CN110518327A - 一种薄膜天线人形杆环状可折展机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种薄膜天线人形杆环状可折展机构，整体结构设置为环状多边形，包括上下两层，每一层均设置有若干同步驱动机构，每个所述同步驱动机构均包括驱动装置、齿轮传动装置、滚筒传动装置、径向压紧装置和辅助支撑装置，所述驱动装置通过所述齿轮传动装置传动并与所述滚筒传动装置连接，所述径向压紧装置对应所述滚筒传动装置设置，所述辅助支撑装置形成整体支撑框架，便于所述驱动装置、所述齿轮传动装置、所述滚筒传动装置、所述径向压紧装置的位置设置；相邻所述同步驱动机构通过人形杆连接；本发明解决现有的由刚性铰链和刚性杆构成的可展开机构展开过程中冲击大和质量较重的问题，且可实现环向和纵向同步展开。

Description

一种薄膜天线人形杆环状可折展机构

技术领域

本发明涉及空间可折展机构技术领域，具体涉及一种薄膜天线人形杆环状可折展机构。

背景技术

薄膜天线是航天器的重要组成部分，是直接执行卫星功能的重要平台。为了满足卫星通讯需求，薄膜天线不可避免的趋于大型化、复杂化，但在同时它又面临着运载工具的有效空间和运载能力的限制。解决这一矛盾的最可行方法就是采用更好的薄膜天线展开机构形式。

现有的薄膜天线可折展机构一般由刚性铰链和刚性杆构成，该可展开机构展开过程中冲击大和质量较重，不适于大型薄膜天线的展开。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种薄膜天线人形杆环状可折展机构，整体结构设置为环状多边形，包括上下两层，每一层均设置有若干同步驱动机构，每个所述同步驱动机构均包括驱动装置、齿轮传动装置、滚筒传动装置、径向压紧装置和辅助支撑装置，所述驱动装置通过所述齿轮传动装置传动并与所述滚筒传动装置连接，所述径向压紧装置对应所述滚筒传动装置设置，所述辅助支撑装置形成整体支撑框架，便于所述驱动装置、所述齿轮传动装置、所述滚筒传动装置、所述径向压紧装置的位置设置；相邻所述同步驱动机构通过人形杆连接。

较佳的，所述滚筒传动装置包括纵向传动组块和环形传动组块，所述纵向传动组块和所述环形传动组块均配合设置有对应的径向压紧装置和所述辅助支撑装置；所述驱动装置通过所述齿轮传动装置分别与所述纵向传动组块、所述环形传动组块传动连接。

较佳的，所述齿轮传动装置包括第一锥齿轮、第二锥齿轮、第一传动轴、第一直齿轮、第二直齿轮、第一主轴；所述驱动装置的输出轴与所述第一锥齿轮连接；所述第一传动轴与所述第二锥齿轮固接；所述第一锥齿轮与所述第二锥齿轮啮合；所述第一直齿轮与所述第一传动轴连接；所述辅助支撑装置上第一底板上的所述第一主轴与所述第二直齿轮连接；所述第一直齿轮与所述第二直齿轮啮合，所述第一底板上的所述第一主轴与所述环形传动组块连接。

较佳的，所述齿轮传动装置还包括第三锥齿轮、第二传动轴、第三直齿轮、第四直齿轮；所述第二传动轴与所述第三锥齿轮固接；所述第二锥齿轮与所述第三锥齿轮啮合；所述第三直齿轮与所述第二传动轴连接；所述辅助支撑装置上第二底板上的所述第一主轴与所述第四直齿轮连接；所述第三直齿轮与所述第四直齿轮啮合，所述第二底板上的所述第一主轴与所述纵向形传动组块连接。

较佳的，所述辅助支撑装置包括第一顶板、上顶板、挡板、支撑杆；所述第一顶板与所述第一底板、所述第二底板通过所述支撑杆固接在一起，所述滚筒传动装置设置于所述第一顶板与所述第一底板、所述第二底板之间。

较佳的，所述第一顶板与所述上顶板之间固接在一起；所述挡板与所述第一顶板、所述第一底板固接在一起；所述电机固定板与所述第一底板、所述第二底板固接在一起。

较佳的，所述第一顶板、所述第一底板、所述第二底板、所述挡板、所述电机固定板在连接处均设为腰型孔。

较佳的，所述纵向传动组块和所述环形传动组块均包括联轴器、第一滚筒、上端盖、轴承、滚筒压片杆，所述第一主轴与所述联轴器连接；所述第一滚筒与所述联轴器、所述上端盖连接，在所述上端盖与所述第一顶板之间设有轴承座；所述轴承与所述上端盖、所述第一顶板上的轴承座过盈配合；所述滚筒压片杆通过螺钉将所述人形杆固接在所述第一滚筒上。

