一种薄膜航天器展开与锁定机构的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于航天工程技术领域，具体涉及一种薄膜航天器展开与锁定机构。
【背景技术】
[0002]伸展机构与锁(压)紧释放机构是空间飞行器机构中最早开始使用，也是使用最为广泛的机构类型。伸展(展开)机构大致可以分为四个主要类型，即折叠式展开机构、套筒式伸展机构、杆状构架式伸展机构和充气式展开机构;锁(压)紧释放机构可以分为三个主要类型:带状半刚性锁(压)紧释放机构、锁爪式锁(压)紧释放机构和连杆式锁(压)紧释放机构，以上的展开与锁定功能多由两套或更多的组件协同完成，因此体积大，重量大，可靠度不高，不适用于薄膜航天器平台。
【发明内容】
[0003]有鉴于此，本发明提供一种薄膜航天器展开与锁定机构，应用于薄膜航天器平台，能够集展开与锁定功能为一体，具有结构简单、功能可靠、体积小及重量轻的特点，且采取弹簧储能，无需额外能源。
[0004]本发明是通过下述技术方案实现的:
[0005]本发明公开了一种薄膜航天器展开与锁定机构，包括:转动铰链组件、侧板1、侧板
I1、底板、顶板及约束组件；
[0006]所述侧板II上设有垂直于侧板II所在平面的限位板；
[0007]底板、顶板、两个相对的侧板I及两个相对的侧板II组成一个封闭的长方体壳体；其中，侧板I与底板和顶板及侧板II与底板和顶板均通过转动铰链组件活动连接；
[0008]所述顶板由两个平板对接而成，两个平板的对接端通过阶梯状止口限位;顶板的下端面与侧板II的限位板相抵触，上端面通过固定在顶板上的两个约束组件限位。
[0009]进一步的，所述转动铰链组件包括:公铰、母铰、转动轴、扭簧、锁定杆及第二压缩弹簧;所述母铰上加工有锁定孔;所述公铰上加工有阶梯型通孔；
[0010]所述公铰安装在底板及顶板的边缘处，母铰安装在侧板I及侧板II的边缘处，公铰与母铰通过转动轴活动连接，扭簧套装在转动轴上，且扭簧的两端分别抵触在公铰和母铰上，锁定杆安装在公铰的阶梯型通孔内，锁定杆的轴线与转动轴的轴线垂直;第二压缩弹簧套装在锁定杆上，且第二压缩弹簧的两端分别与公铰的阶梯型通孔的台阶面及锁定杆的台阶面相抵触，锁定杆在第二压缩弹簧的作用下抵触在母铰的外表面；当公铰与母铰在扭簧的作用下相对转动到位时，锁定杆与母铰的锁定孔配合实现锁定。
[0011]进一步的，所述约束组件包括:活塞杆、气缸缸体、第一压缩弹簧及端头；
[0012]所述侧板II上边缘的中间位置向上延伸出耳片，耳片上加工有限位孔；
[0013]所述活塞杆的外圆周面加工有环形凸台；
[0014]所述气缸缸体的一端加工有与其内腔相通的轴向通孔，另一端开放，气缸缸体带有轴向通孔一端的外圆周面加工有与其内腔贯通的缸体进气口；
[0015]气缸缸体固定在顶板上，活塞杆穿过气缸缸体的内腔，一端与气缸缸体的轴向通孔孔轴配合后，插入侧板II的限位孔内进行锁紧，另一端与固定在气缸缸体开放端的端头进行孔轴配合;活塞杆的环形凸台与气缸缸体内腔的内圆周面贴合，将气缸缸体内腔分为带缸体进气口的腔体及不带缸体进气口的腔体;第一压缩弹簧位于不带缸体进气口的气缸缸体内腔内，并安装在活塞杆上，且第一压缩弹簧的两端分别与活塞杆的环形凸台及端头相抵触；当解锁时，通过缸体进气口向气缸缸体的带缸体进气口的内腔充气，活塞杆压缩第一压缩弹簧，使得活塞杆脱离侧板II的限位孔实现解锁。
