[發明專利]一種微型柔性盤壓桿

無效

• 申請號: 201010224525.5
• 申請日: 2010-07-02
• 公開（公告）號: CN101915346A
• 公開（公告）日: 2010-12-15
• 發明（設計）人: 王新升;岳冠楠;張釗;周旭
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: F16M11/38
• 分類號: F16M11/38;F16M11/40
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

(一)技術領域：

本發明涉及一種微型柔性盤壓桿，在民用方面可以作為小型精密儀器、機械伸展臂等主支撐機構，在航空航天方面可作為微小衛星天線、重力梯度穩定等主結構。屬于航天器材和設備技術領域。

(二)背景技術：

隨著航天技術的不斷發展，任務需求的多樣化，衛星的功能日益復雜，體積慢慢擴大，重量逐步增加，造價也越來越昂貴，承擔的風險越來越大，人們又把目光投向了微小型衛星，微小型衛星主要具有以下特點：重量輕、體積小、成本低、研制周期短、軌道低、發射容易、生存能力強。但同時由于微小衛星的體積和功能多樣化之間存在著矛盾，為了解決這一矛盾，精密的微小型展開機構應運而生。這種展開機構需要在發射段收縮、在空間可展開以滿足任務需求。

常用的空間展開機構主要有薄壁管展開機構、套筒展開機構、鉸接展開機構、盤繞展開機構等。薄壁管展開機構構造簡單、可靠性高、可重復展開和收攏，但其根部翹曲限制了結構強度，因而熱穩定性、抗彎及抗扭剛度較低，難以實現精確定位；套筒展開機構可靠性高、可重復展開和收攏，但收攏后所占體積很大、構造較復雜；鉸接展開機構剛度高、壽命長、抗振性好、精度高，但構造工藝很復雜、鉸接點多、可靠性相對較低。上述三種展開機構共同存在的問題收攏后整個結構復雜，收攏體積較大，不適合微小衛星對展開機構的要求。而盤繞展開機構構造簡單、質量較小、可靠性高、伸縮比大，本發明所采用的微小型柔性盤壓桿即屬于盤繞展開機構。

盤壓桿是一個敞開的柱形桁架，它由縱桿、橫架和斜拉繩索組成，由盤繞縱梁來收攏整個機構。縱桿為連續的細長彈性桿，它的長度與桁架的長度相同；橫架是在垂直于縱梁平面中的結構件，與縱梁鉸接連接；斜拉繩索是在柱桿每側的方形面中十字交叉的繩索。

盤壓桿的橫架截面通常為三角形或者三叉形，但是這兩種構型鉸鏈設計復雜，體積較大，不利于展開機構的小型化，所以采用了一種環形截面形式，本發明為一種采用環形截面的微小型柔性盤壓桿。

(三)發明內容：

1、目的：本發明的目的是提供一種微型柔性盤壓桿，它是一種高伸縮比、高可靠性的盤繞展開機構。

2、技術方案：見圖1，本發明一種微型柔性盤壓桿，是由環形橫架、縱桿以及斜拉繩索組成。它們之間的位置連接關系是：環形橫架通過M2螺釘與縱桿固連，斜拉繩索將相鄰環形橫架連接在一起。

所述環形橫架由四個均布的旋轉鉸鏈和一個圓環支撐件連接而組成，它為縱桿提供橫向支撐；該圓環支撐件厚度為2.5-3.5mm，外徑68-72mm，內徑63-67mm，其上沿旋轉鉸鏈均布8個斜拉繩索連接光孔6A，其內側相應設置4個M2螺釘連接光孔6B；該旋轉鉸鏈是圓筒形件，其長度是4-6mm，外徑為3.0-3.5mm，內徑為1.9-2.1mm，其上設置有縱桿連接孔4A。M2螺釘穿過圓環支撐件和旋轉鉸鏈與縱桿相固連，既達到了將圓環支撐件和鉸鏈的相連，又使縱桿與旋轉鉸鏈的位置相對固定，同時達到了旋轉鉸鏈相對于圓環支撐件可以繞徑向轉動的目的。

所述縱桿分別貫穿于四個旋轉鉸鏈的穿孔中，該縱桿材料為超彈性非晶態合金，截面為圓形，直徑1.25-1.35mm，長度275-285mm，縱桿依靠與其連接的環形橫架和斜拉繩索承受軸向拉壓、側向彎曲和扭轉力。

所述斜拉繩索為彈性繩，截面為圓形，直徑0.55-0.65mm，長度88-90mm。彈性模量為10.7GPa。

相鄰兩個環形橫架的節距根據微型柔性盤壓桿的剛度確定，在盤繞折疊過程中，縱桿屈曲所至端點轉角由旋轉鉸鏈實現。微型柔性盤壓桿的盤繞半徑R(即四根縱桿中心線外接圓半徑)其大小按該盤壓桿的剛度決定；縱桿長度與該盤壓桿展開長度相同，由具有優異超彈性的非晶態合金加工而成。收攏時縱桿受彎曲盤緊，壓縮比大，最大可以達到5％。展開時連續縱桿為該盤壓桿提供軸向彎曲剛度和強度。縱桿直徑根據微型柔性盤壓桿的剛度、盤繞半徑等確定。

其中，環形橫架的數量是五層；

其中，縱桿的數量是四根；

其中，所述的微型柔性盤壓桿的盤繞半徑R(即四根縱桿中心線外接圓半徑)一般為30～200mm，設計為38.5mm；

其中，相鄰兩個環形橫架之間的節距應滿足盤壓時幾何約束協調，半節距小于盤繞半徑，且展開時斜拉繩索兩端點距離要大于收攏時的距離，可推導出節距取值范圍R＜t＜2R，設計為t＝70mm。