CN109057005B - 带有锁紧功能的空间桁架连杆及用于安装该连杆的卡具 - Google Patents
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Abstract
一种带有锁紧功能的空间桁架连杆及用于安装该连杆的卡具，涉及桁架结构技术领域。本发明解决了现有的空间桁架搭建后结构刚度不足、稳定性差的问题。卡榫头与连接杆之间通过杆桶固接，所述卡榫头包括同轴固接为一体的弹性榫接段及连接段，且弹性榫接段与杆桶之间通过连接段固接，所述弹性榫接段包括若干呈环形布置的倒钩结构，所述连接段内开设有阶梯孔，所述杆桶内开设有凹槽，弹性榫接段、阶梯孔及凹槽依次同轴设置，且阶梯孔与凹槽贯通设置，滑栓上靠近连接杆的一端与杆桶内的凹槽底端之间通过弹簧连接，杆桶的侧壁上关于其中心轴线对称开设有两个长孔，滑杆沿杆桶的径向方向同时穿装在杆桶及滑栓上，且滑栓通过滑杆沿长孔长度方向滑动设置。
Description
技术领域
本发明涉及一种带有锁紧功能的空间桁架连杆及用于安装该连杆的卡具，涉及一种大型空间桁架在轨搭建的零件素材，属于桁架结构技术领域。
背景技术
在现代航天活动中，空间桁架结构都是采用地面制造装配，收拢压紧后，在轨道上解锁展开。随着技术的发展，对空间桁架的尺寸需求也越来越大，但是受运载火箭的空间限制，这种桁架结构不能做的十分大。为达到上百或上千米的长度，需要极高的展开比，设计难度大，运输成本高。
根据国外的工程案例，大型空间桁架可以采用一种基于球杆素材的方式进行搭建。不过由于杆与球之间单纯采用弹性卡榫进行连接，因此搭建出的大型桁架的结构刚度不强，因此需一种搭建后能够锁紧的桁架连杆，以满足航天装备的需要。
发明内容
本发明是为了解决现有的空间桁架搭建后结构刚度不足、稳定性差的问题，进而提供了一种带有锁紧功能的空间桁架连杆及用于安装该连杆的卡具。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种带有锁紧功能的空间桁架连杆，它包括连接杆和对称固接在连接杆两端且与连接杆同轴设置的卡榫组件，每个卡榫组件均包括滑栓、滑杆、弹簧以及同轴固接的卡榫头和杆桶，卡榫头与连接杆之间通过杆桶固接，所述卡榫头包括同轴固接为一体的弹性榫接段及连接段，且弹性榫接段与杆桶之间通过连接段固接，所述弹性榫接段包括若干呈环形布置的倒钩结构，所述连接段内开设有阶梯孔，所述杆桶内开设有凹槽，弹性榫接段、阶梯孔及凹槽依次同轴设置，且阶梯孔与凹槽贯通设置，滑栓上靠近连接杆的一端与杆桶内的凹槽底端之间通过弹簧连接，弹簧非压缩状态下，滑栓同时穿装在弹性榫接段及阶梯孔内，杆桶的侧壁上关于其中心轴线对称开设有两个长孔，且两个长孔的长度方向均沿杆桶轴向设置，滑杆沿杆桶的径向方向同时穿装在杆桶及滑栓上，且滑栓通过滑杆沿长孔长度方向滑动设置。
进一步地，所述滑栓包括同轴固接为一体且横截面均为圆形的卡销及定位段，其中卡销的外径与弹性榫接段的内径相同，且卡销的外径小于定位段的外径设置。
进一步地，杆桶与卡榫头之间以及杆桶与连接杆之间均为螺纹连接。
进一步地，所述连接杆为管状结构。
进一步地，每个卡榫组件还包括导向环和两个卡簧，所述导向环套设在杆桶上，且导向环上关于其中心轴线对称开设有两个第二通孔，滑杆穿设在第二通孔内并通过卡簧与导向环固接。
一种用于安装上述连杆的卡具，它包括手臂连接件、两个拔叉、两个拔叉连接块及两个夹爪，所述手臂连接件的上部与机械手臂固接，两个夹爪并排固接在手臂连接件的底部，两个拔叉对应通过两个拔叉连接块转动连接在手臂连接件上，两个夹爪均位于两个拔叉之间且均抓设在空间桁架连杆的连接杆上，两个拔叉上远离拔叉连接块的一端对应卡设在空间桁架连杆的滑杆上。
进一步地，一种用于安装上述连杆的卡具还包括两个转轴、两个扭簧及两个下限位杆，拔叉连接块对称固接在手臂连接件的下部，每个转轴上各套装有一个扭簧，每个拔叉的一端对应通过一个转轴及一个扭簧转动连接在拔叉连接块的中部，每个拔叉连接块的下部各水平固接有一个下限位杆，卡具非工作状态下，拔叉上靠近转轴的一端部搭设在下限位杆上。
进一步地，每个拔叉连接块上还水平固接有上限位杆，所述上限位杆与所述下限位杆相对设置在拔叉的两侧。
