一种单动力源单点锁定三级同步展开装置的制作方法

本发明属于空间机构技术领域，涉及空间探测设备机构，特别是折叠安装并解锁展开的三级联动机构。

背景技术：
空间飞行器展开锁定机构是实现空间飞行器主结构、次结构或某一部件由初始位置或形态变化到最终位置或形态、并保持该状态的机构。它是伴随着卫星和空间探测器的诞生、发展、成熟，而由简单到复杂逐步发展起来的一个机构领域。早期的卫星靠自旋动力展开杆状天线，展开式太阳翼出现后，折叠式展开机构成为一直应用到现在的最为典型的展开机构，重力梯度稳定卫星的出现，推动了套筒式展开机构和轻型桁架式展开机构的发展。随着航天器体积重量的逐步增大，逐步产生了桁架式展开机构、充气式展开机构等等。展开机构已经逐步成为空间飞行器机构领域中涉及面最广泛、种类最繁复、功能最多样的一个领域。但是，桁架式展开机构和充气式展开机构各自存在一定的缺点，或者机构可靠性不高、或者展开和锁定不可靠、或者展开空间有限而不能满足多级大面积的展开。因此，需要开发一种能够实现被展示物的小空间折叠存放、多级同步展开展示、展开和锁定可靠、机构运动轨迹可控的展开装置。

技术实现要素：
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种单动力源单点锁定三级同步展开装置，其采用同步组件将一级杆组件、二级杆组件、三级行程放大组件进行巧妙连接，以同时进行三级同步展开，并以锁定组件进行终了状态的锁定，本发明展开装置能够实现被展示物的小空间折叠存放，在空间自主三级同步展开展示，并且机构展开和锁定可靠，机构运动轨迹可控，机构可靠性高，本发明装置可用于诸如国旗、组织标识等图案的空间展示和天线等部件的折叠及展开。为实现上述目的，本发明提供了一种单动力源单点锁定三级同步展开装置，其特征在于，其包括基座组件、一级杆组件、二级杆组件、三级行程放大组件、同步组件以及锁定组件，所述一级杆组件与所述基座组件铰接，所述基座组件用于连接、支撑以及提供展开动力，所述一级杆组件与所述二级杆组件铰接，且所述二级杆组件在折叠状态时嵌装在所述一级杆组件内，所述一级杆组件和所述二级杆组件用于展开后获得较大展示空间，所述三级行程放大组件与二级杆组件铰接，所述三级行程放大组件用于展开后获得进一步的展示空间，所述同步组件分别与基座组件和二级杆组件铰接，还同时与一级杆组件和三级行程放大组件铰接，用于三级行程放大组件、一级杆组件以及二级杆组件的同步展开，所述锁定组件设置在基座组件和同步组件相连接的位置，用于终了状态的锁定。进一步的，所述基座组件主要包括基座、一级销轴、一级销轴端盖和动力扭簧，基座用于与载具连接，同时作为一级杆组件和同步组件的铰接机架，基座上设置有用于安装锁定组件的安装孔，基座上还设置有限位凸台以给整套装置的运动提供终了限位，基座上设置有用于安装一级销轴的通孔，一级销轴为一端带有法兰盘，另一端带有方形凸台，一级销轴穿过基座的用于安装一级销轴的通孔，一端通过法兰盘与基座固定，另一端通过销轴端盖与基座固连，一级销轴端盖设置有方形内孔，该方形内孔与一级销轴的另一端的方形凸台配合安装，动力扭簧套设在一级销轴上，且位于法兰盘和一级销轴端盖之间，所述动力扭簧为平列双扭弹簧，用于给整个装置提供扭矩。进一步的，所述一级杆组件包括一级杆、密封圈、二级销轴、二级销轴端盖以及防转叉，一级杆为U形截面杆件，两端均设置有通孔，一端通孔与一级销轴配合实现一级杆组件与基座的铰接，另一端通孔用于安装二级销轴，防转叉设置在一级杆的杆部中央处，密封圈安装于一级杆盒型区域周边，用于盒型区域的密封，二级销轴为一端带有法兰盘，另一端带有方形凸台，二级销轴穿过一级杆的通孔，一端通过法兰盘与一级杆固定，另一端通过方形凸台与二级销轴端盖方形内孔配合，二级销轴端盖与一级杆固连以使一级杆、二级销轴和二级销轴端盖固连为一体。