较佳的，所述径向压紧装置包括心轴、第一拉伸弹簧、第二拉伸弹簧、滑块、底板固定架；螺钉拧进所述上顶板、所述第一顶板，作为所述第一拉伸弹簧的定位柱；所述底板固定架通过所述螺母固接在所述第一底板上，作为所述第二拉伸弹簧的定位柱；所述第一拉伸弹簧、所述第二拉伸弹簧拉住所述心轴，所述心轴与所述滑块固接；所述滑块的两端设置在所述第一顶板和所述第一底板设有的导轨滑槽中并可沿所述导轨滑槽滑动。

较佳的，所述径向压紧装置还包括压紧架、压紧滚子，所述压紧架两端与所述压紧滚子固接，与所述心轴过盈配合；所述压紧滚子在所述第一拉伸弹簧、所述第二拉伸弹簧预紧力的作用下压住缠在所述第一滚筒上的所述人形杆。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：本发明解决现有的由刚性铰链和刚性杆构成的可展开机构展开过程中冲击大和质量较重的问题，且可实现环向和纵向同步展开。该机构环状为十边形，包括上下两层，每一层由十个同步驱动机构构成，每个同步驱动机构通过锥齿轮将电机运动传递给两个垂直相交的滚筒，实现了两个相互垂直平面内的人形杆向三个方向同时展开。该机构中含有的径向压紧机构用于实现人形杆沿径向压扁，周向压紧机构实现人形杆收拢缠绕时的紧凑性，支撑机构能够提高人形杆展开状态的刚度。本发明具有可展开面积大，展开、收拢过程稳定，收拢体积小，为薄膜天线结构展开提供了高效和可靠性的技术。

附图说明

图1为所述薄膜天线人形杆环状可折展机构的立体结构视图；

图2为所述同步驱动机构的立体结构视图；

图3为所述齿轮传动装置的结构视图；

图4为所述滚筒传动装置的结构视图；

图5为所述人形杆横截面图；

图6为所述薄膜天线人形杆环状可折展机构的展开过程图。

图中数字表示：

101-驱动电机；102-减速器；201-第一锥齿轮；202-第二锥齿轮；203-第三锥齿轮；204-第一平键；205-第一传动轴；206-第二传动轴；207-第一轴套；208-第二轴套；209-第二平键；210-第一直齿轮；211-第二直齿轮；212-第一主轴；213-第三平键；214-第三直齿轮；215-第四直齿轮；301-联轴器；302-第一滚筒；304-上端盖；305-滚筒压片杆；308-人形杆；401-心轴；402-压紧架；403-压紧滚子；404-第一拉伸弹簧；405-第二拉伸弹簧；406-滑块；407-导向压紧杆；408-底板固定架；501-第一顶板；502-顶板；503-上顶板；504-第一底板；505-第二底板；506-挡板；507-支撑杆；508-上顶板固定螺栓；509-电机固定板。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

实施例一

如图1所示，图1为所述薄膜天线人形杆环状可折展机构的结构示意图；在本实施例中，所述薄膜天线人形杆环状可折展机构的整体机构环状设置为十边形，包括上下两层，每一层均设置有十个同步驱动机构。

如图2所示，图2为所述同步驱动机构的立体结构视图；每个所述同步驱动机构均包括驱动装置、齿轮传动装置、滚筒传动装置、径向压紧装置和辅助支撑装置，所述驱动装置通过所述齿轮传动装置传动并与所述滚筒传动装置连接，所述径向压紧装置对应所述滚筒传动装置设置，所述辅助支撑装置形成整体支撑构架，便于所述驱动装置、所述齿轮传动装置、所述滚筒传动装置、所述径向压紧装置的位置设置。相邻所述同步驱动机构通过人形杆308连接。

如图3所示，图3为所述齿轮传动装置的结构视图；所述驱动装置包括驱动电机101和减速器102；所述齿轮传动装置2包括第一锥齿轮201、第二锥齿轮202、第三锥齿轮203、第一传动轴205、第二传动轴206、第一直齿轮210、第二直齿轮211、第一主轴212、第三直齿轮214、第四直齿轮215。

