阅读说明：本技术 一种多级驱动的连杆式头锥变体机构 (Multi-stage driving connecting rod type head cone variant mechanism ) 是由 赵杰亮 吴祥兵 王文中 于 2020-08-04 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种多级驱动的连杆式头锥变体机构,包括一级连杆机构、二级连杆机构、三级连杆机构、弯曲变形机构及锁定装置；所述一级连杆机构、二级连杆机构、三级连杆机构、弯曲变形机构依次连接；所述锁定装置安装于每一级连杆结构上；所述一级连杆机构、二级连杆机构、三级连杆机构用于通过分级液压驱动带动各级连杆机构及其头锥外壳沿轴向运动,完成头锥轴向伸展变形；所述锁定装置用于在各级连杆机构变形到位时,进行位置锁定；所述弯曲变形机构用于驱动各级连杆机构整体运动,完成头锥弯曲变形。本发明可实现轴向多级伸展变形和单侧弯曲变形,同时能够实现头锥变形过程中的运动限位及变体锁定。(The invention discloses a multi-stage driving connecting rod type head cone variant mechanism, which comprises a primary connecting rod mechanism, a secondary connecting rod mechanism, a tertiary connecting rod mechanism, a bending deformation mechanism and a locking device, wherein the primary connecting rod mechanism is connected with the secondary connecting rod mechanism; the first-stage link mechanism, the second-stage link mechanism, the third-stage link mechanism and the bending deformation mechanism are sequentially connected; the locking device is arranged on each stage of connecting rod structure; the first-stage connecting rod mechanism, the second-stage connecting rod mechanism and the third-stage connecting rod mechanism are used for driving each stage of connecting rod mechanism and the nose cone shell thereof to move along the axial direction through graded hydraulic drive so as to complete axial extension deformation of the nose cone; the locking device is used for locking the position when each level of connecting rod mechanism is deformed in place; the bending deformation mechanism is used for driving the connecting rod mechanisms at all stages to integrally move so as to finish the bending deformation of the nose cone. The invention can realize axial multistage extension deformation and unilateral bending deformation, and can realize motion limit and variant locking in the process of nose cone deformation.)

一种多级驱动的连杆式头锥变体机构

技术领域

本发明属于空天飞行器技术领域，具体涉及一种多级驱动的连杆式头锥变体机构。

背景技术

空天飞行器作为一种包含航空和航天技术的新型空天载运工具，需要经历大气层和太空两个不同的飞行环境，为更高效地实现飞行、载运等功能，提高自适应性，变体飞行器应运而生，但目前绝大多数变体飞行器的研究都是围绕机翼展开的，关于头锥部分的变体研究很少，多停留在气动构型设计和气动特性分析。而头锥部分的姿态和外形也较大程度地影响其机动性能，因此，需要一种头锥变体机构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多级驱动的连杆式头锥变体机构，其可实现轴向多级伸展变形和单侧弯曲变形，同时提出了一种头锥变体的锁定装置，以实现头锥变形过程中的运动限位及变体锁定。

本发明提供了一种多级驱动的连杆式头锥变体机构，包括一级连杆机构、二级连杆机构、三级连杆机构、弯曲变形机构及锁定装置；所述一级连杆机构、二级连杆机构、三级连杆机构、弯曲变形机构依次连接；所述锁定装置安装于每一级连杆结构上；

所述一级连杆机构、二级连杆机构、三级连杆机构分别设于一级头锥外壳、二级头锥外壳、三级头锥外壳内，并分别与所述一级头锥外壳、二级头锥外壳、三级头锥外壳连接；所述一级连杆机构的自由端与头锥头连接；

所述一级连杆机构、二级连杆机构、三级连杆机构用于通过分级液压驱动带动各级连杆机构及其头锥外壳沿轴向运动，完成头锥轴向伸展变形；

所述锁定装置用于在各级连杆机构变形到位时，进行位置锁定；

所述弯曲变形机构用于驱动各级连杆机构整体运动，完成头锥弯曲变形。

进一步地，所述一级连杆机构、二级连杆机构、三级连杆机构均包括液压缸、短轴曲柄基架转动副、曲柄连杆转动副、长轴连杆、长轴曲柄杆、短轴曲柄杆、短轴连杆、伸缩杆、液压杆、基架、液压缸连接件、连杆轴座、连杆轴；

所述短轴曲柄基架转动副及基架与所述液压缸固定连接，所述长轴曲柄杆一端与所述短轴曲柄基架转动副连接，另一端与所述伸缩杆连接，所述伸缩杆通过铰链与对应的头锥外壳连接；

