一种适于在轨组装的大型空间桁架结构

本发明涉及一种空间桁架结构，具体涉及一种适于在轨组装的大型空间桁架结构，只需空间机械臂或宇航员单一径向插入便可实现结构组装与拆卸。适用于各种空间桁架组装建造，如空间太阳能电池阵列、未来空间站、通信卫星等航天领域在轨组装。

背景技术：

外层空间是人类共同的财富，探索太空世界成为人类不懈的追求，对于大型空间结构的尺度要求不断提高，可展开结构和在轨组装是目前大型空间结构发展的必然趋势。由于可展开结构的展开尺寸受到限制而且一旦展开失败将导致整个飞行器功能失效，因此在轨组装将是空间结构装配的主要形式。

对于大型空间结构的连接形式应当采用快速简单的方式，可以减少装配的时间，提高装配效率。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种适于在轨组装的大型空间桁架结构，通过特殊的连接机构，可反复拆装，大大简化了关节连接的复杂性，而且连接件通过自锁稳定性好，强度高；本发明提出的多面体关节加工方便、精度高，相比于传统的球形关节，效果更加显著。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

所述一种适于在轨组装的大型空间桁架结构，包括多面体关节、连接件、斜向拉索、桁架杆，所述多面体关节均为预制成型，包含多个方向的关节螺杆和关节螺孔，连接不同方向的桁架杆，关节螺杆均做螺纹处理，所述桁架杆两端包含杆件螺孔，杆件螺孔内做螺纹处理，所述连接件包括连接件螺杆、连接件钢珠、锁芯凹槽、锁芯凹孔、弹性锁定、锁芯，锁芯内部做螺纹处理，连接件钢珠锁定锁芯凹槽或锁芯凹孔，防止旋转，通过弹性锁定进行锁定和解锁；

所述锁芯通过螺纹固定在关节螺杆上，将连接件螺杆通过螺纹固定在杆件螺孔内，通过弹性锁定将连接件钢珠置于锁芯凹孔或锁芯凹槽进行锁定，斜向拉索与关节螺孔固定连接，保证整个桁架结构的稳定性，重复上述步骤，完成空间桁架的安装。

优选的，所述连接件包括连接件钢珠、锁芯和弹性锁定，在锁芯上包含锁芯凹槽或锁芯凹孔，通过弹性锁定的压缩和放松状态将连接件钢珠压入锁芯凹槽或锁芯凹孔内，进行解锁和锁定，将连接件螺杆通过螺纹连接拧进杆件螺孔内，与桁架杆形成一体结构。

优选的，所述锁芯包含两种形式，锁芯凹槽和锁芯凹孔，锁芯凹槽与锁芯凹孔通过连接件分别置于桁架杆的两侧，确保桁架杆一端含有锁芯凹槽，一端含有锁芯凹孔。

优选的，所述多面体关节包含关节螺杆与关节螺孔，水平与竖直方向关节螺杆通过锁芯与连接件连接桁架杆，斜向采用关节螺孔连接斜向拉索。

优选的，所述斜向拉索包含圆形扣，用于拉紧弹簧，保证整个结构的稳定性，斜向拉索与关节螺孔采用固定连接，斜向拉索与弹簧通过圆形扣相连。

优选的，所述连接件钢珠个数范围为4～8颗，一端用于锁定锁芯凹槽，一端用于锁定锁芯凹孔，防止因误差造成的连接不稳固。

与现有技术相比，本发明取的的有益效果如下：

(1)本发明为一种适于在轨组装的大型空间桁架结构，该方法不仅适用于机械臂组装空间桁架而且适用于宇航员舱外进行在轨组装，抓取桁架杆件后，按压弹性锁定处于压缩阶段，将连接件中心线对准杆轴中心线径向插入，通过连接件钢珠与锁芯凹槽锁定，进行连接，即可完成桁架杆件与关节的锁定连接，具有操作简单、安装拆卸便捷等优点。

(2)本发明极大地简化了大型空间桁架结构的安装作业流程，可实现短期快速空间应用，连接件与杆件可自行锁定连接，不需要其他工具辅助连接且连接牢固，具有较好的动力学特性。

