專利名稱：剪刀基四邊形單元平面陣列可展機構(gòu)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有大收縮比的平面單元機構(gòu)，具體地說，涉及一種剪刀基四邊形單元平面陣列可展機構(gòu)，屬于結(jié)構(gòu)設計技術領域。
背景技術：
星載天線系統(tǒng)展開機構(gòu)的收縮比和剛度的大小，是判別各種星載天線系統(tǒng)展開機構(gòu)性能優(yōu)劣的重要指標。目前用于星載天線系統(tǒng)的展開機構(gòu)，主要由多個可收縮的基本單元機構(gòu)通過某種方式組合而成，來實現(xiàn)同步收縮和展開的功能。一種常見的可展開機構(gòu)是以平行四邊形機構(gòu)為單元機構(gòu)進行環(huán)形陣列。單元機構(gòu)各連桿之間鉸接，由繩索串聯(lián)并驅(qū)動各個單元展開。該類型可展開機構(gòu)雖然具有收縮比大的優(yōu)點，但是也存在著一些不足。一方面由于摩擦的存在，繩索提供的拉力在傳遞過程中不斷衰減，難以高精度的保證展開過程的同步性，并且在展開到位時，系統(tǒng)沖擊大。為了保證展開過程同步，需要設計專用的同步鉸鏈機構(gòu)，不僅增加了設計制造成本，而且增加了系統(tǒng)的重量，結(jié)構(gòu)也顯得復雜。另一方面，該類型可展機構(gòu)展開完成時，剛度較差，為了提高其剛度而不得不采用滑輪和伸縮桿來輔助驅(qū)動，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，展開精度低，沖擊響應敏感，直接影響衛(wèi)星的使用壽命和工作質(zhì)量。為了提高天線系統(tǒng)的性能，不得不提高各個零部件的制造和裝配精度，使其設計、 制造、裝配過程困難。另一種常見的可展開機構(gòu)是花瓣式可展開機構(gòu)。該類型可展機構(gòu)不僅需要環(huán)形陣列的單元機構(gòu)在展開位置鎖死，作為支撐結(jié)構(gòu)，而且具有花瓣式的曲面結(jié)構(gòu)， 雖然其剛度較好，但是，由于每一塊曲面結(jié)構(gòu)不可收縮，所以收縮比較小，已不能滿足星載天線系統(tǒng)的需要。另一方面，該機構(gòu)仍通過繩索將各個單元機構(gòu)串聯(lián)起來，在每個單元內(nèi)部及單元間連接部位均使用了滑輪來輔助驅(qū)動，為了彌補力在通過繩索傳遞時產(chǎn)生的摩擦損失，該機構(gòu)使用了彈簧力補償裝置，不僅結(jié)構(gòu)復雜，而且使系統(tǒng)的重量增加。

發(fā)明內(nèi)容
為了避免現(xiàn)有技術存在的不足，克服其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜、展開精度低，制造成本高， 沖擊響應敏感的問題，本發(fā)明提出一種剪刀基四邊形單元平面陣列可展機構(gòu)。整個機構(gòu)由多個剪刀四邊形單元機構(gòu)通過橫向和縱向陣列組合，系統(tǒng)只有一個自由度，驅(qū)動簡單；各單元機構(gòu)之間串聯(lián)驅(qū)動，展開精度高，同步性好，展開過程平穩(wěn)。單元機構(gòu)的數(shù)量可根據(jù)需要任意增加或減少，各零部件可重復使用。