一种缠绕式薄壁管状伸杆的压紧释放装置

摘要

本发明涉及一种缠绕式薄壁管状伸杆的压紧释放装置，包括：基座(8)、若干支撑柱(9)、U形斜支撑架(40)、下压板(4)、若干加热柱(10)、若干螺旋状电阻丝(11)、卷筒(2)、缠绕式薄壁管状伸杆(1)、弹簧推杆(52)芯轴(6)、上压板(3)、若干第一固定装置(13)、燃线(12)、若干拉簧(7)和转轴(6)；该下压板(4)中部与U形斜支撑架(40)交叉连接；通过燃线(12)将第一固定装置(13)与加热柱(10)连接；上压板(3)中部两侧通过拉簧(7)与带螺纹孔的圆柱(39)固定连接；芯轴(6)固定在基座(8)上；薄壁管状伸杆(1)一端连在卷筒(2)上，另一端固定在芯轴(6)上；通过上压板(3)与下压板(4)夹紧卷筒(2)。

说明书

技术领域

本发明属于空间可展机构的技术领域，具体涉及一种缠绕式薄壁管状伸杆的压紧释放装置。

背景技术

展开机构在航天器技术的发展初期便得到了重视和应用，其中，一维直线型展开机构的结构组成、展开过程相对简单，是应用最早、也是当前应用最为广泛的展开机构。从展开形式上，一维直线展开伸杆机构可分为线状、薄壁管状、套筒式、盘压杆式、桁架式和充气式等几个类型。其中，薄壁管状伸展臂的主要特征是可伸展、可缠绕收拢在卷轴上、展开过程中由扁平状变为圆管状；具有展开原理简单、轻质、收纳率高、可靠性高等优点，常应用于单极和双极天线、重力梯度稳定杆、传感器或相机的支撑臂、太阳帆的展开支撑系统等等。

目前，缠绕式薄壁管状伸杆的压紧释放装置主要是采用电机来控制伸杆的锁紧与释放，同时还要设置一卷筒挡板，用于解决控制展开过程中的伸杆胀开问题，这就要求常用的缠绕式薄壁管状伸杆的压紧释放装置再安装电机驱动器和控制器，增加了该装置的复杂性，同时也增加了该装置的体积、质量和功耗；同时造成了对于不能采用电机控制的应用环境来说无法使用的问题。

发明内容

本发明的目的在于，为解决现有的缠绕式薄壁管状伸杆的压紧释放装置存在的上述缺陷，本发明提供出了一种缠绕式薄壁管状伸杆的压紧释放装置，采用无源的驱动方式，可实现缠绕式薄壁管状伸杆的压紧与释放；所述缠绕式薄壁管状伸杆的压紧释放装置包括：基座、若干支撑柱、U形斜支撑架、下压板、若干加热柱、若干螺旋状电阻丝、卷筒、缠绕式薄壁管状伸杆、弹簧推杆、半圆形凸起圆块、芯轴、上压板、若干第一固定装置、燃线、若干拉簧和转轴；

所述基座的底平面上设有垂直于该底平面的直角三角形凸台，所述直角三角形凸台的两侧分别设有凸台，所述凸台上固定安装支撑柱，所述下压板的一端垂直固定在直角三角形凸台的斜平面上，且下压板的中部与固定在基座的底平面上U形斜支撑架交叉连接，形成T形结构；下压板的另一端端部固定若干加热柱，每个加热柱上装有螺旋状电阻丝；所述下压板的正上方设有上压板，且二者相互平行；上压板的一端呈中空的圆柱状，并在其内部插入转轴，再通过支撑柱上的带光孔的圆柱实现两端的圆柱副约束；上压板的另一端端部固定有第一固定装置，燃线的一端依次从每个加热柱下方向上兜起，拉紧；其另一端依次缠绕过每个第一固定装置；上压板的中部开有第一通穿螺纹孔，在其两侧分别设有第二固定装置，并通过拉簧与位于支撑柱上的带螺纹孔的圆柱固定连接；通过上压板与下压板之间实现卷筒的压紧，且该卷筒紧靠燃线；芯轴固定在基座上的直角三角形凸台的斜平面上；芯轴上设有带通孔的半圆形凸起圆块，弹簧推杆装入半圆形凸起圆块中。

