基于双共轭凸轮助力原理的在轨维护快接系统
技术领域
本发明涉及航空航天中的在轨维护技术领域,具体涉及一种基于双共轭凸轮助力原理的在轨维护快接系统。
背景技术
随着航空航天技术的飞速发展,空间活动更加频繁,在轨运行的航天器数量日益增多,航天器的结构和组成日趋复杂,性能和技术水平也在不断提高。但是由于受发射费用和客观环境等的影响,很少对航天器进行如地面设备常有的维护、保养和升级,况且航天器所处的空间环境复杂恶劣,航天器常在其任务中出现功能失效的情况,损失巨大。因此,如何保证航天器在空间环境中持久、稳定的运行,是目前亟待解决的问题之一。因此对航天器进行在轨维护就显得尤其重要。
目前,需要助力的快接系统在轨维护方式主要采用机械臂,其存在以下问题:机械臂的结构和控制均比较复杂,而且设计和运行成本均比较高,可靠性较低,可工作区域受限。存在以上问题的原因是:采用机械臂的在轨维护方式,则必须为所有在轨可更换单元(ORU)设计专用接口,对机械臂的控制相对复杂且存在盲区。
发明内容
为了解决现有大插拔力快接系统在轨维护对机械臂的依赖的问题,本发明提供一种基于双共轭凸轮助力原理的在轨维护快接系统。
本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下:
本发明的基于双共轭凸轮助力原理的在轨维护快接系统,包括设置在在轨可更换单元中的快接插座和设置在主光机平台中的快接插头,还包括:
与主光机平台固连的快接插头安装板,所述在轨可更换单元通过多个不脱落连接螺钉固定在快接插头安装板上,所述快接插头固定在快接插头安装板上;
固定在快接插头安装板上且位于在轨可更换单元左右两侧的两个定位导向销钉,用于限定在轨可更换单元的位置;
固定在在轨可更换单元下端的快接插座安装板,所述快接插座固定在快接插座安装板上;
分别固定在在轨可更换单元下端左右两个侧面上的两个助力支耳,两个助力支耳关于在轨可更换单元质心对称;
分别固定在快接插头安装板左右两侧的两个助力机构,两个助力机构与两个助力支耳一一对应,通过拨动两个助力机构带动助力支耳使得快接插头与快接插座对接到位,两个助力机构同时旋转90°完成在轨可更换单元的插拔。
进一步的,所述助力机构包括:
固定在快接插头安装板上的旋转轴座;
安装在旋转轴座上的共轭凸轮;
固定在共轭凸轮侧面圆周上的扇形结构,所述扇形结构与共轭凸轮的旋转中心具有偏心距,能够保证助力机构旋转后带动在轨可更换单元到达设定位置;
固定在共轭凸轮圆柱面上的转杆插座;
安装在转杆插座中的助力转杆,所述助力转杆能从转杆插座中拔出;
拨动助力转杆带动共轭凸轮绕自身旋转中心转动,同时带动扇形结构。
进一步的,所述助力支耳包括:
固定在在轨可更换单元上的本体;
设置在本体上的上助力块和下助力块,所述上助力块与下助力块相对设置,所述上助力块的上缘与下缘均为平面结构,所述下助力块的上缘为圆弧形结构、下缘为平面结构,所述上助力块和下助力块均与扇形结构相互配合。
进一步的,拔出在轨可更换单元时,所述上助力块下缘与扇形结构外缘相配合;插入在轨可更换单元时,所述下助力块上缘与扇形结构内缘相配合。
进一步的,所述定位导向销钉的导向长度大于助力机构在导向方向上的运行距离。
进一步的,还包括用于手持在轨可更换单元的两个把手,两个把手均固定在在轨可更换单元上端面上并且位于上端面左右两侧。
进一步的,所述扇形结构、左侧助力支耳、右侧助力支耳均采用锡青铜合金制成。
本发明的有益效果是:
1、本发明提出一种具有助力功能的可在轨维护快接系统,其中的助力机构是基于双共轭凸轮助力原理设计而成的,宇航员操作时只需轻轻旋转两侧的助力转杆即可实现在轨可更换单元的拆装工作,真正的实现了快接的目的,摆脱了大插拔力快接系统在轨维护对机械臂的依赖,有效的提高了宇航员在轨维护的能力。
