专利名称：：八面体桁架单元变几何桁架主动杆的制作方法
技术领域：
：本发明涉及结构机构工程
技术领域：
的变几何桁架主动杆，尤其涉及一种八面体桁架单元变几何桁架主动杆。
背景技术：
：八面体桁架单元由12根杆、6个节点构成空间恰定体系，既无超静定也无内部机构，因此，八面体桁架单元是构造大型复杂结构体系、空间伸展机构、操控机构的有效基本桁架单元。当八面体桁架单元各面边棱长相等时称为正八面体桁架单元。八面体桁架单元六个侧棱设置为主动杆，此为著名的Stewart平台，主动杆可大幅伸缩或具有快速响应的微小伸缩，用于跟踪机构、减振隔振机构。八面体桁架单元顶或底面三棱设置为主动杆，此为变几何祐1架单元(VariableGeometryTruss,VGT),变几何祐1架单元串联可构成伸展臂或操控机构，可在中部各层或间隔一层设置主动器成为主动杆、侧棱全定长为被动杆、顶和底为定长杆，以较少主动器实现机构灵活、运动空间大、收纳率大、结构机构重量轻、刚度大等优点。陈务军、关富玲、陈向阳等著的“正八面体单元伸展臂研究”(宇航学报，1999，20(2):41-47)研究了正八面体桁架单元机构几何分析方法与特征。陈务军、董石麟、付功义等著的“一高刚性同步展开空间伸展臂设计研究”(2000年中国博士后学术大会论文集，北京:科学出版社)研究了三棱桁架构成高刚性同步伸展的伸展臂。陈务军、付功义、何艳丽等著的“八面体桁架单元及其派生系所构成的空间伸展臂”(上海交通大学学报(自然科学版)，2001，35(4):509-513)研究了正八面体桁架单元特征、八面桁架单元衍生单元及构成伸展臂，以及基本结构特性分析。陈务军、张淑杰著的“空间可展结构体系与分析导论”(中国宇航出版社，2006.3)研究介绍了包含八面体桁架单元的展开结构体系与分析理论。目前国内仅有概念、理论、分析研究，并无针对八面体变几何桁架机构的具体主动杆技术研究。CHENWu_jun、LU0Yao_zh1、FUGong-y等著的“Astudyonspacemastsbasedonoctahedraltrussfamily，，(InternationalJournalofSpaceStructures,2001,16(1):19-26)研究了八面体桁架单元系的几何、结构特征。CHENWu-jun、LUOYao-zh1、FUGong-yi著的“Designconceptionanddeploymentsimualationforahighlysynchronizedextendable/retractablespacemast”(InternationalJournalofSpaceStructures,2001,16(4):261-269)研究了同步伸展臂结构机构、节点实现、展开动力学分析方法。StephenOliverOikawa著的“DesignandConstructionofafour-BayVariable-Geometry-TrussManipulator”(UniversityofToronto,1995)研制了以串联转动副构成节点系的八面体单元变几何桁架，并进行了运动学、运动力学分析理论研究。LuisM.Macareno>JosuAgirrebeitia>CarlosAngulo等著的“FEMsubsystemreplacementtechniquesforstrengthproblemsinvariablegeometrytrusses，，(FiniteElementsinAnalysisandDesign,2008，44:346-357)研制了八面体祐1架单兀样机、提出了紧凑型组合节点、进行了非线性分析与试验研究。这些设计与研究表明了八面体桁架单元变几何桁架主动杆存在伸缩比小、构造复杂、精度低等缺点，因此，本领域的技术人员致力于开发一种新型八面体桁架单元变几何桁架主动杆。