在上述技术方案中，固定有若干第一固定装置的上压板的一端端部为L形端部，两个第一固定装置固定在L形端部上；靠近L形端部的两侧设有锯齿块；上压板的中部的两侧开有第一通穿螺纹孔，用于固定安装所述第二固定装置。

在上述技术方案中，所述卷筒呈圆柱状，且其两端设有碟形凸缘，所述碟形凸缘的圆周上等间距开有若干齿槽，用于与上压板的L形端部的两侧设有的锯齿块啮合；所述卷筒的中部设有轴向槽，并在轴向槽的中部开有第一通孔，用于将薄壁管状伸杆一端的系绳穿过所述第一通孔(28)把缠绕式薄壁管状伸杆与所述卷筒(2)连接在一起；所述缠绕式薄壁管状伸杆从其有系绳的一端开始缠绕，将薄壁管状伸杆缠绕在卷筒的中部，并预留薄壁管状伸杆的另一端的一段未缠绕的薄壁管状伸杆，将其通过螺钉固定在芯轴上的第四螺纹孔上。其中，蝶形凸缘的直径大于缠绕式薄壁管状伸杆的直径。

在上述技术方案中，所述下压板的一端端部设有若干第三螺纹孔，下压板的中部开有十字形凸台；下压板的中部的两侧开有第二通穿螺纹孔，用于通过螺钉与固定在基座的底平面上的U形斜支撑架交叉连接；下压板的另一端开有矩形槽，并在其端部开有若干第一光孔，在其上对应的安装加热柱，在靠近该端部的两侧固定有挡板，用于轴向约束卷筒，下压板的中部与该下压板的另一端之间对称地开有两个凹槽，用于减重；

在上述技术方案中，所述基座的直角三角形凸台的斜平面与基座的底平面斜交，；所述直角三角形凸台的斜平面上设有若干第三光孔和若干第一螺纹孔，且若干第三光孔和若干第一螺纹孔呈三角形分布，用于固定下压板和芯轴。

在上述技术方案中，所述弹簧推杆包括：圆柱推杆、固定在圆柱推杆一端的带有圆弧面的圆弧挡板和压缩弹簧；圆柱推杆的一端固定安装圆弧挡板，并在圆柱推杆上装有压缩弹簧，圆柱推杆的另一端穿过半圆形凸起圆块的第四通孔并穿出半圆形凸起圆块；其中，压缩弹簧位于挡板和半圆形凸起圆块之间；圆柱推杆的一端开有销孔，通过固定销插入对应的销孔，用于定位。

在上述技术方案中，所述加热柱的一端固定薄圆柱，并在其上开有第八螺纹孔，用于将加热柱固定在下压板的第三通孔上；其中，薄圆柱的直径大于加热柱的直径。

在上述技术方案中，所述半圆形凸起圆块的另一端固定金属导片，该金属导片位于半圆形凸起圆块的另一端与固定销之间，用于缠绕式薄壁管状伸杆展开后的指示电路导通作用；其中，金属导片做镀金处理。