所述长轴连杆一端与所述短轴曲柄基架转动副连接，另一端通过所述曲柄连杆转动副与下一级连杆结构的伸缩杆连接；

所述连杆轴通过所述连杆轴座与所述基座固定连接，所述短轴曲柄杆、短轴连杆一端通过轴承与所述连杆轴连接，所述短轴连杆与下一级连杆结构的短轴曲柄杆连接；

所述液压缸通过液压缸连接件与下一级连杆结构的液压杆连接；

所述一级连杆机构的液压杆连接有头部基架，所述头部基架通过头部长轴连杆及曲柄连杆转动副与所述一级连杆机构的伸缩杆连接；所述头部基架通过头部短轴连杆与所述一级连杆机构的短轴曲柄杆连接；

所述一级连杆机构的液压杆通过头部伸缩杆与所述头锥头连接；所述二级连杆机构、三级连杆机构的短轴曲柄杆远离所述连杆轴的一端通过铰链与对应的头锥外壳连接。

进一步地，所述锁定装置包括锁定块、锁定基座、驱动气缸；所述锁定块为对称两块，固定安装于短轴曲柄杆上，所述锁定基座与所述液压缸固定连接，所述驱动气缸通过气缸固定件安装在锁定基座一侧；所述锁定基座上设有销孔、所述锁定块上设有孔槽，所述驱动气缸连接有锁定销，所述销孔、孔槽、锁定销同轴设置，所述驱动气缸用于推动所述锁定销穿过所述孔槽***到所述销孔内，实现锁定。

进一步地，所述弯曲变形机构包括电机、联轴器、缸轴连接件、阶梯轴、轴承座、固定板；

所述电机通过联轴器与阶梯轴连接，所述阶梯轴与所述轴承座连接，所述电机、轴承座安装于所述固定板上；

所述缸轴连接件连接所述阶梯轴及所述三级连杆机构的液压缸，用于在所述电机的驱动下带动所述一级连杆机构、二级连杆机构、三级连杆机构整体运动，实现头锥弯曲变形。

进一步地，所述一级头锥外壳、二级头锥外壳、三级头锥外壳分节嵌套安装，所述一级头锥外壳为两节固连，其中一节安装在头锥头上，由所述一级头锥外壳通过所述头锥头带动所述伸缩杆运动。

进一步地，所述一级连杆机构、二级连杆机构、三级连杆机构为左右、上下对称结构。

进一步地，所述连杆式头锥变体机构的截面为椭圆形。

进一步地，所述一级连杆机构、二级连杆机构、三级连杆机构的伸展方式为各级同时伸展，按照一级、二级、三级顺序依次伸展或单级伸展。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1)本发明包含了三级连杆机构，各级连杆机构通过各自移动副驱动连杆和曲柄杆，再由曲柄杆上连接的伸缩杆带动头锥椭圆形分节外壳直线运动，实现头锥轴向伸展变形。

2)本发明包含了头锥弯曲变形结构，电机通过阶梯轴和连接件带动头锥前端三级连杆机构整体运动，实现头锥弯曲变形。

3)本发明包含了连杆机构锁定装置，实现头锥变形过程中的运动限位及变体锁定。

4)本发明实现了头锥变体的多级驱动方式及多变形组合，变形过程稳定可靠，有利于飞行器获得实施最优的气动性能。

附图说明

图1是本发明多级驱动的连杆式头锥变体机构的结构示意图；

图2是本发明多级驱动的连杆式头锥变体机构一级连杆机构的结构示意图；

图3是本发明多级驱动的连杆式头锥变体机构弯曲变形结构的结构示意图；

图4是本发明多级驱动的连杆式头锥变体机构锁定装置的结构示意图。

图中标号：

1-一级连杆机构；2-二级连杆机构；3-三级连杆机构；4-弯曲变形结构；5-锁定装置；

11-一级液压缸；21-二级液压缸12-短轴曲柄基架转动副；13-曲柄连杆转动副；101-一级头锥外壳；201-二级头锥外壳；301-三级头锥外壳；102-头锥头；

103-头部长轴连杆；203-长轴连杆；104-长轴曲柄杆；105-一级短轴曲柄杆；205-二级短轴曲柄杆；106-头部短轴连杆；206-短轴连杆；107-头部伸缩杆；108-伸缩杆；109-头部基架；1010-铰链；111-一级液压杆；211-二级液压杆；112-基架；113-液压缸连接件；114-一级螺纹杆；214-二级螺纹杆；314-三级螺纹杆；121-连杆轴座；122-连杆轴；

401-电机；402-联轴器；403-缸轴连接件；404-阶梯轴；405-轴承座；406-固定板；

501-锁定块；5011-孔槽；502-锁定基座；5021-销孔；503-锁定销；504-驱动气缸；505-气缸固定件。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

参图1至图4所示，本实施例提供了一种多级驱动的连杆式头锥变体机构，包括一级连杆机构1、二级连杆机构2、三级连杆机构3、弯曲变形机构4及锁定装置5；一级连杆机构1、二级连杆机构2、三级连杆机构3、弯曲变形机构4依次连接；锁定装置5安装于每一级连杆结构上；

