CN109580190B - 一种成套舱外航天服锁闭机构测试的模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种成套舱外航天服锁闭机构测试的模拟装置，属于航天技术领域。该模拟装置包括门闩开闭机构测试装置、驱动机构测试装置和钢丝绳摆动测试装置；本发明是一种通用且可重复利用的锁闭机构模拟试验平台，一方面可用于锁闭机构构型理论研究，另一方面可用于辅助工程研制，对锁闭机构设计方案及时进行评价与优化。本发明是用来模拟舱外航天服锁闭机构构型的试验平台，可用于锁闭机构构型设计和工程实施总方案评价，也可作为锁闭机构与舱外航天服出入结构复合系统研究。

Description

一种成套舱外航天服锁闭机构测试的模拟装置

技术领域

本发明涉及一种成套舱外航天服锁闭机构测试的模拟装置，属于航天技术领域。

背景技术

舱外航天服装备是航天员出舱活动必须的支持装备，为航天员在出舱活动中提供生命支持与工效保障的能力。在目前的航天服装备组成中，锁闭机构是压力服的重要组成部分，不仅关系到舱外航天服的穿脱能力，还对于确保舱外航天服安全性等方面具有重要影响。

舱外航天服锁闭机构的核心是数套相同的门闩、开口销座和导向销座组成的运动副，其中，各门闩和开口销座是主要承力结构，导向销座与门闩成轴孔间隙配合，在门闩进行直线往复运动时起导向作用，其中门闩性能对舱外航天服的穿脱性能具有直接影响；除了上述核心零件，锁闭机构还有操作用的把手(含摆轮组件)，以及起到连接门闩和传递运动作用的钢缆、门闩滑块和连杆等一系列零部件。锁闭机构的设计参照俄罗斯同类产品比较成熟的设计，设计方法还依靠经验为主，辅以采用仿真分析和样机测试试验等方法综合开展，但是该产品的具体制作工艺——如门闩和把手中摆轮组件的材料选择、加工成型、热处理、表面固体润滑涂层的选择和具体施工工艺处理以及钢缆制作的各个环节等诸多具体工艺方法均需要根据国内具体情况进行摸索完善。此装置发明之前对其设计效果、零件之间匹配性和加工质量的评价在产品装配在舱外航天服上之后进行，这无疑增加了产品评价的成本，降低研制效率与效果。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有检测方法成本高、效率低的问题，提供一种成套舱外航天服锁闭机构测试的模拟装置。该装置是一种通用且可重复利用的锁闭机构模拟试验平台，一方面可用于锁闭机构构型理论研究，另一方面可用于辅助工程研制，对锁闭机构设计方案及时进行评价与优化。

本发明是用来模拟舱外航天服锁闭机构构型的试验平台，可用于锁闭机构构型设计和工程实施总方案评价，也可作为锁闭机构与舱外航天服出入结构结合系统研究。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种成套舱外航天服锁闭机构测试的模拟装置，包括：门闩开闭机构测试装置、驱动机构测试装置和钢丝绳摆动测试装置；

所述门闩开闭机构测试装置，包括：底座、第一驱动电机、第一曲轴连杆滑块组合、力传感器、第一模拟躯干背包销座、待测门闩和第一计数器；

第一驱动电机通过自身的支架和安装螺钉固定在由不同规格铝合金型材组合而成的底座上，并能通过在铝合金型材的沟槽内移动固定点来调整安装位置；第一驱动电机对称位置处固定有从动轴承，以利于受力，从动轴承的安装方式和第一驱动电机相同；第一曲轴连杆滑块组合中的曲轴两端分别与第一驱动电机和从动轴承连接；连杆两端分别连接在曲轴颈部和滑块上，曲轴连杆滑块组合将驱动电机的旋转运动转换为在圆形轨道上的往复运动；第一模拟躯干背包销座中的躯干销座与背包销座对称布置在圆形滑道两侧；待测门闩穿过第一模拟躯干背包销座然后通过螺纹与力传感器一端固定连接；力传感器的另一端与第一曲轴连杆滑块组合中的滑块通过螺纹固定连接；第一计数器用于记录运动次数；力传感器与第一计数器测量的结果通过各自的显示器显示；

