CN111028650B - 一种材料暴露实验箱和材料舱外暴露装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种材料暴露实验箱和材料舱外暴露装置，包括箱体、箱门和样品托盘，箱体和箱门通过自动开关门装置转动连接，箱门转动至与箱体扣合时，合围形成一空间，且通过锁闭装置锁定；样品托盘安装在箱体和/或箱门的敞口端上；自动开关门装置包括开关门驱动机构、主动轮、中间轮、从动轮和铰链，开关门驱动机构的输出端与主动轮固定连接；主动轮、中间轮和从动轮依次通过开关门钢丝绳传动；从动轮与铰链的转动部固定连接，铰链的转动部与箱门固定连接，铰链的固定部与箱体固定连接。本发明可以承受发射时振动环境；减少航天员的在轨操作；而设置中间轮以及通过开关门钢丝绳的驱动方式，便于自动开关门装置各部件在箱体内的灵活布置。

Description

一种材料暴露实验箱和材料舱外暴露装置

技术领域

本发明涉及材料舱外暴露实验装置，尤其涉及一种材料暴露实验箱和材料舱外暴露装置。

背景技术

在航天研究中，空间技术与空间科学的发展，离不开各种材料，特别是新材料的使用。材料空间使役行为研究是针对一切在空间环境下服役的材料及由其制成的零件、器件、部件、构件和装备，开展的空间环境暴露实验，目的在于研究材料在空间特殊环境效应作用下的使役行为。

1.空间环境对机构可靠性的影响

相对于在地面上工作的机构来说，空间机构的工作差异主要是由于空间环境引起，空间动力学环境与地面环境有所不同。

1.1空间环境的影响

(1)微重力影响

由于目前航天器通常是在地面上进行装调，也就是在重力作用下进行的装调，而当航天器进入太空中，其所处环境为微重力环境，装调过程中的重力会进行释放，发生变形。零件间的摩擦力变小，系统处于自由状态，来自外界的干扰会显得更加的突出。微重力对一般的机构影响较小，但对于某些释放机构的影响较大，如太阳电池阵中的压紧机构。

(2)压力差影响

压力差的影响通常在1×10-²Pa～1×10-⁵Pa的真空范围内发生，当航天器中存在密封结构时，此密封结构的内外太差会加大，导致结构变形或损坏。

(3)真空出气影响

材料表面存在吸附或吸收的气体并溶解于材料内部，这些气体在高于1 ×10-2Pa的真空度下进行释放，也即为真空出气。释放出的气体会重新凝聚在低温部件上，从而污染光学镜片、传感器以及具有光学选择特性的热控涂层，导致光学性能下降、太阳吸收率增加、温度升高。

(4)辐射传热影响

在真空环境中，辐射传热是航天器与外界的主要传热形式。因此，表面材料的辐射特性对热控功能的具有重要影响。当航天器各系统和机构未能工作在合理温度范围内时，结构件会由于所处环境温度变化而产生应力、变形甚至破裂，从而对航天器机构造成损坏。

(5)粘着与冷焊的影响

粘着与冷焊通常发生在压力为1×10^-7Pa以上的超高真空环境中。在地面上，固体表面总是吸附有机膜及其它膜，称它们为边界润滑的润滑剂，起减少摩擦系数的作用。在空间真空环境中，固体表面膜，当被部分或全部清除时，相接触的零件间会形成清洁的材料表面，进而出现不同程度的粘合现象，称为粘着。如果除去氧化膜，使表面达到原子清洁度，在一定的压力与温度的作用下，可进一步整体粘着，也就是形成冷焊。

防止冷焊的主要方法有选用不易发生冷焊的配偶材料，采用固体润滑、脂润滑或液体润滑剂，涂覆不易发生冷焊的材料膜层等。

(6)微流星与空间碎片

空间环境中存在着微流星以及由于人类太空活动而产生的各种太空碎片，由于它们都具备较高的速度与动能，即使是很小的一个碎片与航天器发生碰撞，都极可能导致设备出现故障。因此，航天器应加强对微流星与空间碎片的防范。

(7)太阳辐照环境影响

由于太阳辐照，会使得机械结构件产生机械力，尤其是受热不均引起的热弯曲效应最大，会使得结构产生低频振动。此外，温度的变化对于机构内的润滑剂的选用影响较大，需选择抗温变性能好的润滑剂。

(8)冷黑环境影响

冷黑环境是指不考虑太阳与航天器的辐射，航天器的热辐射全部被太空吸收，没有反射的环境。冷黑环境易导致航天器上的可伸缩性机构的伸展性能，并且影响某些有机材料的性能，导致材料的老化与脆化等。

