的锁定位置，提高锁定精度和展开精度。

具体实施方式二：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式的锁紧组件包括内凹弧形压紧套12、螺纹套14和螺纹柱15，螺纹柱15与直角减速器9的输出端连接，螺纹套14安装在螺纹柱15上，内凹弧形压紧套12的开口向下安装在螺纹套14上。如此设置，便于在直角减速器9的控制下，带动螺纹柱15转动，由螺纹柱15带动螺纹套14和内凹弧形压紧套12上下移动，从而实现对滑车机构的锁紧和松开动作，操作简单、灵活，其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

本实施方式滑车机构的动作，螺纹柱15与固定在压紧套12上的螺纹套14旋合，从而驱动压紧套12上下移动，将上压片16压下，最终将滑车机构锁定到弹性伸杆3上。当滑车机构还未锁定到弹性伸杆上时，限位块11能够阻碍滑车机构运动，保证滑车机构不能移动到滑道2外面，当滑车机构锁定到弹性伸杆3上后，限位块11便失去对其运动的阻碍作用，使得前后两辆滑车可以顺利脱离。安装在限位块11上的限位弹簧卡子27能够卡在待锁定的滑车机构的滑柱18上，使得滑车机构即使在振动的环境下也能保持在原来的锁定位置，提高锁定精度和展开精度。

具体实施方式三：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式的锁紧组件还包括导向滑柱13，导向滑柱13安装在内凹弧形压紧套12上，且导向滑柱13滑动穿过滑道2。如此设置，便于保证精确锁紧，防止锁紧过程中出现错误。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图9说明本实施方式，本实施方式的导向机构7包括导向架7-1、导向轮7-2和两个导向辊7-3，导向架7-1安装在滑道2上，导向轮7-2安装在靠近弹性伸杆展开机构1一侧的导向架7-1上，两个导向辊7-3安装在垂直于弹性伸杆展开机构1的弹性伸杆3伸出方向，两个导向辊7-3之间向内形成对滚。如此设置，对弹性伸杆展开机构1的弹性伸杆3的伸出提供导向，保证天线机构的顺利展开。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二或三相同。

本实施方式的导向机构7，能够对展开的弹性伸杆3进行导向，提高展开精度。

具体实施方式五：结合图3说明本实施方式，本实施方式的滑车锁紧机构还包括减速器垫片10，直角减速器9与滑道2之间安装有减速器垫片10。如此设置，便于直角减速器9的安装，同时最大限度的减少了震动对天线展开的影响。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。

具体实施方式六：结合图4和图5说明本实施方式，本实施方式的滑车锁紧件包括上压片16、下压片17、锁紧滑柱18、金属橡胶19、滑柱座20、卡钩24和弹簧25，上压片16和下压片17扣合并通过锁紧滑柱18连接构成豆荚架，弹簧25套装在锁紧滑柱18的下部，滑柱座20安装在上压片16的端部上，且锁紧滑柱18的上部滑动穿设在滑柱座20上，卡钩24的下部卡在下压片17的端部内，卡钩24的上部卡装在上压片16的端部上，金属橡胶19夹在上压片16和下压片17的扣合处。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。

本实施方式在收拢状态下时，滑车机构分布在滑道2里。上压片16两端对称安装有金属橡胶19和锁紧滑柱18，金属橡胶在锁紧时能够提高对弹性伸杆3的锁紧力，锁紧滑柱18通过螺纹连接固定在上压片16两端，与固定在下压片17上的滑柱座20的孔构成滑动副，可使上压片16相对下压片17上下平移。锁紧滑柱18下端安装有弹簧25，当滑车机构还未锁定时，保持上压片16处于顶起状态。3个下压片17通过3根碳纤维杆4依次连接起来，构成三角框，每个下压片17的两端对称安装有滑柱座20，下压片17的两端还对称安装有卡钩24，当上压片被压下时，卡钩24会卡在上压片16的凸台上，实现锁紧。在下压片17两端的底部对称安装有连接弹簧卡子21，后一辆滑车机构的连接弹簧卡子21卡在前一辆滑车机构的下压片的卡柱上，当前一辆滑车机构向前移动时，后面的滑车机构也会移动，这样就会将所有的滑车机构依次送到滑车锁紧机构的锁紧点，等待锁紧，最后一辆滑车机构的滑柱座20上安装有锥销26，当最后一辆滑车机构移动到锁紧点时，锥销26会销进限位块11的锥孔中，实现滑车机构与滑车锁紧机构的连接，提高了结构整体的刚度。