所述缠绕式薄壁管状伸杆从有系绳的一端开始缠绕在卷筒两端的蝶形凸缘之间，预留另一端的一段未缠绕的薄壁管状伸杆，并用螺钉将其固定在芯轴上的第四螺纹孔上；将装有压缩弹簧的弹簧推杆固定在半圆形凸起圆块的一端，半圆形凸起圆块的另一端开有两个第五螺纹孔和一个第四通孔，且第五螺纹孔位于第四通孔之上，圆柱推杆的另一端穿过半圆形凸起圆块的第四通孔并穿出半圆形凸起圆块，再通过固定销穿过销孔以固定；用螺钉穿过基座上的第三光孔和芯轴的第三螺纹圆孔，将所述芯轴固定在基座上；用螺钉穿过基座的两个第一螺纹孔，并与装有加热柱和螺旋状电阻丝的下压板的一端相对的另一端上开设的两个第三螺纹孔固定连接，并使卷筒位于下压板的两个挡板之间，且卷筒两端的蝶形凸缘位于下压板的两个挡板之间；将转轴插入上压板一端开有的第二通孔，再将转轴两端分别穿入两个对应的支撑柱上的带光孔的圆柱中；其中，两个支撑柱固定在基座上的直角三角形凸台的两侧的凸台上；用螺钉将两个拉簧各自的两端分别固定在两个支撑柱和上压板的中部的两侧；轻轻下压上压板，使得上压板两侧的锯齿块嵌入卷筒的齿槽中，实现啮合；用燃线的两端分别从装有螺旋状电阻丝的加热柱下部向上两边兜起并拉紧，然后将燃线两端固定在上压板的一端端部的第一固定装置上，由此便实现了缠绕式薄壁管状伸杆及卷筒的压紧定位；给螺旋状电阻丝通电，当燃线的温度达到其熔点时，发生熔断，上压板在拉簧的作用下向上拉起，由此便实现了缠绕式薄壁管状伸杆及卷筒的释放。

本发明的优点在于：

与现有技术相比，本发明实现了缠绕式薄壁管状伸杆的压紧和释放功能，并在卷筒上设置了蝶形凸缘限制了伸杆在展开时的张开问题，释放时对螺旋状电阻丝通电，当燃线达到熔点时便熔断，管状伸杆便在自身弹性应变能的驱动下实现自展开。本发明的优点是无需用电机去驱动、控制缠绕式薄壁管状伸杆的锁紧和释放，减小了系统的复杂性，提高了可靠性，同时也减小了体积、质量及功耗。本发明还设置了伸杆展开传感器来检测在轨展开状态。

