CN105151322A - 一种适用于空间飞行器舱外暴露载荷的连接装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适用于空间飞行器舱外暴露载荷的连接装置，该装置包括：载荷安装接口和载荷锁紧指向组件；载荷安装接口由球体结构和载荷安装结构组成并一体设计；载荷安装结构用于与暴露载荷固定；载荷锁紧指向组件利用预紧力的固定方式固定球体结构；载荷锁紧指向组件包括：把手A、导向驱动销A、防松装置、卡环、壳体A、弹簧A、球体安全挡板、球体安全挡板限位块、被动摩擦杯、限位块驱动弹簧、丝杠A、丝杠A挡圈、主动摩擦杯、碟簧、端盖、防松装置包括：防松装置壳体、防松弹簧、防松球、丝杠B挡圈；本发明能够实现暴露载荷的引导安装、可靠固定、精确指向和过载保护，从而为迅速将暴露载荷安装于舱外设定位置提供技术支撑。

Description

一种适用于空间飞行器舱外暴露载荷的连接装置

技术领域

本发明属于空间应用设备领域，尤其涉及一种适用于空间飞行器舱外暴露载荷的连接装置。

背景技术

空间站、载人飞船等空间飞行器在舱体外壁布置了大量航天员用把手以方便航天员出舱活动时移动和固定，如将部分把手用于固定小型舱外暴露载荷将极大的扩展空间飞行器的暴露实验能力。目前国际空间站已使用舱外把手固定材料暴露实验箱进行长期材料暴露实验。

但是针对舱外暴露载荷，现有技术中的连接装置不能自动捕获舱外暴露载荷，且自锁功能不佳，可靠性较低。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种适用于空间飞行器舱外暴露载荷的连接装置，通过该连接装置能够实现暴露载荷的引导安装、可靠固定、精确指向和过载保护，从而为迅速将暴露载荷安装于舱外设定位置提供技术支撑。

一种适用于空间飞行器舱外暴露载荷的连接装置的技术方案如下，该装置包括：载荷安装接口和载荷锁紧指向组件；其中，载荷安装接口由球体结构和载荷安装结构组成并一体设计；且载荷安装结构用于与暴露载荷固定；所述载荷锁紧指向组件利用预紧力的固定方式固定球体结构；

舱外把手连接装置利用预紧力的固定方式固定把手。

所述载荷锁紧指向组件包括：把手A、导向驱动销A、防松装置、卡环、壳体A、弹簧A、球体安全挡板、球体安全挡板限位块、被动摩擦杯、限位块驱动弹簧、丝杠A、丝杠A挡圈、主动摩擦杯、碟簧、端盖、防松装置包括：防松装置壳体、防松弹簧、防松球、丝杠B挡圈；

壳体A上表面设有圆形开口，壳体内壁侧面上设有滑槽，且左侧端面上设有螺纹通孔；把手A与壳体A通过卡环周向滑动配合、轴向限位；丝杠A上设有与壳体A螺纹通孔相配合的螺纹，丝杠A与壳体A形成丝杠螺母副；把手A上设有导向槽，导向驱动销A位于把手A的导向槽内且径向固定于丝杠A上；弹簧A一端与壳体A左侧内端面固定，另一端与球体安全挡板固定；球体安全挡板在壳体A滑槽内直线移动；球体安全挡板限位块底部与限位块驱动弹簧端面固定，球体安全挡板限位块对球体安全挡板起到限位作用；在壳体A内安装有被动摩擦杯和主动摩擦杯；被动摩擦杯一端与碟簧接触，另一端与壳体A的止口抵触，四周与壳体接触，即被动摩擦杯仅能向右压缩碟簧；主动摩擦杯上设有孔，主动摩擦杯通过该孔、挡圈与丝杠A的右端面滑动连接，挡圈设定于丝杠A右端面轴向限定丝杠A和主动摩擦杯的相对位置且允许丝杠A相对主动摩擦杯旋转；锁紧后，球体结构的球面与被动摩擦杯、主动摩擦杯的球面相配合；壳体A右端面通过端盖可拆卸安装，端盖与壳体A固定后起到限制碟簧的作用；