进一步的，所述二级杆组件包括二级杆、卷绕单元和导向支座，二级杆为U形截面杆件，其截面尺寸小于一级杆以能嵌入一级杆的U形槽内，二级杆一端设置有通孔，该通孔与二级销轴配合以实现二级杆组件与一级杆铰接，二级杆上部设置有盒型区域，其与一级杆设置的盒型区域配合形成封闭区域，用于保护被展示物和三级行程放大组件，卷绕单元包括卷轴、轴承、轴承座和轴承挡圈，所述卷轴为台阶轴，一端设置有扁口，卷轴上设置的扁口与防转叉配合，用于防止卷轴回转，轴承用于给卷轴的回转提供支撑，轴承座和轴承挡圈用于轴承的轴向定位，导向支座安装在二级杆侧壁上，用于给行程放大组件导向。进一步的，所述三级行程放大组件包括拉杆、支撑杆、铰接销轴、铰接支座、固定杆和滑动杆，拉杆设置在二级杆上，其用作三级行程放大组件的位移输入，支撑杆具有多根，多根支撑杆构建成多个相互连接的平行四边形，每根支撑杆上等距离开设有三个铰接孔，采用铰接销轴将支撑杆相互铰接为整体，铰接支座用于三级行程放大组件与二级杆的铰接，固定杆与支撑杆铰接，固定杆上安装有滑动杆，滑动杆用于适应平行四边形结构末端铰接点的滑动，固定杆用于被展示物的连接。进一步的，所述同步组件包括一二级同步杆、二三级同步杆和同步销钉，所述一二级同步杆为细长杆结构，两端开有通孔，两端分别通过同步销钉分别与基座和二级杆铰接，以此方式，使一二级同步杆、基座、一级杆和二级杆铰接为一平行四边形，该平行四边形在动力扭簧的扭矩作用下展开，以实现一级杆组件和二级杆组件的同步展开，二三级同步杆亦为细长杆结构，两端开有通孔，该两端分别与一级杆和拉杆铰接，以实现三级行程放大组件与一级杆组件、二级杆组件的同步展开，所述一二级同步杆上开有锁定孔，用于与锁定组件配合以实现机构锁定。进一步的，所述锁定组件包括压缩弹簧和锁定台阶导向销，压缩弹簧位于基座上的盲孔内，锁定台阶导向销位于基座上的盲孔外，在展开运动过程中，锁定台阶导向销依靠一二级同步杆端面限位，处于回缩状态，在展开运动至终了位置时，一二级同步杆上开设的定位孔与锁定台阶导向销对准，锁定台阶导向销在压缩弹簧作用下伸出，锁定台阶导向销与一二级同步杆的锁定孔配合实现一二级同步杆的锁定，压缩弹簧处于压缩状态，用于为锁定台阶导向销的轴向运动提供动力。总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：单动力源单点锁定三级同步展示装置，展开运动开始后，仅仅在动力扭簧驱动下，依靠同步组件的串连作用，使一级杆组件、二级杆组件和三级行程放大组件同步展开，依靠单点锁定组件实现展开终了位置的整体锁定，装置展开和锁定可靠，展开运动轨迹可控，可靠性高。另外，一级杆和二级杆截面为U型，在为被展示物提供充足使用空间的同时，减小机构外形包络，对满足空间探测设备的轻小型化要求有积极意义。附图说明图1为本发明实施例展开装置在展开状态的总体结构示意图；图2为本发明实施例基座组件的结构示意图；图3为本发明实施例一级杆组件结构示意图；图4为本发明实施例二级杆组件结构示意图；图5为本发明实施例三级行程放大组件结构示意图；图6为本发明实施例同步组件结构示意图；图7为本发明实施例锁定组件解锁和锁定状态结构示意图；图8为本发明实施例展开装置压紧状态结构示意图；图9为本发明实施例展开装置展开过程变化示意图。