CN109210305A - 一种新型旋转式连接气路快插组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型旋转式连接气路快插组件，在空间站舱外使用。包括：头部组件和身部组件，身部组件设置有螺旋槽，头部组件和身部组件通过所述螺旋槽旋转啮合，使得气路连通。本结构采用旋转式连接结构，操作力小且便于航天员发力，对身体姿态影响小，单手即可完成对接与断开操作。此种结构设计简便、操作方便，旋转连接时的力矩不超过2.5N·m，具有明确的操作指示标识和产品连接到位反馈标示，符合人机工效学设计要求。

Description

一种新型旋转式连接气路快插组件

技术领域

本发明涉及一种新型旋转式连接气路快插组件，在空间站舱外使用。

背景技术

空间站舱外用气路快插组件产品空间限制严格，重量要求轻。使用温度在-80～200℃之间，要求漏率高。人机工效学设计严格，产品在人机工效学试验中，操作者在穿着航天服的情况下操作能力受限，不仅要求单手握持与发力，还要求满足人服系统运动力学特性(包括握径、操作力、旋转力)和视觉与触觉反馈，到位锁紧要求等。

国内航天快卸流体连接器在对接操作过程中一手要把住2-0组件与1-0组件对接，另外一只手需要向后拉滑套组件，两手需配合才能完成快卸连接，无法实现直接推进操作连接。

人机工效学试验对气路快插组件握径要求尺寸较小，最大握径≤35mm，这对产品的内部结构设计带来了很大的困难，例如波纹管与快卸结构都需要一定的结构空间，波纹管管径过小会导致波纹管失稳，且刚度得不到保证，影响端面密封性能。针对以上因素，考虑到产品高密封性要求以及符合工效学标准、结构尺寸等方面，设计了一种型旋转式连接气路快插组件。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种新型旋转式连接气路快插组件。

本发明的技术解决方案是：

一种新型旋转式连接气路快插组件，包括：头部组件和身部组件，身部组件设置有螺旋槽，头部组件和身部组件通过所述螺旋槽旋转啮合，使得气路连通。

所述头部组件包括旋转接头、连接接头、旋转定位销以及保护堵帽；

连接接头为直角弯头状结构，一端为进气口，另一端与旋转接头固定连接，旋转接头为直筒状结构，用于与身部组件啮合连接，且在该直筒状结构上设置有凸台，沿所述凸台周向均匀设置有旋转定位销，保护堵帽用于进气口防护。

身部组件包括壳体、轴用弹性挡圈、挡板、波纹管组件、滑套组件、弹簧以及密封环；

壳体内装入密封环，用于头部组件和身部组件啮合连接时的密封，壳体内装入挡板以固定密封环，波纹管组件设置在壳体内部且波纹管组件的端部与壳体固定连接，挡板位于波纹管组件和壳体之间；

弹簧套装在壳体的外圆上，滑套组件套装在弹簧的外圆上，弹簧的一个端顶在壳体上，另一端压装在滑套组件上，头部组件和身部组件啮合连接时，头部组件对壳体施加推力，使得壳体相对滑套组件移动，进而弹簧压缩；轴用弹性挡圈装在壳体外侧，防止滑套组件脱落。

所述滑套组件包括滑套和滑套直段,滑套直段焊接在滑套上形成滑套组件整体，滑套直段内侧均匀设置有轴向直槽，滑套内侧设置有螺旋槽，所述直槽和螺旋槽一一对应，对接在一起后形成滑套组件内的滑槽，头部组件和身部组件啮合连接时，旋转定位销沿滑槽滑动。

所述滑槽内设置有定位孔，旋转定位销与定位孔配合使得头部组件和身部组件啮合到位后锁定。

定位孔的中心偏离螺旋槽。

旋转定位销上设置视觉标识，当头部组件和身部组件啮合到位后，视觉标识通过定位孔可见。

壳体外侧设置有视觉标识，当头部组件和身部组件啮合连接时，壳体相对滑套组件移动，啮合到位后，壳体上的视觉标识可见。

滑套直段外侧设置有视觉标识，与滑套直段内侧的轴向直槽一一对应，用于标识轴向直槽。

所述波纹管组件包括密封环体、波纹管和端盖组件，波纹管的两端分别与密封环体和端盖组件固定连接，其中端盖组件又包括端盖和设置在端盖内的粉末烧结网，用于过滤气体中的杂质。

所述螺旋槽的旋转角度小于90°。所述直槽和螺旋槽的总前进量为28mm。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本结构采用旋转式连接结构，操作力小且便于航天员发力，对身体姿态影响小，单手即可完成对接与断开操作。此种结构设计简便、操作方便，旋转连接时的力矩不超过2.5N·m，具有明确的操作指示标识和产品连接到位反馈标示，符合人机工效学设计要求反馈标识方面，包括对位标识与连接到位反馈两部分，对位标识采用对位红线与定位销对准的方式保证正确对位。到位反馈中，一方面为视觉反馈，连接到位时，气路快插组件顶部会有红色定位线露出，定位孔中露出红色销轴，两处同时出现即表明连接到位。

