CN103872425B - 一种张力索近恒张力补偿装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种张力索近恒张力补偿装置，包括第一连接件、滑动套筒、滑动柱、压缩弹簧、两个挡销以及第二连接件，其中第一连接件连接天线刚性结构，第二连接件连接天线张力索，且第一连接件和滑动套筒连接，使得滑动套筒可绕连接处自由转动，满足天线张力索调整时角度的变化，压缩弹簧的一端固定安装在滑动柱的大直径段，并套装在滑动柱的小直径段，滑动柱和压缩弹簧装配到滑动套筒内部，两个挡销与滑动柱固定连接并能在滑动套筒开设的挡销滑动槽内自由滑动，第二连接件和滑动柱的小直径段的一端固定连接，使天线张力索张力的变化传递到压缩弹簧上，该补偿装置能够克服张力索在空间温度变化下张力出现的巨大变化，保持张力索张力的稳定性。

Description

一种张力索近恒张力补偿装置

技术领域

本发明涉及一种张力索近恒张力补偿装置，本发明为保持天线张力索在空间温度变化条件下预张力的稳定提供一种途径，属于机构技术领域。

背景技术

索网系统是大型网状可展开天线的重要组成部分和关键部件，主要由柔性的张力索构成，以一定的方式连接于天线结构主体之上，通过设计形成所需要的天线型面。

其中索网系统中张力索预张力的稳定性对于天线型面的成型与保持、索网系统刚度、索网系统重力变形、索网系统温度变形、天线展开动力等方面都有很大影响，因此预张力的稳定是张力索网重要的性能指标之一。

国内外目前对天线张力索的连接主要采用直接在天线结构上连接的方式，在空间工作受温度影响张力变化大，导致天线索网系统稳定性以及天线型面的恶化。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种张力索近恒张力补偿装置，该补偿装置能够克服张力索在空间温度变化下张力出现的巨大变化，能够保持张力索张力的稳定性，且该补偿装置结构简单、可靠性高。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种张力索近恒张力补偿装置，包括第一连接件、滑动套筒、滑动柱、压缩弹簧、两个挡销以及第二连接件，其中第一连接件用于连接天线刚性结构，第二连接件用于连接天线张力索，且第一连接件和滑动套筒连接，使得滑动套筒可绕第一连接件自由转动，用以满足天线张力索调整时角度的变化，压缩弹簧的一端固定安装在滑动柱的大直径段，并套装在滑动柱的小直径段上，滑动柱和压缩弹簧采用同轴固定连接后装配到滑动套筒内部，两个挡销与滑动柱固定连接并能在滑动套筒开设的挡销滑动槽内自由滑动，压缩弹簧与滑动套筒之间、压缩弹簧与滑动柱的小直径段之间均为间隙配合，第二连接件和滑动柱的小直径段的一端固定连接，使天线张力索张力的变化传递到压缩弹簧上。

在上述张力索近恒张力补偿装置中，第一连接件包括两个带有通孔的耳片，第一连接件通过两个带有通孔的耳片和滑动套筒之间利用销钉方式连接，使得滑动套筒可绕第一连接件自由转动。

在上述张力索近恒张力补偿装置中，滑动套筒可绕第一连接件在-90°到90°范围内自由转动。

在上述张力索近恒张力补偿装置中，第二连接件包括螺钉和两个带有通孔的互相垂直的耳片，螺钉穿过其中一个耳片的通孔并固定在耳片上，滑动柱小直径段的一端开有端头螺孔，与螺钉通过螺纹固定连接。

在上述张力索近恒张力补偿装置中，第一连接件、滑动套筒、滑动柱、第二连接件的材料均为钛合金或铝合金。

在上述张力索近恒张力补偿装置中，设滑动套筒的外径为D_t，内径为d_t；滑动柱的大直径段直径为D_z，小直径段直径为d_z；压缩弹簧的中径为D以及丝径为d，则满足如下关系：

$\left\{\begin{array}{c}{d}_z<D-d\\ D_z>D+d\\ d_t+h_{\min }\&le;D_t\&le;d_t+h_{\max }\\ d_t-D_z=0.04\mathrm{mm}~0.12\mathrm{mm}\end{array}\right.;$