2、本发明创造性的设计了一种偏心共轭凸轮助力机构,该机构重量轻、体积小、具有较大的力的放大比。
3、本发明中的助力机构通过与助力支耳相互配合,形成一种直插式的快接连接结构,可实现以较小的力将在轨可更换单元快速的插入拔出。
4、本发明的基于双共轭凸轮助力原理的在轨维护快接系统,结构简洁紧凑、质量轻、体积小、便于安装,同时力的放大比较大。
5、本发明具有很好的通用性,适合于在类似在轨可更换单元的在轨维护领域推广使用。
附图说明
图1为本发明的基于双共轭凸轮助力原理的在轨维护快接系统的立体图(省略了快接插头安装板和在轨可更换单元前面板)。
图2为本发明的基于双共轭凸轮助力原理的在轨维护快接系统的主视图。
图3为左助力机构的结构示意图。
图4为左助力支耳的结构示意图。
图5为快接插座的结构示意图。
图6为快接插座安装板的结构示意图。
图7为快接插头的结构示意图。
图中:1、左侧助力机构,1-1、旋转轴座,1-2、共轭凸轮,1-3、转杆插座,1-4、助力转杆,1-5、扇形结构,2、左侧助力支耳,2-1、本体,2-2、上助力块,2-3、下助力块,3、右侧助力机构,4、右侧助力支耳,5、在轨可更换单元(ORU),6、快接插座,7、快接插座安装板,8、快接插头,9、快接插头安装板,10、定位导向销钉,11、不脱落连接螺钉,12、把手。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
现有航天器中设置有主光机平台以及在轨可更换单元5,所谓在轨可更换单元5是一种为航天器提供某种功能的相对独立的功能模块或小型载荷,在本发明中将这些功能模块或小型载荷统称为在轨可更换单元5,本发明主要是针对在轨可更换单元5进行插拔更换。
如图1和图2所示,本发明的基于双共轭凸轮助力原理的在轨维护快接系统主要包括:左侧助力机构1、左侧助力支耳2、右侧助力机构3、右侧助力支耳4、快接插座6、快接插座安装板7、快接插头8、快接插头安装板9、2个定位导向销钉10、多个不脱落连接螺钉11、用于手持在轨可更换单元5的把手12,把手12数量为2个。
整个系统通过快接插头安装板9与主光机平台进行固定连接,在轨可更换单元5下端通过多个不脱落连接螺钉11固定在快接插头安装板9上的设定位置。2个定位导向销钉10固定在快接插头安装板9上,并且位于在轨可更换单元5左右两侧,用于限定在轨可更换单元5的位置。在轨可更换单元5中设置有快接插座6,其结构如图5所示,而主光机平台中设置有快接插头8,其结构如图7所示,快接插座6与快接插头8构成连接器,有直插型和旋插型两种,为实现系统维护的快速性,本发明中选用直插型。快接插座安装板7固定在在轨可更换单元5下端,快接插座6固定在快接插座安装板7上,快接插座安装板7的结构如图6所示。快接插头8固定在快接插头安装板9上。两个把手12均固定在在轨可更换单元5上端面上并且位于上端面左右两侧。左侧助力支耳2和右侧助力支耳4分别固定在在轨可更换单元5下端左右两个侧面上,这两个助力支耳在在轨可更换单元5上的具体安装位置关于在轨可更换单元5的质心对称。左侧助力机构1与右侧助力机构3分别固定在快接插头安装板9左右两侧。左侧助力机构1与左侧助力支耳2的位置相对应,右侧助力机构3与右侧助力支耳4的位置相对应。在轨可更换单元5更换前后,通过拨动左右两个助力机构并带动助力支耳使得快接插头8与快接插座6对接到位。
