可展开伸缩套管式伸展臂结构设计与分析

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1、万方数据电子科技2008年第2l卷第9期可展开伸缩套管式伸展臂结构设计与分析杨萍萍，冯长凯(西安电子科技大学机电研究所，陕西西安710071)摘要基于UG软件，对伸缩套管式伸展臂结构的模型进行参数化建模，并采用Adams仿真软件对伸展臂结构的展开方式进行运动学分析。伸缩套管式伸展臂结构采用套筒式结构原理，结构简洁又具有较好的精度和刚性。通过研究与分析表明，该结构具有较大的应用前景，可应用于大型可展开天线、太阳帆、馈源、太空平台等结构的支撑。关键词伸缩套管式伸展臂；结构设计；运动学分析；UG中图分类号TN820．8文献标识码A文章编号1007

2、—7820(2008)09—008一04TheStructuralDesignandAnalysisoftheDeployableYangPingping，FengChangkai(MechanicalandElectronicInstitute，XidianUniversity，Xi’all710071，China)AbstractBasedonUG，amodelofthetelescopicmastisdesignedwithparmneterization，anditsdynamicsirrmlationiscarriedoutinA

3、dams．Thetelescopicnmstusesthecorestructuretheoryandhastheadvantagesofsire-piestructureandpreferableprecisionandstiffness．Adetailedanalysisshowsthatsuchastructurehaswideappliea-tionsinsuchstructures酗largedeployableantennas，solararrays，feedsourcestructuresandspaoestations．Ke

4、ywordstelescopicmast；structuredesign；kinematicssimulation；UG随着航天技术的发展和我国对航天事业的进一步探索和利用，大型展开天线、太阳帆板、深空问探测器、卫星及空间站等，都成为我国航天领域科研人员所研究、设计的对象。统观国内外相关领域的发展，要想得到高精度的二维和三维展开结构，设计出高性能的伸展臂结构是必要的。伸展臂(mast)是一种基本的一维展开结构，作为一种有效的支撑结构，可以用做大型展开天线、太阳帆和望远镜的支撑背架、太空机械手以及空间平台等。目前国内对天线展开臂的研究起步较晚

5、。多所大学空间结构研究实验室等，对空间伸展臂结构进行了一定的研究¨。31。文中是通过研究获取伸收稿日期：2007．11．02基金项目：国防973预研资助项目作者简介：杨萍萍(1982一)，女。硕士研究生。研究方向：可展开结构设计。缩套管式伸展臂结构为天线展开臂结构形式，并对天线展开臂进行初步的结构设计，同时对伸展臂结构的展开方式在Adams中进行运动仿真。通过参数化的设计和动力学仿真分析，寻出合理的结构设计参数，为天线展开臂结构及卫星天线布局的进一步设计提供参考依据。设计目标：伸展臂展开长度为14nl，收拢长度<3．5nl，直径为0．5m左

6、右。用途：将环一肋H，51天线模型定位到要求的位置展开，支撑馈源结构。1总体结构原型设计这里将要设计的伸展臂结构是用于支撑已经设计的环一肋3ill天线‘41模型及其馈源。根据总体结构要求，在众多的伸展臂结构形式中㈣选用结构形式简单，易于实现的伸缩套管式伸展臂结构。其结构在整个天线系统中的安装简图如图1所示。万方数据可展开伸缩套管式伸展臂结构设计与分析图1天线中心轴伸展臂结构模型伸缩套管式伸展臂通常是由一系列同心、薄壁的单元相互嵌套在其中而形成。这种结构适合采用轻金属材料(如铝合金)和碳纤维强化塑料(CTRP)，其横截面是一个闭合截面，在相邻

7、的可滑动套管之间带有导向滑动装置。它的展开形式分为同步展开和逐步顺次展开。文中所研究的展开结构体系中，伸展臂主要有两个作用：(1)将可展开天线与电子设备分离以减少相互之间的干扰；(2)支撑馈源结构。这就需要设计出伸缩式伸展臂的截面形式、驱动装置、滑轮和锁定机构。采用冲突解决方法进行设计，对以上因素进行原理分析并进行冲突求解，得到如下原理方案如图2所示。伸展臂结构设计截面形式l[二)l锁定机构lI驱动方式薄壁圆管三角形四边形六边形绳索的张紧自动锁定弹簧销锁定三角形切边Il绳索张紧微电机驱动，弹簧驱动气压驱动，自伸展驱动驱动机构展开形式T同步展

8、开逐步顺次。。。。。。。。-'‘。。。●—-——L]同步l绳索+电机、螺杆+电机螺杆+电机+绳索三角形切边+螺杆电机绳索驱动+绳索张紧卜_——{丝杠电机绳图2伸展臂结构概念设计原