一種高剛度、輕量化套筒的制作方法

本發明涉及空間航天器展開技術領域，具體涉及一種高剛度、輕量化套筒。

背景技術：

隨著航天技術的發展以及需求的增加，要求航天器具有更大展開面積的太陽翼以及更大面積的展開天線等空間大型可展開機構。空間大型可展開機構在航天器發射狀態收攏在航天器上，當航天器入軌后，根據指令，從收攏狀態展開到最終工作狀態，因此需要大型空間展開部件驅動其展開。為滿足航天器姿控系統要求，一般要求大型可展開機構在展開狀態具有較高的展開狀態基頻；另一方面為降低發射成本，需要同時降低大型空間展開機構的重量。大型空間展開機構中的空間展開部件作為核心部件，需要有較高的展開狀態剛度以及輕量化的結構。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明提供了一種高剛度、輕量化的套筒，能夠實現大型空間展開機構從較小包絡展開到較大面積的最終工作狀態，并且具有較高的展開狀態剛度和較輕的重量。

本發明的高剛度、輕量化的套筒機構，包括N個套筒、展開繩索、繞線輪和驅動電機，N≥2；其中，N個套筒依次套接，展開繩索繞過安裝在各套筒上的滑輪與繞線輪連接，繞線輪與驅動電機連接；

其中，套筒i的前端為內錐，與套接在其內的套筒i+1的后端錐面配合；套筒i的后端為外錐，與套接在其外的套筒i-1的前端錐面配合；i＝1，2，…，N；

套筒i與套筒i+1通過鎖定機構鎖定，其中，鎖定機構包括鎖塊、鎖塊固定板、滾輪和壓簧；鎖塊固定板固定在套筒i+1的后端；鎖塊的一端通過轉軸與鎖塊固定板連接，另一端設有滾輪；壓簧位于鎖塊和鎖塊固定板之間；套筒i的前端設有臺階，套筒鎖定時，鎖塊在壓簧的作用下抵觸在套筒i前端的臺階面上；

套筒i內側設有徑向的內鍵，套筒i+1前端設有與內鍵相配合的內槽。

較優的，套筒i和套筒i+1錐面配合段的長度為套筒i的直徑。

較優的，包括多個鎖定機構，多個鎖定機構沿套筒周向均布。

較優的，所述套筒由碳纖維材料制成。

有益效果：

(1)套筒展開后通過錐面配合及3個周向均布的鎖塊限位，具有較高的鎖定剛度；

(2)每級套筒本體結構為碳纖維復合材料一體化成型，無機械連接，具有較高的整體剛度和較低的重量；

(3)套筒采用繩索驅動展開而不采用傳統的絲杠螺母機構，因此套筒整體具有較低的重量。

附圖說明

圖1為本發明套筒收攏狀態示意圖。

圖2為套筒i本體結構圖。

圖3為相鄰兩級套筒鎖定狀態局部視圖。

圖4為相鄰兩級套筒解鎖狀態局部視圖。

圖5為套筒展開方式原理圖。

圖6(a)為套筒橫截面上的周向限位鍵配合示意圖，(b)為局部放大圖。

其中，1-套筒1，2-套筒2，3-套筒3，4-套筒4，5-套筒5，6-套筒6，7-套筒7，8-套筒8，9-套筒9，10-展開繩索，11-繞線輪，12-驅動電機，13-鎖塊，14-鎖塊固定板，15-滾輪，16-壓簧。

具體實施方式

下面結合附圖并舉實施例，對本發明進行詳細描述。

本發明提供了一種高剛度、輕量化的套筒機構。

如圖1所示，由第一級套筒1、第二級套筒2、第三級套筒3、第四級套筒4、第五級套筒5、第六級套筒6、第七級套筒7、第八級套筒8、第九級套筒9共9級套筒依次套接組成，展開繩索10繞過安裝在各套筒上的滑輪與固定在底座的繞線輪11連接，繞線輪11與驅動電機12連接，展開繩索10在驅動電機12的驅動下，牽動各級套筒展開。相鄰套筒通過錐面配合和鎖塊限位實現較高的鎖定剛度。

如圖2所示，套筒i(i＝1，2，…，9)的兩端為錐臺型，套筒i的前端為內錐，與套接在其內的套筒i+1的后端錐面配合；套筒i的后端為外錐，與套接在其外的套筒i-1的前端錐面配合。各級套筒由復合材料一體成型，無機械連接。如圖2所示，每級套筒本體通過用碳纖維在模具上纏繞成型，纏繞完成后，筒體前端形成內錐，筒體后端形成外錐，固化成型后，模具從套筒后端出模。

套筒展開鎖定后，任意兩級套筒之間鎖定部位的結構示意圖如圖3所示。套筒組件鎖定后第i級和第i+1級套筒之間通過錐面配合和鎖定機構鎖定。其中，鎖定機構包括鎖塊13、鎖塊固定板14、滾輪15和壓簧16，其中，鎖塊固定板14固定在第i+1級套筒的后端；鎖塊13的一端通過轉軸與鎖塊固定板14連接，另一端設有滾輪15；壓簧16位于鎖塊13和鎖塊固定板14之間；套筒i的前端設有臺階，套筒展開時，鎖塊13依靠滾輪15與外側套筒滑動配合，套筒鎖定時，鎖塊13被壓簧16壓向逆時針方向，在壓簧16的作用下抵觸在套筒i前端的臺階面上。第i級套筒和第i+1級套筒錐面配合段的長度為第i級套筒的直徑，同時套筒本體材料為碳纖維，相鄰兩級套筒鎖定部位周向均布有3個鎖定機構，具有較高的鎖定剛度。

套筒組件由底部的驅動電機驅動展開繩索展開，不采用絲杠驅動展開，從而使套筒組件整體具有較低的重量。套筒組件繩索布置方式以及展開形式如圖4所示。

套筒組件通過內鍵實現周向定位，如圖6所示，第i級套筒內側有3條從根部到尾部的內鍵，第i級套筒內的3條內鍵與第i+1級套筒前端法蘭上的槽配合，實現套筒展開過程中的周向限位。

收攏狀態，套筒1～套筒9的裝配關系如圖1所示。套筒1位于最外側，套筒9位于最內側，驅動電機12及繞線輪11位于套筒組件的根部，展開繩索10在套筒中的布置方式如圖5所示。套筒展開時，驅動電機12工作，驅動繞線輪11轉動，帶動展開繩索10繞在繞線輪11上，由于展開繩索10在套筒中的長度變短，因此2～9級套筒向外展開，由于相鄰套筒之間通過內鍵實現周向限位，因此套筒展開過程中不會發生周向轉動，隨著繩索不斷變短，相鄰兩級套筒展開并鎖定，鎖定位置狀態如圖3所示。

各級套筒具有如下特點：均由復合材料一體成型，無機械連接；相鄰兩級套筒鎖定后通過錐配合及鎖定塊實現鎖定狀態高剛度；各級套筒通過展開繩索驅動展開，重量輕；相鄰套筒通過內鍵實現周向限位；相鄰套筒鎖定時，第i+1級套筒后端的鎖定塊與第i級套筒前端的錐面配合，實現鎖定及限位，展開后，套筒機構具有高剛度、重量輕的特點，且展開過程無杠絲等機械結構，穩定性高。

綜上所述，以上僅為本發明的較佳實施例而已，并非用于限定本發明的保護范圍。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。