左侧助力机构1与右侧助力机构3的结构尺寸均相同,两个助力机构是以一对互为镜像的偏心共轭凸轮为原理进行设计。以左侧助力机构1为例进行介绍。如图3所示,左侧助力机构1主要由旋转轴座1-1、共轭凸轮1-2、转杆插座1-3、助力转杆1-4、扇形结构1-5组成。旋转轴座1-1通过螺钉固定在快接插头安装板9上。共轭凸轮1-2安装在旋转轴座1-1的安装孔中,扇形结构1-5固定在共轭凸轮1-2的侧面圆周上,所说的扇形结构1-5与共轭凸轮1-2的旋转中心具有一定偏心距,该偏心距能够保证机构旋转后带动在轨可更换单元5到达设定位置,在轨可更换单元5到达设定位置后,扇形结构1-5即与在轨可更换单元5脱离,不影响在轨可更换单元5的插拔。转杆插座1-3固定在共轭凸轮1-2的圆柱面上,助力转杆1-4安装在转杆插座1-3的安装孔中,助力转杆1-4可以从转杆插座1-3中拔出。由于助力转杆1-4通过转杆插座1-3与共轭凸轮1-2实现固连,因此,当推动助力转杆1-4的同时带动共轭凸轮1-2绕自身旋转中心转动,其上的扇形结构1-5也随之转动。助力转杆1-4的长度可近似视为动力臂,共轭凸轮1-2的半径可视为阻力臂,二者形成杠杆作用,由于二者尺寸差异较大,因此助力机构可以实现较大力的放大比。
左侧助力支耳2和右侧助力支耳4的结构尺寸相同。以左侧助力支耳2为例进行介绍。如图4所示,左侧助力支耳2主要由本体2-1、上助力块2-2、下助力块2-3组成。本体2-1是一种具有一定厚度的方形结构,其四个角设置有安装槽和安装孔,本体2-1通过螺钉固定在在轨可更换单元5上。在本体2-1上设置有上助力块2-2、下助力块2-3,上助力块2-2与下助力块2-3相对设置,即上助力块2-2的上缘与下缘均为平面结构,下助力块2-3的上缘为圆弧形结构、下缘为平面结构。上助力块2-2下缘设计成平面与下助力块2-3上缘设计成弧形结构可确保其分别与共轭凸轮1-2的外圆弧面及内圆弧面接触时无干涉、且助力块的受力区域稳定。上助力块2-2、下助力块2-3均与共轭凸轮1-2上的扇形结构1-5相互配合。具体的是:当在轨可更换单元5拔出时,上助力块2-2下缘与扇形结构1-5外缘相配合,当在轨可更换单元5插入时,下助力块2-3上缘与扇形结构1-5内缘相配合。左侧助力机构1与右侧助力机构3均同时旋转90°即可完成在轨可更换单元5的插拔。定位导向销钉10的导向长度大于助力机构在导向方向上的运行距离。
本实施方式中,扇形结构1-5、左侧助力支耳2、右侧助力支耳4均采用锡青铜合金制成。
本发明的基于双共轭凸轮助力原理的在轨维护快接系统在地面安装阶段,其具体的操作过程如下:
步骤一、将左侧助力支耳2和右侧助力支耳4安装在关于在轨可更换单元5质心对称的位置。
步骤二、利用多根不脱落连接螺钉11将在轨可更换单元5固定于快接插头安装板9上的设定位置。
步骤三、将左侧助力机构1与右侧助力机构3分别安装在快接插头安装板9左右两侧,两侧的助力机构与两侧的助力支耳一一对应,形成相互配合关系。
步骤四、通过推动助力转杆1-4使两侧的助力机构旋转并带动对应的助力支耳使得在轨可更换单元5上的快接插座6与主光机平台上的快接插头8对接到位。
步骤五、拔出助力转杆1-4。
本发明的基于双共轭凸轮助力原理的在轨维护快接系统在在轨替换阶段,其具体的操作过程如下:
步骤一、松开在轨可更换单元5与主光机平台之间的多根不脱落连接螺钉11。
步骤二、插入助力转杆1-4。
步骤三、通过推动助力转杆1-4使两侧的助力机构旋转并带动对应的助力支耳使得在轨可更换单元5上的快接插座6与主光机平台上的快接插头8分离。
步骤四、拔出助力转杆1-4。
步骤五、通过拉动把手12,手动拔出在轨可更换单元5,并安置好旧的在轨可更换单元5。
步骤六、取出新的在轨可更换单元5。
步骤七、按照定位导向销钉10导向安装新的在轨可更换单元5,直至宇航员力的操作极限。
步骤八、插入助力转杆1-4。
步骤九、通过推动助力转杆1-4使两侧的助力机构旋转并带动对应的助力支耳使得新的在轨可更换单元5上的快接插座6与主光机平台上的快接插头8对接到位。
步骤十、拔出助力转杆1-4。
步骤十一、拧紧新的在轨可更换单元5与主光机平台之间的多根不脱落连接螺钉11。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。