一种定轴轮系与丝杠相结合的伞状天线展开机构的制作方法

本发明属于星载天线技术领域，具体涉及星载天线技术领域中的一种定轴轮系与丝杠相结合的伞状天线展开机构,可应用于立方星小型高精度伞状天线设计中。

背景技术：

航天科技的快速发展对星载可展开天线提出了越来越高的要求，星载可展开天线是卫星结构的重要组成部分。目前发展较为成熟的星载可展开天线，例如固面式、充气式、构架式及周边桁架等可展开反射面天线等都难以同时满足高收纳比、高精度的要求。而伞状可展开天线在收纳比、面密度、展开性能以及在轨热环境下的形面保持等方面，具有突出的优势，因此受到了众多国际宇航研究机构的高度关注和广泛研究。

2016年，加州理工学院喷气推进实验室（jpl）n.chahat等人在文献“cubesatdeployableka-bandmeshreflectorantennadevelopmentforearthsciencemissions”（ieeetransactionsonantennasandpropagation,vol.64,no.6,pp.2083-2093,june2016.）中公开了一种伞状可展开天线的原理样机。该伞状可展开天线通过加热一种固体粉末，粉末升华变为气体，借助气体压力来推动天线的展开，类似于空气压缩机这种机构的作用。这种伞状可展开天线展开机构是基于气体膨胀提供压强，从而在固定容积里产生足够的推力推动天线上升；这种机构对气密性要求较高，当气体发生泄漏时，无法保持天线的形态、精度；气体推动时天线瞬间上升，产生较大的冲击；气体推动时，无法保证天线底座压力的均匀性，即无法保证天线的平稳上升，容易产生倾角；天线展开后，无法实现自动收拢。

2018年，张立华等人在文献“嫦娥四号任务中继星‘鹊桥’技术特点”（中国科学:技术科学,2019,49(02):138-146.）公开了一种“鹊桥”伞状可展开天线。该伞状可展开天线主要由展开肋、金属索网、中心圆柱组成。展开时由弹簧机构驱动肋展开。“鹊桥”伞状可展开天线的展开方式虽相对于气体推动增加了可靠性，但是弹簧系统作用时产生较大的冲击，易对天线系统产生破坏；收拢时形状不规则，且收纳比不足；天线展开后，无法实现自动收拢。

因此，需要解决上述天线展开时冲击较大、展开精度不够、收纳比小、不可自动收拢的问题，提出了一种新型伞状天线展开机构。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提出一种定轴轮系与丝杠相结合的伞状天线展开机构，以便解决目前伞状天线展开冲击大、展开后可靠性不足、天线收纳体积大及不可自动收拢的问题。

本发明的技术方案是：一种定轴轮系与丝杠相结合的伞状天线展开机构,包括天线收纳筒、定轴轮系、丝杠、中心轮毂、天线肋、丝网反射面、馈源喇叭、副反射面、弹簧，其特征在于：

所述的天线收纳筒为固定构件，用于包络整个伞状天线的收拢状态；

所述的定轴轮系安装在收纳筒的底部，每个齿轮能够绕自身的轴线转动；

所述的丝杠下端与对应定轴轮系的齿轮同轴心固连在一起，与齿轮连成一体；

所述的中心轮毂与丝杠通过传动螺纹连接，通过丝杠的转动带动中心轮毂的上升；

所述的天线肋与中心轮毂通过铰链连接，其根部能够绕着铰链转动；

所述的丝网反射面铺设在天线肋的上侧，并通过缝合固定在天线肋上侧；

所述的馈源喇叭与中心轮毂同轴心连接固定于中心轮毂上表面；

所述的副反射面与馈源喇叭同轴心连接，与馈源喇叭滑动连接；

所述的弹簧套在馈源喇叭上，与副反射面底部相接触，在天线展开过程中推出副反射面；

所述的四个小齿轮反向转动，带动中心轮毂下降、天线肋收回到天线收纳筒中，所述四个小齿轮正向转动，带动中心轮毂上升，天线肋受挡臂的作用，完成天线的展开。

所述丝杠由四个丝杠组成，四个丝杠中心是以中心轮的中心为中心的圆周上，四个小齿轮中心与四个丝杠轴心同心，四个丝杠通过螺母与中心轮毂连接；四个丝杠尺寸完全相同，从而保证丝杠同步转动时，中心轮毂稳定上升。

所述的中心轮毂包括筒状的轮毂体、底座、螺母、根肋槽以及轮毂铰链；筒状的轮毂体在底座正中央固定，在底座四角分布有一个螺母；四角分布的螺母螺母中心是在以筒状的轮毂体中心圆上；筒状的轮毂体上端沿筒状外沿固定轮毂铰链，筒状的轮毂体下端沿筒状外沿固定根肋槽，轮毂铰链底部和根肋槽顶部之间有间隔；根肋槽用于天线展开后对天线肋进行周向固定，轮毂铰链用于将中心轮毂与天线肋进行铰接；四角分布有一个螺母与四个丝杠之间通过传动螺纹配合连接，底座与天线收纳筒之间组成滑动连接。