进一步地，拔叉连接块通过固定螺栓固接在手臂连接件上。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
本申请保持了弹性卡榫能够进行自动化装配的优点，有效解决了弹性卡榫连接处的空间桁架刚度不足的缺点。与现有技术相比，稳定性更高，在轨搭建桁架的刚度更高。
本申请结构简单，安装效率高。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为空间桁架连杆的主剖视示意图；
图3为卡榫组件的主剖视示意图；
图4为卡榫组件的立体结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～4说明本实施方式，一种带有锁紧功能的空间桁架连杆，它包括连接杆1和对称固接在连接杆1两端且与连接杆1同轴设置的卡榫组件2，每个卡榫组件2均包括滑栓2-1、滑杆2-2、弹簧2-3以及同轴固接的卡榫头2-4和杆桶2-5，卡榫头2-4与连接杆1之间通过杆桶2-5固接，所述卡榫头2-4包括同轴固接为一体的弹性榫接段2-41及连接段2-42，且弹性榫接段2-41与杆桶2-5之间通过连接段2-42固接，所述弹性榫接段2-41包括若干呈环形布置的倒钩结构，所述连接段2-42内开设有阶梯孔，所述杆桶2-5内开设有凹槽2-51，弹性榫接段2-41、阶梯孔及凹槽2-51依次同轴设置，且阶梯孔与凹槽2-51贯通设置，滑栓2-1上靠近连接杆1的一端与杆桶2-5内的凹槽2-51底端之间通过弹簧2-3连接，弹簧2-3非压缩状态下，滑栓2-1同时穿装在弹性榫接段2-41及阶梯孔内，杆桶2-5的侧壁上关于其中心轴线对称开设有两个长孔2-52，且两个长孔2-52的长度方向均沿杆桶2-5轴向设置，滑杆2-2沿杆桶2-5的径向方向同时穿装在杆桶2-5及滑栓2-1上，且滑栓2-1通过滑杆2-2沿长孔2-52长度方向滑动设置。滑栓2-1上沿其径向开设有第一通孔2-11，滑杆2-2通过第一通孔2-11穿设在滑栓2-1上，使得在滑杆2-2沿杆桶2-5轴向移动时，滑栓2-1能够在滑杆2-2的带动下沿杆桶2-5的轴向移动。常态下即空间桁架连杆装配状态下以及空间桁架连杆静止存放状态下，因为弹簧2-3的弹力作用，滑栓2-1始终插装在弹性榫接段2-41内，在空间桁架连杆装配过程中，向连接杆1方向推动滑杆2-2，带动滑栓2-1轴向移动，当滑栓2-1移动到极限位置时，滑栓2-1脱离弹性榫接段2-41，装配完成后，松开滑杆2-2，使滑栓2-1在弹簧2-3的弹力作用下复位，以使滑栓2-1插装在弹性榫接段2-41内，达到锁紧及刚性连接的目的。长孔2-52的直径与滑杆2-2直径相同，使得滑杆2-2能够沿着长孔2-52的长度方向移动。
杆桶2-5上靠近连接杆1的一端部加工有轴肩，在杆桶2-5与连接杆1螺纹连接后，杆桶2-5的轴肩处应顶在连接杆1的端面上，以达到定位的功能。
本申请保持了弹性卡榫能够进行自动化装配的优点，有效解决了弹性卡榫连接处的空间桁架刚度不足的缺点。与现有技术相比，稳定性更高，在轨搭建桁架的刚度更高。
所述滑栓2-1包括同轴固接为一体且横截面均为圆形的卡销2-12及定位段2-13，其中卡销2-12的外径与弹性榫接段2-41的内径相同，且卡销2-12的外径小于定位段2-13的外径设置。卡销2-12配合设置在弹性榫接段2-41内，定位段2-13配合设置在连接段2-42的阶梯孔内。当常态下即空间桁架连杆装配状态下以及空间桁架连杆静止存放状态下，定位段2-13顶设在阶梯孔内，保证卡销2-12在弹性榫接段2-41内的位置，进而保证在空间桁架连杆装配状态下的连接刚度及稳定性。
杆桶2-5与卡榫头2-4之间以及杆桶2-5与连接杆1之间均为螺纹连接。便于空间连杆的拆卸与安装，同时便于将空间连杆由地面运送至太空。卡榫头2-4一端部的外螺纹与杆桶2-5一端部的内螺纹配合，杆桶2-5另一端部的外螺纹与连接杆1一端部的内螺纹配合。
所述连接杆1为管状结构。有效降低空间桁架整体结构重量。
