本發(fā)明涉及空間航天器展開(kāi)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高剛度、輕量化套筒。

背景技術(shù)：

隨著航天技術(shù)的發(fā)展以及需求的增加，要求航天器具有更大展開(kāi)面積的太陽(yáng)翼以及更大面積的展開(kāi)天線等空間大型可展開(kāi)機(jī)構(gòu)?？臻g大型可展開(kāi)機(jī)構(gòu)在航天器發(fā)射狀態(tài)收攏在航天器上，當(dāng)航天器入軌后，根據(jù)指令，從收攏狀態(tài)展開(kāi)到最終工作狀態(tài)，因此需要大型空間展開(kāi)部件驅(qū)動(dòng)其展開(kāi)。為滿足航天器姿控系統(tǒng)要求，一般要求大型可展開(kāi)機(jī)構(gòu)在展開(kāi)狀態(tài)具有較高的展開(kāi)狀態(tài)基頻；另一方面為降低發(fā)射成本，需要同時(shí)降低大型空間展開(kāi)機(jī)構(gòu)的重量。大型空間展開(kāi)機(jī)構(gòu)中的空間展開(kāi)部件作為核心部件，需要有較高的展開(kāi)狀態(tài)剛度以及輕量化的結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種高剛度、輕量化的套筒，能夠?qū)崿F(xiàn)大型空間展開(kāi)機(jī)構(gòu)從較小包絡(luò)展開(kāi)到較大面積的最終工作狀態(tài)，并且具有較高的展開(kāi)狀態(tài)剛度和較輕的重量。

本發(fā)明的高剛度、輕量化的套筒機(jī)構(gòu)，包括N個(gè)套筒、展開(kāi)繩索、繞線輪和驅(qū)動(dòng)電機(jī)，N≥2；其中，N個(gè)套筒依次套接，展開(kāi)繩索繞過(guò)安裝在各套筒上的滑輪與繞線輪連接，繞線輪與驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接；

其中，套筒i的前端為內(nèi)錐，與套接在其內(nèi)的套筒i+1的后端錐面配合；套筒i的后端為外錐，與套接在其外的套筒i-1的前端錐面配合；i＝1，2，…，N；

套筒i與套筒i+1通過(guò)鎖定機(jī)構(gòu)鎖定，其中，鎖定機(jī)構(gòu)包括鎖塊、鎖塊固定板、滾輪和壓簧；鎖塊固定板固定在套筒i+1的后端；鎖塊的一端通過(guò)轉(zhuǎn)軸與鎖塊固定板連接，另一端設(shè)有滾輪；壓簧位于鎖塊和鎖塊固定板之間；套筒i的前端設(shè)有臺(tái)階，套筒鎖定時(shí)，鎖塊在壓簧的作用下抵觸在套筒i前端的臺(tái)階面上；

套筒i內(nèi)側(cè)設(shè)有徑向的內(nèi)鍵，套筒i+1前端設(shè)有與內(nèi)鍵相配合的內(nèi)槽。

較優(yōu)的，套筒i和套筒i+1錐面配合段的長(zhǎng)度為套筒i的直徑。

較優(yōu)的，包括多個(gè)鎖定機(jī)構(gòu)，多個(gè)鎖定機(jī)構(gòu)沿套筒周向均布。

較優(yōu)的，所述套筒由碳纖維材料制成。

有益效果：

(1)套筒展開(kāi)后通過(guò)錐面配合及3個(gè)周向均布的鎖塊限位，具有較高的鎖定剛度；

(2)每級(jí)套筒本體結(jié)構(gòu)為碳纖維復(fù)合材料一體化成型，無(wú)機(jī)械連接，具有較高的整體剛度和較低的重量；

(3)套筒采用繩索驅(qū)動(dòng)展開(kāi)而不采用傳統(tǒng)的絲杠螺母機(jī)構(gòu)，因此套筒整體具有較低的重量。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明套筒收攏狀態(tài)示意圖。

圖2為套筒i本體結(jié)構(gòu)圖。

圖3為相鄰兩級(jí)套筒鎖定狀態(tài)局部視圖。

圖4為相鄰兩級(jí)套筒解鎖狀態(tài)局部視圖。

圖5為套筒展開(kāi)方式原理圖。

圖6(a)為套筒橫截面上的周向限位鍵配合示意圖，(b)為局部放大圖。

其中，1-套筒1，2-套筒2，3-套筒3，4-套筒4，5-套筒5，6-套筒6，7-套筒7，8-套筒8，9-套筒9，10-展開(kāi)繩索，11-繞線輪，12-驅(qū)動(dòng)電機(jī)，13-鎖塊，14-鎖塊固定板，15-滾輪，16-壓簧。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