附图说明

图1是本发明的一种缠绕式薄壁管状伸杆的压紧释放装置的结构示意图；

图2是本发明的一种缠绕式薄壁管状伸杆的压紧释放装置中的基座的结构示意图；

图3是本发明的一种缠绕式薄壁管状伸杆的压紧释放装置中的上压板的结构示意图；

图4是本发明的一种缠绕式薄壁管状伸杆的压紧释放装置中的下压板的结构示意图；

图5是本发明的一种缠绕式薄壁管状伸杆的压紧释放装置中的卷筒的结构示意图；

图6是本发明的一种缠绕式薄壁管状伸杆的压紧释放装置中的芯轴的结构示意图；

图7是本发明的一种缠绕式薄壁管状伸杆的压紧释放装置中的基座上的支撑柱的结构示意图；

图8是本发明的一种缠绕式薄壁管状伸杆的压紧释放装置中的弹簧推杆的结构示意图；

图9是本发明的一种缠绕式薄壁管状伸杆的压紧释放装置中的加热柱上缠绕螺旋状电阻丝的结构示意图；

图10是本发明的一种缠绕式薄壁管状伸杆的压紧释放装置中的安装有弹簧推杆的芯轴的结构示意图；

图11是本发明的一种缠绕式薄壁管状伸杆的压紧释放装置中的上压板、卷筒、下压板的整体安装的结构示意图。

附图标记：

1、缠绕式薄壁管状伸杆 2、卷筒

3、上压板 4、下压板

5、转轴 6、芯轴

7、拉簧 8、基座

9、支撑柱 10、加热柱

11、螺旋状电阻丝12、燃线

13、第一固定装置14、直角三角形凸台

15、底平面16、斜平面

17、第二通孔18、第一通穿螺纹孔

19、锯齿块20、凸起块

21、第二螺纹孔22、第三螺纹孔、

23、第三通孔24、第二通穿螺纹孔

25、第一光孔26、挡板

27、齿槽28、第一通孔

29、周向槽30、蝶形凸缘

31、第三螺纹圆孔32、第四螺纹孔

33、第四通孔34、第五螺纹孔

35、半圆形凸起圆块36、第七螺纹孔

37、第六螺纹孔38、带光孔的圆柱

39、带螺纹孔的圆柱40、U型支撑架

41、圆弧挡板42、销孔

43、第三光孔44、第一螺纹孔

45、矩形槽46、薄圆柱

47、第八螺纹孔48、金属导片

49、第二光孔50、固定销

51、压缩弹簧52、弹簧推杆

53、沉头光孔54、第四光孔

55、第一表面56、第二表面

57、凸台58、第二固定装置

59、圆柱推杆

具体实施方式

本发明提供出了一种缠绕式薄壁管状伸杆的压紧释放装置，采用无源的驱动方式，可实现缠绕式薄壁管状伸杆的压紧与释放；如图1所示，所述缠绕式薄壁管状伸杆的压紧释放装置包括：基座8、两个支撑柱9、U形斜支撑架40、下压板4、两个加热柱10、两个螺旋状电阻丝11、卷筒2、缠绕式薄壁管状伸杆1、弹簧推杆52、半圆形凸起圆块35、芯轴6、上压板3、两个第一固定装置13、两个燃线12、两个拉簧7和转轴5；

如图1、2、3和4所示，所述基座8的底平面15上设有垂直于该底平面15的直角三角形凸台14，所述直角三角形凸台14的两侧分别设有凸台57，每个所述凸台57上固定安装支撑柱9，如图4所示，所述下压板4的左端垂直固定在直角三角形凸台14的斜平面16上，且下压板4的中部与固定在基座8的底平面15上U形斜支撑架40交叉连接，形成T形结构；下压板4的右端端部固定若干加热柱10，每个加热柱10上缠绕螺旋状电阻丝11；如图1所示，所述下压板4的正上方设有上压板3，且二者相互平行；如图3所示，上压板3的左端呈中空的圆柱状，并在其内部插入转轴5，再通过支撑柱9上的带光孔的圆柱38固定；上压板3的右端端部固定有与两个加热柱10对应的两个第一固定装置13，用于固定燃线12的两端，即燃线的一端依次从每个加热柱下方向上兜起，拉紧；其另一端依次缠绕过每个第一固定装置；上压板3的中部开有第一通穿螺纹孔18，在其两侧分别设有第二固定装置58，并通过拉簧7与位于支撑柱上的带螺纹孔的圆柱39固定连接；上压板3与下压板4之间放置卷筒2，且该卷筒2紧靠燃线12；芯轴6固定在直角三角形凸台14的斜平面16上，且其上设有半圆形凸起圆块35；如图6和10所示，半圆形凸起圆块35的右端固定弹簧推杆52，其左端装有固定销50。

在上述技术方案中，如图1所示，固定有两个第一固定装置13的上压板3的右端端部为L形端部，两个第一固定装置13固定在L形端部上；靠近L形端部的两侧设有锯齿块19；上压板3的中部的两侧开有第一通穿螺纹孔18，用于固定安装所述第二固定装置。

在上述技术方案中，如图5所示，所述卷筒2呈圆柱状，且其两端设有碟形凸缘30，所述碟形凸缘30的圆周上等间距开有若干齿槽27，用于与上压板3的L形端部的两侧设有的锯齿块19啮合；所述卷筒2的中部设有轴向槽29，并在轴向槽29的中部开有第一通孔28，用于将系绳穿过所述第一通孔28把缠绕式薄壁管状伸杆的一端与所述卷筒2连接在一起；所述缠绕式薄壁管状伸杆1的一端缠绕在卷筒2的中部，并预留另一端的一段未缠绕的薄壁管状伸杆1，将其通过螺钉固定在芯轴6上的第四螺纹孔32上。其中，蝶形凸缘30的直径大于缠绕式薄壁管状伸杆1的直径。

在上述技术方案中，如图4所示，所述下压板4的左端端部设有若干第三螺纹孔22，下压板4的中部开有十字形凸台，且在二者之间开有不规则形状的凹槽；下压板4的中部的两侧开有第二通穿螺纹孔24，用于通过螺钉与固定在基座8的底平面15上U形斜支撑架40交叉连接；下压板4的右端开有矩形槽，用于穿过燃线，并在其端部开有若干第一光孔25，在其上对应的安装加热柱10，在该端部的两侧固定有挡板26，用于固定卷筒2，下压板4的中部与该下压板4的右端之间对称地开有两个凹槽，用于减重；