每个卡榫组件2还包括导向环2-6和两个卡簧2-7，所述导向环2-6套设在杆桶2-5上，且导向环2-6上关于其中心轴线对称开设有两个第二通孔2-61，滑杆2-2穿设在第二通孔2-61内并通过卡簧2-7与导向环2-6固接。导向环2-6能够在杆桶2-5外壁沿杆桶2-5轴向自由滑动，通过导向环2-6及卡簧2-7实现滑杆2-2在滑栓2-1上的位置固定，以及滑杆2-2沿杆桶2-5轴线方向的有效滑动。
一种用于安装上述连杆的卡具，它包括手臂连接件3、两个拔叉4、两个拔叉连接块5及两个夹爪6，所述手臂连接件3的上部与机械手臂固接，两个夹爪6并排固接在手臂连接件3的底部，两个拔叉4对应通过两个拔叉连接块5转动连接在手臂连接件3上，两个夹爪6均位于两个拔叉4之间且均抓设在空间桁架连杆的连接杆1上，两个拔叉4上远离拔叉连接块5的一端对应卡设在空间桁架连杆的滑杆2-2上。当要安装空间桁架连杆时，控制机械手臂向下移动，带动卡具整体进行运动，随着手臂连接件3的下落，拔叉4推动滑杆2-2及滑栓2-1向夹爪6方向运动，同时滑栓2-1压缩弹簧2-3，当两个夹爪6均完全抓设在连接杆1上时，滑栓2-1上的卡销2-12脱离卡榫头2-4的弹性榫接段2-41，通过机械手臂携带卡具将空间桁架连杆移动至组装工位，将卡榫头2-4的弹性榫接段2-41卡接到目标位置装配完成后(所述目标位置如十八面球体)，机械手臂携带手臂连接件3向上移动，带动拔叉4及夹爪6脱离空间桁架连杆，滑栓2-1在弹簧2-3的作用下，其前端的卡销2-12重新插进卡榫头2-4的弹性榫接段2-41内，达到刚性连接的目的。
夹爪6的内径与连接杆1的外径相同，连接杆1的两端设有轴肩，当夹爪6抓住连接杆1时，夹爪6的一侧应贴紧连接杆1的轴肩内侧。
手臂连接件3包括执行件3-1和接头3-2，执行件3-1通过接头3-2与机械手臂连接，接头3-2与执行件3-1之间通过连接螺栓固接，执行件3-1为长条形金属板结构，且执行件3-1的底端固接有两个耳板3-3，用于固定夹爪6。
一种用于安装上述连杆的卡具还包括两个转轴7、两个扭簧8及两个下限位杆9，拔叉连接块5对称固接在手臂连接件3的下部，每个转轴7上各套装有一个扭簧8，每个拔叉4的一端对应通过一个转轴7及一个扭簧8转动连接在拔叉连接块5的中部，每个拔叉连接块5的下部各水平固接有一个下限位杆9，卡具非工作状态下，拔叉4上靠近转轴7的一端部搭设在下限位杆9上。下限位杆9为限位螺栓，其与拔叉连接块5螺纹连接，拔叉4通过扭簧8能够实现绕转轴7旋转。卡具在非工作状态下，拔叉4搭设在下限位杆9上，当要安装空间桁架连杆时，控制机械手臂向下移动，带动卡具整体进行运动，随着手臂连接件3的下落，拔叉4的下端搭设在滑杆2-2上，并逐渐推动滑杆2-2向夹爪6方向移动，在此过程中通过扭簧8的作用保证拔叉4与滑杆2-2之间始终为顶紧状态。安装完成后，将手臂连接件3向上抬起，夹爪6逐渐脱离连接杆1，拔叉4在扭簧8的作用下回到初始位置。
每个拔叉连接块5上还水平固接有上限位杆10，所述上限位杆10与所述下限位杆9相对设置在拔叉4的两侧。通过上限位杆10及下限位杆9限制拔叉4的转动角度，从而保证空间桁架连杆的有效安装。
拔叉连接块5通过固定螺栓11固接在手臂连接件3上。便于拆装及拔叉连接块5的位置调整。
Claims (9)
1.一种带有锁紧功能的空间桁架连杆，其特征在于：它包括连接杆(1)和对称固接在连接杆(1)两端且与连接杆(1)同轴设置的卡榫组件(2)，每个卡榫组件(2)均包括滑栓(2-1)、滑杆(2-2)、弹簧(2-3)以及同轴固接的卡榫头(2-4)和杆桶(2-5)，卡榫头(2-4)与连接杆(1)之间通过杆桶(2-5)固接，所述卡榫头(2-4)包括同轴固接为一体的弹性榫接段(2-41)及连接段(2-42)，且弹性榫接段(2-41)与杆桶(2-5)之间通过连接段(2-42)固接，所述弹性榫接段(2-41)包括若干呈环形布置的倒钩结构，所述连接段(2-42)内开设有阶梯孔，所述杆桶(2-5)内开设有凹槽(2-51)，弹性榫接段(2-41)、阶梯孔及凹槽(2-51)依次同轴设置，且阶梯孔与凹槽(2-51)贯通设置，滑栓(2-1)上靠近连接杆(1)的一端与杆桶(2-5)内的凹槽(2-51)底端之间通过弹簧(2-3)连接，弹簧(2-3)非压缩状态下，滑栓(2-1)同时穿装在弹性榫接段(2-41)及阶梯孔内，杆桶(2-5)的侧壁上关于其中心轴线对称开设有两个长孔(2-52)，且两个长孔(2-52)的长度方向均沿杆桶(2-5)轴向设置，滑杆(2-2)沿杆桶(2-5)的径向方向同时穿装在杆桶(2-5)及滑栓(2-1)上，且滑栓(2-1)通过滑杆(2-2)沿长孔(2-52)长度方向滑动设置。