具体实施方式七：结合图5说明本实施方式，本实施方式的下压片17上开设有两个碳纤维杆安装孔17-1。如此设置，便于安装碳纤维杆。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。

具体实施方式八：结合图4说明本实施方式，本实施方式的滑车机构还包括连接弹簧夹子22，连接弹簧夹子22安装在三角形架体上端的滑车锁紧件的下压片17下端面上。如此设置，便于实现对滑车机构的连接，其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六或七相同。

具体实施方式九：结合图1说明本实施方式，本实施方式的拉锁组件包括钢丝绳5和钢丝绳接头22，三棱柱桁架单元的每个平面上相邻两个滑车机构之间的对角线处设有钢丝绳接头22，三棱柱桁架单元的每个平面上位于对角线处的两个钢丝绳接头22之间通过钢丝绳5连接。

进一步地，下压片17的底部对称分布着4个钢丝绳接头22，钢丝绳接头与钢丝绳5连接，能够在机构展开后形成桁架结构，进一步提高了结构的刚度。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六、七或八相同。

本发明的工作原理如下：

结合图1至图9说明本发明的工作原理。本发明的弹性伸杆展开机构未展开时处于收拢状态，如图1中C处所示，后一辆滑车机构的连接弹簧卡子21卡在前一辆滑车的卡柱上，这样所有滑车机构都连接在一起储存在滑道2中。滑车机构的上压片16两端对称安装有金属橡胶19和锁紧滑柱18，锁紧滑柱18通过螺纹连接固定在上压片16两端，与固定在下压片17上的滑柱座20的孔构成滑动副，滑柱18下端安装有弹簧25，当滑车机构还未锁定时，保持上压片16处于顶起状态。因为上压片16处于顶起状态，因此安装在第一辆滑车机构上压片16两端的锁紧滑柱18伸出滑柱座20一段，伸出的锁紧滑柱18卡在固定在限位块11的限位弹簧卡子27中，由此第一辆滑车机构便处于锁紧位置等待锁紧。

展开时，固定在滑道2上的电机8通过直角减速器9与螺纹柱15连接，螺纹柱15与固定在压紧套12上的螺纹套14旋合，从而驱动压紧套12向下移动，将上压片16压下，当上压片16被下压到既定位置时，卡钩24卡在上压片16的凸台上，将上压片16和下压片17锁紧到一块，上压片16和下压片17通过金属橡胶19共同将中间的弹性伸杆3夹紧，此时锁紧滑柱18沉到锁紧滑柱18内部，限位块11对第一辆滑车机构失去运动约束，由此实现滑车锁紧机构将滑车机构锁定到弹性伸杆3上，最后电机8反转，驱动压紧套12复位。

第一辆滑车机构锁定到弹性伸杆3上后，随着弹性伸杆3的向外伸展，因为第二辆滑车机构的连接弹簧卡子21卡在第一辆滑车机构的卡柱上，因此第二辆滑车机构被第一辆滑车机构拖到锁紧位置，后面的所有滑车机构也向前移动一个车位，当第二辆滑车机构移动到锁紧位置时，因为第二辆滑车机构的滑柱18还伸出滑柱座20一段，因此限位块11阻碍了第二辆滑车机构被第一辆滑车机构进一步向前拖拽，第一辆滑车机构继续向前移动，卡柱就会从第二辆滑车机构的连接弹簧卡子21中脱离，由此实现了前后两辆滑车机构的分离，当第一辆滑车机构继续向前移动时，连接在两辆滑车机构之间的薄膜6和钢丝绳5逐渐被拉紧，之后第二辆滑车机构再被锁定到弹性伸杆3上，形成桁架单元，以此类推将直到所有桁架单元全部展开为止，当最后一辆滑车移动到锁紧位置时，安装在滑柱座20上的锥销26销进限位块11的锥孔中，实现整个薄膜可展机构与滑道2的固定连接，提高结构的整体刚度。

Claims (9)

1.一种三棱柱式可展平面薄膜天线机构，它包括弹性伸杆展开机构(1)；其特征在于：它还包括两个滑车锁紧机构和多个滑车机构，两个滑车锁紧机构对称安装在弹性伸杆展开机构(1)的左右两侧，每个滑车锁紧机构上锁紧有多个滑车机构，多个滑车机构通过弹性伸杆展开机构(1)的三根弹性伸杆(3)的伸展形成三棱柱桁架单元；