在所有附图中，相同的附图标记自始至终表示相同的元件或者结构，其中：1-基座组件2-一级杆组件3-二级杆组件4-三级行程放大组件5-同步组件6-锁定组件1a-基座1b-一级销轴1c-一级销轴端盖1d-动力扭簧2a-一级杆2b-密封圈2c-二级销轴2d-二级销轴端盖2e-防转叉3a-二级杆3b-卷绕单元3c-导向支座3ba-卷轴3bd-轴承挡圈3bc-轴承座4a-拉杆4b-支撑杆4c-铰接销轴4d-铰接支座4e-固定杆4f-滑动杆5a-一二级同步杆5b-二三级同步杆5c-同步销钉6a-压缩弹簧6b-锁定台阶导向销具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。图1为本发明实施例展开装置在展开状态的总体结构示意图，由图可知，其包括基座组件1、一级杆组件2、二级杆组件3、三级行程放大组件4、同步组件5以及锁定组件6。如图2所示，基座组件1主要包括基座1a、一级销轴1b、一级销轴端盖1c和动力扭簧1d；基座1a是该展开装置与载具的连接件，同时是一级杆组件2和同步组件5的铰接机架，同时还为锁定组件6提供安装空间，并提供整套装置运动的终了限位。基座1a上设有一级销轴1b、一级销轴端盖1c设置所需的通孔和螺纹孔，基座1a上开有锁定组件6的安装孔，设置有装置运动终了的限位凸台。一级销轴1b为一端带有法兰盘，另一端带有方形凸台的轴类零件，一级销轴1b穿过基座1a的通孔，一端通过法兰盘与基座1a固定，另一端通过方形凸台与一级销轴端盖1c内方形孔配合；一级销轴端盖1c与基座1a固连后，可确保基座1a、一级销轴1b和一级销轴端盖1c固连为一体；动力扭簧1d为该机构唯一的动力源，为平列双扭弹簧，为整套机构的运动提供扭矩。如图3所示，一级杆组件2包括一级杆2a、密封圈2b、二级销轴2c、二级销轴端盖2d以及防转叉2e。一级杆2a为U形截面杆件，两端均设置有通孔，一端通孔与一级销轴1b配合实现一级杆组件2与基座1a的铰接，另一端通孔用于安装二级销轴2c和二级销轴端盖2d；一级杆2a中部设置盒型区域，与二级杆组件3设置的盒型区域配合形成封闭区域，用于保护被展示物和三级行程放大组件4。密封圈2b安装于一级杆2a盒型区域周边，用于盒型区域的密封。二级销轴2c与一级销轴1b类似，二级销轴2c为一端带有法兰盘，另一端带有方形凸台的轴类零件，二级销轴2c穿过一级杆2a的通孔，一端通过法兰盘与一级杆2a固定，另一端通过方形凸台与二级销轴端盖2d内方形孔配合；二级销轴端盖2d与一级杆2a固连后，可确保一级杆2a、二级销轴2c和二级销轴端盖2d固连为一体。如图4所示，二级杆组件3包括二级杆3a、卷绕单元3b和导向支座3c；二级杆3a为U形截面杆件，其截面尺寸比一级杆2a略小，以确保二级杆3a能嵌入一级杆2a的U形槽内；二级杆3a一端设置有通孔，通孔与二级销轴2c配合实现二级杆组件3与一级杆2a的铰接；二级杆3a上部设置盒型区域，与一级杆2a设置的盒型区域配合形成封闭区域，用于保护被展示物和三级行程放大组件4。卷绕单元3b包括卷轴3ba、轴承、轴承座3bc和轴承挡圈3bd。卷轴3ba为台阶轴，下端设置扁口，用于卷绕被展示物；当二级杆3a和一级杆2a嵌套后，卷轴3ba上设置的扁口与防转叉2e配合，防止卷轴3ba回转；轴承为卷轴3ba回转提供支撑，轴承座3bc和轴承挡圈3bd用于轴承的轴向定位。