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是平面可展機構(gòu)包括多個剪刀四邊形單元分別在橫向和縱向連接組合，單元機構(gòu)之間通過共用的剪刀組件和角點鉸鏈組件相連接；所述的剪刀四邊形單元由八個角點鉸鏈組件、四個剪刀組件、兩個中心鉸鏈組件、八個對角桿組件組成，中心鉸鏈組件豎直方向排布，中心鉸鏈組件的短軸與對角桿組件的滑動軸承連接，對角桿組件在豎直方向上呈十字排布，對角桿組件的另一端與角點鉸鏈組件的 B型接頭支座的短軸連接，角點鉸鏈組件的A型接頭支座的短軸與剪刀組件的滑動軸承連接；
所述角點鉸鏈組件包括角點接頭、滑動軸承、短軸、A型接頭支座、B型接頭支座、 鎖止銷、鎖止簧、減重孔，所述角點接頭周向均布設置A型接頭支座和B型接頭支座，A型接頭支座位于B型接頭支座上面，且在同軸線上相錯位45°，接頭支座端部有軸承孔安裝滑動軸承和短軸，A型接頭支座的軸承孔外一側(cè)設置有鎖止銷與鎖止簧，角點接頭中心設置有減重孔；所述剪刀組件包括空心圓桿、叉形接頭、滾動軸承、軸承座接頭、螺紋軸、防松螺母和防松墊片，所述軸承座接頭固定有滾動軸承，螺紋軸穿過滾動軸承兩端安裝防松墊片和防松螺母，兩個軸承座接頭分別與空心圓桿連接，空心圓桿的另一端與叉形接頭連接；所述中心鉸鏈組件包括中心接頭、滑動軸承、短軸，所述中心接頭沿四邊延伸段端部固定安裝有滑動軸承和短軸；所述對角桿組件包括對角空心圓桿、叉形接頭、錐形鎖止孔、滑動軸承，所述叉形接頭的一端為凹空的套筒與對角空心圓桿連接，另一端為兩個相對的耳片，耳片上分別安裝滑動軸承，耳片上端有錐形鎖止孔。所述的對角桿組件與剪刀組件的空心圓桿長度比例為I : 1.5。根據(jù)連桿長度的比例關系，裝配完成的連桿機構(gòu)收縮比為I : 11，且可保證各單元機構(gòu)在整個系統(tǒng)中的工作性能。在實際應用中，可根據(jù)不同情況和工作環(huán)境的要求，通過調(diào)整展開角度來調(diào)節(jié)收縮比。所述的剪刀組件的連桿收展角度為10° 170°。在正常展開時，由外力驅(qū)動剪刀組件由收縮狀態(tài)開始展開，剪刀組件的展角變大，通過角點鉸鏈組件同時帶動對角連桿組件和其它剪刀組件運動，從而實現(xiàn)單元機構(gòu)的展開。在機構(gòu)達到預定的最大展角后，由角點鉸鏈組件的鎖緊裝置使機構(gòu)鎖緊，穩(wěn)定保持在最大展角狀態(tài)。本發(fā)明的有益效果是剪刀基四邊形單元平面陣列可展機構(gòu)，是由多個剪刀四邊形單元分別在橫向和縱向連接組合，單元機構(gòu)之間通過共用的剪刀組件和角點鉸鏈組件相連接；完全展開時，在鎖止簧和鎖止銷的作用下，整個機構(gòu)穩(wěn)定在展開狀態(tài)，展開完成后，自動鎖緊，且對角方向有桿單元支撐，系統(tǒng)剛度高，沖擊響應不敏感。整個系統(tǒng)只有一個自由度，驅(qū)動簡單，機構(gòu)不需要輔助系統(tǒng)補償摩擦力，結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，展開精度高，展開過程平穩(wěn)，同步性好；在不改變各個零件的結(jié)構(gòu)和尺寸的情況下，根據(jù)需要單元機構(gòu)的數(shù)量可任意的增加或減少，各零部件可重復使用。


下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明剪刀基四邊形單元平面陣列可展機構(gòu)作進一步詳細說明。