所述滚筒传动装置包括纵向传动组块和环形传动组块，所述纵向传动组块和所述环形传动组块均配合设置有对应的径向压紧装置和所述辅助支撑装置；所述驱动装置通过所述第一锥齿轮201和所述第二锥齿轮202的传动实现所述环形传动组块的运动；所述驱动装置1通过所述第一锥齿轮201、所述第二锥齿轮202和所述第三锥齿轮203的传动实现所述纵向传动组块的运动。

具体的，所述驱动电机101的输出轴与所述减速器102连接，所述减速器102安装在所述辅助支撑装置的电机固定板509上，所述减速器102的输出轴穿过所述电机固定板509上的通孔，通过第一平键204与所述第一锥齿轮201连接；轴承过盈设置于所述辅助支撑装置上第一底板504和第二底板505的轴承座内。

所述第一传动轴205与轴承过盈配合后，装上第一轴套207，而后通过紧定螺钉与所述第二锥齿轮202固接；所述第一锥齿轮201与所述第二锥齿轮202啮合。

所述第二传动轴206与轴承过盈配合后，装上第二轴套208，而后通过紧定螺钉与所述第三锥齿轮203固接；所述第二锥齿轮202与所述第三锥齿轮203啮合。

所述第一直齿轮210通过第二平键209与所述第一传动轴205连接；轴承过盈配合在所述第一底板504的轴承座上，而后与所述第一底板504上的所述第一主轴212过盈配合；所述第一底板504上的所述第一主轴212与所述第二直齿轮211通过第三平键213连接；所述第一直齿轮210与所述第二直齿轮211啮合，所述第一底板504上的所述第一主轴212与所述环形传动组块连接。

所述第三直齿轮214通过第二平键209与所述第二传动轴206连接；轴承过盈配合在所述第二底板505的轴承座上，而后与所述第二底板505上的所述第一主轴212过盈配合；所述第二底板505上的所述第一主轴212与所述第四直齿轮215通过第三平键213连接；所述第三直齿轮214与所述第四直齿轮215啮合，所述第二底板505上的所述第一主轴212与所述纵向形传动组块连接。

通过所述齿轮传动装置的结构设置，所述减速器102的输出轴通过所述第一锥齿轮201将运动和动力传递给轴线相互垂直的所述第二锥齿轮202和所述第三锥齿轮203，从而驱动两个相互垂直的所述第一主轴212。

实施例二

如图4所示，图4为所述滚筒传动装置的结构视图；所述辅助支撑装置包括第一顶板501、上顶板503、第一底板504、第二底板505、挡板506、支撑杆507。

所述第一顶板501与所述第一底板504通过十二个所述支撑杆507、二十四个螺母固接在一起，以增强连接的可靠性并减轻机构重量；所述滚筒传动装置3设置于所述第一项板501与所述第一底板504之间。

如图5所示，图5为所述人形杆横截面图；所述第一顶板501与所述上项板503之间通过两个上顶板固定螺栓508、四个第三螺母509固接在一起；所述挡板506与所述第一顶板501和所述第一底板504采用螺栓螺母固接在一起，对展开的所述人形杆308起导向定位作用；所述电机固定板509与所述第一底板504、所述第二底板505通过螺栓螺母固接在一起。

较佳的，所述第一顶板501、所述顶板502、所述第一底板504、所述第二底板505、所述挡板506、所述电机固定板509在连接处均设为腰型孔，以减小由于制造误差，通过螺栓连接带来的装配应力。

所述纵向传动组块和所述环形传动组块均包括联轴器301、第一滚筒302、上端盖304、轴承、滚筒压片杆305。

所述第一主轴212与所述联轴器301通过花键连接；所述第一滚筒302与所述联轴器301、所述上端盖304通过M5螺栓连接，在所述上端盖304与所述第一顶板501之间设有轴承座；所述轴承与所述上端盖304、所述第一顶板501上的轴承座过盈配合；所述滚筒压片杆305通过四颗螺钉将所述人形杆308固接在所述第一滚筒302上。