每个滑车锁紧机构均包括滑道(2)、导向机构(7)、电机(8)、直角减速器(9)、限位块(11)、弹簧限位卡子(27)和锁紧组件，滑道(2)的一端与弹性伸杆展开机构(1)的侧端面连接，导向机构(7)安装在滑道(2)的内侧一端并为弹性伸杆展开机构(1)的弹性伸杆(3)导向，电机(8)和直角减速器(9)均安装在滑道(2)的另一端上端面上，电机(8)的输出端与直角减速器(9)连接，限位块(11)安装在滑道(2)的内侧另一端并对滑车机构的通过提供限位孔，锁紧组件安装在直角减速器(9)的正下方，且锁紧组件通过直角减速器(9)的控制对滑车机构锁紧与松开，弹簧限位卡子(27)安装在限位块(11)上；

滑车机构包括滑车锁紧件、拉锁组件、三根碳纤维杆(4)和薄膜连接件(23)，三根碳纤维杆(4)通过滑车锁紧件顺次连接成三角形架体，位于所述三角形架体底边上的滑车锁紧件内侧均安装有薄膜连接件(23)，薄膜连接件(23)之间连接有薄膜，拉锁组件安装在碳纤维杆(4)上。

2.根据权利要求1所述的一种三棱柱式可展平面薄膜天线机构，其特征在于：锁紧组件包括内凹弧形压紧套(12)、螺纹套(14)和螺纹柱(15)，螺纹柱(15)与直角减速器(9)的输出端连接，螺纹套(14)安装在螺纹柱(15)上，内凹弧形压紧套(12)的开口向下安装在螺纹套(14)上。

3.根据权利要求2所述的一种三棱柱式可展平面薄膜天线机构，其特征在于：锁紧组件还包括导向滑柱(13)，导向滑柱(13)安装在内凹弧形压紧套(12)上，且导向滑柱(13)滑动穿过滑道(2)。

4.根据权利要求3所述的一种三棱柱式可展平面薄膜天线机构，其特征在于：导向机构(7)包括导向架(7-1)、导向轮(7-2)和两个导向辊(7-3)，导向架(7-1)安装在滑道(2)上，导向轮(7-2)安装在靠近弹性伸杆展开机构(1)一侧的导向架(7-1)上，两个导向辊(7-3)安装在垂直于弹性伸杆展开机构(1)的弹性伸杆(3)伸出方向，两个导向辊(7-3)之间向内形成对滚。

5.根据权利要求4所述的一种三棱柱式可展平面薄膜天线机构，其特征在于：滑车锁紧机构还包括减速器垫片(10)，直角减速器(9)与滑道(2)之间安装有减速器垫片(10)。

6.根据权利要求5所述的一种三棱柱式可展平面薄膜天线机构，其特征在于：滑车锁紧件包括上压片(16)、下压片(17)、锁紧滑柱(18)、金属橡胶(19)、滑柱座(20)、卡钩(24)和弹簧(25)，上压片(16)和下压片(17)扣合并通过锁紧滑柱(18)连接构成豆荚架，弹簧(25)套装在锁紧滑柱(18)的下部，滑柱座(20)安装在上压片(16)的端部上，且锁紧滑柱(18)的上部滑动穿设在滑柱座(20)上，卡钩(24)的下部卡在下压片(17)的端部内，卡钩(24)的上部卡装在上压片(16)的端部上，金属橡胶(19)夹在上压片(16)和下压片(17)的扣合处。

7.根据权利要求6所述的一种三棱柱式可展平面薄膜天线机构，其特征在于：下压片(17)上开设有两个碳纤维杆安装孔(17-1)。

8.根据权利要求7所述的一种三棱柱式可展平面薄膜天线机构，其特征在于：滑车机构还包括连接弹簧夹子(22)，连接弹簧夹子(22)安装在三角形架体上端的滑车锁紧件的下压片(17)下端面上。

9.根据权利要求8所述的一种三棱柱式可展平面薄膜天线机构，其特征在于：拉锁组件包括钢丝绳(5)和钢丝绳接头(22)，三棱柱桁架单元的每个平面上相邻两个滑车机构之间的对角线处设有钢丝绳接头(22)，三棱柱桁架单元的每个平面上位于对角线处的两个钢丝绳接头(22)之间通过钢丝绳(5)连接。