自驅動自鎖緊減振鉸接帶與設置此種鉸接帶的鉸接裝置的製作方法

2023-05-15 13:09:56

專利名稱：自驅動自鎖緊減振鉸接帶與設置此種鉸接帶的鉸接裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及兩物體或兩元件之間的連接元件的一般技術領域，該連接元件能使被連接的物體產生呈角度運動，特別涉及適合於能使兩被連接元件自動展開，並能在該展開位置自動鎖緊的鉸接裝置。
現有技術在本發明的推薦應用領域，即空間應用領域，眾所周知，衛星的太陽能電池板可使用鉸接裝置鉸接，現有鉸接裝置因缺乏可靠性和接觸部之間存在摩擦而受到損害。此外，這種鉸接裝置都配備了驅動裝置，用以打開太陽能電池板。此種鉸接裝置具有較大的摩擦，要求驅動是超負載的，以便獲得足夠的展開太陽能電池板的餘量。當摩擦小時，結果是太陽能電池板在展開終結時的衝擊大。為了消除這種衝擊，便給鉸接裝置配置一種調速系統，這就使得此種鉸接裝置的使用較為複雜。
在試圖補救這些缺點的努力中，美國專利US3386128和法國專利FR2635077已經建議將兩個鉸接元件用數個彈性帶連接在一起，該彈性帶為弧形截面，每根帶的相應端部與被鉸接的兩元件固定在一起。每根鉸接帶製成像眾所周知的Carpentier帶那樣，這種鉸接帶設計成摺疊的，從而在被連接的元件之間施加一驅動力矩，使該被連接元件具有自動展開的傾向。當彈性帶處於展開位置時，對於被鉸接在一起的元件施加一鎖緊力。這就提供了一種可以自驅動與自鎖緊的鉸接裝置。
然而，結果表明，這種類型的鉸接裝置，因第一種缺點而受到損害，該第一缺點涉及被鉸接元件在其展開位置對鎖緊缺乏控制。當鉸接帶達到其展開位置，且由於展開速度並不為零，會發生這樣兩種情況或者是相對於平衡位置產生過衝，從而使其無法鎖緊；或者是發生反彈運動，從而導致鉸接裝置重新閉合。
這種鉸接還因另一種缺點而受到損害，即在鎖緊鉸接裝置時出現衝擊而受到損害。當鎖緊時，剩餘勢能使鉸接裝置圍繞其平衡位置產生振蕩。被連接在一起的元件因此受到力的作用，作用力的大小隨剩餘勢能的增加而增加。這些應力導致連接元件超負荷。
發明綜述本發明的目的在於提供一種鉸接帶以補救上面指出的缺點，該鉸接帶設計成用於連接一般意義上的兩個元件，並保證具有自驅動與自鎖緊功能，使用這樣設計的鉸接帶，在展開位置控制鉸接元件的鎖緊，並使鎖緊時的衝擊減小甚至消除。
為了實現此目的，本發明尋求提供一種自驅動、自鎖緊鉸接帶，該鉸接帶具有減振能力。
根據本發明，鉸接帶設計成安裝在兩相鄰元件之間，其結構由至少一彈性條構成，該彈性條製成具有弧形截面，並設計成通過彈性條的兩端與被連接元件牢固連接，使該被連接元件可具有疊合位置和展開位置。
根據本發明，每一彈性條設有一層粘彈性材料，放置在彈性條的一表面與一應力板之間，以便獲得一種鉸接裝置，該鉸接裝置還提供減振功能。
本發明還尋求提供一種鉸接，該鉸接包括本發明的鉸接帶裝置。在一推薦實施例中，鉸接裝置包括第一和第二裝置，每一裝置由分布在兩平面的三條鉸接帶組成。
本發明的其他各種特性，可從下列參照附圖所作的說明中體現出來，附圖示出了本發明不受局限的例子、本發明的實施例和本發明的實施。
附圖簡介

圖1為一局部輪廓圖，示出了本發明鉸接裝置之一實施例處於疊合位置的情況；
圖2為圖1所示鉸接裝置處於展開位置時的平面視圖；圖3為本發明之鉸接帶的正視圖；圖4為本質上沿圖3中Ⅳ-Ⅳ剖面線所作的縱剖面圖；圖5為本質上沿圖3中Ⅴ-Ⅴ剖面所作的橫剖面6為本質上沿圖2中Ⅵ-Ⅵ線在高度上所截取的一部分。
