本發(fā)明涉及一種可展開機構(gòu)。

背景技術(shù)：

隨著載人航天、對地觀測、深空探測以及空間通信等事業(yè)的迅速發(fā)展，各類航天工程中需要的空間機構(gòu)的尺寸越來越大，以滿足不同航天任務的需求，但是受到航天運載工具有效空間容倉的限制，需要設計具有大折疊比的空間可展開機構(gòu)，在發(fā)射和運輸階段處于折疊狀態(tài)并收攏于整流罩內(nèi)，待航天器進入軌道后再展開至工作狀態(tài)，在各項航天任務中，多種類型的空間可展開機構(gòu)得到了快速發(fā)展和應用，如折展太陽能電池板、空間站基礎骨架、空間機械臂、空間伸展臂、大口徑可展開天線、大型柔性太陽帆板支撐架等。

可展開機構(gòu)一般有兩種穩(wěn)定狀態(tài)：完全收攏狀態(tài)和完全展開狀態(tài)(工作狀態(tài))，根據(jù)可展開機構(gòu)的展開與收攏方式，其可以分為鉸接桁架式可展機構(gòu)、變形材料可展機構(gòu)以及充氣展開式可展機構(gòu)，其中變性材料可展機構(gòu)采用具有大彈性變形的材料作為可展機構(gòu)的主體材料，在折疊收攏狀態(tài)下材料發(fā)生變形而儲存彈性變形能，釋放后依靠彈性變形能驅(qū)動機構(gòu)轉(zhuǎn)化為展開狀態(tài)，可重復收攏展開性差，精度較低；充氣展開式可展機構(gòu)原理為用柔性材料制成密閉結(jié)構(gòu)，入軌后靠填充氣體將密閉結(jié)構(gòu)展開的一類可展機構(gòu)，具有質(zhì)量小、折疊比大的優(yōu)點，但是形面精度較低，結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性差，剛度較低，技術(shù)尚不成熟，而鉸接桁架式可展機構(gòu)主要由連桿和運動副組成，此類機構(gòu)具有收攏折疊比較大、精度高、可重復收攏展開性好和壽命長的優(yōu)點，目前已經(jīng)被廣泛應用于空間站基礎骨架、空間伸展臂以及大口徑可展開天線等領域。

目前，在軌運行的空間伸展臂、可展開天線等結(jié)構(gòu)較多的采用鉸接桁架式可展機構(gòu)形式，如美國用于三維地形觀測的60m可折展雷達支撐臂、俄羅斯“聯(lián)盟號”飛船上的四面體構(gòu)架式可展開天線、日本菊8號衛(wèi)星上的六面體可展單元桁架式拋物面天線、美國thuraya衛(wèi)星上的環(huán)形桁架可展開天線等。隨著航天事業(yè)的快速發(fā)展，航天工程中所需要的鉸接桁架空間可展機構(gòu)不斷向著大尺度、高精度、高剛度、易于控制等方向發(fā)展，因此，亟需在現(xiàn)有可展機構(gòu)相關(guān)研究基礎上提出自由度少、制造工藝性好以及剛度高等性能優(yōu)良的可展開機構(gòu)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種單自由度、結(jié)構(gòu)簡單、剛度較高以及展開性能較好的單自由度非對稱剪鉸式可展開機構(gòu)單元。