所述的天线肋包括根肋铰链、根肋、近根肋铰链、近尖肋铰链、尖肋、开孔；开孔在根肋和尖肋的内圆弧上，根肋铰链与中心轮毂进行铰接，根肋与近根肋铰链通过铰链上槽孔固定连接；近根肋铰链与近尖肋铰链通过各自的铰链孔进行铰接；近尖肋铰链与尖肋通过铰链槽孔固定连接；肋上的开孔与丝网反射面进行缝合连接。

所述的根肋包括圆柱凸起、矩形挡板；圆柱凸起用来受天线收纳筒的挡臂力的作用，使天线肋进行展开；矩形挡板在天线收拢时压缩弹簧，阻挡副反射面弹出。

所述的副反射面包括：下端套筒、副面撑腿、副面，下端套筒上端圆环按120度均分有三个槽孔，三个副面撑腿下端插入三个槽孔内；副面上端圆环也按120度均分有三个槽孔，三个副面撑腿上端形成弯沟，弯沟插入副面上端圆环三个槽孔内固定；副面的下表面为双曲面，下端套筒(中心通孔大于馈源喇叭的外部直径，与馈源喇叭形成滑动连接；下端套筒的下表面与弹簧相接触，通过弹簧撑起副面。

本发明的有益效果：本发明将伞状天线结构中的中心轮毂、天线肋、天线收纳筒等结构与定轴轮系机构、丝杠机构相结合，即采用定轴轮系与丝杠相结合实现伞状天线展开与收拢。与现有技术相比具有以下优点：

1.本发明采用了一种定轴轮系与丝杠相结合的机构完成天线系统的展开，在展开时，通过齿轮系的传递，丝杠完成同步转动，带动中心轮毂稳定上升，由于螺纹传动有较大的传动比，相比于气体推动和弹簧机构驱动相同尺寸的伞状天线展开时，展开过程更加平稳，对天线系统造成冲击更小；

2.本发明采用了一种定轴轮系与丝杠相结合的机构完成天线系统的自动收拢，收拢过程同展开过程，仅需改变齿轮转动方向，即可完成伞状天线的平稳收拢过程，解决了气体推动和弹簧机构驱动无法完成天线自动收拢的问题。

3.本发明采用了天线收纳筒挡臂与丝杆螺母机构相结合的方式来固定天线完全展开后状态，避免了气体推动产生的气体泄露现象，使天线保持展开后形状更加可靠。

附图说明

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明:

图1是本发明的整体展开结构示意图；

图2是本发明中天线收纳筒示意图；

图3是本发明中定轴轮系示意图；图4是本发明中丝杠示意图；

图5是本发明中中心轮毂示意图；

图6是本发明中天线肋示意图；

图7是本发明中天线肋上的根肋示意图；

图8是本发明中副反射面示意图；

图9是本发明的整体收拢结构示意图。

附图标记说明：1、天线收纳筒；2、定轴轮系；3、丝杠；4、中心轮毂；5、天线肋；6、丝网反射面；7、馈源喇叭；8、副反射面；9、弹簧；11、筒身；12、挡臂；21、四个小齿轮；22、中心轮；23、底板；31、四个丝杠；41、底座；42、螺母；43、根肋槽；44、轮毂铰链；45、轮毂体、51、根肋铰链；52、根肋；53、近根肋铰链；54、近尖肋铰链；55、尖肋；56、开孔；521、圆柱凸起；522、矩形挡板；81、下端套筒；82、副面撑腿；83、副面。

具体实施方式

参照图1，本发明包括天线收纳筒1、定轴轮系2、丝杠3、中心轮毂4、天线肋5、丝网反射面6、馈源喇叭7、副反射面8、弹簧9，所述的天线收纳筒1为固定构件，用于包络整个伞状天线的收拢状态；所述的定轴轮系2安装在收纳筒1的底部，每个齿轮能够绕自身的轴线转动；所述的丝杠3下端与定轴轮系2对应的齿轮同轴心固连在一起，即与齿轮连成一体；所述的中心轮毂4与丝杠3通过传动螺纹连接，使丝杠3的转动带动中心轮毂4的上升；所述的天线肋5与中心轮毂4通过铰链连接，使其根部能够绕着铰链转动；所述的丝网反射面6铺设在天线肋5的上侧，并通过缝合固定在天线肋5上侧；所述的馈源喇叭7与中心轮毂5同轴心连接固定于中心轮毂5上表面；所述的副反射面8与馈源喇叭7同轴心连接，与馈源喇叭7滑动连接；所述的弹簧9套在馈源喇叭7上，与副反射面8底部相接触，在天线展开过程中推出副反射面6。

参照图2，所述的天线收纳筒1包括筒身11、挡臂12；筒身11用于收纳伞状天线，挡臂12用于天线肋5的展开。

参照图3和图4，所述的定轴轮系2包括四个小齿轮21、中心轮22以及底板23，其中中心轮22安装在底板23中央，四个小齿轮21在中中心轮22四周均匀分布，与中心轮22齿连接；四个小齿轮21结构相同，以保证相同的转速；四个小齿轮21中间开孔，开孔大小与四个丝杠31内径相同。