其中：h_min为滑动套筒壁厚的最小值、h_max为滑动套筒壁厚的最大值。

在上述张力索近恒张力补偿装置中，滑动套筒壁厚的最小值h_min取值为0.8mm，滑动套筒壁厚的最大值h_max取值为1.2mm。

在上述张力索近恒张力补偿装置中，压缩弹簧的刚度为0.2N/m-1N/m，所述滑动柱的大直径段的长度为2mm-10mm；滑动套筒内径和滑动柱的表面粗糙度参数值不大于1.6。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

（1）、本发明针对张力索在空间温度变化下张力出现巨大变化，导致张力索松弛，造成天线型面的恶化的现象，创新设计了一种张力索近恒张力补偿装置，该补偿装置为第一连接件、第二连接件、滑动套筒、滑动柱和压缩弹簧形成的组合结构，其中第一连接件连接天线刚性结构，第二连接件连接张力索，该补偿装置结构简单、设计巧妙，能够克服张力索在空间温度变化下张力出现的巨大变化，能够保持张力索张力的稳定性；

（2）、本发明张力索近恒张力补偿装置中，张力索长度的变化通过压缩弹簧的压缩量的变化来体现，张力索的张力变化量由压缩弹簧的弹力变化量来体现，由于压缩弹簧的刚度通过设计可以远远小于张力索的刚度，因此此时张力索张力的改变非常小，几乎可以忽略不计，达到张力补偿的目的，本发明为大型网状可展开天线受空间温度变化时张力索预张力稳定性的保持提供一种结构简单、工作可靠的张力补偿装置，克服张力索与天线结构硬连接带来的缺点。

附图说明

图1为本发明张力索近恒张力补偿装置的结构分解图；

图2为本发明张力索近恒张力补偿装置的结构装配图；

图3为本发明张力索近恒张力补偿装置在天线上安装位置示意图；

图4为本发明在张力索松弛状态下近恒张力补偿装置状态示意图；

图5为本发明在张力索张紧状态下近恒张力补偿装置状态示意图。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

如图1所示为本发明张力索近恒张力补偿装置结构分解图，图2所示为本发明张力索近恒张力补偿装置的结构装配图。由图可知该补偿装置由第一连接件1、滑动套筒2、滑动柱3、压缩弹簧4、两个挡销5以及第二连接件6六部分组成，其中第一连接件1用于连接外部天线刚性结构，第二连接件6用于连接外部天线张力索，该补偿装置具体的连接关系如下：

第一连接件1包括两个带有通孔的耳片，第一连接件1通过两个带有通孔的耳片和滑动套筒2之间利用销钉方式连接，使得滑动套筒2可绕第一连接件1在-90°到90°范围内自由转动（图2中所示为0°位置）。用以满足张力索调整时角度变化的需要。滑动套筒2为一圆筒状结构，一端内径开放并有与天线结构连接件1相连的接口，可允许滑动柱3和压缩弹簧4从此端装入，另一端为一直径小于滑动套筒2内径并与该内径同心的圆孔，用于压缩弹簧4变形的支撑以及和滑动柱3相互滑动，两侧有沿轴向的挡销滑动槽9。滑动柱3为一阶梯状的圆柱状结构，一端直径较大，与滑动套筒2内径间隙配合，其上有相互对称的挡销安装孔，其余部分为一直径较小的圆柱，可与压缩弹簧4内径以及滑动套筒2圆孔间隙配合，自由滑动，在端头处沿轴线在中心有一螺纹孔，可通过螺钉与第二连接件6相连。

压缩弹簧4按同轴方式固定安装在滑动柱3的大直径段，并套装在滑动柱3的小直径段上，滑动柱3和压缩弹簧4采用同轴固定连接后装配到滑动套筒2内部，与滑动套筒2采用滑动杆连接方式并实现间隙配合，具体为压缩弹簧4的外径和滑动套筒2内径间隙配合，内径和滑动柱3小直径段间隙配合，能够在外界因素的影响下自由变形，通过在相同变形长度条件下，压缩弹簧4弹力的变化远小于张力索张力的变化来完成对张力索张力的补偿，使张力索张力近乎不发生变化，减小由于张力索张力变化给天线型面带来的恶劣影响。

如图1、2所示，两个挡销5可安装在滑动柱3的大直径段端头，并能在滑动套筒2开设的挡销滑动槽9内自由滑动，可防止滑动柱3从滑动套筒2中脱出。压缩弹簧4与滑动套筒2的内壁之间、压缩弹簧4与滑动柱3的小直径段的外壁之间均为间隙配合。