把手A导向槽首端和末端之间由三个拐点分为四段，第一段和第三段平行于把手A轴向，第二段和第四段垂直于把手A轴向；防松装置设置于把手A导向槽的第四段，且位于第三个拐点和把手A导向槽末端之间；其中第一段的行程为球体安全挡板由锁定位置至释放点；

上述以导向槽首端为左，末端为右。

导向槽由4段直槽组成，共5个节点，从左到右依次为：P、A、B、C、W，其中PA段与把手A轴线平行，AB段与把手A轴线垂直，BC段与把手A轴线平行，CW段与把手A轴线垂直；

PA段：导向槽推动导向驱动销A旋转，导向驱动销A从A向P运动时导向驱动销A驱动丝杠A旋转，丝杠A带动主动摩擦杯及球体安全挡板沿直线向左侧运动压缩两个弹簧A，当导向驱动销A到达A节点时球体安全挡板被限位块驱动弹簧顶起的球体安全挡板限位块锁定；导向槽推动导向驱动销A反向旋转，导向驱动销A从P向A运动时导向驱动销A驱动丝杠A旋转，丝杠A带动主动摩擦杯沿直线向右侧运动直至导向驱动销A到达A节点，此时机构处于待触发状态；

AB段：导向槽不对导向驱动销A发生作用，仅作为导向槽推动导向驱动销A反向旋转越过A点后机构处于待触发状态的指示用途；

BC段：导向槽推动导向驱动销A反向旋转，导向驱动销A从B向C运动时导向驱动销A驱动丝杠A旋转，丝杠A带动主动摩擦杯沿直线向右侧运动与被动摩擦杯抱紧球形锁定指向与载荷安装接口的球体部分，并压缩碟簧为主动摩擦杯、球形锁定指向与载荷安装接口的球体部分与被动摩擦杯提供设计的预紧力；导向槽推动导向驱动销A旋转，导向驱动销A从C向B运动时导向驱动销A驱动丝杠A旋转，丝杠A带动主动摩擦杯沿直线向左侧运动，与球形锁定指向与载荷安装接口的球体部分脱离接触；

CW段：驱动销A从C越过防松装置运动到W，球形锁定指向与载荷安装接口被完全锁紧，驱动销A被防松装置限制实现防松；驱动销A从W越过防松装置运动到C，球形锁定指向与载荷安装接口仍被完全锁紧，驱动销A失去防松装置的限制。

有益效果：本发明通过该连接装置能够实现暴露载荷的引导安装、可靠固定、精确指向和过载保护，从而为迅速将暴露载荷安装于舱外设定位置提供技术支撑。具体的：

专门设计了引导机构引导出舱活动的航天员操作暴露载荷安装于该连接装置上；在对接过程中自动实现连接装置对暴露载荷的捕获，保证连接过程的安全性；预设预紧力的固定方式即防止了对暴露载荷的破坏又保证了充足的紧固力；专门设计的防松装置防止丝杠螺母副的松动，保证连接装置锁紧有效；通过导向驱动销在固定槽中的位置显示连接装置的工作状态；在连接载荷的过程中自动实现连接装置对载荷的捕获，保证连接过程的安全性；采用摩擦球和摩擦杯的方式方便暴露载荷调整朝向并锁紧；采用摩擦球和摩擦杯的方式固定载荷能够为载荷提供受力安全保护。

附图说明

图1为本发明的适用于空间飞行器舱外暴露载荷的连接装置立体图；

图2为本发明的适用于空间飞行器舱外暴露载荷的连接装置刨面图；

图3为本发明的载荷安装接口示意图；

图4为本发明的防松装置示意图；

图5为本发明的导向槽示意图。

具体实施方式

如图1至图4所示，适用于空间飞行器舱外暴露载荷的连接装置包括：载荷安装接口100和载荷锁紧指向组件200，外围设备为暴露载荷300；其中，载荷安装接口100由球体结构400和载荷安装结构500组成；

载荷安装结构500与暴露载荷300固定，载荷锁紧指向组件200与空间飞行器舱外设定位置锁定；将球体结构400与载荷锁紧指向组件200连接使得暴露载荷置于空间飞行器舱外设定位置；

