一种空间可展开天线支撑机构的制作方法

本发明涉及航天天线支撑技术领域，具体地说是一种结构简单、折展率高、易于组装、质量轻、刚度大的空间可展开天线支撑机构。

背景技术

众所周知，航天器的发射活动使用运载火箭作为最主要的运输工具，且发射费用及其昂贵，对运载火箭发射质量、运载空间都有一定的限制，伴随着航天技术的发展，大口径空间可展开天线应用前景广阔，具有重要的实际应用价值，因此，在运载质量和运载空间的限制条件下，需要研究空间可展开天线的支撑机构。可展开天线支撑机构是金属网面可展开天线的主体结构，满足在火箭发射过程中处于收拢状态，在航天器进入预定轨道或到达预定点后可以顺利、可靠的展开到工作状态，并支撑天线，保证其反射面形面精度。

技术实现要素：

本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种结构简单、折展率高、易于组装、质量轻、刚度大的空间可展开天线支撑机构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种空间可展开天线支撑机构，其特征在于该机构由缓释模块、中央模块和边缘模块组成，所述的缓释模块由伺服电机、行星齿轮减速器、上端盖、绕线毂和底座组成，所述的底座与上端盖相连接，底座和上端盖之间设有绕线毂，绕线毂的上下两端分别经轴承与上端盖和底座相铰接，所述的行星齿轮减速器嵌入固定在上端盖中，行星齿轮减速器的输出轴伸出上端盖下方与绕线毂相连接，行星齿轮减速器与伺服电机相连接进行驱动行星齿轮减速器，缓释模块中的底座下端与中央模块相连接，所述的中央模块由中央安装座、涡卷弹簧驱动装置、伸缩杆装置、上连杆、下连杆和中央连接基座组成，所述的中央安装座由底部片、中部片、顶部片和连接轴组成，所述的底部片、中部片、顶部片分别与连接轴固定连接，所述的顶部片上均布设有六个涡卷弹簧驱动装置，涡卷弹簧驱动装置经螺钉固定在顶部片上，所述的中央连接基座由底部片、中部片、顶部片和连接轴组成，所述的底部片、中部片、顶部片分别与连接轴相连接，底部片、中部片、顶部片上分别均布设有三个连接杆，所述涡卷弹簧驱动装置上设有上连杆，上连杆的一端与涡卷弹簧驱动装置相连接，另一端与中央连接基座中的顶部片上的连接杆相铰接，所述的与涡卷弹簧驱动装置位置相对应的中部片上设有伸缩杆装置，所述的伸缩杆装置的一端与中部片相铰接，另一端与中央连接基座中的中部片上的连接杆相连接，所述的与伸缩杆装置位置相对应的底部片上设有下连杆，下连杆的一端与底部片相铰接，下连杆的另一端与中央连接基座的底部片上的连接杆相铰接，所述的中央连接基座分别与边缘模块相连接，所述的边缘模块由边缘基座、上连杆、下连杆、伸缩杆装置、涡轮弹簧驱动装置和边缘连接座组成，所述的边缘基座由底部片、中部片、顶部片和连接轴组成，底部片、中部片、顶部片分别与连接轴相连接，所述的顶部片上设有四个涡轮弹簧驱动装置，所述的涡轮弹簧驱动装置经螺栓连接在顶部片上，所述的四个涡轮弹簧驱动装置上设有上连杆，所述的中部两个上连杆的一端分别与涡轮弹簧驱动装置相连接，另一端分别与相邻的两个中央连接基座的顶部片上的连接杆相铰接，所述的外侧的两个上连杆的一端分别与涡轮弹簧驱动装置相连接，另一端分别与边缘连接座相铰接，所述的上连杆对应位置的中部片上设有伸缩杆装置，所述的中部两个伸缩杆装置的一端分别与中部片相铰接，另一端分别与相邻的两个中央连接基座的中部片上的连接杆相铰接，所述的外侧两个伸缩杆装置的一端与中部片相铰接，另一端分别与边缘连接座相铰接，所述的伸缩杆装置对应的底部片上设有下连杆，所述的中部两个下连杆的一端分别与底部片相铰接，另一端分别与相邻的两个中央连接基座的底部片上的连接杆相铰接，所述的外侧两个下连杆的一端与底部片相铰接，另一端与分别边缘连接座相铰接，所述的边缘基座的顶部片上设有吊环螺钉，所述的缓释模块中的绕线毂上设有六根钢索，所述的钢索的一端与缓释模块中的绕线毂相连接，另一端与边缘模块中边缘基座的顶部片上的吊环螺钉相连接，通过伺服电机带动绕线毂旋转收线和放线实现整个天线的收缩和展开。