通过调整第一模拟躯干背包销座中的背包销座的轴线位置和弹簧压缩量可实现对待测门闩加载不同的载荷；

所述驱动机构测试装置包括：带导轨的铝型材组合底座、第二模拟躯干背包销座(数量共两套，结构和组成与门闩开闭机构测试装置中的第一模拟躯干背包销座相同，用途是配合相应的门闩作为驱动机构的负载使用)、待测摆轮组件、第二驱动电机、行星减速器、涡轮蜗杆传动组件、摆动杆、模拟手柄轴和第二计数器；

第二模拟躯干背包销座、待测摆轮组件、第二驱动电机、行星减速器、涡轮蜗杆传动组件、摆动杆、模拟手柄轴和第二计数器均在铝型材组合底座上固定安装；第二驱动电机通过行星减速器减速后，再经过涡轮蜗杆传动组件将运动方向变换90°，同时进行二级减速后给摆动杆提供动力；摆动杆旋转时通过滑块带动由模拟手柄轴和待测摆轮组件连接组成的摇臂按照设定角度进行摆动；摆轮组件位于成直线分布的两套第二模拟躯干背包销座中间，其扇形部位分为上下两层，即可见的上层扇形开孔翼和被遮挡下层扇形开孔翼，两翼之间的空隙为水平放置的门闩滑块活动空间，该门闩滑块与其左右两侧的门闩通过螺纹连接，三者在两套第二模拟躯干背包销座的约束下只能进行预先设定的直线往复运动，摆轮组件摆动时通过上下两层扇形开孔翼上的扇形孔两侧与门闩滑块上下两面的圆形凸起接触，间歇地驱动门闩滑块带动两个门闩在两套第二模拟躯干背包销座中往复运动；第二计数器用于记录运动次数，其结果通过显示器显示；

所述钢丝绳摆动测试装置包括：铝型材底座；第三驱动电机；导轨；第二曲轴连杆滑块组合；牵引绳安装底座；第三计数器；钢缆试验件；

铝型材底座上平面中心轴线上安装有导轨，一端通过安装支架固定第三驱动电机；在第三驱动电机对称位置安装有从动轴承；第二曲轴连杆滑块组合中的曲轴两端分别与第三驱动电机和从动轴承连接；连杆两端分别与曲轴颈部和滑块连接；组合中共有两个滑块，均使用螺栓与安装有两个带槽滑轮的可拆卸的支架连接；第二曲轴连杆滑块组合沿导轨运动；牵引绳安装底座通过支撑板固定在铝型材底座上，支撑板上开设有活动凹槽，用于调整牵引绳安装底座距离导轨之间的距离；钢缆试验件是将钢丝绳穿过复位弹簧及其前后两侧的垫片后将钢球固定在两端加工而成，一端的钢球安装在牵引绳安装底座内，另一端穿过可拆卸支架和垫片以及复位弹簧后由于弹力处于接近水平的自由状态，通过复位弹簧的弹力以确保钢缆试验件的往复摆动不发生弯折或卡滞；

有益效果

1、舱外航天服锁闭机构模拟装置是一种适应性广的锁闭机构模拟试验装备，可模拟在符合现有安装空间要求下的不同锁闭机构的构型，该范围足以覆盖舱外航天服锁闭机构的研究需求。

2、模拟装置实现了舱外航天服锁闭机构的单元化模拟和测试功能，在测试中充分考虑了各个组成部件间的功能相对独立的情况，将一系列复杂机构高度集成的装置拆解成若干单独零件使用性能的测试单元。