2.根据权利要求1所述的带有锁紧功能的空间桁架连杆，其特征在于：所述滑栓(2-1)包括同轴固接为一体且横截面均为圆形的卡销(2-12)及定位段(2-13)，其中卡销(2-12)的外径与弹性榫接段(2-41)的内径相同，且卡销(2-12)的外径小于定位段(2-13)的外径设置。
3.根据权利要求1或2所述的带有锁紧功能的空间桁架连杆，其特征在于：杆桶(2-5)与卡榫头(2-4)之间以及杆桶(2-5)与连接杆(1)之间均为螺纹连接。
4.根据权利要求3所述的带有锁紧功能的空间桁架连杆，其特征在于：所述连接杆(1)为管状结构。
5.根据权利要求1、2或4所述的带有锁紧功能的空间桁架连杆，其特征在于：每个卡榫组件(2)还包括导向环(2-6)和两个卡簧(2-7)，所述导向环(2-6)套设在杆桶(2-5)上，且导向环(2-6)上关于其中心轴线对称开设有两个第二通孔(2-61)，滑杆(2-2)穿设在第二通孔(2-61)内并通过卡簧(2-7)与导向环(2-6)固接。
6.一种用于安装权利要求1～5中任一权利要求所述带有锁紧功能的空间桁架连杆的卡具，其特征在于：它包括手臂连接件(3)、两个拔叉(4)、两个拔叉连接块(5)及两个夹爪(6)，所述手臂连接件(3)的上部与机械手臂固接，两个夹爪(6)并排固接在手臂连接件(3)的底部，两个拔叉(4)对应通过两个拔叉连接块(5)转动连接在手臂连接件(3)上，两个夹爪(6)均位于两个拔叉(4)之间且均抓设在空间桁架连杆的连接杆(1)上，两个拔叉(4)上远离拔叉连接块(5)的一端对应卡设在空间桁架连杆的滑杆(2-2)上。
7.根据权利要求6所述的卡具，其特征在于：它还包括两个转轴(7)、两个扭簧(8)及两个下限位杆(9)，拔叉连接块(5)对称固接在手臂连接件(3)的下部，每个转轴(7)上各套装有一个扭簧(8)，每个拔叉(4)的一端对应通过一个转轴(7)及一个扭簧(8)转动连接在拔叉连接块(5)的中部，每个拔叉连接块(5)的下部各水平固接有一个下限位杆(9)，卡具非工作状态下，拔叉(4)上靠近转轴(7)的一端部搭设在下限位杆(9)上。
8.根据权利要求7所述的卡具，其特征在于：每个拔叉连接块(5)上还水平固接有上限位杆(10)，所述上限位杆(10)与所述下限位杆(9)相对设置在拔叉(4)的两侧。
9.根据权利要求6、7或8所述的卡具，其特征在于：拔叉连接块(5)通过固定螺栓(11)固接在手臂连接件(3)上。
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Li Peng Inventor after: Su Xiaobo Inventor after: Yin Fan Inventor after: Wang Jie Inventor after: Zeng Hongling Inventor after: Tang Shanhong Inventor before: Li Peng Inventor before: Zhang Yongchao Inventor before: Lu Jie Inventor before: Ma Chao Inventor before: Liu Fei Inventor before: Liu Ruiga |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20220310 Address after: Building 1, Jiacheng Road, Chengdu, Sichuan 610000 Patentee after: Sichuan Bofan Tongchuang robot Co.,Ltd. Address before: No. 3999, Binjiang East Road, Fengman District, Jilin City, Jilin Province Patentee before: BEIHUA University |