本发明所述的中央安装座中的连接轴、中央连接基座中的连接轴和边缘基座中的连接轴都是由芯轴和轴套组成，所述的芯轴分别依次穿过中央安装座、中央连接基座和边缘基座实现中央安装座、中央连接基座和边缘基座中的定位，所述的中央安装座、中央连接基座、边缘基座中的底部片和顶部片经芯轴的轴肩和螺母进行定位和放松，所述的中央安装座、中央连接基座、边缘基座中的顶部片和中部片之间设有轴套，所述的轴套套接在芯轴上，中部片经轴套和芯轴上的轴肩实现定位和固定，所述的套接在芯轴上的底部片、中部片和顶部片分别设有键槽，所述的芯轴上设有与底部片、中部片和顶部片中键槽位置相对应的键槽，底部片、中部片和顶部片与芯轴之间分别通过键实现周向的定位。

本发明所述的底部片、中部片和顶部片上分别设有减重肋，在保证了结构强度刚度的同时最大程度实现了轻量化的要求，同时，这种结构易于实现模块化，减小了加工制造的成本。

本发明所述的涡轮弹簧驱动装置由涡卷弹簧盒、涡卷弹簧、拔叉和连接输出轴组成，所述的涡卷弹簧盒分别固定在中央安装座和边缘基座上，涡卷弹簧盒中部设有连接输出轴，所述的输出轴与拔叉相连接，连接输出轴与涡卷弹簧盒之间设有涡卷弹簧，涡卷弹簧的一端与涡卷弹簧盒相连接，另一端与连接输出轴相连接，涡卷弹簧内存储的弹性势能首先传递到连接输出轴，再通过连接输出轴传递到拨叉上，驱动上连杆运动的进而使整个支撑结构完成展开过程，相比常见的扭簧驱动，涡卷弹簧驱动结构紧凑，质量轻，能量密度更大。

本发明所述的伸缩杆装置由铰链接头、伸缩杆、固定螺套、限位块、球头锁紧销和螺纹杆组成，所述的固定螺套的内部设有管状螺纹杆，所述的管状螺纹杆的一端伸进固定螺套内部与固定螺套的内壁通过螺纹相连接，管状螺纹杆的另一端经过铆钉与铰链接头相连接，所述的管状螺纹杆内部设有管状限位块，所述的管状限位块的内部设有球头锁紧销，所述的限位块上设有与球头锁紧销相配合的环形沟槽，所述的球头锁紧销的一端与限位块相配合，另一端伸出管状限位块与伸缩杆相连接，所述的伸缩杆的一端与球头锁紧销相连接，另一端伸出固定螺套与铰链接头相连接。

本发明所述的伸进固定螺套内部的螺纹杆端部的固定螺套内壁上设有直线运动轴承，所述的直线运动轴承的外壁与固定螺套相连接，直线运功轴承的内部与伸缩杆相连接，直线运动轴承起支撑润滑、增加结构刚度的作用。

本发明由于该机构由缓释模块、中央模块和边缘模块组成，所述的缓释模块由伺服电机、行星齿轮减速器、上端盖、绕线毂和底座组成，所述的中央模块由中央安装座、涡卷弹簧驱动装置、伸缩杆装置、上连杆、下连杆和中央连接基座组成，所述的边缘模块由边缘基座、上连杆、下连杆、伸缩杆装置、涡轮弹簧驱动装置和边缘连接座组成，所述的缓释模块中的绕线毂上设有六根钢索，所述的钢索的一端与缓释模块中的绕线毂相连接，另一端与边缘模块中边缘基座的顶部片上的吊环螺钉相连接，通过伺服电机带动绕线毂旋转收线和放线实现整个天线的收缩和展开，具有结构简单、折展率高、易于组装、质量轻、刚度大等优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中中央模块的结构示意图。

