一种可重复展收的桁架结构及其胞元制造技术

本发明专利技术涉及一种桁架结构，具体涉及一种可重复展收的桁架结构及其胞元。一种可重复展收桁架结构的桁架胞元，它包括：3个刚性框(1)，横杆(2)，斜拉杆(3)以及锁定机构(4)；桁架胞元可以根据刚性框(1)，横杆(2)，斜拉杆(3)不同的几何参数，形成线性梁桁架胞元或圆形梁桁架胞元；桁架胞元沿长度方向顺次铰接组成一种可重复展收的桁架。本发明专利技术可提供多种构型桁架梁的连续展开，包括直线型、圆形及其它连续形状，但展开轨迹极其简单，均为直线，可以简化展开流程，提高展开效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种桁架结构，具体涉及一种可重复展收的桁架结构及其胞元。
技术介绍
现有技术关于桁架结构有三种构建方式，一种是固定式桁架结构，通过焊接或螺接的方式预制成桁架梁，可以是直线型的、半圆形的或其它任意形状。固定式桁架刚度高，承载能力强，但制造过程繁冗，运输不便。尤其对于大型平台的在轨构建方面，由于运输效费比低，空间利用率低，利用现有运载技术很难满足低成本高效在轨构建大型桁架平台，限制了我国大型太阳能电站、大型天线、大型在轨服务平台等超大型有效载荷主承力结构在轨构建的实施。桁架结构的第二种构建方式是螺栓节点球+单杆螺接，这种方式在大型地面工装的使用方面十分常见，美国NASA也曾依靠航天飞机尝试在轨实施螺栓节点球+单杆螺接的方式构建大尺度桁架结构，并取得了成功，但由于效率过低、刚度较低、航天员舱外活动时间过长等原因，并不是一种较优的桁架结构构建方法。第三种桁架构建方式是预先将桁架收拢，使用时快速展开。目前代表性的桁架快速展开结构包括盘压杆和铰接杆两种展开机构，或参考文献《典型杆状构架式展开机构》(丁锋，上海航天)，这种桁架结构收纳比大，多用于大型SAR天线、对地遥感和深空探测器等的支撑结构等方面，由于展收轨迹复杂，需配备专门的展收装置才能实现桁架结构的展收，且一套装置仅能用于一套桁架梁的展收，桁架梁只能是直线型的，由于节点多采用球铰，展开后靠绳索的预紧力维持桁架刚度，因此刚度较低。
技术实现思路
本专利技术的目的是：提供一种可快速重复展收的桁架结构，适用于一维线性伸展梁、二维多边形、圆形大型桁架结构平台，尤其适用于展开后有侧挂要求的梁式结构构建。一种可重复展收桁架结构的桁架胞元，它包括3个刚性框、横杆、斜拉杆及锁定机构；刚性框与刚性框之间由4个横杆连接它们相应的顶点；中间刚性框一侧的刚性框的右下顶点附近通过一个斜拉杆与中间刚性框的左上顶点外侧锁定机构主动端的一侧连接，主动端的另
一侧通过另一斜拉杆与中间刚性框另一侧的刚性框的左下顶点附近连接；刚性框为左、右对称结构；所述锁定机构的主动端的中心线与被动端的中心线重合；当所述锁定机构的主动端与被动端锁定时，所述桁架胞元处于展开锁定状态；需要折叠时，将所述锁定机构的主动端与被动端分离，并对所述刚性框的法线方向施力，将桁架胞元收拢。一种可重复展收桁架结构的桁架胞元，它包括：3个刚性框、横杆、斜拉杆以及锁定机构；所述刚性框为平面四边形结构，其在各顶点处均有垂直于刚性框所在平面的向前突起和向后突起，向前突起和向后突起上均有铰接点，3个刚性框从前到后分别为：第一刚性框、第二刚性框以及第三刚性框；所述第一刚性框的右下顶点处向前突起上从前到后依次有第一铰接点A1、第二铰接点A2，所述第一刚性框的右下顶点处向后突起上从前到后依次有第三铰接点A3、第四铰接点A4，第一刚性框的右上顶点处向前突起上有第五铰接点B1，第一刚性框的右上顶点处向后突起上有第六铰接点B2；所述第二刚性框的右下顶点处向前突起上有第七铰接点C，所述第二刚性框的右下顶点处向后突起上有第八铰接点E；第二刚性框的右上顶点处向前突起上有第九铰接点D，第二刚性框的右上顶点处向后突起上有第十铰接点F；在所述第二刚性框的右上顶点处第二刚性框外侧设有用于