圖I為本發(fā)明剪刀基四邊形單元平面陣列可展機構(gòu)的完全收縮狀態(tài)示意圖。
圖2為本發(fā)明剪刀基四邊形單元平面陣列可展機構(gòu)的完全展開狀態(tài)示意圖。
圖3為本發(fā)明剪刀基四邊形單元機構(gòu)示意圖。
圖4為本發(fā)明的角點鉸鏈組件示意圖。
圖5為角點鉸鏈組件中鎖止銷與鎖止簧的示意圖。
圖6為本發(fā)明的剪刀組件示意圖。
圖7為沿圖6中A-A線的剖視圖。
圖8為叉形接頭示意圖。圖9為本發(fā)明的中心鉸鏈組件示意圖。圖10為本發(fā)明的對角桿組件示意圖。圖11為公知平行四邊形環(huán)形陣列可展機構(gòu)示意圖。圖12為公知花瓣式可展機構(gòu)示意圖。圖中I.角點鉸鏈組件2.剪刀組件3.中心鉸鏈組件4.對角桿組件5.空心圓桿 6.對角空心圓桿7.角點接頭8.滑動軸承9.短軸10.鎖止銷11.減重孔12. A型接頭支座13. B型接頭支座14.中心接頭15.鎖止簧16.叉形接頭17.軸承座接頭18.防松墊片19.防松螺母20.螺紋軸21.滾動軸承22.錐形鎖止孔
具體實施例方式本實施例是一種剪刀基四邊形單元平面陣列可展機構(gòu)，由多個剪刀四邊形單元分別在橫向和縱向陣列組合，每個剪刀四邊形單元機構(gòu)由八個角點鉸鏈組件、四個剪刀組件、 兩個中心鉸鏈組件、八個對角桿組件組成。參見圖I、圖2、圖3，剪刀基四邊形單元可展機構(gòu)由多個完全相同的剪刀四邊形單元機構(gòu)分別在橫向和縱向連接組合，每個剪刀四邊形單元機構(gòu)中，中心鉸鏈組件3在豎直方向上排布，中心鉸鏈組件3的短軸與對角桿組件4的滑動軸承連接，對角桿組件4在豎直方向上呈十字排布，對角桿組件4的另一端與角點鉸鏈組件I的B型接頭支座13的短軸連接，角點鉸鏈組件I的A型接頭支座12的短軸與剪刀組件2的滑動軸承連接；四邊形單元機構(gòu)之間通過共用的剪刀組件2和角點鉸鏈組件I相連接，構(gòu)成所需的平面可展機構(gòu)；單元數(shù)量由展開后的面積和四邊形單元機構(gòu)的尺寸決定。角點鉸鏈組件包括角點接頭7、八個滑動軸承8、八根短軸9、A型接頭支座12、B型接頭支座13、八個鎖止銷10、四個鎖止簧15及減重孔11，如圖4所示。角點接頭中心設置有減重孔11，角點接頭7周向均布設置A型接頭支座12和B型接頭支座13，A型接頭支座 12位于B型接頭支座13上面，且在同軸線上相錯位45°，接頭支座端部設置有軸承孔，八個滑動軸承8分別固定在八個接頭支座上的軸承孔中，八根短軸9分別安裝在八個滑動軸承8中；A型接頭支座12的軸承孔一側(cè)設置有鎖止銷10與鎖止簧15，鎖止銷的端部為帶有錐度的圓柱體，鎖止簧固定在兩鎖止銷的中間，如圖5所示。參閱圖6、圖7、圖8，剪刀組件包括四個空心圓桿5、四個叉形接頭16、四個滾動軸承21、兩個軸承座接頭17、螺紋軸20、防松墊片18、防松螺母19、錐形鎖止孔22，軸承座接頭17固定安裝有滾動軸承21，螺紋軸20穿過滾動軸承21的內(nèi)圈兩端安裝防松墊片18和防松螺母19，兩個軸承座接頭17分別與空心圓桿5連接，空心圓桿5的另一端與叉形接頭 16連接，叉形接頭16的耳片上各有軸承孔固定安裝滑動軸承。在叉形接頭16的耳片上部有錐形鎖止孔22。如圖9所示，中心鉸鏈組件包括有中心接頭14、四個滑動軸承8和四根短軸9，中心接頭14沿四邊延伸段端部有四個軸承孔，用于固定安裝四個滑動軸承8，四根短軸9安裝在四個滑動軸承8中。