发明内容为了解决上述技术问题，本发明提供了一种八面体单元变几何桁架主动杆，以克服现有八面体单元存在的上述不足。为实现这样的目的，本发明的八面体单元变几何桁架主动杆包括滚珠丝杠1、滚珠丝杠螺母2、复合材料管3、螺丝套筒4、螺丝套筒5、加劲套环6、步进电机7、薄片联轴器8、推力轴承9、轴承座框体10、双耳端板11、圆棒12、螺栓13、螺栓14、螺丝杆15;滚珠丝杠I一端连接滚珠丝杠螺母2，另一轴端先穿孔连接推力轴承9，再连薄片联轴器8。薄片联轴器8连接步进电机7的转轴，圆棒12连接轴承座框体10和双耳端板11构成机笼结构，步进电机7由螺丝连接双耳端板11，推力轴承9由螺栓14连接轴承座框体10，复合材料管3的一端连接螺丝套筒5，另一端连接螺丝套筒4，两端外套加劲环6，螺丝套筒4中间为凸缘，凸缘平面中间直边两端为圆的组合形状，较大一端为套管，连接复合材料管3，较小一端有对称的小圆凸台，圆凸台内有细牙螺丝，由螺丝杆15连接滚珠丝杠螺母2。螺丝套筒5中间为圆凸缘，较大一端为套管，连接复合材料管3，较小一端为细牙螺丝，用于连接主动节点，双耳端板11上设有圆孔用于螺栓13连接主动节点。进一步地，收缩状态下，滚珠丝杠I旋进复合材料管3内。进一步地，复合材料管优选为轻质薄壁复合材料管。进一步地，复合材料管3的一端连接螺丝套筒5，另一端连接螺丝套筒4，两端外套加劲环6，连接均采用胶黏剂胶结。进一步地，滚珠丝杠I一端装连滚珠丝杠螺母2，另一端先连接推力轴承9，再连薄片联轴器8，薄片联轴器8连接步进电机7的转轴，构成直联紧凑作动器。进一步地，机笼结构包括轴承座框体10、双耳端板11、圆棒12，圆棒12连接轴承座框体10和双耳端板11构成机笼结构，圆棒12两端为细牙螺丝，双耳端板11呈矩形，有通孔，一部分为步进电机的机座螺栓连接孔，另一部分为圆棒12连接孔，双耳端板11上对称设置两组连接耳板，可通过螺栓连接主动节点；轴承座框体10由两端板和连接板构成，一侧端板为矩形，中心位圆孔，圆孔直径与步进电机轴凸缘直径间隙配合，侧板上有通孔为圆棒12连接孔，另一侧端板为方形，中心为圆孔，圆孔直径与推力轴承外圈直径间隙配合，侧板上有通孔为推力轴承座连接孔。进一步地，滚珠丝杠1、推力轴承9、薄片联轴器8和步进电机7均安装于机笼结构内部轴心。本发明提供了一种新型八面体桁架单元变几何桁架主动杆，其充分利用滚珠丝杠、步进电机、薄片联轴器、推力轴承、复合材料管特点，实现八面体桁架单元变几何桁架主动杆高伸缩率、轻质、形式简洁、运动灵活、高刚度、高精度，可应用于航天空间可展结构机构、操控机构、跟踪机构，以及工业控制机构。图1为本发明的较佳实施例中的八面体单元变几何桁架主动杆收缩状态剖视图。图2为本发明的较佳实施例中的八面体单元变几何桁架主动杆伸展状态剖视图。图3为本发明的较佳实施例中的八面体单元变几何桁架主动杆收缩状态三维透视图。图4为本发明的较佳实施例中的八面体单元变几何桁架主动杆伸展状态三维透视图。图5为本发明的较佳实施例中的八面体单元变几何桁架主动杆的机笼结构三维透视图。图6为本发明的较佳实施例中的八面体单元变几何桁架主动杆的机笼结构另一角度的三维透视图。在附图中，I为滚珠丝杠，2为滚珠丝杠螺母，3为复合材料管，4为螺丝套筒，5为螺丝套筒，6为加劲套环,7为步进电机,8为薄片联轴器,9为推力轴承，10为轴承座框体,11为双耳端板，12为圆棒，13为螺栓(含螺母)，14为螺栓(含螺母)，15为螺丝杆。具体实施例方式以下结合附图对本发明较佳实施例的技术方案作进一步描述。图1为本发明一个较佳实施例的八面体单元变几何桁架主动杆收缩状态剖视图，图3为八面体单元变几何祐1架主动杆收缩状态三维透视图。