實施本發明的最佳方法圖1和圖2示出了本發明的鉸接裝置1的實施例，該鉸接裝置設計成安裝在兩相鄰元件之間，或安裝在任何類型具有適當形狀的兩部分A1和A2之間。鉸接裝置設計成可從圖1所示「疊合」位置轉變為圖2所示「展開」位置，從而可使該兩部分A1與A2繞樞軸A彼此相對轉動180度。在圖1和圖2所示的例子中，鉸接裝置1是由本發明之一組鉸接帶2所組成，該鉸接帶提供自驅動、自鎖緊功能和減振功能。
正如在圖3至圖5可更加清楚地看出的那樣，每一鉸接帶2包括一彈性條3，該彈性條製成具有直角的曲線形橫截面。例如，彈性條可以是由金屬帶製成，該金屬帶具有直角橫截面，而該橫截面為圓弧形狀。處於靜止位置或鎖緊位置時，每一彈性條具有直線位置，其截面為曲線形狀；而處於橫向疊合位置時，彈性條具有驅動力矩，該驅動力矩具有使彈性條返回其直線位置即鎖緊位置的傾向，在此位置，彈性條處於平衡狀態。
根據本發明，每一彈性條3上設置有一層粘彈性材料4，該粘彈性材料是夾放在彈性條的表面31之一與一應力板5之間。粘彈性材料4是夾在彈性條3與應力板5中間，也就是說，是將其全部表面夾在所述條3與板5之間。在實施例中，粘彈性材料4粘著在彈性條3與應力板5之間。彈性條3與應力板5二者都是高剛性的，於是較大的機械能可儲存在粘彈性材料內，以便使其提供有效的減振。為了增加粘彈性材料內的剪切力，可以採取措施將彈性條3與應力板5在其一端彼此牢固連接，例如使用鉚釘連接。
當鉸接帶打開時，即當它從疊合位置轉為展開位置時，粘彈性材料的剪切力所消耗的能量使得鉸接帶減振。粘彈性材料彈性模量的變化是相對速率的函數，相對速率著重在於用於轉變鉸接帶驅動力矩的強度，驅動力矩是鉸接開啟速度的函數。因此，當鉸接裝置難於開啟時能量降低小，而鉸接裝置容易開啟時，鉸接裝置內的位移是處於高阻尼狀態。粘彈性材料的選擇應使得有足夠的能量在鉸接裝置開啟時被消耗，以保證鉸接裝置的鎖緊穩定。此外，粘彈性材料的選擇應使得在整個使用溫度範圍內，和在從靜態到準靜態全部使用頻率範圍內都是有效的。例如，粘彈性材料可以是一種丙烯酸聚合物，該材料可從3M公司產品參考手冊TSD中列出的銷售產品家族找到。
根據本發明的一特徵，粘彈性材料層4和應力板5設置在彈性條上，其覆蓋長度比彈性條的長度短。粘彈性材料層4和應力板5安裝在彈性條3的中部，這樣，彈性條3在兩端部具有突出部3a和3b。為了避免彈性帶未被粘彈性材料4和應力板5所覆蓋的端部產生任何摺疊，端部3a和3b的剛性是增強的。例如，彈性帶端部3a和3b的寬度比彈性帶中部的寬度大。於是，鉸接帶便被限制在只在其設有粘彈性材料4和應力板5的中部疊合。通過避免鉸接帶在其端部無粘彈性材料的區域疊合，鉸接帶通常是處於保證減振功能的位置。
根據本發明的另一特徵，粘彈性材料層4與應力板5是設置在彈性條3的內側，這裡「內側」一詞是相對於鉸接帶2疊合狀態下所處的位置而言。因此，正如在圖1和圖4中可以看到的那樣，粘彈性材料層4放在彈性條3上相對於鉸接裝置打開方向的內側表面31上，該打開方向如圖中箭頭f所示。粘彈性材料4與應力板5在鉸接帶內側的定位，使得有可能避免牽引力在鉸接帶的端部作用在粘彈性材料上，從而使有可能避免失效。
根據本發明的另一特徵，粘彈性材料層4與應力板5的端部是倒角的或截掉頭部，從而使剝落的風險最小(圖3)。
根據本發明的另一特徵，粘彈性材料層4是設置在彈性條上。因此，該材料在鉸接帶處於疊合位置時未受力。為此，粘彈性材料是在其自身處於疊合位置時裝在彈性條上的。
本發明的鉸接帶，是使用任何適當的裝置，藉助其兩端3a和3b，安裝在準備連接的元件A1和A2上。在一推薦實施例中，鉸接帶的端部3a和3b是通過嵌入被連接元件A1和A2的方式來安裝的，如圖4所示。
