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復合材料薄殼平面折展裝置

文檔序號:29730216發布日期:2022-04-16 21:35來源:國知局
復合材料薄殼平面折展裝置

1.本發明涉及機械結構技術領域,尤其涉及一種復合材料薄殼平面折展裝置及收展方法。


背景技術:

2.一些可移動的大型設備/裝置中需要用到大面積的平板或框架結構(如太陽翼的基板,大型顯示器的背板)。為了便于運載,這些板或框架結構滿足強度要求的同時還要質量輕和易折展。傳統的方案是將其劃分為若干小面積的板或框架,通過機械組裝或折疊完成變形,這些結構往往比較復雜,零部件較多,重量較大且難以實現重復折展。


技術實現要素:

3.本發明的目的是針對以上不足之處,利用復合材料薄殼比強度高、收納效率高等特點,提供了一種復合材料薄殼平面折展裝置及收展方法。
4.本發明解決技術問題所采用的方案是,一種復合材料薄殼平面折展裝置,包括復合材料薄殼、折展機構、末端支撐臂,折展機構安裝在復合材料薄殼一側邊,末端支撐臂安裝在復合材料薄殼折展機構安裝位的對側邊上;
5.所述復合材料薄殼包含結構層和連接層,結構層由至少兩段圓弧雙穩態復合材料卷尺結構并列組成,連接層為柔性薄膜或織物粘結在結構層的單側或雙側表面,并將各結構層連成一個整體;
6.所述折展機構包括側板、首端支撐臂、第一限位桿、第二限位桿,側板設置兩個,首端支撐臂、第一限位桿、第二限位桿位于兩側板之間,首端支撐臂、第一限位桿、第二限位桿呈三角形分布,第一限位桿、第二限位桿均伸縮桿,第一限位桿兩端與側板連接固定,第二限位桿容置在側板的直槽孔內,第二限位桿端部經拉伸彈簧連接側板,所述首端支撐臂由至少兩節內伸縮桿依次連接構成,內伸縮桿安裝在固定在復合材料薄殼首端的凹面上;
7.所述末端支撐臂由至少兩節外伸縮桿依次連接構成,外伸縮桿安裝在固定在復合材料薄殼末端的凸面上。
8.進一步的,所述結構層的弧度為,不小于六分之一π且不大于π。
9.進一步的,所述結構層所用的復合材料是碳纖維-環氧樹脂復合材料,所述連接層材質為柔性薄膜材料。
10.進一步的,所述結構層中雙穩態復合材料卷尺結構的厚度與曲率半徑之比小于1/20。
11.進一步的,所述內伸縮桿通過其上的長立柱連接復合材料薄殼,所述外伸縮桿通過其上的短立柱連接復合材料薄殼。
12.進一步的,長立柱的長度應滿足平面折展復合材料薄殼機構在處于折疊狀態時,首端支撐臂的軸心與復合材料薄殼折疊后的圓筒的軸心重合。
13.進一步的,所述長立柱、短立柱與復合材料薄殼的固定點沿寬度方向均勻分布。
14.進一步的,所述長立柱長度為l為;所述短立柱長度為l,l小于l;其中為所述復合材料薄殼折疊后的內徑;為首端支撐臂中內伸縮桿的直徑。
15.進一步的,所述側板上安裝圓孔a的邊緣與直槽孔的圓心最小距離為,在高度方向的最小差值為; 安裝圓孔b的邊緣與直槽孔的圓心最小距離為;安裝圓孔a邊緣與安裝圓孔b邊緣在高度方向的最小差值為為,不小于h;其中為復合材料薄殼處于折疊狀態下的外徑;h為復合材料薄殼處于展開狀態下的高度; 為復合材料薄殼的厚度。
16.進一步的,所述第一限位桿、第二限位桿、首端支撐臂和末端支撐臂的伸縮距離均為,;其中r為雙穩態復合材料卷尺結構的半徑。
17.進一步的,所述長立柱、短立柱與復合材料薄殼的連接方式為膠接、鉚接或螺栓連接。