在上述技术方案中，如图2所示，所述基座8的直角三角形凸台14的斜平面16与基座8的底平面15斜交，且呈钝角关系；所述直角三角形凸台14的斜平面16上设有若干第三光孔43和若干第一螺纹孔44，且若干第三光孔43和若干第一螺纹孔44呈三角形分布，用于分别固定芯轴6和下压板4。

在上述技术方案中，如图8、9和10所示，所述弹簧推杆52包括：圆柱推杆59、固定在圆柱推杆59右端的带有圆弧面的圆弧挡板41和压缩弹簧51；圆柱推杆59的右端固定安装圆弧挡板41，并在圆柱推杆59上装有压缩弹簧51，圆柱推杆59的左端穿过半圆形凸起圆块35的第四通孔33并穿出半圆形凸起圆块35；其中，压缩弹簧51位于圆弧挡板41和半圆形凸起圆块35之间；圆柱推杆59的左端开有销孔42，通过固定销50插入对应的销孔42，用于定位。

在上述技术方案中，如图9所示，所述加热柱10的左端设置一薄圆柱46，并在其上开有第八螺纹孔47，用于将加热柱10固定在下压板4的第三通孔23中；加热柱上装有螺旋状电阻丝；其中，薄圆柱46的直径大于加热柱10的直径，用于约束电阻丝。

在上述技术方案中，如图11所示，所述半圆形凸起圆块35的左端固定金属导片48，该金属导片48位于半圆形凸起圆块35的左端与固定销50之间，用于缠绕式薄壁管状伸杆展开后的指示电路导通作用；其中，金属导片48做镀金处理。

如图1所示，所述缠绕式薄壁管状伸杆1一端缠绕在卷筒2两端的蝶形凸缘30之间，如图6所示，预留另一端的一段缠绕式薄壁管状伸杆1，并用螺钉将其固定在芯轴6上的第四螺纹孔32上；如图6和10所示，将装有压缩弹簧51的弹簧推杆52固定在半圆形凸起圆块35的右端，半圆形凸起圆块35的左端开有两个第五螺纹孔34和一个第四通孔33，且第五螺纹孔34位于第四通孔33之上，圆柱推杆59的左端穿过半圆形凸起圆块的第四通孔33并穿出半圆形凸起圆块35，再通过固定销50穿过销孔42以固定；用螺钉穿过基座8上的第三光孔43和芯轴6的第三螺纹孔31，将所述芯轴6固定在基座8上；如图1、2和4所示，用螺钉穿过基座8的两个第一螺纹孔44，并与装有加热柱10和螺旋状电阻丝11的下压板4的右端相对的左端上开设的两个第三螺纹孔22固定连接，并使卷筒2位于下压板4的两个挡板26之间，且卷筒2两端的蝶形凸缘30位于下压板4的两个挡板26之间；如图3所示，将转轴5插入上压板3左端开有的第二通孔17，再将转轴5的两端分别穿入两个对应的支撑柱9上的带光孔的圆柱38中；其中，两个支撑柱9固定在基座8上的直角三角形凸台14的两侧的凸台57上；用螺钉将两个拉簧7各自的两端分别固定在两个支撑柱9和上压板3的中部的两侧。轻轻下压上压板3，使得上压板3两侧的锯齿块19嵌入卷筒2的齿槽27中，实现啮合；用燃线12分别从装有螺旋状电阻丝11的加热柱10下面往上两边兜起并拉紧，然后分别对应地固定在上压板3的右端端部的第一固定装置13上，由此便实现了缠绕式薄壁管状伸杆1及卷筒2的压紧定位；给螺旋状电阻丝11通电，当燃线12的温度达到其熔点时，发生熔断，上压板3在拉簧7的作用下向上拉起，由此便实现了缠绕式薄壁管状伸杆1及卷筒2的释放。