3、考虑到舱外航天服锁闭装置使用的不同材料之间匹配等因素进行筛选试验；四是可以通过不同数量的测试装置组合进行舱外航天服锁闭机构的寿命测试。

附图说明

图1舱外航天服锁闭机构门闩开闭机构测试装置图，图a为前视图；图b为左视图；图c为俯视图；

图2舱外航天服锁闭机构驱动机构测试装置图，图a为右视图；图b为前视图；图c为俯视图；

图3舱外航天服锁闭机构钢丝绳摆动测试装置图，图a为右视图；图b为前视图；图c为俯视图。

其中，1—底座；2—第一驱动电机；3—第一曲轴连杆滑块组合；4—力传感器；5—第一模拟躯干背包销座；6—待测门闩；7—第一计数器；8—带导轨的铝型材组合底座；9—第二模拟躯干背包销座；10—摆轮组件；11—第二驱动电机；12—行星减速器；13—涡轮蜗杆传动组件；14—摆动杆；15—模拟手柄轴；16—第二计数器；17—铝型材底座；18—第三驱动电机；19—导轨；20—第二曲轴连杆滑块组合；21—牵引绳安装底座；22—第三计数器；23—钢缆试验件。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

使用门闩开闭机构测试装置对单个门闩进行测试，进行测试前准备工作包括将不同加工工艺的待测门闩6按照实际工作状态穿过第一模拟躯干背包销座5并通过螺纹与力传感器4连接，然后通过调整第一模拟躯干背包销座5中的背包销座的轴线位置和弹簧压缩量来加载不同的载荷；正式测试时通电启动后第一驱动电机2旋转，通过第一曲轴连杆滑块组合3变为往复直线运动，与第一曲轴连杆滑块组合3固定连接的力传感器4和待测门闩6也同时进行往复运动，在测试过程中通过观察力传感器4的载荷变化情况来评价待测门闩6是否满足使用要求。产品研制过程中前后一共进行了六轮门闩使用寿命的测试，分别是：对不同的机加工工艺进行了两轮筛选测试，对不同的表面处理工艺进行了两轮筛选测试，明确了合适的表面处理工艺组合；对涂覆两种不同固体润滑涂层的门闩分别进行了两轮使用寿命测试，筛选出合适的固体润滑涂层；对单个门闩的寿命进行了预判，明确了限制使用寿命的极限条件，产品测试效率有了大幅度提高。已在实际舱外航天服锁闭机构产品的研制中进行了应用

使用驱动机构测试装置对摆轮组件进行测试，首先将待测摆轮组件10、门闩滑块、两个门闩和与之配合的两组第二模拟躯干背包销座9按照工作状态进行安装，通过与门闩开闭机构测试装相同的调节方法加载各种条件下的载荷；测试装置通电启动后电机通过行星减速器12减速并在涡轮蜗杆传动组件13进行第二级减速同时变换运动方向，以达到按照手动操作的速度旋转模拟手柄轴15，从而带动待测摆轮组件10往复摆动，在第二模拟躯干背包销座9的约束下门闩滑块和门闩被待测摆轮组件10带动做往复直线运动。产品研制过程中测试了承受交变载荷的部位采取局部加强措施对使用寿命的影响，明确了不同使用条件下摆轮组件的最优结构和不同结构的摆轮组件能承受的极限载荷。

通过钢丝绳摆动测试装置进行测试时，首先需要加工好钢缆试验件23——将钢丝绳穿过复位弹簧及其两边的垫片后与两端的钢球固定连接，在试验时一端的钢球安装在牵引绳安装底座21内部，然后穿过可拆卸支架上两个带槽滑轮之间的空隙和后面的小孔；通过压缩复位弹簧，以确保钢缆试验件23的往复摆动过程中长度变化时始终承受拉伸载荷而不发生弯折或卡滞。使用本测试装置对焊接、旋锻以及液压压接等三种不同的钢丝绳和钢球的连接加工工艺及其的参数共进行了五轮筛选，其中不同的连接工艺筛选实验进行了三轮，筛选后的工艺参数优化又进行了两轮，最终选定了能够满足在规定使用条件下弯折一万次以上寿命要求的具体工艺参数，迄今为止在用钢缆未发现有断股、松脱和掉落等异常现象；

航天服的锁闭机构通过上述测试，能够明确给出从零件到部组件的使用寿命等测试结果；能筛选出最优加工工艺、最匹配的材料和满足使用要求的产品结构。本发明的上述性能对提高舱外航天服锁闭机构产品可靠性有着重要意义。

以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种成套舱外航天服锁闭机构测试的模拟装置，其特征在于：包括：门闩开闭机构测试装置、驱动机构测试装置和钢丝绳摆动测试装置；