18.與現有技術相比,本發明具有以下有益效果:在展開與折疊狀態下都能保持穩定且能重復折疊展開,具有空間利用率高、結構簡單、比強度和比模量大、耐高溫、耐腐蝕等優點,能滿足復雜多變的工作環境。
附圖說明
19.下面結合附圖對本發明專利進一步說明。
20.圖1是本裝置處于展開構型時的結構示意圖。
21.圖2是本裝置處于折疊構型時的結構示意圖。
22.圖3是復合材料薄殼的示意圖。
23.圖4是折展機構的示意圖。
24.圖5是側板上孔位的分布示意圖。
25.圖6是末端支撐臂的示意圖。
26.圖7是折疊過程示意圖。
27.圖8是展開過程示意圖。
28.圖中:1-復合材料薄殼;11-結構層;12-連接層;2-折展機構;21-側板;211-安裝圓孔b;212-安裝圓孔a;213-直槽孔;22-首端支撐臂;23-第一限位桿;24-第二限位桿;25-拉伸彈簧;3-末端支撐臂。
具體實施方式
29.下面將結合本實用新型實施例中的附圖,對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。
30.如圖1-8所示,一種復合材料薄殼平面折展裝置,包括復合材料薄殼1、折展機構2、末端支撐臂3,折展機構安裝在復合材料薄殼一側邊,末端支撐臂安裝在復合材料薄殼折展
機構安裝位的對側邊上;
31.所述復合材料薄殼包含結構層11和連接層12,結構層由至少兩段圓弧雙穩態復合材料卷尺結構并列組成,連接層為柔性薄膜或織物粘結在結構層的單側或雙側表面,并將各結構層連成一個整體;通過調整復合材料薄殼的連接層和橫截面的設計,能夠根據需求調控其力學特性,適用于多種工程應用;
32.所述折展機構包括側板21、首端支撐臂22、第一限位桿23、第二限位桿24,側板設置兩個,首端支撐臂、第一限位桿、第二限位桿位于兩側板之間,首端支撐臂、第一限位桿、第二限位桿呈三角形分布,第一限位桿、第二限位桿均伸縮桿,第一限位桿兩端與側板連接固定,第二限位桿容置在側板的直槽孔213內,第二限位桿端部經拉伸彈簧25連接側板,在折疊時,第二限位桿在拉伸彈簧作用下緊貼復合材料薄殼,所述首端支撐臂由至少兩節內伸縮桿依次連接構成,內伸縮桿安裝在固定在復合材料薄殼首端的凹面上;
33.所述末端支撐臂由至少兩節外伸縮桿依次連接構成,外伸縮桿安裝在固定在復合材料薄殼末端的凸面上;
34.收卷:展開狀態下,將首端支撐臂向復合材料薄殼凸面所在的方向旋轉,復合材料薄殼隨之旋轉并在接觸到第一限位桿時發生彈性彎曲形變,然后在彎曲力矩作用下逐漸卷曲成圓筒狀并推動第二限位桿向著遠離首端支撐臂的方向滑動,拉伸彈簧的伸長量增加,第二限位桿緊貼復合材料薄殼;當末端支撐臂與第一限位桿接觸,則裝置轉變為折疊狀態并保持穩定,同時第一限位桿、第二限位桿、首端支撐臂及末端支撐臂伸長至最長狀態,伸長量均為復合材料薄殼折疊后寬度的增加量;
35.展開:折疊狀態下,將首端支撐臂向第二限位桿所在方向旋轉,折疊狀態下的復合材料薄殼隨之轉動并在末端支撐臂接觸到第二限位桿時發生彈性形變然后逐漸回復到展開狀態,同時第一限位桿、第二限位桿、首端支撐臂及末端支撐臂均縮短至最短狀態;
36.本裝置可實現平面內簡單、高效、穩定的可控折疊與展開,且具有自鎖功能。
37.在本實施例中,所述結構層的弧度為,不小于六分之一π且不大于π。
38.在本實施例中,所述側板上設有呈三角形分布的安裝支撐臂的安裝圓孔a212、安裝第一限位桿的安裝圓孔b211、安裝第二限位桿的直槽孔。
39.在本實施例中,所述結構層中雙穩態復合材料卷尺結構的厚度與曲率半徑之比小于1/20。