(2)该结构连接到位后采用定位销和定位孔配合实现气路快插组件头部组件和身部组件的锁紧。定位孔的中心偏离螺旋槽，连接器对接到位后，定位销轴滑落到定位孔中以保证快插组件锁紧。同时，连接到位时会有定位销落入定位孔后的力学反馈。

(3)该结构在气体连通时同时设计过滤装置以保证过滤器气体中的多余物。

附图说明

图1为本发明气路快插组件连接状态正剖视图；

图2为本发明头部组件结构示意图；

图3为本发明身部组件结构示意图；

图4为本发明滑套组件外形图；

图5为本发明滑套组件结构示意图；

图6为本发明沟槽尺寸示意图；

图7为本发明视觉标示示意图；

图8为本发明波纹管组件结构示意图；

图9为本发明端盖组件结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提出了一种新型旋转式连接气路快插组件，包括：头部组件和身部组件，身部组件设置有螺旋槽，头部组件和身部组件通过所述螺旋槽旋转啮合，使得气路连通。

气路快插组件由1-0组件(头部组件)和2-0组件(身部组件)组成，它们的啮合是靠人工转力，依靠设置在2-0组件中的螺旋槽转动，带动1-0组件与2-0组件啮合。连接时，将2-0组件中滑套组件的螺旋槽对准1-0中的定位销，进入后顺时针方向旋转，压缩弹簧与波纹管沿螺旋槽前进，直至定位销落入定位孔，此时气路快插组件连通。啮合到位时，2-0组件中的波纹管处于压缩状态，推力最大值不超过45N，如图1所示。断开接头时，向下推动滑套组件使它克服弹簧力前移，使定位销从定位孔中脱出并逆时针转动滑套组件，使快插组件相互脱开，此时，波纹管处于自由状态，如图3所示。

如图2所示，头部组件包括旋转接头1、连接接头2、旋转定位销3以及保护堵帽4；

连接接头2为直角弯头状结构，一端为进气口，另一端与旋转接头1固定连接，旋转接头1为直筒状结构，用于与身部组件啮合连接，且在该直筒状结构上设置有凸台，沿所述凸台周向均匀设置有旋转定位销3，保护堵帽4用于进气口防护。

如图3所示，身部组件包括壳体5、轴用弹性挡圈6、挡板7、波纹管组件8、滑套组件9、弹簧10以及密封环11；

壳体5内装入密封环11，用于头部组件和身部组件啮合连接时的密封，壳体5内装入挡板7以固定密封环11，波纹管组件8设置在壳体5内部且波纹管组件8的端部与壳体5固定连接，挡板7位于波纹管组件8和壳体5之间；

弹簧10套装在壳体5的外圆上，滑套组件9套装在弹簧10的外圆上，弹簧10的一个端顶在壳体5上，另一端压装在滑套组件9上，头部组件和身部组件啮合连接时，头部组件对壳体5施加推力，使得壳体5相对滑套组件9移动，进而弹簧10压缩；轴用弹性挡圈6装在壳体5外侧，防止滑套组件9脱落。

如图4、5所示，滑套组件9包括滑套12和滑套直段13,滑套直段13焊接在滑套12上形成滑套组件9整体，滑套直段13内侧均匀设置有轴向直槽，滑套12内侧设置有螺旋槽，所述直槽和螺旋槽一一对应，对接在一起后形成滑套组件9内的滑槽，头部组件和身部组件啮合连接时，旋转定位销3沿滑槽滑动。

滑套组件螺旋槽的设计中，设计要求旋转角度小于90°以方便宇航员操作，结合波纹管压缩量与滑套组件的前进量，通过三维模装可以得出螺旋槽的前进量为28mm，类型为梯形右旋，考虑到装配和对接的稳定性，沿轴向均匀分布三道螺旋槽，在螺旋槽端面加入一段用于和定位销对位的滑套直段(如图5所示)，这样不仅可以保证螺旋槽升角不变，同时可以使对位更加准确可靠。

该气路快插组件连接到位后采用定位销和定位孔配合实现连接器1-0组件和2-0组件的锁紧。连接器对接到位后，定位销轴滑落到定位孔中以保证快插组件锁紧，如图5所示。

如图6所示，滑槽内设置有定位孔，旋转定位销3与定位孔配合使得头部组件和身部组件啮合到位后锁定。定位孔的中心偏离螺旋槽。螺旋槽的旋转角度小于90°，直槽和螺旋槽的总前进量为28mm。直线段部分长度6mm，即图5中滑套直段13的长度。