對角桿組件包括一個對角空心圓桿6、兩個叉形接頭16和四個滑動軸承8及錐形鎖止孔22，如圖10所示。叉形接頭與剪刀組件中叉形接頭的結(jié)構(gòu)相同，叉形接頭16的一端為凹空的套筒與對角空心圓桿6連接，另一端為兩個相對的耳片，耳片上分別安裝滑動軸承8，耳片上端有錐形鎖止孔22。每個對角空心圓桿6的兩端分別固定安裝叉形接頭16。對角桿組件的對角空心圓桿6長度均為1，剪刀組件的空心圓桿5長度均為I. 5。 對角桿組件的對角空心圓桿6與剪刀組件的空心圓桿5長度比為I : 1.5。根據(jù)連桿長度的比例關系，裝配完成的連桿機構(gòu)收縮比為I : 11，且可保證各單元機構(gòu)在整個系統(tǒng)中的工作性能。在實際應用中，可根據(jù)不同情況和工作環(huán)境的要求，通過調(diào)整展開角度來調(diào)節(jié)收縮比。剪刀組件2的連桿收展角度范圍為10° 170°。在正常展開時，由外力驅(qū)動剪刀組件2由收縮狀態(tài)開始展開，剪刀組件2的展開角度變大，通過角點鉸鏈組件I同時帶動對角桿組件4和其它剪刀組件運動，從而實現(xiàn)單元機構(gòu)的展開。在機構(gòu)達到預定的最大展角后，由角點鉸鏈組件I的鎖死裝置使機構(gòu)鎖死，穩(wěn)定保持在最大展角狀態(tài)。在正常展開時，以任意一個剪刀組件2為主動件，使其在外力驅(qū)動作用下由收縮狀態(tài)開始展開，剪刀組件2的連桿展角變大，通過角點鉸鏈組件I帶動單元內(nèi)的對角桿組件 4和相鄰的剪刀組件2運動，實現(xiàn)單元機構(gòu)的展開，同時通過共用的角點鉸鏈組件I和剪刀組件2帶動相鄰的四邊形單元展開，實現(xiàn)整個機構(gòu)的同步展開。在展開過程中，角點鉸鏈組件I中的鎖止銷10 —端頂在剪刀組件2的叉形接頭16的端面上，另一端受到鎖止簧15的推力作用，鎖止簧兩端分別頂在兩個鎖止銷10的斷面上，處于壓縮狀態(tài)。在機構(gòu)達到預定的最大展開角度后，角點接頭上的鎖止銷與叉形接頭上端部的錐形鎖止孔對中，角點鉸鏈組件中的鎖止銷在鎖止簧的推力作用下運動，使得鎖止銷的一端插入叉形接頭的錐形鎖止孔中，而鎖止銷的另一端仍處在角點接頭的鎖止孔中，此時鎖止簧仍處于壓縮狀態(tài)。由于鎖死機構(gòu)的作用，機構(gòu)在最大展開角位置被鎖死，即穩(wěn)定在最大展開角度狀態(tài)。在每一個剪刀基四邊形單元機構(gòu)中，剪刀四邊形單元呈四邊形形狀，各鉸鏈組件與剪刀組件和對角桿件之間通過鉸鏈鉸接。完全展開時，在鎖止簧和鎖止銷的作用下，整個機構(gòu)穩(wěn)定在展開狀態(tài)，通過對角桿增大系統(tǒng)的剛度。如圖11所示，是一種常見的平行四邊形環(huán)形陣列可展機構(gòu)，機構(gòu)是以平行四邊形機構(gòu)為單元機構(gòu)進行環(huán)形陣列，單元機構(gòu)各連桿之間鉸接，由繩索串聯(lián)并驅(qū)動各個單元展開?？烧归_機構(gòu)收縮比大，但由于摩擦的存在，繩索提供的拉力在傳遞過程中不斷衰減，難以高精度的保證展開過程的同步性，并且在展開到位時，系統(tǒng)沖擊大。圖12為公知花瓣式可展機構(gòu)，該機構(gòu)需要環(huán)形陣列的單元機構(gòu)在展開位置鎖死， 作為支撐結(jié)構(gòu)，具有花瓣式的曲面結(jié)構(gòu)，其剛度較好，但每一塊曲面結(jié)構(gòu)不可收縮，收縮比較小。