图3是图2中中央安装座的结构示意图。

图4是本发明中边缘模块的结构示意图。

图5是本发明中缓释木块的结构示意图。

图6是图4的剖视图。

图7是本发明中涡卷弹簧驱动装置的结构示意图。

图8是本发明中伸缩杆装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明：

如附图所示，一种空间可展开天线支撑机构，其特征在于该机构由缓释模块1、中央模块2和边缘模块3组成，所述的缓释模块1由伺服电机、行星齿轮减速器4、上端盖5、绕线毂6和底座7组成，所述的底座7与上端盖5相连接，底座7和上端盖5之间设有绕线毂6，绕线毂6的上下两端分别经轴承与上端盖5和底座7相铰接，所述的行星齿轮减速器4嵌入固定在上端盖5中，行星齿轮减速器4的输出轴伸出上端盖5下方与绕线毂6相连接，行星齿轮减速器4与伺服电机相连接进行驱动行星齿轮减速器4，缓释模块1中的底座7下端与中央模块2相连接，所述的中央模块2由中央安装座12、涡卷弹簧驱动装置8、伸缩杆装置9、上连杆10、下连杆11和中央连接基座13组成，所述的中央安装座12由底部片14、中部片15、顶部片16和连接轴组成，所述的底部片14、中部片15、顶部片16分别与连接轴固定连接，所述的顶部片16上均布设有六个涡卷弹簧驱动装置8，涡卷弹簧驱动装置8经螺钉固定在顶部片16上，所述的中央连接基座13由底部片14、中部片15、顶部片16和连接轴组成，所述的底部片14、中部片15、顶部片16分别与连接轴相连接，底部片14、中部片15、顶部片16上分别均布设有三个连接杆，所述涡卷弹簧驱动装置8上设有上连杆10，上连杆10的一端与涡卷弹簧驱动装置8相连接，另一端与中央连接基座13中的顶部片16上的连接杆相铰接，所述的与涡卷弹簧驱动装置8位置相对应的中部片15上设有伸缩杆装置9，所述的伸缩杆装置9的一端与中部片15相铰接，另一端与中央连接基座13中的中部片15上的连接杆相连接，所述的与伸缩杆装置9位置相对应的底部片14上设有下连杆11，下连杆11的一端与底部片14相铰接，下连杆11的另一端与中央连接基座13的底部片14上的连接杆相铰接，所述的中央连接基座13分别与边缘模块3相连接，所述的边缘模块3由边缘基座17、上连杆10、下连杆11、伸缩杆装置9、涡轮弹簧驱动装置8和边缘连接座18组成，所述的边缘基座17由底部片14、中部片15、顶部片16和连接轴组成，底部片14、中部片15、顶部片16分别与连接轴相连接，所述的顶部片16上设有四个涡轮弹簧驱动装置8，所述的涡轮弹簧驱动装置8经螺栓连接在顶部片16上，所述的四个涡轮弹簧驱动装置上8设有上连杆10，所述的中部两个上连杆10的一端分别与涡轮弹簧驱动装置8相连接，另一端分别与相邻的两个中央连接基座13的顶部片16上的连接杆相铰接，所述的外侧的两个上连杆10的一端分别与涡轮弹簧驱动装置8相连接，另一端分别与边缘连接座18相铰接，所述的上连杆10对应位置的中部片15上设有伸缩杆装置9，所述的中部两个伸缩杆装置9的一端分别与中部片15相铰接，另一端分别与相邻的两个中央连接基座13的中部片15上的连接杆相铰接，所述的外侧两个伸缩杆装置9的一端与中部片15相铰接，另一端分别与边缘连接座18相铰接，所述的伸缩杆装置9对应的底部片14上设有下连杆11，所述的中部两个下连杆11的一端分别与底部片14相铰接，另一端分别与相邻的两个中央连接基座13的底部片14上的连接杆相铰接，所述的外侧两个下连杆11的一端与底部片14相铰接，另一端与分别边缘连接座18相铰接，所述的边缘基座17的顶部片上设有吊环螺钉19，所述的缓释模块1中的绕线毂6上设有六根钢索，所述的钢索的一端与缓释模块1中的绕线毂6相连接，另一端与边缘模块3中边缘基座17的顶部片16上的吊环螺钉19相连接，通过伺服电机带动绕线毂6旋转收线和放线实现整个天线的收缩和展开，所述的中央安装座12中的连接轴、中央连接基座13中的连接轴和边缘基座17中的连接轴都是由芯轴21和轴套20组成，所述的芯轴21分别依次穿过中央安装座12、中央连接基座13和边缘基座17实现中央安装座12、中央连接基座13和边缘基座17中定位，所述的中央安装座12、中央连接基座13、边缘基座17中的底部片14和顶部片16经芯轴21的轴肩和螺母34进行定位和放松，所述的中央安装座12、中央连接基座13、边缘基座17中的顶部片16和中部片15之间设有轴套20，所述的轴套20套接在芯轴21上，中部片15经轴套20和芯轴21上的轴肩实现定位和固定，所述的套接在芯轴21上的底部片14、中部片15和顶部片16分别设有键槽，所述的芯轴21上设有与底部片14、中部片15和顶部片16中键槽位置相对应的键槽，底部片14、中部片15和顶部片16与芯轴21之间分别通过键实现周向的定位，所述的底部片14、中部片15和顶部片16上分别设有减重肋，在保证了结构强度刚度的同时最大程度实现了轻量化的要求，同时，这种结构易于实现模块化，减小了加工制造的成本，所述的涡轮弹簧驱动装置8由涡卷弹簧盒22、涡卷弹簧23、拔叉24和连接输出轴25组成，所述的涡卷弹簧盒22分别固定在中央安装座12和边缘基座17上，涡卷弹簧盒22中部设有连接输出轴25，所述的输出轴25与拔叉24相连接，连接输出轴24与涡卷弹簧盒22之间设有涡卷弹簧23，涡卷弹簧23的一端与涡卷弹簧盒22相连接，另一端与连接输出轴25相连接，涡卷弹簧23内存储的弹性势能首先传递到连接输出轴24，再通过连接输出轴24传递到拨叉24上，驱动上连杆10运动的进而使整个支撑结构完成展开过程，相比常见的扭簧驱动，涡卷弹簧驱动结构紧凑，质量轻，能量密度更大，所述的伸缩杆装置9由铰链接头26、伸缩杆27、固定螺套28、限位块29、球头锁紧销30和螺纹杆31组成，所述的固定螺套28的内部设有管状螺纹杆31，所述的管状螺纹杆31的一端伸进固定螺套28内部与固定螺套28的内壁通过螺纹相连接，管状螺纹杆31的另一端经过铆钉与铰链接头26相连接，所述的管状螺纹杆31内部设有管状限位块29，所述的管状限位块29的内部设有球头锁紧销30，所述的限位块29上设有与球头锁紧销30相配合的环形沟槽32，所述的球头锁紧销30的一端与限位块29相配合，另一端伸出管状限位块29与伸缩杆27相连接，所述的伸缩杆27的一端与球头锁紧销30相连接，另一端伸出固定螺套28与铰链接头26相连接，所述的伸进固定螺套28内部的螺纹杆31端部的固定螺套28内壁上设有直线运动轴承33，所述的直线运动轴承33的外壁与固定螺套28相连接，直线运功轴承33的内部与伸缩杆27相连接，直线运动轴承33起支撑润滑、增加结构刚度的作用。