一级连杆机构1、二级连杆机构2、三级连杆机构3分别设于一级头锥外壳101、二级头锥外壳201、三级头锥外壳301内，并分别与一级头锥外壳101、二级头锥外壳201、三级头锥外壳301连接；一级连杆机构1的自由端与头锥头102连接；

一级连杆机构1、二级连杆机构2、三级连杆机构3用于通过分级液压驱动带动各级连杆机构及其头锥外壳沿轴向运动，完成头锥轴向伸展变形；

锁定装置5用于在各级连杆机构变形到位时，进行位置锁定；

弯曲变形机构4用于驱动各级连杆机构整体运动，完成头锥弯曲变形。

在本实施例中，一级连杆机构1、二级连杆机构2、三级连杆机构3均包括液压缸、短轴曲柄基架转动副、曲柄连杆转动副、长轴连杆、长轴曲柄杆、短轴曲柄杆、短轴连杆、伸缩杆、液压杆、基架、液压缸连接件、连杆轴座、连杆轴；

短轴曲柄基架转动副及基架与液压缸固定连接，长轴曲柄杆一端与短轴曲柄基架转动副连接，另一端与伸缩杆连接，伸缩杆通过铰链与对应的头锥外壳连接；

长轴连杆一端与短轴曲柄基架转动副连接，另一端通过曲柄连杆转动副与下一级连杆结构的伸缩杆连接；

连杆轴通过连杆轴座与基座固定连接，短轴曲柄杆、短轴连杆一端通过轴承与连杆轴连接，短轴连杆与下一级连杆结构的短轴曲柄杆连接；

液压缸通过液压缸连接件与下一级连杆结构的液压杆连接；

一级连杆机构1的液压杆连接有头部基架109，所述头部基架109通过头部长轴连杆103及曲柄连杆转动副13与一级连杆机构1的伸缩杆连接；头部基架109通过头部短轴连杆106与一级连杆机构1的短轴曲柄杆连接；

一级连杆机构1的液压杆通过头部伸缩杆108与头锥头102连接；二级连杆机构2、三级连杆机构3的短轴曲柄杆远离连杆轴的一端通过铰链与对应的头锥外壳连接。

在本实施例中，锁定装置5包括锁定块501、锁定基座502、驱动气缸504；锁定块501为对称两块，固定安装于短轴曲柄杆上，锁定基座502与液压缸固定连接，驱动气缸504通过气缸固定件505安装在锁定基座502一侧；锁定基座502上设有销孔502)、锁定块501上设有孔槽5011，驱动气缸504连接有锁定销503，销孔5021、孔槽5011、锁定销503同轴设置，驱动气缸504用于推动锁定销503穿过孔槽5011***到销孔5021内，实现锁定。

在本实施例中，弯曲变形机构4包括电机401、联轴器402、缸轴连接件403、阶梯轴404、轴承座405、固定板406；

电机401通过联轴器402与阶梯轴404连接，阶梯轴404与轴承座405连接，电机401、轴承座405安装于固定板406上；

缸轴连接件403连接阶梯轴404及三级连杆机构3的液压缸，用于在电机401的驱动下带动一级连杆机构1、二级连杆机构2、三级连杆机构3整体运动，实现头锥弯曲变形。

在本实施例中，一级头锥外壳101、二级头锥外壳201、三级头锥外壳301分节嵌套安装，一级头锥外壳101为两节固连，其中一节安装在头锥头102上，由一级头锥外壳101通过头锥头102带动伸缩杆108运动。

在本实施例中，一级连杆机构1、二级连杆机构2、三级连杆机构3为左右、上下对称结构。

在本实施例中，连杆式头锥变体机构的截面为椭圆形。

在本实施例中，一级连杆机构1、二级连杆机构2、三级连杆机构3的伸展方式可以为各级同时伸展，按照一级、二级、三级顺序依次伸展或单级伸展。

本实施例提供的多级驱动的连杆式头锥变体机构，机构主体为三级连杆机构，每一级连杆机构由移动副(液压缸)驱动，可实现最大1400mm以上的轴向伸缩量。在头锥尾部由电机驱动轴系带动前端三级连杆机构整体运动，实现头锥弯曲变形，伸展弯曲比例可达3.5。在头锥轴向伸缩变形到位后，各级连杆机构上的锁定装置开始工作，实现头锥高负载下的变体锁定。该头锥机构分三级，单独驱动，各级之间可均匀变形也可非均匀变形，又可以单级变形，提供了多种气动外形选择，有利于适应较复杂的空天环境。