2.提高机构可靠性的基本方法

(1)简化设计

结构越复杂，越容易出现故障，因此对机构的设计，应该避免复杂的、无谓的设计，尽量使得结构简单、高效。

(2)冗余设计

冗余设计通过采用重复配置资源的方式来提高系统可靠度，关键功能部件采用冗余设计方法，提高可靠度。如调焦机构中，可通过使用双电机、双编码器的结构设计方式，提高调焦机构的可靠度；火工机构中采用双点火器的冗余设计来提高可靠度。冗余设计是以增加系统质量、体积、成本、功耗为代价，来提高系统可靠度的方法，在具体使用时，应综合考虑、分析，权衡利弊。

(3)润滑设计

润滑设计需充分考虑机构所经历的各种环境，如地面运输、火箭发射、在轨工作等，综合考虑零件材料的性能，选取合适的润滑方式以确保机构有效润滑，保证机构的可靠度。

(4)裕度设计

裕度设计，也就是安全裕度设计，是对所设计的产品在精度、强度等方面留有余量设计。由于材料的性能、加工精度、装配精度、人员操作等均有一定的不确定性，而航天成本较大，因此对产品进行裕度设计，可规避一些隐藏的风险，提高系统的可靠度。

(5)热设计

热设计是根据产品寿命周期内的热环境，采取各种方法，减少产品与外界间的热交换，减少热应力对产品的影响。热设计主要包含两方面，一是对结构进行主动热控或被动热控，控制产品所处环境的温度，避免温度变化过大面产生的热应力；二是合理设计，控制材料的匹配、运动副间隙以减少热应力对产品的影响。

(6)静电防护设计

对于有静电防护要求的机构，如含电子学元器件、火工品等的机构，必须进行静电防护设计，元器件损坏或火工品被杂散电流误引爆、误动作。

(7)密封设计

航天器上有些机构需要进行密封设计，如高速轴承的液体润滑剂密封，气压机构或液压机构等。这些机构，一旦发生泄漏，后果会相当严重。而空间环境的复杂性，会导致密封材料老化、密封性能降低，因此，密封设计也是航天器可靠性设计的重要内容。

(8)可靠性试验

由于航天成本巨大，因此需要对关键功能部件进行可靠性测试试验，通过试验来验证其可靠性，同时也可根据试验结果指导设计工作。

材料舱外暴露装置是空间应用系统中一个重要的公共支持系统，其作用在于为需要舱外暴露的材料统一提供暴露资源，以支持材料舱外暴露实验的进行。材料舱外暴露实验箱为各种材料提供安装空间及暴露环境，并在必要时为材料提供密闭防护环境，因此材料暴露实验箱为可打开、关闭的构型。材料暴露实验箱上行、及下行过程中，应能承受发射时振动环境。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种材料暴露实验箱和材料舱外暴露装置，以解决上述技术问题的至少一种。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种材料暴露实验箱，包括箱体、箱门和样品托盘，箱体和箱门通过自动开关门装置转动连接，箱门转动至与箱体扣合时，合围形成一用于容纳暴露实验样品的密闭空间，且通过锁闭装置锁定；样品托盘安装在箱体和/或箱门的敞口端上，用于安装暴露实验样品；

自动开关门装置包括开关门驱动机构、主动轮、中间轮、从动轮和铰链，开关门驱动机构的输出端与主动轮固定连接；主动轮、中间轮和从动轮依次通过开关门钢丝绳传动；从动轮与铰链的转动部固定连接，铰链的转动部与箱门固定连接，铰链的固定部与箱体固定连接。

本发明的有益效果是：样品托盘安装在通过箱体和/或箱门的敞口端上，箱门打开后，样品托盘上的暴露实验样品暴露进行暴露实验；通过样品托盘，便于单个暴露材料在轨拆卸更换，具有较强扩展性；同时提高材料暴露实验箱系统刚度；箱门和箱体扣合后，通过锁闭装置锁闭，使得在材料暴露实验箱上行、及下行过程中可以承受发射时振动环境；通过自动开关门装置可以实现箱门的自动开关，减少航天员的在轨操作；通过主动轮拉动开关门钢丝绳带动从动轮转动进而带动铰链的转动部转动实现箱门的转动；而设置中间轮以及通过开关门钢丝绳的驱动方式，便于自动开关门装置各部件在箱体内的灵活布置；采用钢丝绳驱动，增强开关门装置环境适应性，具有较高可靠性。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，锁闭装置包括锁闭驱动机构、滑动板和锁座，箱体的竖直侧壁上开设有第一锁闭凹槽；滑动板与箱体的竖直侧壁滑动连接，且滑动板上固定安装有锁销，锁销插入第一锁闭凹槽内；锁座对应第一锁闭凹槽安装在箱门的竖直侧壁上；其中，箱门关闭时，锁座插入第一锁闭凹槽后，锁闭驱动机构驱动滑动板从第一位置移动到第二位置，使锁销与锁座卡接。