本發(fā)明單自由度非對稱剪鉸式可展開機構(gòu)單元，包括兩個長剪叉桿、兩個短剪叉桿、四個非對稱剪叉桿、兩個連桿、兩個銷軸連接件以及八個組合花盤；所述銷軸連接件的長方體形基體中部設有矩形開口槽，在開口槽兩側(cè)壁上各設一個通孔，兩通孔的軸線重合，另在開口槽底的外端設有一端與其相連的銷軸，該銷軸的軸線過開口槽的對稱面；所述兩個長剪叉桿結(jié)構(gòu)完全相同，中間通過一個銷軸連接件銷軸部分連接，銷軸連接件連接處形成轉(zhuǎn)動副，位于此單自由度非對稱剪鉸式可展開機構(gòu)單元的一個側(cè)面上；所述兩個短剪叉桿結(jié)構(gòu)完全相同，中間通過另一個銷軸連接件的銷軸部分連接，銷軸連接件處形成轉(zhuǎn)動副，位于此單自由度非對稱剪鉸式可展開機構(gòu)單元中與兩個長剪叉桿相對的另一個側(cè)面上；所述兩個連桿結(jié)構(gòu)完全相同，一端通過轉(zhuǎn)動副連接，另外兩端分別插入上述連接兩個長剪叉桿和連接兩個短剪叉桿的兩個銷軸連接件的槽口中并通過轉(zhuǎn)動副連接；所述四個非對稱剪叉桿結(jié)構(gòu)完全相同，兩個一組，位于此單自由度非對稱剪鉸式可展開機構(gòu)單元的另外兩個相對的側(cè)面上，通過轉(zhuǎn)動副連接，該轉(zhuǎn)動副將其分為兩段，較短的一段與短剪叉桿長度的一半等長，較長的一段與長剪叉桿長度的一半等長；所述八個組合花盤結(jié)構(gòu)完全相同，每個組合花盤均包括一個凸槽口連接件和一個凹槽口連接件，所述凹槽口連接件有一個長方體基體，在該基體一端中部設矩形開口槽，該開口槽兩側(cè)壁的外表面即為基體的兩側(cè)面，開口槽兩側(cè)壁上各設一個通孔，兩通孔的軸線重合；該基體另一端的端面為半圓柱面，其中部也設一個矩形開口槽，該開口槽兩側(cè)壁的外表面即為基體的上下面，開口槽兩側(cè)壁上各設一個通孔，兩通孔的軸線與半圓柱的軸線重合。所述凸槽口連接件也有一個長方體基體，其與上述凹槽口連接件相接的一端端面為半圓柱面，其上下兩個面各設一個向基體上下中心面凹進并以其為對稱的槽形缺口，兩缺口所夾平板厚度與上述凹槽口連接件半圓柱端面上的開口槽相對應，以便置于其內(nèi)；兩缺口所夾平板上設有直徑與上述凹槽口連接件通孔直徑相同的通孔，該通孔的軸線與半圓柱的軸線重合；該基體另一端中部設矩形開口槽，該開口槽兩側(cè)壁的外表面即為基體的兩側(cè)面，開口槽兩側(cè)壁上各設一個通孔，兩通孔的軸線重合。凸槽口連接件的平板插入凹槽口連接件半圓柱端面上的開口槽中并通過轉(zhuǎn)動副連接組成組合花盤，八個組合花盤分別位于此單自由度非對稱剪鉸式可展開機構(gòu)單元的八個頂點上，每個組合花盤的兩個槽口分別位于此單自由度非對稱剪鉸式可展開機構(gòu)單元的兩個不同的側(cè)面上，并分別和處于同一側(cè)面的長剪叉桿、短剪叉桿以及非對稱剪叉桿的端部通過轉(zhuǎn)動副相連接。

所述連接兩個長剪叉桿形成的轉(zhuǎn)動副和連接兩個短剪叉桿形成的轉(zhuǎn)動副軸線重合；其兩組非對稱剪叉桿中的連接兩個非對稱剪叉桿的轉(zhuǎn)動副軸線重合；其位于八個頂點上的組合花盤中處于相對位置的轉(zhuǎn)動副軸線均重合；其位于同一個側(cè)面上的多個轉(zhuǎn)動副軸線均平行，并分別與相對側(cè)面上處于相對位置的轉(zhuǎn)動副軸線重合。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：

1、只需一個驅(qū)動就能實現(xiàn)單元的展開與收攏運動，展開性能好，可靠性高。

2、具有運動靈活、折疊比較大的優(yōu)點。

3、結(jié)構(gòu)簡單，所含運動副均為轉(zhuǎn)動副，易于實現(xiàn)工程制造。

4、展開或收攏時均具有兩個大小不同的單元表面，實施方式簡單，多個組合后可形成曲面，可以應用于大口徑曲面航天可展開天線及其他航天可展開機構(gòu)中。

附圖說明

圖1是本發(fā)明半展開立體示意簡圖；

圖2是本發(fā)明完全展開立體示意簡圖；

圖3是本發(fā)明完全收攏立體示意簡圖；

圖4是本發(fā)明的組和花盤立體示意簡圖；

圖5是本發(fā)明的銷軸連接件立體示意簡圖。

圖中：1：長剪叉桿、2：銷軸連接件、3：連桿、4：組合花盤、4-1：凹槽口連接件、4-2：凸槽口連接件、5：非對稱剪叉桿、6：短剪叉桿；r1-r9均為轉(zhuǎn)動副。