所述径向压紧装置包括心轴401、压紧架402、压紧滚子403、第一拉伸弹簧404、第二拉伸弹簧405、滑块406、四个导向压紧杆407、底板固定架408。

所述第一顶板501与所述第一底板504上设有八个轴承座，八个轴承分别与四个所述导向压紧杆407、所述第一顶板501和所述第一底板504上的轴承座过盈配合。

螺钉拧进所述上顶板503、所述第一顶板501，用作所述第一拉伸弹簧404的定位柱；所述底板固定架408通过所述螺母固接在所述第一底板504上，用作所述第二拉伸弹簧405的定位柱；所述第一拉伸弹簧404、所述第二拉伸弹簧405拉住所述心轴401，而所述心轴401则与所述滑块406采用螺旋副固接；所述滑块406的两端设置在所述第一顶板501和所述第一底板504设有的导轨滑槽中并可沿所述导轨滑槽滑动。

所述压紧架402两端与所述压紧滚子403固接，与所述心轴401过盈配合；所述压紧滚子403在所述第一拉伸弹簧404、所述第二拉伸弹簧405预紧力的作用下，紧紧地压住缠在所述第一滚筒302上的所述人形杆308。

一般的，所述环形传动组块上的所述第一滚筒302连接有两个所述人形杆308，且所述第一滚筒302通过正反转动可实现两个所述人形杆308的展开与收拢，所述人形杆308之间夹角为144°，展开机构为环状十边形。所述人形杆308的两端分别压扁固定在相邻所述同步驱动机构的所述第一滚筒302上。

所述径向压紧装置关于所述第一滚筒302成轴对称分布，所述心轴401在所述第一拉伸弹簧404、所述第二拉伸弹簧405的预紧力作用下可以沿着所述第一滚筒302径向移动，所述滑块406通过螺纹副与所述心轴401连接后，可在所述上顶板503、所述第一底板504所设的导轨内滑动，进行径向移动导向并减小摩擦。

如图6所示，图6为所述薄膜天线人形杆环状可折展机构的展开过程图；本发明所述薄膜天线人形杆环状可折展机构的工作过程具体为：所述驱动电机101通过所述减速器102将运动传递给锥齿轮组，相互垂直的锥齿轮分别将运动和动力通过不同减速比的齿轮组传递到所述纵向传动组块和所述环形传动组块的两所述第一主轴212上，以实现所述环形传动组块的所述第一主轴转速远大于所述纵向传动组块的所述第一主轴转速。

所述第一滚筒302下面的所述联轴器301与所述第一主轴212之间通过花键连接，与所述第一主轴212同速。实现所述同步驱动机构以环向展开为主，以纵向展开为辅。所述人形杆308两端分别通过所述径向压紧装置压紧固接在两个所述同步驱动机构的所述第一滚筒302上，在展开时可以双向展开，即增强了机构整体刚度，又缩短了展开时间。

所述径向压紧装置通过两对四个拉伸弹簧预紧力的作用下，将所述压紧滚子403紧紧压在缠绕在所述第一滚筒302上的所述人形杆308上。在薄膜天线展开、收拢时，所述径向压紧装置4通过所述滑块406在顶板和底板导轨上径向滑动。

所述人形杆308在布置时，依次通过所述导向压紧杆407之间缝隙和所述挡板506上的人形杆槽，在薄膜天线展开收拢时，所述导向压紧杆407起到导向和压扁所述人形杆308的作用，所述挡板506上设有人形杆槽，起到导向和约束所述人形杆308的作用。

所述第一底板504和所述第一顶板501之间安装的所述导向压紧杆407、所述挡板506相对所述第一滚筒302成镜像分布，在水平面内夹角为144°，使得一个所述同步驱动机构环向展开的两所述人形杆308之间的夹角也为144°。整体机构展开之后在环向平面内成正十边形。在纵向，相邻的四个同步驱动机构采用绳索进行展开状态的预紧。

本发明在本实施例中环状为十边形，包括上下两层，每一层由十个同步驱动机构构成，每个同步驱动机构通过锥齿轮将电机运动传递给两个垂直相交的滚筒，实现了两个相互垂直平面内的人形杆向三个方向同时展开。该机构中含有的径向压紧机构用于实现人形杆沿径向压扁，周向压紧机构实现人形杆收拢缠绕时的紧凑性，支撑机构能够提高人形杆展开状态的刚度。本发明具有可展开面积大，展开、收拢过程稳定，收拢体积小，为薄膜天线结构展开提供了高效和可靠性的技术。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种薄膜天线人形杆环状可折展机构，其特征在于，整体结构设置为环状多边形，包括上下两层，每一层均设置有若干同步驱动机构，每个所述同步驱动机构均包括驱动装置、齿轮传动装置、滚筒传动装置、径向压紧装置和辅助支撑装置，所述驱动装置通过所述齿轮传动装置传动并与所述滚筒传动装置连接，所述径向压紧装置对应所述滚筒传动装置设置，所述辅助支撑装置形成整体支撑框架，便于所述驱动装置、所述齿轮传动装置、所述滚筒传动装置、所述径向压紧装置的位置设置；相邻所述同步驱动机构通过人形杆连接。