如图1、2所示，第二连接件6包括螺钉10和两个带有通孔的互相垂直的耳片，螺钉10穿过其中一个耳片的通孔并固定在耳片上，滑动柱3小直径段的一端开有端头螺孔，与第二连接件6的螺钉10通过螺纹固定连接，使天线张力索张力的变化传递到压缩弹簧4上。

第一连接件1、滑动套筒2、滑动柱3、第二连接件6的材料均为钛合金或铝合金。

补偿装置中压缩弹簧4的刚度在满足力补偿的前提下尽量要小，以满足近恒张力的要求，其刚度在0.2N/m-1N/m为宜。记滑动套筒2的外径为D_t，内径为d_t，滑动柱3的大直径段直径为D_z，小直径段直径为d_z，压缩弹簧4的中径为D以及丝径为d；滑动套筒2壁厚的最小值为h_min、滑动套筒2壁厚的最大值为h_max，则满足以下关系为宜：

$\left\{\begin{array}{c}{d}_z<D-d\\ D_z>D+d\\ d_t+h_{\min }\&le;D_t\&le;d_t+h_{\max }\\ d_t-D_z=0.04\mathrm{mm}~0.12\mathrm{mm}\end{array}\right.;$

本发明中滑动套筒2壁厚的最小值h_min取值为0.8mm，滑动套筒2壁厚的最大值h_max取值为1.2mm。

滑动柱3的大直径段主要起导向作用，根据滑动套筒2内径的不同其长度取2mm-10mm为宜，滑动套筒2内径和滑动柱3的表面粗糙度参数值不大于1.6。

本发明的张力索近恒张力补偿装置将天线索网系统的张力索和天线刚性结构连接起来，天线收拢时，张力索处于松弛状态，张力补偿装置中的压缩弹簧处于初始状态。随天线的展开，张力索逐渐被张紧，张力索带动张力索连接件并带动滑动柱与滑动套筒发生滑动，此时压缩弹簧发生弹性变形产生弹力，当天线完全展开后，压缩弹簧发生的弹性变形所产生的弹力和张力索张力相等，二者达到平衡状态，此时的张力索张力即为设计要求的张力索预张力。当张力索在空间中受温度变化长度发生改变（变长或缩短）时，则张力索张力产生相应的变化（减小或增大），由于张力补偿装置中压缩弹簧的弹力和张力索张力一直处于相等，则此时压缩弹簧的弹力也产生同样程度的变化，压缩弹簧的压缩量发生改变，使得滑动套筒和滑动柱之间发生相应的滑动。张力索长度的变化通过压缩弹簧的压缩量的变化来体现，张力索的张力变化量由压缩弹簧的弹力变化量来体现，由于压缩弹簧的刚度通过设计可以远远小于张力索的刚度，因此此时张力索张力的改变非常小，几乎可以忽略不计，达到张力补偿的目的。

以伞状天线索网系统为例，如图3所示为本发明近恒张力补偿装置在天线上安装连接示意图，主张力索和副张力索两端分别连接有一个补偿装置。

在天线索网设计阶段，通过对索网系统的计算分析，得到张力索的放样长度，将张力索两端分别连接于两端的补偿装置，如图4所示为本发明在张力索松弛状态下近恒张力补偿装置状态示意图，天线收拢时，张力索处于松弛状态，张力补偿装置的压缩弹簧4处于初始状态。随天线的展开，张力索逐渐被张紧，张力索带动滑动柱3与滑动套筒2产生相对滑动，迫使压缩弹簧4发生弹性变形产生弹力。当天线完全展开后，压缩弹簧4发生的弹性变形所产生的弹力和张力索张力相等，二者达到平衡状态，此时的张力索张力即为设计要求的张力索预张力，如图5所示为本发明在张力索张紧状态下近恒张力补偿装置状态示意图。

以某材质的张力索为例，假设其截面直径为2mm，模量为50GP，热膨胀系数为-2e-6，环境温度变化为±150℃，常温（20℃）下预张力为20N，长度为1m，索两端分别硬连接在天线结构上。则当环境温度为150℃时，张力索缩短0.26mm，此时张力索张力增大为40.8N，张力变化量为20.8N，变化率为104%。当环境温度为-150℃时，张力索变长0.34mm，按照初始条件20N张力下索长1m，则张力索自然长度为999.87mm，此时1000mm-0.34mm=999.66mm，小于张力索自然长度，最终出现张力索的松弛，造成天线型面的恶化。