所述门闩开闭机构测试装置，包括：底座(1)、第一驱动电机(2)、第一曲轴连杆滑块组合(3)、力传感器(4)、第一模拟躯干背包销座(5)、待测门闩(6)和第一计数器(7)；

第一驱动电机(2)固定在底座(1)上，并能通过在底座(1)的沟槽内移动固定点来调整安装位置；第一驱动电机(2)对称位置处固定有从动轴承，以利于受力，从动轴承固定在底座(1)上；第一曲轴连杆滑块组合(3)中的曲轴两端分别与第一驱动电机(2)和从动轴承连接，连杆两端分别连接在曲轴颈部和滑块上，曲轴连杆滑块组合共同将驱动电机的旋转运动转换为在圆形轨道上的往复运动；第一模拟躯干背包销座(5)中的躯干销座与背包销座对称布置在圆形滑道两侧；待测门闩(6)穿过第一模拟躯干背包销座(5)后通过螺纹与力传感器(4)一端固定连接；力传感器(4)的另一端与第一曲轴连杆滑块组合(3)中的滑块通过螺纹固定连接；第一计数器(7)用于记录运动次数；力传感器(4)与第一计数器(7)测量的结果通过各自的显示器显示；

测试时可通过调整第一模拟躯干背包销座(5)中的开口销座的偏离轴线的距离和弹簧压缩量来实现对待测门闩(6)加载不同的载荷；

所述驱动机构测试装置包括：带导轨的铝型材组合底座(8)、第二模拟躯干背包销座(9)、待测摆轮组件(10)、第二驱动电机(11)、行星减速器(12)、涡轮蜗杆传动组件(13)、摆动杆(14)、模拟手柄轴(15)和第二计数器(16)；

所述第二模拟躯干背包销座(9)与门闩开闭机构测试装置中的第一模拟躯干背包销座(5)结构相同，第二模拟躯干背包销座具有两套，载荷调整方式也相同，用途是配合相应的门闩作为驱动机构的负载；

第二驱动电机(11)通过行星减速器(12)减速后，再经过涡轮蜗杆传动组件(13)将运动方向变换90°，同时进行二级减速后给摆动杆(14)提供动力；摆动杆(14)旋转时通过滑块带动由模拟手柄轴(15)和待测摆轮组件(10)连接组成的摇臂按照设定角度进行的摆动；摆轮组件(10)位于成直线分布的两套第二模拟躯干背包销座(9)中间，其扇形部位分为上下两层，即可见的上层扇形开孔翼和被遮挡下层扇形开孔翼，两翼之间的空隙为水平放置的门闩滑块活动空间，该门闩滑块与其左右两侧的门闩通过螺纹连接，三者在两套第二模拟躯干背包销座(9)的约束下只能进行预先设定的直线往复运动，当摆轮组件摆动时，通过上下两层扇形开孔翼上的扇形孔两侧与门闩滑块上下两面的圆形凸起接触，间歇地驱动门闩滑块带动两个门闩在两套第二模拟躯干背包销座(9)中往复运动；第二计数器(16)用于记录运动次数，其结果通过显示器显示；

所述钢丝绳摆动测试装置包括：铝型材底座(17)、第三驱动电机(18)、导轨(19)、第二曲轴连杆滑块组合(20)、牵引绳安装底座(21)、第三计数器(22)和钢缆试验件(23)；

铝型材底座(17)上平面中心轴线上安装有导轨(19)，铝型材底座(17)一端安装有第三驱动电机(18)；在第三驱动电机(18)对称位置安装有从动轴承；第二曲轴连杆滑块组合(20)中的曲轴两端分别与第三驱动电机(18)和从动轴承连接；连杆两端分别与曲轴颈和滑块连接；组合中的两个滑块使用螺栓与安装有两个带槽滑轮的可拆卸的支架连接；第二曲轴连杆滑块组合(20)沿导轨(19)运动；牵引绳安装底座(21)通过支撑板固定在铝型材底座(17)上，支撑板上开设有活动凹槽，用于调整牵引绳安装底座(21)距离导轨之间的距离；钢缆试验件(23)是将钢丝绳穿过复位弹簧及其两侧的垫片后将钢球固定在两端加工而成，一端的钢球安装在牵引绳安装底座(21)内，另一端穿过可拆卸支架和垫片以及复位弹簧后由于弹力处于接近水平的自由状态，通过复位弹簧的弹力以确保钢缆试验件(23)的往复摆动不发生弯折或卡滞。