具體實施方式

在圖1所示的單自由度非對稱剪鉸式可展開機構(gòu)單元立體示意圖中，兩個長剪叉桿1結(jié)構(gòu)完全相同，中間通過一個銷軸連接件2的銷軸部分連接，銷軸連接件處形成轉(zhuǎn)動副r2；兩個短剪叉桿6結(jié)構(gòu)完全相同，中間通過另一個銷軸連接件連接，銷軸連接件處形成轉(zhuǎn)動副r6；兩個連桿3結(jié)構(gòu)完全相同，一端通過轉(zhuǎn)動副r4連接，另外兩端分別插入上述連接兩個長剪叉桿1和連接兩個短剪叉桿6的兩個銷軸連接件的槽口中并通過轉(zhuǎn)動副r3連接；四個非對稱剪叉桿5結(jié)構(gòu)完全相同，兩個一組，通過轉(zhuǎn)動副r5連接。

如圖5所示，所述銷軸連接件的長方體形基體中部設有矩形開口槽，在開口槽兩側(cè)壁上各設一個通孔，兩通孔的軸線重合；另在開口槽底的外端設有一端與其相連的銷軸，該銷軸的軸線過開口槽的對稱面。

如圖4所示，所述八個組合花盤結(jié)構(gòu)完全相同，每個組合花盤均包括一個凸槽口連接件4-2和一個凹槽口連接件4-1，所述凹槽口連接件4-1有一個長方體基體，在該基體一端中部設矩形開口槽，該開口槽兩側(cè)壁的外表面即為基體的兩側(cè)面，開口槽兩側(cè)壁上各設一個通孔，兩通孔的軸線重合；該基體另一端的端面為半圓柱面，其中部也設一個矩形開口槽，該開口槽兩側(cè)壁的外表面即為基體的上下面，開口槽兩側(cè)壁上各設一個通孔，兩通孔的軸線與半圓柱的軸線重合。所述凸槽口連接件4-2也有一個長方體基體，其與上述凹槽口連接件4-1相接的一端端面為半圓柱面，其上下兩個面各設一個向基體上下中心面凹進并以其為對稱的槽形缺口，兩缺口所夾平板厚度與上述凹槽口連接件4-1的半圓柱端面上的開口槽相對應，以便置于其內(nèi)；兩缺口所夾平板上設有直徑與上述凹槽口連接件通孔直徑相同的通孔，該通孔的軸線與半圓柱的軸線重合；該基體另一端中部設矩形開口槽，該開口槽兩側(cè)壁的外表面即為基體的兩側(cè)面，開口槽兩側(cè)壁上各設一個通孔，兩通孔的軸線重合。凸槽口連接件4-2的平板插入凹槽口連接件4-1的半圓柱端面上的開口槽中并通過轉(zhuǎn)動副r9連接組成組合花盤，八個組合花盤分別位于此單自由度非對稱剪鉸式可展開機構(gòu)單元的八個頂點上，每個組合花盤的兩個槽口分別位于此單自由度非對稱剪鉸式可展開機構(gòu)單元的兩個不同的側(cè)面上，并分別和處于同一側(cè)面的長剪叉桿1、短剪叉桿6以及非對稱剪叉桿5的端部通過轉(zhuǎn)動副r1、r8和r7相連接。

如圖1-圖3所示，所述單自由度非對稱剪鉸式可展開機構(gòu)單元，其連接兩個長剪叉桿1形成的轉(zhuǎn)動副r2和連接兩個短剪叉桿6形成的轉(zhuǎn)動副r6軸線重合；兩組非對稱剪叉桿5中的兩個連接兩個非對稱剪叉桿的轉(zhuǎn)動副r5軸線重合，連接兩組非對稱剪叉桿5和八個組合花盤4的八個轉(zhuǎn)動副r7中處于相對側(cè)面上位置相對的轉(zhuǎn)動副軸線兩兩重合；圖中轉(zhuǎn)動副r1、r2、r6、r8轉(zhuǎn)動副軸線均平行；轉(zhuǎn)動副r3、r4、r5、r7軸線均平行；圖中所有轉(zhuǎn)動副r9的軸線均平行，且位于同一側(cè)邊上的兩個轉(zhuǎn)動副r9的軸線重合。