多级驱动的连杆式头锥变体机构，由三级连杆机构(轴向伸展机构)、弯曲变形结构及锁定装置组成，每一级连杆机构主体可看作一个曲柄滑块机构，每一级的曲柄杆安装在上一级移动副上，连杆安装在该级移动副上，各级机构的移动副依次相连，上级移动副运动带动下级移动副运动，同时移动副的运动带动各级连杆运动实现头锥伸展变形，曲柄杆连接着一段伸缩杆，伸缩杆通过铰链与椭圆形分节外壳连接带动其运动，一级头锥外壳为两节固连，另一节连接头锥头，头锥头与头部基座通过伸缩杆相连。

电机通过联轴器将动力传至阶梯轴，安装在三级连杆机构移动副上的连接件通过键与阶梯轴连接，阶梯轴转动就会带动前端连杆机构整体弯曲变形。各级连杆机构的短轴曲柄杆上安装有锁定块，当头锥伸展变形到位后，固定于基座上的气缸推动锁定销***到锁定块上的孔槽及基座上的销孔，通过限制该处曲柄的转动实现机构的锁定。

下面对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，该多级驱动的连杆式头锥变体机构，主要由一级连杆机构1、二级连杆机构2、三级连杆机构3、弯曲变形机构4及锁定装置5组成。各级连杆机构装配及工作方式类似，这里只对一级连杆机构1进行详细描述。

如图2所示，一级连杆机构1主要由一级液压缸11，一级液压杆111，长轴曲柄杆104、一级短轴曲柄杆105，头部长轴连杆103、头部短轴连杆106，头部伸缩杆107。一级连杆机构1、二级连杆机构2、三级连杆机构3分别连接有一级头锥外壳101、二级头锥外壳201、三级头锥外壳301。

每一级连杆机构主体可看作一个曲柄滑块机构，其中，曲柄基架转动副12的装配关系为：该级长轴曲柄杆104、一级短轴曲柄杆105及下一级长轴连杆203、短轴连杆206一端通过轴承安装在连杆轴122上，并由连杆轴座121一同固定于安装在一级液压缸11上的基架112。曲柄连杆转动副12通过塞打螺丝、轴承及定位螺母装配实现。长轴曲柄杆104、一级短轴曲柄杆105经头部伸缩杆107通过铰链1010与椭圆形一级头锥外壳101相连。一级液压缸11通过液压缸连接件113与下一级二级液压杆211相连，二级液压杆211运动带动上级连杆机构1整体运动，同时还带动该级各杆件及外壳运动，完成头锥轴向伸展变形。

为保证头锥头102相对一级头锥外壳101向驱动方向运动，一级头锥外壳101为两节固连，另一节安装在头锥头102上，头锥头102通过伸缩杆108与头部基架109相连，由一级头锥外壳101通过头锥头102带动伸缩杆108运动。

如图3所示，电机401的运动和动力通过联轴器402传递到阶梯轴404，阶梯轴404的另一端安装在轴承座405上，其中间段与缸轴连接件403通过键连接，缸轴连接件403再通过四根三级螺纹杆314带动前端各级连杆机构整体运动，实现头锥弯曲变形。

如图4所示，各级连杆机构都安装有锁定装置5，其由锁定块501、锁定销503、驱动气缸504、锁定基座502、气缸固定件505几部分组成，锁定块501为对称两块通过螺栓螺母安装固定在二级短轴曲柄杆205上，锁定基座502通过两根二级螺纹杆214安装在二级液压缸21上，其上有两个突起的销孔5021用以限制锁定销503运动，驱动气缸504固定在气缸固定件505上，安装在锁定基座502一侧。锁定开始前，驱动气缸504充气工作在最短行程，二级连杆机构2变形到位后，锁定基座502上的销孔5021、锁定块501上的孔槽5011及驱动气缸504轴同心，此时，电磁阀换向，驱动气缸504达到最远行程，锁定销503穿过孔槽5011***到销孔5021，实现锁定。

头锥伸展变形为分级液压驱动，变形时，各级连杆机构可同时展开，也可按照一级、二级、三级的顺序依次展开或按照需要单级变形，待伸展变形到位后，安装于各级连杆机构上的锁定装置5工作，完成锁定。头锥弯曲变形机构4为电机驱动，变形过程与各级连杆机构及锁定装置5互不相干，独立进行。

该多级驱动的连杆式头锥变体机构具有如下技术效果：

1)本发明包含了三级连杆机构，各级连杆机构通过各自移动副驱动连杆和曲柄杆，再由曲柄杆上连接的伸缩杆带动头锥椭圆形分节外壳直线运动，实现头锥轴向伸展变形。

2)本发明包含了头锥弯曲变形结构，电机通过阶梯轴和连接件带动头锥前端三级连杆机构整体运动，实现头锥弯曲变形。

3)本发明包含了连杆机构锁定装置，实现头锥变形过程中的运动限位及变体锁定。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。