如图1和图3所示,本实施例提供的八面体单元变几何桁架主动杆包括滚珠丝杠1、滚珠丝杠螺母2、复合材料管3、螺丝套筒4、螺丝套筒5、加劲套环6、步进电机7、薄片联轴器8、推力轴承9、轴承座框体10、双耳端板11、圆棒12、螺栓13、螺栓14、螺丝杆15。滚珠丝杠I一端装连滚珠丝杠螺母2，另一轴端先穿孔连接推力轴承9，再连薄片联轴器8。薄片联轴器8连接步进电机7的转轴，四个圆棒12连接轴承座框体10和双耳端板11构成机笼结构，步进电机7由4个螺丝连接双耳端板11，推力轴承9由4个螺栓14连接轴承座框体10，滚珠丝杠1、推力轴承9、薄片联轴器8和步进电机7均安装于机笼结构内部轴心。复合材料管3的一端连接螺丝套筒5，另一端连接螺丝套筒4，两端外套加劲环6，连接均采用胶黏剂胶结。螺丝套筒4中间为凸缘，凸缘平面中间直边两端为圆的组合形状，较大一端为套管，连接复合材料管3，较小一端有4个对称的小圆凸台，圆凸台内有细牙螺丝，由4个螺丝杆15连接滚珠丝杠螺母2。螺丝套筒5中间为圆凸缘，较大一端为套管，连接复合材料管3，较小一端为细牙螺丝，用于连接主动节点。收缩状态下，滚珠丝杠I旋进复合材料管3内。双耳端板11上设有两圆孔用于螺栓13连接主动节点。图2为本发明的较佳实施例中的八面体单元变几何桁架主动杆伸展状态剖视图，图4为本发明的较佳实施例中的八面体单元变几何桁架主动杆伸展状态三维透视图。本实施例提供的八面体单元变几何桁架主动杆包括滚珠丝杠1、滚珠丝杠螺母2、复合材料管3、螺丝套筒4、螺丝套筒5、加劲套环6、步进电机7、薄片联轴器8、推力轴承9、轴承座框体10、双耳端板11、圆棒12、螺栓13、螺栓14、螺丝杆15。滚珠丝杠I一端装连滚珠丝杠螺母2，另一轴端先穿孔连接推力轴承9,再连薄片联轴器8。薄片联轴器8连接步进电机7的转轴，四个圆棒12连接轴承座框体10和双耳端板11构成机笼结构，步进电机7由4个螺丝连接双耳端板11，推力轴承9由4个螺栓14连接轴承座框体10，滚珠丝杠1、推力轴承9、薄片联轴器8和步进电机7均安装于机笼结构内部轴心。复合材料管3的一端连接螺丝套筒5，另一端连接螺丝套筒4，两端外套加劲环6，连接均采用胶黏剂胶结。螺丝套筒4中间凸缘，凸缘平面中间直边两端为圆的组合形状，较大一端为套管，连接复合材料管3，较小一端有4个对称的小圆凸台，圆凸台内有细牙螺丝，由4个螺丝杆15连接滚珠丝杠螺母2。螺丝套筒5中间为圆凸缘，较大一端为套管，连接复合材料管3，较小一端为细牙螺丝，用于连接主动节点。双耳端板11上设有两圆孔用于螺栓13连接主动节点。图5和图6为本发明的较佳实施例中的八面体单元变几何桁架主动杆的机笼结构三维透视图，本实施例中八面体单元变几何桁架主动杆的机笼结构包括轴承座框体10、双耳端板11、圆棒12。四个圆棒12连接轴承座框体10和双耳端板11构成机笼结构。圆棒12两端为细牙螺丝。双耳端板11呈矩形，有8个通孔，4个为步进电机的机座螺栓连接孔，4个为圆棒12连接孔，双耳端板11上对称设置两组连接耳板，可通过螺栓连接主动节点。轴承座框体10由两端板和四连接板构成，一侧端板为矩形，中心位圆孔，圆孔直径与步进电机轴凸缘直径间隙配合，4个通孔为圆棒12连接孔，另一侧端板为方形，中心为圆孔，圆孔直径与推力轴承外圈直径间隙配合，4个通孔为推力轴承座连接孔。本发明的滚珠丝杠1、步进电机7、薄片联轴器8、推力轴承9可针对具体应用确定零件尺寸、杆长、材料选择、工艺设计，复合材料管可采用碳纤维增强树脂，滚珠丝杠1、滚珠丝杠螺母2、推力轴承9的轴配合精度为H5H8，零件表面为1.63.2级。针对空间应用节点零件表面可按需要进行防热处理和耐高低温处理等。以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本
技术领域：