本發(fā)明提供了一種高剛度、輕量化的套筒機(jī)構(gòu)。

如圖1所示，由第一級(jí)套筒1、第二級(jí)套筒2、第三級(jí)套筒3、第四級(jí)套筒4、第五級(jí)套筒5、第六級(jí)套筒6、第七級(jí)套筒7、第八級(jí)套筒8、第九級(jí)套筒9共9級(jí)套筒依次套接組成，展開(kāi)繩索10繞過(guò)安裝在各套筒上的滑輪與固定在底座的繞線輪11連接，繞線輪11與驅(qū)動(dòng)電機(jī)12連接，展開(kāi)繩索10在驅(qū)動(dòng)電機(jī)12的驅(qū)動(dòng)下，牽動(dòng)各級(jí)套筒展開(kāi)。相鄰套筒通過(guò)錐面配合和鎖塊限位實(shí)現(xiàn)較高的鎖定剛度。

如圖2所示，套筒i(i＝1，2，…，9)的兩端為錐臺(tái)型，套筒i的前端為內(nèi)錐，與套接在其內(nèi)的套筒i+1的后端錐面配合；套筒i的后端為外錐，與套接在其外的套筒i-1的前端錐面配合。各級(jí)套筒由復(fù)合材料一體成型，無(wú)機(jī)械連接。如圖2所示，每級(jí)套筒本體通過(guò)用碳纖維在模具上纏繞成型，纏繞完成后，筒體前端形成內(nèi)錐，筒體后端形成外錐，固化成型后，模具從套筒后端出模。

套筒展開(kāi)鎖定后，任意兩級(jí)套筒之間鎖定部位的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。套筒組件鎖定后第i級(jí)和第i+1級(jí)套筒之間通過(guò)錐面配合和鎖定機(jī)構(gòu)鎖定。其中，鎖定機(jī)構(gòu)包括鎖塊13、鎖塊固定板14、滾輪15和壓簧16，其中，鎖塊固定板14固定在第i+1級(jí)套筒的后端；鎖塊13的一端通過(guò)轉(zhuǎn)軸與鎖塊固定板14連接，另一端設(shè)有滾輪15；壓簧16位于鎖塊13和鎖塊固定板14之間；套筒i的前端設(shè)有臺(tái)階，套筒展開(kāi)時(shí)，鎖塊13依靠滾輪15與外側(cè)套筒滑動(dòng)配合，套筒鎖定時(shí)，鎖塊13被壓簧16壓向逆時(shí)針?lè)较?，在壓?6的作用下抵觸在套筒i前端的臺(tái)階面上。第i級(jí)套筒和第i+1級(jí)套筒錐面配合段的長(zhǎng)度為第i級(jí)套筒的直徑，同時(shí)套筒本體材料為碳纖維，相鄰兩級(jí)套筒鎖定部位周向均布有3個(gè)鎖定機(jī)構(gòu)，具有較高的鎖定剛度。

套筒組件由底部的驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)展開(kāi)繩索展開(kāi)，不采用絲杠驅(qū)動(dòng)展開(kāi)，從而使套筒組件整體具有較低的重量。套筒組件繩索布置方式以及展開(kāi)形式如圖4所示。

套筒組件通過(guò)內(nèi)鍵實(shí)現(xiàn)周向定位，如圖6所示，第i級(jí)套筒內(nèi)側(cè)有3條從根部到尾部的內(nèi)鍵，第i級(jí)套筒內(nèi)的3條內(nèi)鍵與第i+1級(jí)套筒前端法蘭上的槽配合，實(shí)現(xiàn)套筒展開(kāi)過(guò)程中的周向限位。

收攏狀態(tài)，套筒1～套筒9的裝配關(guān)系如圖1所示。套筒1位于最外側(cè)，套筒9位于最內(nèi)側(cè)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)12及繞線輪11位于套筒組件的根部，展開(kāi)繩索10在套筒中的布置方式如圖5所示。套筒展開(kāi)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)12工作，驅(qū)動(dòng)繞線輪11轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)展開(kāi)繩索10繞在繞線輪11上，由于展開(kāi)繩索10在套筒中的長(zhǎng)度變短，因此2～9級(jí)套筒向外展開(kāi)，由于相鄰套筒之間通過(guò)內(nèi)鍵實(shí)現(xiàn)周向限位，因此套筒展開(kāi)過(guò)程中不會(huì)發(fā)生周向轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著繩索不斷變短，相鄰兩級(jí)套筒展開(kāi)并鎖定，鎖定位置狀態(tài)如圖3所示。

各級(jí)套筒具有如下特點(diǎn)：均由復(fù)合材料一體成型，無(wú)機(jī)械連接；相鄰兩級(jí)套筒鎖定后通過(guò)錐配合及鎖定塊實(shí)現(xiàn)鎖定狀態(tài)高剛度；各級(jí)套筒通過(guò)展開(kāi)繩索驅(qū)動(dòng)展開(kāi)，重量輕；相鄰套筒通過(guò)內(nèi)鍵實(shí)現(xiàn)周向限位；相鄰套筒鎖定時(shí)，第i+1級(jí)套筒后端的鎖定塊與第i級(jí)套筒前端的錐面配合，實(shí)現(xiàn)鎖定及限位，展開(kāi)后，套筒機(jī)構(gòu)具有高剛度、重量輕的特點(diǎn)，且展開(kāi)過(guò)程無(wú)杠絲等機(jī)械結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性高。

綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。