[发明专利]一种微型柔性盘压杆

说明书

(一)技术领域：

本发明涉及一种微型柔性盘压杆，在民用方面可以作为小型精密仪器、机械伸展臂等主支撑机构，在航空航天方面可作为微小卫星天线、重力梯度稳定等主结构。属于航天器材和设备技术领域。

(二)背景技术：

随着航天技术的不断发展，任务需求的多样化，卫星的功能日益复杂，体积慢慢扩大，重量逐步增加，造价也越来越昂贵，承担的风险越来越大，人们又把目光投向了微小型卫星，微小型卫星主要具有以下特点：重量轻、体积小、成本低、研制周期短、轨道低、发射容易、生存能力强。但同时由于微小卫星的体积和功能多样化之间存在着矛盾，为了解决这一矛盾，精密的微小型展开机构应运而生。这种展开机构需要在发射段收缩、在空间可展开以满足任务需求。

常用的空间展开机构主要有薄壁管展开机构、套筒展开机构、铰接展开机构、盘绕展开机构等。薄壁管展开机构构造简单、可靠性高、可重复展开和收拢，但其根部翘曲限制了结构强度，因而热稳定性、抗弯及抗扭刚度较低，难以实现精确定位；套筒展开机构可靠性高、可重复展开和收拢，但收拢后所占体积很大、构造较复杂；铰接展开机构刚度高、寿命长、抗振性好、精度高，但构造工艺很复杂、铰接点多、可靠性相对较低。上述三种展开机构共同存在的问题收拢后整个结构复杂，收拢体积较大，不适合微小卫星对展开机构的要求。而盘绕展开机构构造简单、质量较小、可靠性高、伸缩比大，本发明所采用的微小型柔性盘压杆即属于盘绕展开机构。

盘压杆是一个敞开的柱形桁架，它由纵杆、横架和斜拉绳索组成，由盘绕纵梁来收拢整个机构。纵杆为连续的细长弹性杆，它的长度与桁架的长度相同；横架是在垂直于纵梁平面中的结构件，与纵梁铰接连接；斜拉绳索是在柱杆每侧的方形面中十字交叉的绳索。

盘压杆的横架截面通常为三角形或者三叉形，但是这两种构型铰链设计复杂，体积较大，不利于展开机构的小型化，所以采用了一种环形截面形式，本发明为一种采用环形截面的微小型柔性盘压杆。

(三)发明内容：

1、目的：本发明的目的是提供一种微型柔性盘压杆，它是一种高伸缩比、高可靠性的盘绕展开机构。

2、技术方案：见图1，本发明一种微型柔性盘压杆，是由环形横架、纵杆以及斜拉绳索组成。它们之间的位置连接关系是：环形横架通过M2螺钉与纵杆固连，斜拉绳索将相邻环形横架连接在一起。

所述环形横架由四个均布的旋转铰链和一个圆环支撑件连接而组成，它为纵杆提供横向支撑；该圆环支撑件厚度为2.5-3.5mm，外径68-72mm，内径63-67mm，其上沿旋转铰链均布8个斜拉绳索连接光孔6A，其内侧相应设置4个M2螺钉连接光孔6B；该旋转铰链是圆筒形件，其长度是4-6mm，外径为3.0-3.5mm，内径为1.9-2.1mm，其上设置有纵杆连接孔4A。M2螺钉穿过圆环支撑件和旋转铰链与纵杆相固连，既达到了将圆环支撑件和铰链的相连，又使纵杆与旋转铰链的位置相对固定，同时达到了旋转铰链相对于圆环支撑件可以绕径向转动的目的。

所述纵杆分别贯穿于四个旋转铰链的穿孔中，该纵杆材料为超弹性非晶态合金，截面为圆形，直径1.25-1.35mm，长度275-285mm，纵杆依靠与其连接的环形横架和斜拉绳索承受轴向拉压、侧向弯曲和扭转力。

所述斜拉绳索为弹性绳，截面为圆形，直径0.55-0.65mm，长度88-90mm。弹性模量为10.7GPa。

相邻两个环形横架的节距根据微型柔性盘压杆的刚度确定，在盘绕折叠过程中，纵杆屈曲所至端点转角由旋转铰链实现。微型柔性盘压杆的盘绕半径R(即四根纵杆中心线外接圆半径)其大小按该盘压杆的刚度决定；纵杆长度与该盘压杆展开长度相同，由具有优异超弹性的非晶态合金加工而成。收拢时纵杆受弯曲盘紧，压缩比大，最大可以达到5％。展开时连续纵杆为该盘压杆提供轴向弯曲刚度和强度。纵杆直径根据微型柔性盘压杆的刚度、盘绕半径等确定。

其中，环形横架的数量是五层；

其中，纵杆的数量是四根；

其中，所述的微型柔性盘压杆的盘绕半径R(即四根纵杆中心线外接圆半径)一般为30～200mm，设计为38.5mm；

其中，相邻两个环形横架之间的节距应满足盘压时几何约束协调，半节距小于盘绕半径，且展开时斜拉绳索两端点距离要大于收拢时的距离，可推导出节距取值范围R＜t＜2R，设计为t＝70mm。