40.在本實施例中,所述內伸縮桿通過其上的長立柱連接復合材料薄殼,長立柱的長度應滿足平面折展復合材料薄殼機構在處于折疊狀態時,首端支撐臂的軸心與復合材料薄殼折疊后的圓筒的軸心重合;所述外伸縮桿通過其上的短立柱連接復合材料薄殼;長立柱、短立柱與復合材料薄殼的連接方式為膠接,在一些優選的實施例中,可以采用鉚接或螺栓連接的方式固定。
41.在本實施例中,所述長立柱、短立柱與復合材料薄殼的固定點沿寬度方向均勻分布。
42.在本實施例中,所述長立柱長度為l為;所述短立柱長度為l,l小于l;其中為所述復合材料薄殼折疊后的內徑;為首端支撐臂中內伸縮桿的直徑。
43.在本實施例中,所述側板上安裝圓孔a的邊緣與直槽孔的圓心最小距離為,在高度方向的最小差值為; 安裝圓孔b的邊緣與直槽孔的圓心最小距離為;安裝圓孔a邊緣與安裝圓孔b邊緣在高度方向的最小差值為為,不小于h;其中為復合材料薄殼處于折疊狀態下的外徑;h為復合材料薄殼處于展開狀態下的高度; 為復合材料薄殼的厚度。
44.在本實施例中,所述第一限位桿、第二限位桿、首端支撐臂和末端支撐臂的伸縮距離均為,;其中r為雙穩態復合材料卷尺結構的半徑。
45.在本實施例中,結構層所用的復合材料是碳纖維-環氧樹脂復合材料,在一些優選的實施例中,基體材料可采用不飽和聚酯、乙烯基酯樹脂、聚乙烯、聚丙烯、聚乳酸樹脂中的任一種;增強材料可采用玻璃纖維、聚乙烯、聚丙烯、蠶絲蛋白、大麻植物纖維中的任一種,原料來源廣泛。
46.在本實施例中,連接層位于復合材料薄殼的凸面,在一些優選的實施例中,連接層可以位于復合材料薄殼的凹面,在另一些優選的實施例中,連接層可以有兩層,位于復合材料薄殼的凹面和凸面。
47.本實施例中,連接層材質為柔性薄膜材料,可采用聚乙烯或聚酰胺等柔性材料制成,在一些優選的實施例中,連接層可以采用鍍鋁或鍍銀等反光材料,提高遮擋陽光、控制溫度的作用,在另一些優選的實施例中,連接層可以采用經滲碳工藝處理的深色薄膜,以提高其吸收熱量的能力。
48.本專利如果公開或涉及了互相固定連接的零部件或結構件,那么,除另有聲明外,固定連接可以理解為:能夠拆卸地固定連接( 例如使用螺栓或螺釘連接),也可以理解為:不可拆卸的固定連接(例如鉚接、焊接),當然,互相固定連接也可以為一體式結構( 例如使用鑄造工藝一體成形制造出來) 所取代(明顯無法采用一體成形工藝除外)。
49.在本專利的描述中,需要理解的是,術語
“?
縱向”、
“?
橫向”、
“?
上”、
“?
下”、
“?
前”、
“?
后”、
“?
左”、
“?
右”、
“?
豎直”、
“?
水平”、
“?
頂”、
“?
底”、
“?
內”、
“?
外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系,僅是為了便于描述本專利,而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作,因此不能理解為對本專利的限制。
50.上列較佳實施例,對本發明的目的、技術方案和優點進行了進一步詳細說明,所應理解的是,以上所述僅為本發明的較佳實施例而已,并不用以限制本發明,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。
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