其中：载荷锁紧指向组件200包括：把手A1、导向驱动销A2、防松装置3、卡环4、壳体A5、弹簧A6、球体安全挡板7、球体安全挡板限位块8、被动摩擦杯9、限位块驱动弹簧10、丝杠A11、丝杠A挡圈12、主动摩擦杯13、碟簧14、端盖15、防松装置3包括：防松装置壳体31、防松弹簧32、防松球33、丝杠B挡圈34；

壳体A5上表面设有圆形开口，壳体内壁侧面上设有滑槽，且左侧端面上设有螺纹通孔；把手A1与壳体A5通过卡环4周向滑动配合、轴向限位；丝杠A11上设有与壳体A5螺纹通孔相配合的螺纹，丝杠A11与壳体A5形成丝杠螺母副；把手A1上设有导向槽，导向驱动销A2位于把手A1的导向槽内且径向固定于丝杠A11上；弹簧A6一端与壳体A5左侧内端面固定，另一端与球体安全挡板7固定；球体安全挡板7在壳体A5滑槽内直线移动；球体安全挡板限位块8底部与限位块驱动弹簧10端面固定，球体安全挡板限位块8对球体安全挡板7起到限位作用；在壳体A5内安装有被动摩擦杯9和主动摩擦杯13；被动摩擦杯9一端与碟簧14接触，另一端与壳体A5的止口抵触，四周与壳体接触，即被动摩擦杯9仅能向右压缩碟簧14；主动摩擦杯13上设有孔，主动摩擦杯13通过该孔、挡圈12与丝杠A11的右端面滑动连接，挡圈12设定于丝杠A11右端面轴向限定丝杠A11和主动摩擦杯13的相对位置且允许丝杠A11相对主动摩擦杯13旋转；锁紧后，球体结构400的球面与被动摩擦杯9、主动摩擦杯13的球面相配合；壳体A5右端面通过端盖15可拆卸安装，端盖15与壳体A5固定后起到限制碟簧14的作用；

把手A1导向槽首端和末端之间由三个拐点分为四段，第一段和第三段平行于把手A1轴向，第二段和第四段垂直于把手A1轴向；防松装置3设置于把手A1导向槽的第四段，且位于第三个拐点和把手A1导向槽末端之间；其中第一段的行程为球体安全挡板7由锁定位置至释放点；

上述以导向槽首端为左，末端为右。

如图5所示，把手A1导向槽用于推动导向驱动销A2驱动丝杠A11旋转并为航天员指示机构状态。

导向槽由4段直槽组成，共5个节点(从左到右依次为：起点、A、B、C、终点)，其中起点-A段与把手A1轴线平行，A-B段与把手A1轴线垂直，B-C段与把手A1轴线平行，C-终点段与把手A1轴线垂直。

起点-A段：导向槽推动导向驱动销A2旋转，导向驱动销A2从A向起点运动时导向驱动销A2驱动丝杠A11旋转，丝杠A11带动主动摩擦杯13及球体安全挡板7沿直线向左侧运动压缩两个弹簧A6，当导向驱动销A2到达A节点时球体安全挡板7被限位块驱动弹簧10顶起的球体安全挡板限位块8锁定；导向槽推动导向驱动销A2反向旋转，导向驱动销A2从起点向A运动时导向驱动销A2驱动丝杠A11旋转，丝杠A11带动主动摩擦杯13沿直线向右侧运动直至导向驱动销A2到达A节点，此时机构处于待触发状态。

A-B段：导向槽不对导向驱动销A2发生作用，仅作为导向槽推动导向驱动销A2反向旋转越过A点后机构处于待触发状态的指示用途。

B-C段：导向槽推动导向驱动销A2反向旋转，导向驱动销A2从B向C运动时导向驱动销A2驱动丝杠A11旋转，丝杠A11带动主动摩擦杯13沿直线向右侧运动与被动摩擦杯9抱紧载荷安装接口100的球体部分，并压缩碟簧14为主动摩擦杯13、载荷安装接口100的球体部分与被动摩擦杯9提供设计的预紧力；导向槽推动导向驱动销A2旋转，导向驱动销A2从C向B运动时导向驱动销A2驱动丝杠A11旋转，丝杠A11带动主动摩擦杯13沿直线向左侧运动，与载荷安装接口100的球体部分脱离接触。

C-终点段。驱动销A2从C越过防松装置3运动到终点，载荷安装接口100被完全锁紧，驱动销A2被防松装置3限制实现防松；驱动销A2从终点越过防松装置3运动到C，载荷安装接口100仍被完全锁紧，驱动销A2失去防松装置3的限制。