本发明中的丝杠3由所述的四个丝杠31组成，四个丝杠31中心是以中心轮22的中心为中心的圆周上，四个小齿轮21中心与四个丝杠31轴心同心，四个丝杠31通过螺母42与中心轮毂4连接；四个丝杠31尺寸完全相同，从而保证丝杠同步转动时，中心轮毂4稳定上升。

参照图5，所述的中心轮毂4包括筒状的轮毂体45、底座41、螺母42、根肋槽43以及轮毂铰链44；筒状的轮毂体45在底座41正中央固定，在底座41四角分布有一个螺母42；四角分布的螺母42螺母中心是在以筒状的轮毂体45中心圆上；筒状的轮毂体45上端沿筒状外沿固定轮毂铰链44，筒状的轮毂体45下端沿筒状外沿固定根肋槽43，轮毂铰链44底部和根肋槽43顶部之间有间隔；根肋槽43用于天线展开后对天线肋5进行周向固定，轮毂铰链44用于将中心轮毂4与天线肋5进行铰接；四角分布有一个螺母42与四个丝杠3之间通过传动螺纹配合连接，底座41与天线收纳筒1之间组成滑动连接。

如图6和图7所示，所述的天线肋5包括根肋铰链51、根肋52、近根肋铰链53、近尖肋铰链54、尖肋55、开孔56；开孔56在根肋和尖肋的内圆弧上，根肋铰链51与中心轮毂4进行铰接，根肋52与近根肋铰链53通过铰链上槽孔固定连接；近根肋铰链53与近尖肋铰链54通过各自的铰链孔进行铰接；近尖肋铰链54与尖肋55通过铰链槽孔固定连接；肋上的开孔56与丝网反射面6进行缝合连接。所述的根肋52包括圆柱凸起521、矩形挡板522；圆柱凸起521用来受天线收纳筒1的挡臂12力的作用，使天线肋5进行展开；矩形挡板522在天线收拢时压缩弹簧9，阻挡副反射面8弹出。

参照图8，所述的副反射面8包括：下端套筒81、副面撑腿82、副面83，下端套筒81上端圆环按120度均分有三个槽孔，三个副面撑腿82下端插入三个槽孔内；副面83上端圆环也按120度均分有三个槽孔，三个副面撑腿82上端形成弯沟，弯沟插入副面83上端圆环三个槽孔内固定；副面83的下表面为双曲面，下端套筒81中心通孔大于馈源喇叭7的外部直径，与馈源喇叭7形成滑动连接；下端套筒81的下表面与弹簧9相接触，通过弹簧9撑起副面83。

图9为本发明天线结构收拢示意图，收拢时，四个小齿轮21反向转动，带动中心轮毂下降、天线肋收回到收纳桶1中。

展开时，四个小齿轮21正向转动，带动中心轮毂上升，天线肋5受挡臂12的作用，完成天线的展开，如图1所示。

综上，在本发明中天线收纳筒用于收纳整个天线系统，定轴轮系位于收纳筒底部，丝杠与齿轮固连在一起，通过齿轮系来传递动力，中心轮毂与丝杠通过螺母上传动螺纹连接。天线肋与中心轮毂铰接在一起，通过转动副完成天线的展开收拢，丝网反射面缝合在天线肋上，馈源喇叭与中心轮毂同轴心固连在一起，副反射面与馈源喇叭同轴心滑动连接，弹簧用于天线展开时，将副反射面弹出。收拢时，伞状天线可收拢于天线收纳筒内。展开时，通过齿轮系的传递，丝杠完成同步转动，带动中心轮毂稳定上升。中心轮毂到达收纳筒顶端时，受到收纳筒挡臂的作用，完成天线肋的展开。

由于采用了定轴轮系与丝杠相结合的机构完成天线系统的展开，展开时，通过齿轮系的传递，丝杠完成同步转动，带动中心轮毂稳定上升，通过螺纹传动有较大的传动比，相比于气体推动和弹簧机构驱动相同尺寸的伞状天线展开时，展开过程更加平稳，对天线系统造成冲击更小。

本发明收拢过程同展开过程，仅需改变齿轮转动方向，即可完成伞状天线的平稳收拢过程，解决了气体推动和弹簧机构驱动无法完成天线自动收拢的问题。

本发明采用了天线收纳筒挡臂与丝杆螺母机构相结合的方式来固定天线完全展开后状态，避免了气体推动产生的气体泄露现象，使天线保持展开后形状更加可靠。

因此，本发明解决了现有伞状天线展开方式展开过程冲击大、展开后可靠性不足、无法自动收拢的问题，具有收拢体积小、展开过程平稳、展开精度高的优点，可应用于小型高精度伞状天线设计中。

本实施方式中没有详细叙述的部分属本行业的公知的常用手段，这里不一一叙述。以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。