[0016]进一步的，所述活塞杆与气缸缸体的孔轴配合的接触面及活塞杆的环形凸台与气缸缸体的接触面均安装有密封圈。
[0017]有益效果:本发明利用扭簧储存的势能作为展开动力源，通过缸体进气口外接气体解除约束组件的第一压缩弹簧限位，展开到位时通过转动铰链组件的第二压缩弹簧推动锁定杆进行锁定，保证展开为平面，集展开、锁定功能为一体，结构简单，功能可靠，采取弹簧储能，无需额外能源。
【附图说明】
[0018]图1为本发明的结构组成图。
[0019]图2为本发明的转动铰链组件的局部示意图。
[0020]图3为本发明的转动铰链组件未锁定时的示意图。
[0021 ]图4为本发明的转动铰链组件锁定时的示意图。
[0022]图5为本发明的约束组件锁紧时的结构图。
[0023]图6为本发明的约束组件未锁紧时的结构图。
[0024]图7为本发明的工作原理图。
[0025]图8为本发明展开后的结构图。
[0026]其中，1-转动铰链组件，2-侧板I，3-侧板II，4-底板，5-顶板，6-约束组件，7-限位孔，8-活塞杆，9-缸体进气口，I O-气缸缸体，11-第一压缩弹簧，12-端头，13-锁定杆，14-第二压缩弹簧，15-锁定孔，16-公铰，17-母铰，18-转动轴，19-扭簧。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0028]本发明提供了一种薄膜航天器展开与锁定机构，参见附图1，包括:转动铰链组件
1、侧板12、侧板113、底板4、顶板5及约束组件6;
[0029]所述侧板113上边缘的中间位置向上延伸出耳片，耳片上加工有限位孔7，侧板113上设有垂直于耳片所在平面的限位板；
[0030]底板4、顶板5、两个相对的侧板12及两个相对的侧板113组成一个封闭的长方体壳体;其中，侧板12与底板4和顶板5及侧板113与底板4和顶板5均通过转动铰链组件I活动连接;顶板5由平板A和平板B对接而成，平板A和平板B之间通过阶梯状止口限位;平板A对接端的下端面与侧板113的限位板相抵触，上端面通过平板B限位;平板B对接端的下端面抵触在平板A上，上端面通过固定在平板B上的两个约束组件6限位；
[0031]参见附图2-4，所述转动铰链组件I包括:公铰16、母铰17、转动轴18、扭簧19、锁定杆13及第二压缩弹簧14;所述母铰17上加工有锁定孔15;所述公铰16上加工有阶梯型通孔；
[0032]所述公铰16安装在底板4及顶板5的边缘处，母铰17安装在侧板12及侧板113的边缘处，公铰16与母铰17通过转动轴18活动连接，扭簧19套装在转动轴18上，且扭簧19的两端分别抵触在公铰16和母铰17上，锁定杆13安装在公铰16的阶梯型通孔内，锁定杆13的轴线与转动轴18的轴线垂直，第二压缩弹簧14套装在锁定杆13上，且第二压缩弹簧14的两端分别与公铰16的阶梯型通孔的台阶面及锁定杆13的台阶面相抵触，锁定杆13在第二压缩弹簧14的作用下抵触在母铰17的外表面；当公铰16与母铰17在扭簧19的作用下相对转动到位时，锁定杆13与母铰17的锁定孔15配合实现锁定；
[0033]参见附图5-6，所述约束组件6包括:活塞杆8、气缸缸体10、第一压缩弹簧11及端头12;所述活塞杆8的外圆周面加工有环形凸台；所述气缸缸体10的一端加工有与其内腔相通的轴向通孔，另一端开放，气缸缸体10带有轴向通孔一端的外圆周面加工有与其内腔贯通的径向螺纹孔，所述径向螺纹孔为缸体进气口 9，用于连接进气管给气缸充气；