导向驱动销A2位于导向槽起点时载荷锁紧指向组件处于完全解锁状态。此时弹簧A6被压缩到位，球体安全挡板7被限位块驱动弹簧10顶起的球体安全挡板限位块8锁定，载荷安装接口100的限制去除，航天员可以从载荷锁紧指向组件内拔出载荷安装接口100的球形部分。

导向驱动销A2从起点运动到导向槽B点时载荷锁紧指向组件处于待触发安装状态。此时主动摩擦杯13和球体安全挡板7处于待触发安装状态。

导向驱动销A2位于导向槽终点时载荷锁紧指向组件处于锁定状态。此时载荷安装接口100被主动摩擦杯13与被动摩擦杯9抱紧载荷安装接口100的球体部分，并压缩碟簧14为主动摩擦杯13、载荷安装接口100的球体部分与被动摩擦杯9提供设计的预紧力。

当转动把手A1时，把手A1带动导向驱动销A2转动，导向驱动销A2推动丝杠A11转动；丝杠A11在壳体A5内螺纹作用下向左做直线移动，从而带动导向驱动销A2在把手A1导向槽内向左做直线移动；且丝杠A11带动主动摩擦杯13向左移动，主动摩擦杯13带动球体安全挡板7向左移动，安全挡板7压缩弹簧A6直至导向驱动销A2与把手A1导向槽首端接触，此时球体安全挡板7被限位块驱动弹簧10顶起的球体安全挡板限位块8锁定；

反向转动把手A1通过导向驱动销A2驱动丝杠A11旋转，丝杠A11带动主动摩擦杯13向右直线运动，直至导向驱动销A2越过把手A1导向槽第一个拐点处到达第二拐点处停止，此时主动摩擦杯13和球体安全挡板7处于待触发状态；

当将载荷安装接口100的球体结构400插入壳体A5的圆形开口时，该球体结构400触发球体安全挡板限位块8向下移动，球体安全挡板7失去球体安全挡板限位块8的限位作用而弹出，此时球体安全挡板7将球体结构400限制在球体安全挡板7与壳体内腔组成的空间内，继续反向转动把手A1，通过导向驱动销A2驱动丝杠A11旋转，丝杠A11带动主动摩擦杯13向右直线运动，直至导向驱动销A2越过把手A1导向槽第三个拐点，且将防松装置3上的防松球33压入防松装置壳体31内，越过防松球33后，防松球33被防松弹簧32弹出，直到到达导向槽末端，防松球33对导向驱动销A2限位，此时主动摩擦杯13与被动摩擦杯9抱紧球体结构400，并压缩碟簧14为主动摩擦杯13、球体结构400与被动摩擦杯9提供预紧力。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种适用于空间飞行器舱外暴露载荷的连接装置，其特征在于，包括：载荷安装接口(100)和载荷锁紧指向组件(200)；其中，载荷安装接口(100)由球体结构(400)和载荷安装结构(300)组成并一体设计；且载荷安装结构(300)用于与暴露载荷固定；所述载荷锁紧指向组件(200)利用预紧力的固定方式固定球体结构(400)；

所述载荷锁紧指向组件(200)包括：把手A(1)、导向驱动销A(2)、防松装置(3)、卡环(4)、壳体A(5)、弹簧A(6)、球体安全挡板(7)、球体安全挡板限位块(8)、被动摩擦杯(9)、限位块驱动弹簧(10)、丝杠A(11)、丝杠A挡圈(12)、主动摩擦杯(13)、碟簧(14)、端盖(15)、防松装置(3)包括：防松装置壳体(31)、防松弹簧(32)、防松球(33)、丝杠B挡圈(34)；