附图说明

图1为利用本发明的一种适于在轨组装的大型空间桁架结构得到的具有多个周期单元的大型空间桁架结构；

图2为多面体关节示意图；

图3为桁架杆示意图；

图4为连接件示意图；

图5为连接件弹性锁定压缩状态示意图；

图6为连接件弹性锁定正常放松状态示意图；

图7为锁芯凹孔示意图；

图8为锁芯凹槽示意图；

图9为斜向拉索示意图；

图10为单个周期单元桁架结构示意图；

图11为弹簧示意图；

图12为斜向拉索示意图；

图13为一种适于在轨组装的大型空间桁架结构的流程示意图。

在附图中：1为多面体关节；12为关节螺杆；13为关节螺孔；2为连接件；21为弹性锁定；22为连接件螺杆；23为锁芯；24为连接件钢珠；25为锁芯凹孔；26为锁芯凹槽；3为斜向拉索；4为弹簧；41为圆形扣；5为桁架杆；51为杆件螺孔。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例尽是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是焊接连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参见图1～13所示，本发明公开了一种适于在轨组装的大型空间桁架结构，包括多面体关节1、桁架杆5、连接件2、斜向拉索3。

所述一种适于在轨组装的大型空间桁架结构，包括多面体关节1、连接件2、斜向拉索3、桁架杆5，所述多面体关节1均为预制成型，包含多个方向的关节螺杆12和关节螺孔13，连接不同方向的桁架杆，关节螺杆12均做螺纹处理，所述桁架杆5两端包含杆件螺孔51，杆件螺孔51内做螺纹处理，所述连接件2包括连接件螺杆22、连接件钢珠24、锁芯凹槽26、锁芯凹孔25、弹性锁定21、锁芯23，锁芯内部做螺纹处理，连接件钢珠24锁定锁芯凹槽26或锁芯凹孔25，防止旋转，通过弹性锁定21进行锁定和解锁；

所述锁芯23通过螺纹固定在关节螺杆12上，将连接件螺杆22通过螺纹固定在杆件螺孔51内，通过弹性锁定21将连接件钢珠24置于锁芯凹孔25或锁芯凹槽26进行锁定，斜向拉索3与关节螺孔13固定连接，保证整个桁架结构的稳定性，重复上述步骤，完成空间桁架的安装。

所述的连接件2包括连接件钢珠24、锁芯23和弹性锁定21，在锁芯上包含锁芯凹槽26或锁芯凹孔25，通过弹性锁定的压缩和放松状态将连接件钢珠压入锁芯凹槽或锁芯凹孔内，进行解锁和锁定，将连接件螺杆22通过螺纹连接拧进杆件螺孔51内，与桁架杆5形成一体结构。

所述锁芯23上包含两种形式，锁芯凹槽26和锁芯凹孔25，锁芯凹槽与锁芯凹孔通过连接件2分别置于桁架杆5的两侧，确保桁架杆一端含有锁芯凹槽，一端含有锁芯凹孔。

所述的多面体关节1包含关节螺杆12与关节螺孔13，水平与竖直方向关节螺杆12通过锁芯与连接件2连接桁架杆5，斜向采用关节螺孔连接斜向拉索。

所述斜向拉索3包含圆形扣41，用于拉紧弹簧，保证整个结构的稳定性，斜向拉索3与关节螺孔13采用固定连接，斜向拉索与弹簧4通过圆形扣41相连。

所述连接件钢珠24个数范围为4～8颗，一端用于锁定锁芯凹槽26，一端用于锁定锁芯凹孔25，防止因误差造成的连接不稳固。。

如图13提供一种适于在轨组装的大型空间桁架结构安装流程如下所示：

步骤一：将带有锁芯凹孔25的锁芯23连接在多面体关节1的关节螺杆12上，将带有锁芯凹槽26的锁芯连接在另一个多面体关节的关节螺杆上；

步骤二：将连接件2通过连接件螺杆22连接在桁架杆5上；

步骤三：使连接件2上的弹性锁定21处于压缩状态，暴露出连接件钢珠24，将连接件对锁芯轴线径向插入，当连接件钢珠24位于锁芯凹孔或锁芯凹槽位置处，放松弹性锁定，结构自动锁紧；

步骤四：将斜向拉索3固定在关节螺孔13上，斜向拉索的中间部分用弹簧4连接，斜向拉索与弹簧采用圆形扣41连接；拉紧桁架，增加结构的稳定性。

重复步骤一～步骤四的内容，完成具有多个周期单元的大型空间桁架结构的装配。

尽管已经描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种修改、变化、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。