[发明专利]一种用于航天器展开机构的可重复展收铰链

说明书

技术领域

本发明涉及一种航天器展开机构，适用于太阳翼、天线、伸展臂等展开部件的重复展开和收拢，尤其适合于安装在展开部件的根部(即与卫星连接处)，能够为展开部件提供高的展开锁定刚度。

背景技术

我国航天器上安装的太阳翼、天线等展开部件采用的铰链一般为销槽式铰链，2010年5月第19卷第3期航天器工程上，题名为《太阳翼铰链锁紧槽的设计研究》的文献对这种铰链的组成和工作原理进行了描述。该种铰链由公铰、母铰、销轴、锁定摆杆、偏心轴和锁定弹簧等零件组成，其中公铰带有圆形滑道，在滑道末端有一个U形锁紧槽，公铰和母铰通过销轴相连。锁定摆杆组件为叉形结构，叉形的一端装有柱销，另一端通过偏心轴与母铰铰接，柱销通过锁定弹簧压紧在公铰的圆形滑道上。当铰链展开时，公铰和母铰在驱动元件(展开弹簧)作用下绕销轴相对转动，在展开过程中锁定摆杆上的柱销在锁定弹簧的作用下压紧在滑道上并沿着滑道滑动，展开到位后柱销在锁定弹簧的作用下进入滑道末端的U形锁紧槽内，当柱销与U形槽两侧内壁均接触后，铰链锁定到位。这种销槽式铰链的柱销进入锁紧槽的驱动力由锁定弹簧直接提供，一般力矩较小，造成锁定后锁紧槽与柱销之间不能有效卡紧，在较小的弯曲载荷作用下二者之间便会出现一定的间隙，降低了锁定刚度。另外，这种铰链的柱销与铰链销轴的距离较近，即锁定臂的长度较短，也造成其刚度偏低。

航天器伸展臂的根部铰链通常为楔块锁紧铰链，这种铰链的展开原理与销槽式铰链相似，但其展开到位的锁紧采用楔块式锁紧，这种锁紧机构的锁定预紧力不大，取得高刚度主要靠增大体积，而且锁定的可靠性远低于销槽式铰链。

上述销槽式铰链和楔块锁紧铰链均不适用于要求展开部件具有极高刚度和高可靠度的场合，如高刚度大型太阳翼、大型天线和展开臂等展开部件，尤其是不适合作为展开部件的根部铰链与卫星直接连接。此外，这两种铰链展开功能和锁定功能都是分别由不同的机构装置完成的，因此难以实现在轨自动收拢。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种刚度高、可靠性好且可以实现重复展开锁定和解锁收拢的航天器用铰链。

本发明的技术解决方案是：一种用于航天器展开机构的可重复展收铰链，包括下法兰、上法兰、电机、圆头限位螺钉、导轨、锁定摆杆、平头限位螺钉和锁定柱销；锁定柱销与锁定摆杆的一端转动连接，锁定摆杆的另一端通过偏心轴与下法兰转动连接，电机与下法兰固定连接且电机的输出轴与锁定柱销对接；上法兰通过铰链转轴与下法兰转动连接；导轨为设有封闭导向槽的结构，导轨与上法兰固定连接，所述锁定柱销始终处于导向槽内并沿导向槽从头部到尾部运动；所述的导向槽中心线是一段由三条曲线段共同组成的平滑曲线，从头部到尾部分别为直线段、圆弧段和以铰链转轴的轴心为圆心的渐开线段；圆头限位螺钉与上法兰固定连接，平头限位螺钉与下法兰固定连接，电机驱动锁定柱销在导轨上的导向槽内由尾部运动至头部，从而驱动上法兰绕铰链转轴顺时针转动展开，直至圆头限位螺钉和平头限位螺钉紧密接触后铰链锁定；当电机驱动锁定柱销在导轨上的导向槽内由头部运动至尾部，从而驱动上法兰绕铰链转轴逆时针转动收拢，锁定柱销运动到所述导向槽的尾部时铰链收拢到位。

所述的铰链还包括曲柄和连杆，曲柄的一端与曲柄转轴固连且通过曲柄转轴与下法兰转动连接，曲柄的另一端通过连杆转轴与连杆的一端转动连接，连杆的另一端通过锁定柱销与锁定摆杆的一端转动连接，锁定摆杆的另一端通过偏心轴与下法兰转动连接，曲柄、连杆、锁定摆杆和下法兰共同组成平面四连杆机构；电机的输出轴与曲柄转轴对接，通过电机驱动曲柄顺时针转动使得铰链展开并锁定，通过电机驱动曲柄逆时针转动使得铰链收拢到位。

所述的连杆转轴布置在锁定柱销和曲柄转轴所成虚拟连线的上侧或者下侧。所述的铰链在展开锁定后，曲柄和连杆的夹角在150°～170°之间，且曲柄转轴和锁定柱销的虚拟连线与锁定摆杆的夹角在50°～130°之间。所述的圆头限位螺钉通过紧固螺钉与上法兰固定连接。所述的平头限位螺钉通过紧固螺母与下法兰固定连接，通过调整紧固螺母改变圆头限位螺钉和平头限位螺钉的接触位置，由此调整铰链展开到位后上法兰与下法兰的角度。所述的直线段与水平面的夹角为2°～7°。

本发明与现有技术相比的优点在于：