所述缠绕式薄壁管状伸杆1的压紧功能的实现是依靠所述上压板3、下压板4和燃线12实现对缠绕式薄壁管状伸杆1和卷筒2进行定位约束并实现压紧功能；通过给螺旋状电阻丝11通电加热燃线12，当燃线12温度达到熔点时便熔断，上压板3在拉簧7的作用下向上拉起并释放。弹簧推杆52在压缩弹簧51的作用下给卷筒2初始的推力，之后缠绕式薄壁管状伸杆1在自身弹性应变能的作用下实现展开。

如图9所示，先将所述螺旋状电阻丝11从加热柱10上无薄圆柱46的一侧装入，之后将加热柱10装入下压板4的第一光孔25内，装时要使有薄圆柱46的一侧向里安装，最后用螺钉从下压板4的第三通孔23穿入并与加热柱10上的第八螺纹孔47固定。采用两个螺旋状电阻丝11和两个加热柱10的目的是增加冗余，提高燃线12的熔断释放可靠性。用螺钉穿过基座8的两个第一螺纹孔44与下压板4的两个第三螺纹孔22连接。

如图6、8、10所示，先将所述压缩弹簧51套在弹簧推杆52上，再将弹簧推杆52的圆锥推杆59穿入芯轴6上的第四通孔33中，使得压缩弹簧51的两端顶于芯轴6的第一表面55与弹簧推杆52的第二表面56之间，然后用两个螺钉将所述金属导片48固定在半圆形凸起圆块35的两个第五螺纹孔34中，并将固定销50穿过销孔42。将所述缠绕式薄壁管状伸杆1从一端开始缠绕在所述卷筒2上，并用螺钉将预留的未缠绕的另外一端的一小段缠绕式薄壁管状伸杆1固定在所述芯轴6上的第四螺纹孔32上。用螺钉穿过基座8的第三光孔43将芯轴6固定在基座8上，并使卷筒2位于下压板4的两个挡板26之间。

如图3所示，将所述转轴5穿过上压板3的第二通孔17，再将转轴5两端分别穿入两个支撑柱9的带光孔的圆柱38中，接着用螺钉穿过凸台57上的沉头光孔53与支撑柱9上的第七螺纹孔36连接，用螺钉穿过直角三角形凸台14侧面上的第四光孔54与支撑柱9上的第六螺纹孔37连接，将两个所述支撑柱9固定在基座8的凸台57上。用螺钉将两个所述拉簧7各自的两端分别固定在所述两个支撑柱9的带螺纹孔的圆柱39和上压板3的第一通穿螺纹孔18上。

如图1所示，轻轻下压所述上压板3，使得所述两个锯齿块19嵌入所述卷筒2的齿槽27中；用燃线12的两端分别从矩形槽45内装有螺旋状电阻丝11的所述加热柱10两边从下向上兜起并拉紧，然后将燃线12的两端分别绕在两个螺钉上，并将螺钉拧入所述上压板3上的第二螺纹孔21上，使得螺钉帽压紧燃线12的两端，实现所述缠绕式薄壁管状伸杆1及卷筒2的压紧定位。

当缠绕式薄壁管状伸杆1需要释放时，只需给螺旋状电阻丝11通电加热燃线12，当燃线12温度达到熔点时即熔断，所述上压板3在所述拉簧7的作用下向上拉起，卷筒2和缠绕式薄壁管状伸杆1在储存的自身应变能的作用下向外展开。

弹簧推杆52对卷筒2有一个初始作用力。当卷筒2向外展出后，固定销50与金属导片48接触从而在外部形成指示回路，起到监测传感器的作用。

参照图1所示，将所述U型支撑架40的U型两端用螺钉固定在所述下压板4上，主要是对下压板4起到支撑加强作用。

可选地，所有螺钉固定处均涂覆GD414硅胶起到防松作用。

可选地，燃线12选用聚乙烯或者聚酰胺。

可选地，所述第一固定装置13和第二固定装置58均为螺钉。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。