导向支座3c安装在二级杆3a侧壁上，用于行程放大组件4导向；如图5所示，三级行程放大组件4包括拉杆4a、支撑杆4b、铰接销轴4c、铰接支座4d、固定杆4e和滑动杆4f；三级行程放大组件4采用平行四边形变形原理，将位移输入成倍放大输出；拉杆4a是三级行程放大组件4的位移输入元件；支撑杆4b是构建平行四边形组件的重要元件，支撑杆4b上、中和下等距离开设有三个铰接孔，用于支撑杆4b相互铰接；铰接销轴4c用于支撑杆4b的铰接；铰接支座4d用于三级行程放大组件4与二级杆3a的铰接；固定杆4e用于被展示物的连接、提供滑动杆4f的安装空间，与支撑杆4b铰接；滑动杆4f用于适应平行四边形结构末端铰接点的滑动。如图6所示，同步组件5包括两根一二级同步杆5a、一根二三级同步杆5b和同步销钉5c；一二级同步杆5a为细长杆结构，两端开有通孔，两端均通过同步销钉5c分别与基座1a和二级杆3a铰接，这样，一二级同步杆5a、基座1a、一级杆2a和二级杆3a铰接为一平行四边形结构，该平行四边形结构在动力扭簧1d的扭矩作用下展开，实现一级组件1和二级杆组件2的同步展开；同时，一二级同步杆5a上开有锁定孔，当机构运动至终了位置时锁定孔与锁定组件6配合实现机构锁定；二三级同步杆5b同样为细长杆结构，两端开有通孔，两端分别与一级杆2a和拉杆4a铰接，实现三级行程放大组件4与一、二级的同步展开。如图7所示，锁定组件6用于机构终了状态的锁定，使机构稳定处于展开展示状态，避免机构运动末期的大幅度长时间震荡。锁定组件6包括压缩弹簧6a和锁定台阶导向销6b。锁定组件6安装在基座1a盲孔内，压缩弹簧6a在内，锁定台阶导向销6b在外。在机构运动过程中，锁定台阶导向销6b依靠一二级同步杆5a端面限位，处于回缩状态；当机构运动至终了位置时，一二级同步杆5a上开设的定位孔与锁定台阶导向销6b对准，锁定台阶导向销6b在压缩弹簧6a作用下伸出，锁定台阶导向销6b与一二级同步杆5a锁定孔配合实现一二级同步杆5a的锁定，由于整套机构运动的同步性，整套机构均被锁定。锁定台阶导向销6b为台阶类销轴，小端设置有导向部分，导向部分用于锁定台阶导向销6b与一二级同步杆5a锁定孔的准确对准，轴肩用于保证锁定台阶导向销6b不脱落；压缩弹簧6a长期处于压缩状态，为锁定台阶导向销6b的轴向运动提供动力。图8为本发明实施例展开装置压紧状态结构示意图，图9为本发明实施例展开装置展开过程变化示意图，结合以上该图，说明本发明装置工作原理，具体如下：一级杆组件2和一二级同步杆5a一端分别通过一级销轴1b和同步销钉5c与基座1a铰接，另一端分别通过二级销轴2c和同步销钉5c与二级杆组件3铰接，一级杆组件2、一二级同步杆5a、基座和1a二级杆组件3组成平行四边形机构，在单个动力扭簧1d的扭矩作用下实现同步运动；二三级同步杆5b一端与一级杆2a铰接，另一端与三级行程放大组件4的拉杆4a铰接，实现三级行程放大组件4与一、二级的同步展开；展示机构运动至展示位置时，锁定组件6将整套机构锁定，保持展示状态。折叠工作原理与展开工作原理类似，过程相反。锁紧工作原理如下：锁定组件6安装在基座1a盲孔内，压缩弹簧6a在内，锁定台阶导向销6b在外。在机构运动过程中，锁定台阶导向销6b依靠一二级同步杆5a端面限位，处于回缩状态；当机构运动至终了位置时，一二级同步杆5a上开设的定位孔与锁定台阶导向销6b对准，锁定台阶导向销6b在压缩弹簧6a作用下伸出，锁定台阶导向销6b与一二级同步杆5a锁定孔配合实现一二级同步杆5a的锁定，由于整套机构运动的同步性，整套机构均被锁定。本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。