[0034]气缸缸体1固定在顶板5的平板B上，活塞杆8穿过气缸缸体1的内腔，一端与气缸缸体10的轴向通孔孔轴配合后，插入侧板113的限位孔7内进行锁紧，另一端与固定在气缸缸体10开放端的端头12进行孔轴配合;活塞杆8的环形凸台与气缸缸体10内腔的内圆周面贴合，将气缸缸体10内腔分为带缸体进气口 9的腔体及不带缸体进气口 9的腔体;且活塞杆8与气缸缸体10的孔轴配合的接触面及活塞杆8的环形凸台与气缸缸体10的接触面均安装有密封圈，以保证带有缸体进气口9的气缸缸体10内腔的气密性。第一压缩弹簧11位于不带缸体进气口9的气缸缸体10内腔内，并安装在活塞杆8上，且第一压缩弹簧11的两端分别与活塞杆8的环形凸台及端头12相抵触；当解锁时，通过缸体进气口9向气缸缸体10的带缸体进气口 9的内腔充气，活塞杆8压缩第一压缩弹簧11，使得活塞杆8脱离侧板113的限位孔7实现解锁；
[0035]工作原理:参见附图7-8，所述展开与锁定机构通过底板4与薄膜航天器平台固定连接后，作为机架用于安装其它组件；
[0036]在初始状态下，所述展开与锁定机构的顶板处于打开状态，薄膜帆体转入所述展开与锁定机构后，手工进行一次锁紧:此时通过转动铰链组件I将底板4、顶板5与侧板12和侧板113连接为一个封闭的长方体壳体，且约束组件6中的活塞杆8在第一压缩弹簧11的作用下位于侧板113的限位孔7内，完成限位功能;此时机构处于锁定工位；
[0037]在工作状态下，所述展开与锁定机构先解除约束组件6的限位，通过缸体进气口9向气缸缸体10内充IMPa的氮气，推动活塞杆8克服第一压缩弹簧11的弹力，向不带缸体进气口 9的内腔运动离开限位孔7，限位解除;然后，侧板113在转动铰链组件I中扭簧19的作用下首先向两侧展开;解除限位的顶板5的平板A和平板B通过与侧板12连接的转动铰链组件I中扭簧19由水平状态向竖直状态展开;最后，侧板12依靠两种能量展开:一种是顶板5展开过程中的惯性力，二是与底板4连接的转动铰链组件I中扭簧19的能量；
[0038]当顶板5、侧板12和侧板113持续展开到与底板4处于齐平状态时，转动铰链组件I中的锁定杆13在第二压缩弹簧14的作用下，插入锁定孔15内，完成锁定功能，所述展开与锁定机构展开成一平面，工作结束。
[0039]综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种薄膜航天器展开与锁定机构，其特征在于，包括:转动铰链组件(I)、侧板1(2)、侧板11(3)、底板(4)、顶板(5)及约束组件(6); 所述侧板11(3)上设有垂直于侧板11(3)所在平面的限位板； 底板(4)、顶板(5)、两个相对的侧板1(2)及两个相对的侧板11(3)组成一个封闭的长方体壳体;其中，侧板I(2)与底板(4)和顶板(5)及侧板II(3)与底板(4)和顶板(5)均通过转动铰链组件(I)活动连接； 所述顶板(5)由两个平板对接而成，两个平板的对接端通过阶梯状止口限位;顶板(5)的下端面与侧板11(3)的限位板相抵触，上端面通过固定在顶板(5)上的两个约束组件(6)限位。2.