反馈标识主要包括两方面的设计，一是产品对位时的对位标识设计，二是判断产品是否连接到位的到位反馈设计。

如图7所示，旋转定位销3上设置视觉标识，当头部组件和身部组件啮合到位后，视觉标识通过定位孔可见。

如图7所示，壳体5外侧设置有视觉标识，当头部组件和身部组件啮合连接时，壳体5相对滑套组件9移动，啮合到位后，壳体5上的视觉标识可见。

滑套直段13外侧设置有视觉标识，与滑套直段13内侧的轴向直槽一一对应，用于标识轴向直槽。

更具体的，滑套组件靠近连接端的曲面上刻有沿轴向均匀分布的三个定位槽，槽内涂红漆；定位销的表面也涂有红漆。操作时只需将滑套组件上红线对准定位销轴，垂直对接即可准确完成对位，便于操作。判断产品是否连接到位的标识设计由两处保证，如图7所示，对位到位前与到位后相比，定位销旋入定位孔中，从侧面观察可以在定位孔中看到红色表面，同时2-0组件内部密封结构后退到位后，定位红线便露出，通过定位孔与定位红线两处视觉标识，加上定位销落入定位孔中的力学反馈，即可判断连接已到位。

在波纹管组件设计中，为了过滤气体中的多余物，在气体出口处设计过滤结构。将粉末烧结网焊接在波纹管端盖处，过滤精度可达3微米，如图8、9所示，波纹管组件8包括密封环体14、波纹管15和端盖组件16，波纹管15的两端分别与密封环体14和端盖组件16固定连接，其中端盖组件16又包括端盖17和设置在端盖17内的粉末烧结网18，用于过滤气体中的杂质。

Claims (12)

1.一种新型旋转式连接气路快插组件，其特征在于包括：头部组件和身部组件，身部组件设置有螺旋槽，头部组件和身部组件通过所述螺旋槽旋转啮合，使得气路连通。

2.根据权利要求1所述快插组件，其特征在于：所述头部组件包括旋转接头(1)、连接接头(2)、旋转定位销(3)以及保护堵帽(4)；

连接接头(2)为直角弯头状结构，一端为进气口，另一端与旋转接头(1)固定连接，旋转接头(1)为直筒状结构，用于与身部组件啮合连接，且在该直筒状结构上设置有凸台，沿所述凸台周向均匀设置有旋转定位销(3)，保护堵帽(4)用于进气口防护。

3.根据权利要求2所述快插组件，其特征在于：身部组件包括壳体(5)、轴用弹性挡圈(6)、挡板(7)、波纹管组件(8)、滑套组件(9)、弹簧(10)以及密封环(11)；

壳体(5)内装入密封环(11)，用于头部组件和身部组件啮合连接时的密封，壳体(5)内装入挡板(7)以固定密封环(11)，波纹管组件(8)设置在壳体(5)内部且波纹管组件(8)的端部与壳体(5)固定连接，挡板(7)位于波纹管组件(8)和壳体(5)之间；

弹簧(10)套装在壳体(5)的外圆上，滑套组件(9)套装在弹簧(10)的外圆上，弹簧(10)的一个端顶在壳体(5)上，另一端压装在滑套组件(9)上，头部组件和身部组件啮合连接时，头部组件对壳体(5)施加推力，使得壳体(5)相对滑套组件(9)移动，进而弹簧(10)压缩；轴用弹性挡圈(6)装在壳体(5)外侧，防止滑套组件(9)脱落。

4.根据权利要求3所述快插组件，其特征在于：所述滑套组件(9)包括滑套(12)和滑套直段(13),滑套直段(13)焊接在滑套(12)上形成滑套组件(9)整体，滑套直段(13)内侧均匀设置有轴向直槽，滑套(12)内侧设置有螺旋槽，所述直槽和螺旋槽一一对应，对接在一起后形成滑套组件(9)内的滑槽，头部组件和身部组件啮合连接时，旋转定位销(3)沿滑槽滑动。

5.根据权利要求4所述快插组件，其特征在于：所述滑槽内设置有定位孔，旋转定位销(3)与定位孔配合使得头部组件和身部组件啮合到位后锁定。

6.根据权利要求5所述快插组件，其特征在于：定位孔的中心偏离螺旋槽。

7.根据权利要求5所述快插组件，其特征在于：旋转定位销(3)上设置视觉标识，当头部组件和身部组件啮合到位后，视觉标识通过定位孔可见。

8.根据权利要求3所述快插组件，其特征在于：壳体(5)外侧设置有视觉标识，当头部组件和身部组件啮合连接时，壳体(5)相对滑套组件(9)移动，啮合到位后，壳体(5)上的视觉标识可见。

9.根据权利要求4所述快插组件，其特征在于：滑套直段(13)外侧设置有视觉标识，与滑套直段(13)内侧的轴向直槽一一对应，用于标识轴向直槽。

10.根据权利要求3所述快插组件，其特征在于：所述波纹管组件(8)包括密封环体(14)、波纹管(15)和端盖组件(16)，波纹管(15)的两端分别与密封环体(14)和端盖组件(16)固定连接，其中端盖组件(16)又包括端盖(17)和设置在端盖(17)内的粉末烧结网(18)，用于过滤气体中的杂质。

11.根据权利要求4所述快插组件，其特征在于：所述螺旋槽的旋转角度小于90°。

12.根据权利要求4所述快插组件，其特征在于：所述直槽和螺旋槽的总前进量为28mm。