在张力索两端安装本发明补偿装置后，仍以上述计算实例为例，若压缩弹簧刚度为1N/mm，考虑到张力补偿装置自身的热变形，假设装置长度为30mm，综合热变形系数为20e-6，则当张力索缩短0.26mm时，两端装置均变长0.078mm，则张力索及补偿装置的长度变化量综合为0.104，张力索张力的变化为0.104N，变化率只有0.52%；当张力索变长0.34mm时，两端装置均缩短0.102mm，则张力索及补偿装置的长度变化量综合为0.136，张力索张力的变化量为0.136N，变化率只有0.68%。

由上述的实例可以看出，增加近恒张力补偿装置后，由于受温度变化张力索张力的变化量非常小，和原预张力比起来可以忽略不计，保证了张力索张力在空间中的稳定性。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (7)

1.一种张力索近恒张力补偿装置，包括第一连接件(1)、滑动套筒(2)、滑动柱(3)、压缩弹簧(4)、两个挡销(5)以及第二连接件(6)，其中第一连接件(1)用于连接天线刚性结构(8)，第二连接件(6)用于连接天线张力索(7)，且第一连接件(1)和滑动套筒(2)连接，使得滑动套筒(2)可绕第一连接件(1)自由转动，用以满足天线张力索(7)调整时角度的变化，压缩弹簧(4)的一端固定安装在滑动柱(3)的大直径段，并套装在滑动柱(3)的小直径段上，滑动柱(3)和压缩弹簧(4)采用同轴固定连接后装配到滑动套筒(2)内部，两个挡销(5)与滑动柱(3)固定连接并能在滑动套筒(2)开设的挡销滑动槽(9)内自由滑动，压缩弹簧(4)与滑动套筒(2)之间、压缩弹簧(4)与滑动柱(3)的小直径段之间均为间隙配合，第二连接件(6)和滑动柱(3)的小直径段的一端固定连接，使天线张力索(7)张力的变化传递到压缩弹簧(4)上；

所述第一连接件(1)包括两个带有通孔的耳片，第一连接件(1)通过两个带有通孔的耳片和滑动套筒(2)之间利用销钉方式连接，使得滑动套筒(2)可绕第一连接件(1)自由转动。

2.根据权利要求1所述的一种张力索近恒张力补偿装置，其特征在于：所述滑动套筒(2)可绕第一连接件(1)在-90°到90°范围内自由转动。

3.根据权利要求1所述的一种张力索近恒张力补偿装置，其特征在于：所述第二连接件(6)包括螺钉(10)和两个带有通孔的互相垂直的耳片，螺钉(10)穿过其中一个耳片的通孔并固定在耳片上，滑动柱(3)小直径段的一端开有端头螺孔，与螺钉(10)通过螺纹固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种张力索近恒张力补偿装置，其特征在于：所述第一连接件(1)、滑动套筒(2)、滑动柱(3)、第二连接件(6)的材料均为钛合金或铝合金。

5.根据权利要求1所述的一种张力索近恒张力补偿装置，其特征在于：设滑动套筒(2)的外径为D_t，内径为d_t；滑动柱(3)的大直径段直径为D_z，小直径段直径为d_z；压缩弹簧(4)的中径为D以及丝径为d，则满足如下关系：

$\left\{\begin{array}{c}{d}_z<D-d\\ D_z>D+d\\ d_t+h_{min}\&le;D_t\&le;d_t+h_{max}\\ d_t-D_z=0.04mm~0.12mm\end{array}\right.;$

其中：h_min为滑动套筒(2)壁厚的最小值、h_max为滑动套筒(2)壁厚的最大值。

6.根据权利要求5所述的一种张力索近恒张力补偿装置，其特征在于：所述滑动套筒(2)壁厚的最小值h_min取值为0.8mm，滑动套筒(2)壁厚的最大值h_max取值为1.2mm。

7.根据权利要求1～6任一权利要求所述的一种张力索近恒张力补偿装置，其特征在于：所述压缩弹簧(4)的刚度为0.2N/m-1N/m，所述滑动柱(3)的大直径段的长度为2mm-10mm；滑动套筒(2)内径和滑动柱(3)的表面粗糙度参数值不大于1.6。