如权利要求1述的一种薄膜航天器展开与锁定机构，其特征在于，所述转动铰链组件(I)包括:公铰(16)、母铰(17)、转动轴(18)、扭簧(19)、锁定杆(13)及第二压缩弹簧(14);所述母铰(17)上加工有锁定孔(15);所述公铰(16)上加工有阶梯型通孔； 所述公铰(16)安装在底板(4)及顶板(5)的边缘处，母铰(17)安装在侧板1(2)及侧板II(3)的边缘处，公铰(16)与母铰(17)通过转动轴(18)活动连接，扭簧(19)套装在转动轴(18)上，且扭簧(19)的两端分别抵触在公铰(16)和母铰(I 7)上，锁定杆(13)安装在公铰(16)的阶梯型通孔内，锁定杆(13)的轴线与转动轴(18)的轴线垂直;第二压缩弹簧(14)套装在锁定杆(13)上，且第二压缩弹簧(14)的两端分别与公铰(16)的阶梯型通孔的台阶面及锁定杆(13)的台阶面相抵触，锁定杆(13)在第二压缩弹簧(14)的作用下抵触在母铰(17)的外表面；当公铰(16)与母铰(17)在扭簧(19)的作用下相对转动到位时，锁定杆(13)与母铰(17)的锁定孔(15)配合实现锁定。3.如权利要求1述的一种薄膜航天器展开与锁定机构，其特征在于，所述约束组件(6)包括:活塞杆(8)、气缸缸体(10)、第一压缩弹簧(11)及端头(12); 所述侧板11(3)上边缘的中间位置向上延伸出耳片，耳片上加工有限位孔(7); 所述活塞杆(8)的外圆周面加工有环形凸台； 所述气缸缸体(10)的一端加工有与其内腔相通的轴向通孔，另一端开放，气缸缸体(10)带有轴向通孔一端的外圆周面加工有与其内腔贯通的缸体进气口(9); 气缸缸体(10)固定在顶板(5)上，活塞杆(8)穿过气缸缸体(10)的内腔，一端与气缸缸体(10)的轴向通孔孔轴配合后，插入侧板11(3)的限位孔(7)内进行锁紧，另一端与固定在气缸缸体(10)开放端的端头(12)进行孔轴配合;活塞杆(8)的环形凸台与气缸缸体(10)内腔的内圆周面贴合，将气缸缸体(10)内腔分为带缸体进气口(9)的腔体及不带缸体进气口(9)的腔体;第一压缩弹簧(II)位于不带缸体进气口(9)的气缸缸体(10)内腔内，并安装在活塞杆(8)上，且第一压缩弹簧(11)的两端分别与活塞杆(8)的环形凸台及端头(12)相抵触；当解锁时，通过缸体进气口(9)向气缸缸体(10)的带缸体进气口(9)的内腔充气，活塞杆(8)压缩第一压缩弹簧(11)，使得活塞杆(8)脱离侧板11(3)的限位孔(7)实现解锁。4.如权利要求3所述的一种薄膜航天器展开与锁定机构，其特征在于，所述活塞杆(8)与气缸缸体(10)的孔轴配合的接触面及活塞杆(8)的环形凸台与气缸缸体(10)的接触面均安装有密封圈。
【专利摘要】本发明公开了一种薄膜航天器展开与锁定机构，属于航天工程技术领域，它包括：转动铰链组件、侧板I、侧板II、底板、顶板及约束组件；所述侧板II上设有垂直于侧板II所在平面的限位板；底板、顶板、两个相对的侧板I及两个相对的侧板II组成一个封闭的长方体壳体；其中，侧板I与底板和顶板及侧板II与底板和顶板均通过转动铰链组件活动连接；所述顶板由两个平板对接而成，两个平板的对接端通过阶梯状止口限位；顶板的下端面与侧板II的限位板相抵触，上端面通过固定在顶板上的两个约束组件限位；本发明应用于薄膜航天器平台，能够集展开与锁定功能为一体，具有结构简单、功能可靠、体积小及重量轻的特点，且采取弹簧储能，无需额外能源。
【IPC分类】B64G1/22
【公开号】CN105711857
【申请号】CN201610274269
【发明人】孙亮, 夏成明, 左华平, 李昊璘, 王春勇, 马聪, 王克成, 纪明
【申请人】兰州空间技术物理研究所