安装所述锁定机构被动端的安装座，安装座上安装有被动端，被动端下侧安装有主动端；所述锁定机构的主动端的前侧有第十一铰接点M，所述锁定机构的主动端的后侧有第十二铰接点N；所述第三刚性框的右下顶点处向前突起上从前到后依次有第十三铰接点G1、第十四铰接点G2，所述第三刚性框的右下顶点处向后突起上从前到后依次有第十五铰接点G3、第十六铰接点G4，第三刚性框的右上顶点处向前突起上有第十七铰接点H1，第三刚性框的右上顶点处向后突起上有第十八铰接点H2；所述横杆包括：第一横杆、第二横杆、第三横杆以及第四横杆；其中，第一横杆与第四铰接点A4、第七铰接点C铰接，第二横杆与第八铰接点E、第十三铰接点G1铰接，第三横杆与第六铰接点B2、第九铰接点D铰接，第四横杆与第十铰接点F、第十七铰接点H1铰接，第一斜拉杆与第三铰接点A3、第十一铰接点M铰接，第二斜拉杆与第十四铰接点G2、第十二铰接点N铰接；所述锁定机构的主动端的中心线与被动端的中心线重合；当所述锁定机构的主动端与被动端锁定时，所述桁架胞元处于展开锁定状态；需要折叠时，将所述锁定机构的主动端与被动端分离，并对所述刚性框的法线方向施力。所述第一刚性框的第一铰节点A1、第二铰接点A2也可以是同一点，所述第一刚性框的第三铰接点A3、第四铰接点A4也可以是同一点，所述第三刚性框的第十三铰接点G1、第十四铰接点G2也可以是同一点，所述第三刚性框的第十五铰接点G3、第十六铰接点G4也可以是同一点。在所述桁架胞元的上、下端面铰接均布置有斜杆，斜杆两端分别连接在相邻刚性框之间
的左、右横杆上。采用自动锁定装置时，所述锁定机构的主动端包括：压簧、锁牙、顶针、螺母盖、筒体以及销；所述顶针设置在所述筒体的中心通孔内，其上套有所述压簧，尾部通过所述螺母盖压紧；所述锁牙安装在所述筒体头部；所述顶针的头部固定连接有所述销，所述锁牙上设有滑槽，所述销在所述滑槽中运动；所述被动端上设有与所述锁牙配合的锁槽。所述锁定机构中，锁牙具有楔形面，锁槽也具有楔形面。采用手动锁定装置时，所述锁定机构的被动端为螺母，主动端为螺栓，第十一铰接点M和第十二铰接点N位于螺栓上。还可将所述可重复展收桁架结构的桁架胞元作为整体旋转任意角度以使得刚性框置于竖直平面或水平面内或其它任意平面内。桁架结构由数个如前所述的可重复展收桁架结构的桁架胞元顺次铰接组成，此时，前一个胞元的最后一个刚性框与后一个胞元的最前方刚性框为同一个刚性框。所述桁架结构展开之后为直线、圆形或任意曲线。当所述桁架结构展开后沿长度方向为直线时，桁架胞元为线性桁架胞元；当其展开后沿长度方向为圆形时，桁架胞元为弧形胞元；当其展开后沿长度方向为任意曲线时，桁架胞元为分段式弧形胞元。有益效果：本专利技术的桁架胞元，相对于固定式桁架，可以收拢折叠；相对于现有可展收桁架，展开后刚度更大、承载能力更高。本专利技术的主动端和被动端可以根据实际需要，选用自动锁定/解锁装置或手动锁紧/解锁实现桁架胞元的展开锁定或解锁收拢。本专利技术的上、下端面的斜杆有助于提升桁架胞元的稳定性，进而提升桁架结构的整体刚度、承载能力和稳定性。本专利技术的锁定机构具备自适应锁定的功能，具有楔形面的锁牙和具有楔形面的锁槽可以在不同位置形成配合，从而实现自适应锁定，降低对装配精度的要求。本专利技术的螺栓螺母式配合，适用于手动拧紧或使用设备辅助拧紧，提供较大的预紧力，从而获得更高的刚度、更大的承载能力和稳定性。本专利技术的桁架胞元，可以首尾顺次相连，收拢状态存储、运输，使用时沿长度方向展开、锁定，形成不同长度的线性桁架结构，用于大型设施的框架结构构建。本专利技术的桁架胞元还可以首尾顺次相连，收拢状态存储、运输，使用时沿长度方向展开，形成圆形或任意曲线桁架结构。对于地面设施构建，如大型舞台、地面大型支撑工装等，可大大提升运输效费比，