壳体A(5)上表面设有圆形开口，壳体内壁侧面上设有滑槽，且左侧端面上设有螺纹通孔；把手A(1)与壳体A(5)通过卡环(4)周向滑动配合、轴向限位；丝杠A(11)上设有与壳体A(5)螺纹通孔相配合的螺纹，丝杠A(11)与壳体A(5)形成丝杠螺母副；把手A(1)上设有导向槽，导向驱动销A(2)位于把手A(1)的导向槽内且径向固定于丝杠A(11)上；弹簧A(6)一端与壳体A(5)左侧内端面固定，另一端与球体安全挡板(7)固定；球体安全挡板(7)在壳体A(5)滑槽内直线移动；球体安全挡板限位块(8)底部与限位块驱动弹簧(10)端面固定，球体安全挡板限位块(8)对球体安全挡板(7)起到限位作用；在壳体A(5)内安装有被动摩擦杯(9)和主动摩擦杯(13)；被动摩擦杯(9)一端与碟簧(14)接触，另一端与壳体A(5)的止口抵触，四周与壳体接触，即被动摩擦杯(9)仅能向右压缩碟簧(14)；主动摩擦杯(13)上设有孔，主动摩擦杯(13)通过该孔、挡圈(12)与丝杠A(11)的右端面滑动连接，挡圈(12)设定于丝杠A(11)右端面轴向限定丝杠A(11)和主动摩擦杯(13)的相对位置且允许丝杠A(11)相对主动摩擦杯(13)旋转；锁紧后，球体结构(400)的球面与被动摩擦杯(9)、主动摩擦杯(13)的球面相配合；壳体A(5)右端面通过端盖(15)可拆卸安装，端盖(15)与壳体A(5)固定后起到限制碟簧(14)的作用；

把手A(1)导向槽首端和末端之间由三个拐点分为四段，第一段和第三段平行于把手A(1)轴向，第二段和第四段垂直于把手A(1)轴向；防松装置(3)设置于把手A(1)导向槽的第四段，且位于第三个拐点和把手A(1)导向槽末端之间；其中第一段的行程为球体安全挡板(7)由锁定位置至释放点；

上述以导向槽首端为左，末端为右。

2.如权利要求1所述的适用于空间飞行器舱外暴露载荷的连接装置，其特征在于，导向槽由4段直槽组成，共5个节点，从左到右依次为：P、A、B、C、W，其中PA段与把手A(1)轴线平行，AB段与把手A(1)轴线垂直，BC段与把手A(1)轴线平行，CW段与把手A(1)轴线垂直；

PA段：导向槽推动导向驱动销A(2)旋转，导向驱动销A(2)从A向P运动时导向驱动销A(2)驱动丝杠A(11)旋转，丝杠A(11)带动主动摩擦杯(13)及球体安全挡板(7)沿直线向左侧运动压缩两个弹簧A(6)，当导向驱动销A(2)到达A节点时球体安全挡板(7)被限位块驱动弹簧(10)顶起的球体安全挡板限位块(8)锁定；导向槽推动导向驱动销A(2)反向旋转，导向驱动销A(2)从P向A运动时导向驱动销A(2)驱动丝杠A(11)旋转，丝杠A(11)带动主动摩擦杯(13)沿直线向右侧运动直至导向驱动销A(2)到达A节点，此时机构处于待触发状态；

AB段：导向槽不对导向驱动销A(2)发生作用，仅作为导向槽推动导向驱动销A(2)反向旋转越过A点后机构处于待触发状态的指示用途；

BC段：导向槽推动导向驱动销A(2)反向旋转，导向驱动销A(2)从B向C运动时导向驱动销A(2)驱动丝杠A(11)旋转，丝杠A(11)带动主动摩擦杯(13)沿直线向右侧运动与被动摩擦杯(9)抱紧球形锁定指向与载荷安装接口(35)的球体部分，并压缩碟簧(14)为主动摩擦杯(13)、球形锁定指向与载荷安装接口(35)的球体部分与被动摩擦杯(9)提供设计的预紧力；导向槽推动导向驱动销A(2)旋转，导向驱动销A(2)从C向B运动时导向驱动销A(2)驱动丝杠A(11)旋转，丝杠A(11)带动主动摩擦杯(13)沿直线向左侧运动，与球形锁定指向与载荷安装接口(35)的球体部分脱离接触；

CW段：驱动销A(2)从C越过防松装置(3)运动到W，球形锁定指向与载荷安装接口(35)被完全锁紧，驱动销A(2)被防松装置(3)限制实现防松；驱动销A(2)从W越过防松装置(3)运动到C，球形锁定指向与载荷安装接口(35)仍被完全锁紧，驱动销A(2)失去防松装置(3)的限制。