權(quán)利要求
1.一種剪刀基四邊形單元平面陣列可展機構(gòu)，其特征在于包括多個剪刀四邊形單元分別在橫向和縱向連接組合，單元機構(gòu)之間通過共用的剪刀組件和角點鉸鏈組件相連接；所述的剪刀四邊形單元由八個角點鉸鏈組件、四個剪刀組件、兩個中心鉸鏈組件、八個對角桿組件組成，中心鉸鏈組件豎直方向排布，中心鉸鏈組件的短軸與對角桿組件的滑動軸承連接，對角桿組件在豎直方向上呈十字排布，對角桿組件的另一端與角點鉸鏈組件的B型接頭支座的短軸連接，角點鉸鏈組件的A型接頭支座的短軸與剪刀組件的滑動軸承連接；所述角點鉸鏈組件包括角點接頭、滑動軸承、短軸、A型接頭支座、B型接頭支座、鎖止銷、鎖止簧、減重孔，所述角點接頭周向均布設置A型接頭支座和B型接頭支座，A型接頭支座位于B型接頭支座上部，且在同軸線上相錯位45°，接頭支座端部有軸承孔安裝滑動軸承和短軸，A型接頭支座上設置有鎖止銷與鎖止簧，角點接頭中心有減重孔；所述剪刀組件包括空心圓桿、叉形接頭、滾動軸承、軸承座接頭、螺紋軸、防松螺母和防松墊片，所述軸承座接頭固定有滾動軸承，螺紋軸穿過滾動軸承兩端安裝防松墊片和防松螺母，兩個軸承座接頭分別與空心圓桿連接，空心圓桿的另一端與叉形接頭連接；所述中心鉸鏈組件包括中心接頭、滑動軸承、短軸，所述中心接頭沿四邊延伸段端部固定安裝有滑動軸承和短軸；所述對角桿組件包括對角空心圓桿、叉形接頭、錐形鎖止孔、滑動軸承，所述叉形接頭的一端為凹空的套筒與對角空心圓桿連接，另一端為兩個相對的耳片，耳片上分別安裝滑動軸承，耳片上端有錐形鎖止孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的剪刀基四邊形單元平面陣列可展機構(gòu)，其特征在于所述的對角桿組件的對角空心圓桿與剪刀組件的空心圓桿長度比例為I : 1.5。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的剪刀基四邊形單元平面陣列可展機構(gòu)，其特征在于所述的剪刀組件的連桿收展角度為10° 170°。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種剪刀基四邊形單元平面陣列可展機構(gòu)，由多個剪刀四邊形單元分別在橫向和縱向陣列組合，四邊形單元機構(gòu)之間通過共用的剪刀組件和角點鉸鏈組件相連接；完全展開時，在鎖止簧和鎖止銷的作用下，整個機構(gòu)穩(wěn)定在展開狀態(tài)，展開完成后，自動鎖死，且對角方向有桿單元支撐，增大了系統(tǒng)剛度，沖擊響應不敏感。整個系統(tǒng)只有一個自由度，驅(qū)動簡單，機構(gòu)不需要輔助系統(tǒng)補償摩擦力，結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，展開精度高，展開過程平穩(wěn)，同步性好；在不改變各個零件的結(jié)構(gòu)和尺寸的情況下，根據(jù)需要單元機構(gòu)的數(shù)量可任意的增加或減少，各零部件可重復使用。
文檔編號H01Q1/08GK102593571SQ20121007257
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月19日
發(fā)明者劉國林, 孫宏圖, 王三民, 王琳杰, 賈馳, 陳蘇, 高妍 申請人:西北工業(yè)大學