提高工人搭建效率。特别地，对于在轨平台构建，国际空间站采用的是整体构架运载上行的方式，航天飞机每次只能运输一节桁架，效率较低。本专利技术采用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可重复展收桁架结构的桁架胞元，其特征在于：它包括3个刚性框、横杆、斜拉杆及锁定机构；刚性框与刚性框之间由4个横杆连接它们相应的顶点；中间刚性框一侧的刚性框的右下顶点附近通过一个斜拉杆与中间刚性框的左上顶点外侧锁定机构主动端的一侧连接，主动端的另一侧通过另一斜拉杆与中间刚性框另一侧的刚性框的左下顶点附近连接；刚性框为左、右对称结构；所述锁定机构的主动端的中心线与被动端的中心线重合；当所述锁定机构的主动端与被动端锁定时，所述桁架胞元处于展开锁定状态；需要折叠时，将所述锁定机构的主动端与被动端分离，并对所述刚性框的法线方向施力，将桁架胞元收拢。

【技术特征摘要】
1.一种可重复展收桁架结构的桁架胞元，其特征在于：它包括3个刚性框、横杆、斜拉杆及锁定机构；刚性框与刚性框之间由4个横杆连接它们相应的顶点；中间刚性框一侧的刚性框的右下顶点附近通过一个斜拉杆与中间刚性框的左上顶点外侧锁定机构主动端的一侧连接，主动端的另一侧通过另一斜拉杆与中间刚性框另一侧的刚性框的左下顶点附近连接；刚性框为左、右对称结构；所述锁定机构的主动端的中心线与被动端的中心线重合；当所述锁定机构的主动端与被动端锁定时，所述桁架胞元处于展开锁定状态；需要折叠时，将所述锁定机构的主动端与被动端分离，并对所述刚性框的法线方向施力，将桁架胞元收拢。2.一种可重复展收桁架结构的桁架胞元，其特征在于：它包括：3个刚性框(1)、横杆(2)、斜拉杆(3)以及锁定机构(4)；所述刚性框(1)为平面四边形结构，其在各顶点处均有垂直于刚性框(1)所在平面的向前突起和向后突起，向前突起和向后突起上均有铰接点，3个刚性框(1)从前到后分别为：第一刚性框(1-1)、第二刚性框(1-2)以及第三刚性框(1-3)；所述第一刚性框(1-1)的右下顶点处向前突起上从前到后依次有第一铰接点A1、第二铰接点A2，所述第一刚性框(1-1)的右下顶点处向后突起上从前到后依次有第三铰接点A3、第四铰接点A4，第一刚性框(1-1)的右上顶点处向前突起上有第五铰接点B1，第一刚性框(1-1)的右上顶点处向后突起上有第六铰接点B2；所述第二刚性框(1-2)的右下顶点处向前突起上有第七铰接点C，所述第二刚性框(1-2)的右下顶点处向后突起上有第八铰接点E；第二刚性框(1-2)的右上顶点处向前突起上有第九铰接点D，第二刚性框(1-2)的右上顶点处向后突起上有第十铰接点F；在所述第二刚性框(1-2)的右上顶点处第二刚性框外侧设有用于安装所述锁定机构(4)被动端的安装座，安装座上安装有被动端，被动端下侧安装有主动端；所述锁定机构(4)的主动端的前侧有第十一铰接点M，所述锁定机构(4)的主动端的后侧有第十二铰接点N；所述第三刚性框(1-3)的右下顶点处向前突起上从前到后依次有第十三铰接点G1、第十四铰接点G2，所述第三刚性框(1-3)的右下顶点处向后突起上从前到后依次有第十五铰接点G3、第十六铰接点G4，第三刚性框(1-3)的右上顶点处向前突起上有第十七铰接点H1，第三刚性框(1-3)的右上顶点处向后突起上有第十八铰接点H2；所述横杆(2)包括：第一横杆(2-1)、第二横杆(2-2)、第三横杆(2-3)以及第四横杆(2-4)；其中，第一横杆(2-1)与第四铰接点A4、第七铰接点C铰接，第二横杆(2-2)与第八铰接点E、第十三铰接点G1铰接，第三横杆(2-3)与第六铰接点B2、第九铰接点D铰接，第四横杆(2-4)与第十铰接点F、第十七铰接点H1铰接，第一斜拉杆(3-1)与第三
...

【专利技术属性】
技术研发人员：许焕宾，李伟杰，史文华，王文龙，叶耀坤，李潇，曾福明，丁锋，石文静，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：北京;11