本发明采用模块化的思想，各个模块采用相似的结构来简化组装过程，所设计的天线支撑机构由中央模块2、边缘模块3和缓释模块1三个部分组成。中央模块2和缓释装置1安装在一起，并和缓释模块1一起固定在航天器上，周围六个相同的边缘模块3由连杆连接在中央模块2上，所述的上连杆10、下连杆11和伸缩杆装置12的两端分别经塞打螺钉与中央安装座12、中央连接基座13、边缘基座17和边缘连接座18相互连接，可以很好的保证装配精度从而提高结构刚度。

当天线支撑机构处于收拢状态时，上连杆10、下连杆11处于和中央安装座12垂直的位置，钢索的长度最短，涡卷弹簧驱动装置8中的弹性势能最大，整个支撑结构在其驱动下可以完成展开动作，天线支撑结构依靠伺服电机的自锁功能和伸缩杆装置9内的锁定结构保持收拢的状态。处于展开状态时，上连杆10、下连杆11达到附图1中所示的角度，并且伸缩杆装置9的长度最短，钢索的长度最长，依靠涡卷弹簧驱动装置8中剩余的弹性势能和伸缩杆装置9的锁定结构保持展开状态，依靠伺服电机的正反转和伸缩杆装置9就能够实现天线支撑结构的展开过程以及到位后的锁定，通过伺服电机和钢索控制第二层模块的展开速度，再由第二层的展开速度限制第一层展开速度，使整个天线缓慢展开进而达到减小锁定冲击的目的，缓释模块1中的底座7上还设计有隔断，能够有效防止钢索发生缠绕，本发明的空间可展开天线支撑机构设计紧凑，结构刚度好，满足轻量化设计要求，本发明采用模块化结构设计，构件类型少，易于组装和扩展，折展率高，并且质量轻，刚度高，制造成本低。

本发明由于该机构由缓释模块1、中央模块2和边缘模块3组成，所述的缓释模块1由伺服电机、行星齿轮减速器4、上端盖5、绕线毂6和底座7组成，所述的中央模块2由中央安装座12、涡卷弹簧驱动装置8、伸缩杆装置9、上连杆10、下连杆11和中央连接基座13组成，所述的边缘模块3由边缘基座17、上连杆10、下连杆11、伸缩杆装置9、涡轮弹簧驱动装置8和边缘连接座18组成，所述的缓释模块1中的绕线毂6上设有六根钢索，所述的钢索的一端与缓释模块1中的绕线毂6相连接，另一端与边缘模块3中边缘基座17的顶部片上的吊环螺钉19相连接，通过伺服电机带动绕线毂6旋转收线和放线实现整个天线的收缩和展开，具有结构简单、折展率高、易于组装、质量轻、刚度大等优点。