中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护`范围内。权利要求1.一种八面体单元变几何桁架主动杆，其特征在于，包括滚珠丝杠(I)、滚珠丝杠螺母(2)、复合材料管(3)、螺丝套筒(4)、螺丝套筒(5)、加劲套环(6)、步进电机(7)、薄片联轴器(8)、推力轴承(9)、轴承座框体(10)、双耳端板(11)、圆棒(12)、螺栓(13)、螺栓(14)、螺丝杆(15);滚珠丝杠(1)一端装连滚珠丝杠螺母(2)，另一端先连接推力轴承(9)，再连薄片联轴器(8)，薄片联轴器(8)连接步进电机(7)的转轴，圆棒12连接轴承座框体(10)和双耳端板(11)构成机笼结构，步进电机(7)由螺丝连接双耳端板(11)，推力轴承(9)由螺栓(14)连接轴承座框体(10)，复合材料管(3)的一端连接螺丝套筒(5)，另一端连接螺丝套筒(4)，两端外套加劲环(6)，螺丝套筒(4)中间为凸缘，较大一端为套管，连接复合材料管(3)，较小一端有对称的小圆凸台，圆凸台内有细牙螺丝，由螺丝杆(15)连接滚珠丝杠螺母(2)，螺丝套筒(5)中间为圆凸缘，较大一端为套管，连接复合材料管(3)，较小一端为细牙螺丝，用于连接主动节点，双耳端板(11)上设有圆孔用于螺栓(13)连接主动节点。2.如权利要求1所述的八面体单元变几何桁架主动杆，其特征在于，收缩状态下，滚珠丝杠(I)旋进复合材料管(3)内。3.如权利要求1所述的八面体单元变几何桁架主动杆，其特征在于，复合材料管(3)优选为轻质薄壁复合材料管。4.如权利要求1所述的八面体单元变几何桁架主动杆，其特征在于，复合材料管(3)的一端连接螺丝套筒(5)，另一端连接螺丝套筒(4)，两端外套加劲环(6)，连接均采用胶黏剂胶结。5.如权利要求1所述的八面体单元变几何桁架主动杆，其特征在于，滚珠丝杠(I)一端装连滚珠丝杠螺母2，另一端先连接推力轴承(9)，再连薄片联轴器(8)，薄片联轴器(8)连接步进电机(7)的转轴，构成直联紧凑作动器。6.如权利要求1所述的八面体单元变几何桁架主动杆，其特征在于，机笼结构包括轴承座框体(10)、双耳端板(11)、圆棒(12)，圆棒(12)连接轴承座框体(10)和双耳端板(11)构成机笼结构，圆棒(12)两端为细牙螺丝，双耳端板(11)呈矩形，有通孔，一部分为步进电机的机座螺栓连接孔，另一部分为圆棒(12)连接孔，双耳端板(11)上对称设置两组连接耳板,可通过螺栓连接主动节点；轴承座框体(10)由两端板和连接板构成，一侧端板为矩形，中心位圆孔，圆孔直径与步进电机轴凸缘直径间隙配合，侧板上有通孔为圆棒(12)连接孔，另一侧端板为方形，中心为圆孔，圆孔直径与推力轴承外圈直径间隙配合，侧板上有通孔为推力轴承座连接孔。7.如权利要求1所述的八面体单元变几何桁架主动杆，其特征在于，滚珠丝杠(I)、推力轴承(9)、薄片联轴器(8)和步进电机(7)均安装于机笼结构内部轴心。全文摘要本发明提供了一种八面体单元变几何桁架主动杆，包括滚珠丝杠(1)、滚珠丝杠螺母(2)、复合材料管(3)、螺丝套筒(4)、螺丝套筒(5)、加劲套环(6)、步进电机(7)、薄片联轴器(8)、推力轴承(9)、轴承座框体(10)、双耳端板(11)、圆棒(12)、螺栓(13)、螺栓(14)、螺丝杆(15)，本发明提供的八面体单元变几何桁架主动杆充分利用滚珠丝杠、步进电机、薄片联轴器、推力轴承、复合材料管特点，实现八面体桁架单元变几何桁架主动杆高伸缩率、轻质、形式简洁、运动灵活、高刚度、高精度。文档编号F16S3/08GK103234110SQ20131015075公开日2013年8月7日申请日期2013年4月26日优先权日2013年4月26日发明者陈务军,张大旭,胡士强,顿向明申请人:上海交通大学