圖1、圖2和圖6示出了本發明之鉸接帶2的推薦實施例，該鉸接帶用於製成兩元件A1和A2組成的鉸接裝置1。鉸接裝置1包括一組如上所述類型的鉸接帶2，並推薦分為第一裝置Ⅰ和第二裝置Ⅱ，每一裝置由三條所述的鉸接帶2組成。對於每一裝置，鉸接帶2之一安裝在一平面P1上，而其他鉸接帶2則安裝在另一偏離P1平面的平面P2上。每一安裝在平面P1的鉸接帶2位於安裝在P2平面的其他兩鉸接帶的中間的高度上。正如從圖6中可更清楚地看出的那樣，鉸接帶是這樣安裝的，安裝時鉸接帶的凹面放在平面P1和P2上，朝向相反的方向。此外，底帶放置在平面P1上時是這樣安裝的，當其處於疊合位置時，底帶的凹面面向外。在這樣的狀態下，放在P1平面的底帶提供驅動力矩，該驅動力矩大於放置在P2平面的其他兩鉸接帶所產生的力矩。
在上述實施例中，元件A1和A2完全只由鉸接帶2鉸接在一起。自然，可以設想使用導向系統將元件A1和A2相互連接，例如使用一種鉸接軸或一種球-座裝置。
工業應用本發明在太空中元件的自驅動、自鎖緊鉸接的應用領域特別有利，例如衛星的太陽能電池板、望遠鏡的蓋、反射鏡、反射天線等等。可以發現本發明的大量應用，其中相關部分是使用自驅動、自鎖緊的鉸接帶連接在一起。舉例來說，可以提及機器人中的應用。
權利要求
1．一種自驅動與自鎖緊的鉸接帶，該鉸接帶用於安裝在兩相鄰元件(A1,A2)之間，此種類型的鉸接帶由至少一彈性條(3)所構成，該彈性條製成具有曲線形截面，並設計成通過其自身的兩端緊固在兩元件上，使其可佔據一疊合位置和一展開位置；該鉸接帶的特徵在於，每一彈性條(3)上設置一層粘彈性材料(4)，該粘彈性材料層是夾放在彈性條(3)的表面之一與應力板(5)之間，以此種方式提供一種鉸接裝置，該鉸接裝置還實現減振功能。
2．如權利要求1所述的鉸接帶，其特徵在於，粘彈性材料層(4)是放置在彈性條的表面(31)上，當鉸接帶佔據其疊合位置時，該粘彈性材料層位於鉸接帶的內側。
3．如權利要求1或2所述的鉸接帶，其特徵在於，粘彈性材料層(4)和應力板(5)安裝在彈性條上被限定的中部，以離開彈性條每一端所保留的端部(31,32)，該端部的剛性大於其中部的剛性，因此使鉸接帶在所述的中部疊合。
4．如權利要求1至3中任一權利要求所述的鉸接帶，其特徵在於，粘彈性材料層(4)和應力板(5)具有錐形端部。
5．如權利要求1至4中任一權利要求所述的鉸接帶，其特徵在於，粘彈性材料層(4)在彈性條上的安裝方式，使在鉸接帶處於其疊合位置時，粘彈性材料層不受力。
6．如權利要求1至5中任一權利要求所述的鉸接帶，其特徵在於，應力板(5)和彈性條(3)在它們的一端固定在一起，從而增加粘彈性材料(4)的剪切力。
7．如權利要求1至6中任一權利要求所述的鉸接帶，其特徵在於，彈性條藉助其兩端嵌入兩被連接元件。
8．一種自驅動、自鎖緊和減振的鉸接裝置，該鉸接裝置安裝在相鄰元件(A1,A2)之間，其特徵在於，該裝置包括至少一條根據權利要求1至7中任一權利要求所述的鉸接帶。
9．如權利要求8所述的鉸接裝置，其特徵在於，該裝置包括第一裝置和第二裝置(Ⅰ,Ⅱ)，每一裝置由三條鉸接帶(2)所組成，該鉸接帶佔據兩平面(P1,P2)。
10．如權利要求9所述的鉸接裝置，其特徵在於，每一位於平面(P1)上的鉸接帶(2)的凹面面向位於其他平面上的面對的鉸接帶(2)的凹面。
全文摘要
本發明涉及一種自驅動和自鎖緊的鉸接裝置，該鉸接裝置設計來安裝在兩相鄰元件(A
文檔編號E05D11/08GK1237935SQ9719986
公開日1999年12月8日 申請日期1997年11月18日 優先權日1996年11月19日
發明者伯納德·迪佩雷, 阿蘭·東齊爾, 雅克·西克雷 申請人:梅特拉維比R·D·S·有限公司, Cnes國家空間研究中心