2.如权利要求1所述的一种成套舱外航天服锁闭机构测试的模拟装置，其特征在于：所述底座(1)由不同规格铝合金型材组合而成；所述第一驱动电机(2)是通过自身的支架和安装螺钉固定在底座(1)上的。

3.如权利要求1所述的一种成套舱外航天服锁闭机构测试的模拟装置，其特征在于：所述门闩开闭机构测试装置的检测方法为：进行测试前准备工作包括将不同加工工艺的待测门闩(6)按照实际工作状态穿过第一模拟躯干背包销座(5)并通过螺纹与力传感器(4)连接，然后通过调整第一模拟躯干背包销座(5)中的背包销座的轴线位置和弹簧压缩量来加载不同的载荷；正式测试时通电启动后第一驱动电机(2)旋转，通过第一曲轴连杆滑块组合(3)变为往复直线运动，与第一曲轴连杆滑块组合(3)固定连接的力传感器(4)和待测门闩(6)也同时进行往复运动，在测试过程中通过观察力传感器(4)的载荷变化情况来评价待测门闩(6)是否满足使用要求；产品研制过程中前后一共进行了六轮门闩使用寿命的测试，分别是：对不同的机加工工艺进行了两轮筛选测试，对不同的表面处理工艺进行了两轮筛选测试，明确了合适的表面处理工艺组合；对涂覆两种不同固体润滑涂层的门闩分别进行了两轮使用寿命测试，筛选出合适的固体润滑涂层；对单个门闩的寿命进行了预判，明确了限制使用寿命的极限条件，产品测试效率有了大幅度提高；已在实际舱外航天服锁闭机构产品的研制中进行了应用。

4.如权利要求1所述的一种成套舱外航天服锁闭机构测试的模拟装置，其特征在于：所述驱动机构测试装置的检测方法为：首先将待测摆轮组件(10)、门闩滑块、两个门闩和与之配合的两组第二模拟躯干背包销座(9)按照工作状态进行安装，通过与门闩开闭机构测试装相同的调节方法加载各种条件下的载荷；测试装置通电启动后电机通过行星减速器(12)减速并在涡轮蜗杆传动组件(13)进行第二级减速同时变换运动方向，以达到按照手动操作的速度旋转模拟手柄轴(15)，从而带动待测摆轮组件(10)往复摆动，在第二模拟躯干背包销座(9)的约束下门闩滑块和其左右两侧的门闩被待测摆轮组件(10)带动做往复直线运动；产品研制过程中测试了承受交变载荷的部位采取局部加强措施对使用寿命的影响，明确了不同使用条件下摆轮组件的最优结构和不同结构的摆轮组件能承受的极限载荷。

5.如权利要求1所述的一种成套舱外航天服锁闭机构测试的模拟装置，其特征在于：所述钢丝绳摆动测试装置的检测方法为：首先需要加工好钢缆试验件(23)将钢丝绳穿过复位弹簧及其两边的垫片后与两端的钢球固定连接，在试验时一端的钢球安装在牵引绳安装底座(21)内部，然后穿过可拆卸支架上两个带槽滑轮之间的空隙和后面的小孔；通过压缩复位弹簧，以确保钢缆试验件(23)的往复摆动过程中长度变化时始终承受拉伸载荷而不发生弯折或卡滞；使用本测试装置对焊接、旋锻以及液压压接等三种不同的钢丝绳和钢球的连接加工工艺及其的参数共进行了五轮筛选，其中不同的连接工艺筛选实验进行了三轮，筛选后的工艺参数优化又进行了两轮，最终选定了能够满足在规定使用条件下弯折一万次以上寿命要求的具体工艺参数，迄今为止在用钢缆未发现有断股、松脱和掉落等异常现象。

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