2.如权利要求1所述的薄膜天线人形杆环状可折展机构，其特征在于，所述滚筒传动装置包括纵向传动组块和环形传动组块，所述纵向传动组块和所述环形传动组块均配合设置有对应的径向压紧装置和所述辅助支撑装置；所述驱动装置通过所述齿轮传动装置分别与所述纵向传动组块、所述环形传动组块传动连接。

3.如权利要求2所述的薄膜天线人形杆环状可折展机构，其特征在于，所述齿轮传动装置包括第一锥齿轮、第二锥齿轮、第一传动轴、第一直齿轮、第二直齿轮、第一主轴；所述驱动装置的输出轴与所述第一锥齿轮连接；所述第一传动轴与所述第二锥齿轮固接；所述第一锥齿轮与所述第二锥齿轮啮合；所述第一直齿轮与所述第一传动轴连接；所述辅助支撑装置上第一底板上的所述第一主轴与所述第二直齿轮连接；所述第一直齿轮与所述第二直齿轮啮合，所述第一底板上的所述第一主轴与所述环形传动组块连接。

4.如权利要求3所述的薄膜天线人形杆环状可折展机构，其特征在于，所述齿轮传动装置还包括第三锥齿轮、第二传动轴、第三直齿轮、第四直齿轮；所述第二传动轴与所述第三锥齿轮固接；所述第二锥齿轮与所述第三锥齿轮啮合；所述第三直齿轮与所述第二传动轴连接；所述辅助支撑装置上第二底板上的所述第一主轴与所述第四直齿轮连接；所述第三直齿轮与所述第四直齿轮啮合，所述第二底板上的所述第一主轴与所述纵向形传动组块连接。

5.如权利要求2所述的薄膜天线人形杆环状可折展机构，其特征在于，所述辅助支撑装置包括第一顶板、上顶板、挡板、支撑杆；所述第一顶板与所述第一底板、所述第二底板通过所述支撑杆固接在一起，所述滚筒传动装置设置于所述第一顶板与所述第一底板、所述第二底板之间。

6.如权利要求5所述的薄膜天线人形杆环状可折展机构，其特征在于，所述第一顶板与所述上顶板之间固接在一起；所述挡板与所述第一顶板、所述第一底板固接在一起；所述电机固定板与所述第一底板、所述第二底板固接在一起。

7.如权利要求6所述的薄膜天线人形杆环状可折展机构，其特征在于，所述第一顶板、所述第一底板、所述第二底板、所述挡板、所述电机固定板在连接处均设为腰型孔。

8.如权利要求2所述的薄膜天线人形杆环状可折展机构，其特征在于，所述纵向传动组块和所述环形传动组块均包括联轴器、第一滚筒、上端盖、轴承、滚筒压片杆，所述第一主轴与所述联轴器连接；所述第一滚筒与所述联轴器、所述上端盖连接，在所述上端盖与所述第一顶板之间设有轴承座；所述轴承与所述上端盖、所述第一顶板上的轴承座过盈配合；所述滚筒压片杆通过螺钉将所述人形杆固接在所述第一滚筒上。

9.如权利要求8所述的薄膜天线人形杆环状可折展机构，其特征在于，所述径向压紧装置包括心轴、第一拉伸弹簧、第二拉伸弹簧、滑块、底板固定架；螺钉拧进所述上顶板、所述第一顶板，作为所述第一拉伸弹簧的定位柱；所述底板固定架通过所述螺母固接在所述第一底板上，作为所述第二拉伸弹簧的定位柱；所述第一拉伸弹簧、所述第二拉伸弹簧拉住所述心轴，所述心轴与所述滑块固接；所述滑块的两端设置在所述第一顶板和所述第一底板设有的导轨滑槽中并可沿所述导轨滑槽滑动。

10.如权利要求9所述的薄膜天线人形杆环状可折展机构，其特征在于，所述径向压紧装置还包括压紧架、压紧滚子，所述压紧架两端与所述压紧滚子固接，与所述心轴过盈配合；所述压紧滚子在所述第一拉伸弹簧、所述第二拉伸弹簧预紧力的作用下压住缠在所述第一滚筒上的所述人形杆。