采用上述进一步方案的有益效果是：滑动板处于第一位置时，锁座可以无障碍的插入第一锁闭凹槽内；锁座插入第一锁闭凹槽后，锁闭驱动机构驱动滑动板从第一位置移动到第二位置，使锁销与锁座卡接，使得锁座无法脱离出第一锁闭凹槽，实现箱门与箱体的锁闭，本发明将材料舱外暴露装置上实验箱的箱门与箱体锁闭，承受振动环境。

进一步，锁闭驱动机构包括动力装置、锁闭转盘、锁闭齿轮盘、销轴臂和绕线轮，动力装置驱动锁闭转盘转动；锁闭转盘外周侧设有齿轮段，锁闭转盘转动到预设位置时，齿轮段与锁闭齿轮盘啮合；锁闭齿轮盘的输出轴与销轴臂的一端花键连接；

绕线轮与锁闭转盘同轴固定连接；动力装置驱动绕线轮转动，进而带动锁闭转盘转动。

采用上述进一步方案的有益效果是：花键可传递运动和动力；通过锁闭转盘和锁闭齿轮盘将锁闭驱动机构的动力转化为滑动板的动力，实现对滑动板的驱动；齿轮段与锁闭齿轮盘啮合时，锁闭齿轮盘在齿轮段的作用力下发生转动，进而带动销轴臂发生转动，使销轴臂的另一端带动滑动板移动。

进一步，动力装置包括锁闭驱动电机、传动轴、绕线机构、中心轴、定位壳体、第一钢丝绳接头、第二钢丝绳接头和锁闭钢丝绳，中心轴固定安装在定位壳体内，传动轴转动安装在定位壳体内，且中心轴与传动轴同轴设置；绕线机构的一端与中心轴螺纹连接，另一端与传动轴花键连接；

第一钢丝绳接头和第二钢丝绳接头分别固定安装在定位壳体的外侧壁上，且与定位壳体内相连通；

锁闭钢丝绳的中部缠绕并固定在绕线轮上，锁闭钢丝绳的两端从第一钢丝绳接头和第二钢丝绳接头穿入定位壳体内，并分别缠绕在绕线机构上；

其中，锁闭驱动电机驱动传动轴转动，带动绕线机构转动并沿中心轴和传动轴的轴向移动，使锁闭钢丝绳移动且第一钢丝绳接头的出线长度或入线长度等于第二钢丝绳接头的入线长度或出线长度。

采用上述进一步方案的有益效果是：驱动锁闭钢丝绳，为动力传输装置，可将来自锁闭驱动电机的运动和动力传输到锁闭转盘；钢丝绳具有布局可随主结构变化的特点，占用空间小，调整能力强；中心轴固定安装在定位壳体内，定位壳体为中心轴提供定位固定基础；绕线机构与传动轴花键连接，传动轴只传递动力和扭矩，同时释放绕线机构在传动轴上的轴向移动自由度；锁闭驱动电机驱动传动轴转动，带动绕线机构转动，由于绕线机构与中心轴螺纹连接，且中心轴位置固定，所以，绕线机构在传动轴的转动作用下转动同时沿中心轴和传动轴的轴向移动；而绕线机构上缠绕有锁闭钢丝绳，转动的绕线机构上的锁闭钢丝绳，一边从第一钢丝绳接头伸出或收缩，另一边从第二钢丝绳接头收缩或伸出，实现锁闭钢丝绳的移动；同时，绕线机构在转动的同时做直线移动，可以补偿钢丝绳伸缩时与第一钢丝绳接头和第二钢丝绳接头之间产生的距离差，使第一钢丝绳接头的出线长度或入线长度等于第二钢丝绳接头的入线长度或出线长度，保持钢丝绳的张紧度，保持对绕线轮的作用力。

进一步，开关门钢丝绳的数量为至少两条，开关门钢丝绳的两端均分别固定在主动轮和从动轮上，且均环绕中间轮，至少一条开关门钢丝绳的绕线方向与其余开关门钢丝绳的绕线方向相反。

采用上述进一步方案的有益效果是：可以实现正反转，通过开关门钢丝绳拉动箱门正反转，实现箱门的打开和关闭。

进一步，箱门的一竖直侧壁上开设有撞珠凹槽，箱体上的另一竖直侧壁上设有第一弹簧撞珠，第一弹簧撞珠与撞珠凹槽适配；其中，箱门转动至预设位置时，撞珠凹槽与相邻箱体上的第一弹簧撞珠适配卡接。

采用上述进一步方案的有益效果是：撞珠凹槽与弹簧撞珠适配卡接实现箱门的打开极限位置的限位和定位，结构简单，定位可靠。

进一步，还包括控制板，控制板安装在箱体内；自动开关门装置、锁闭装置分别与控制板连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：实现对开关门和锁闭动作的控制；控制板集中处理实验箱电子学信息，提高资源利用率。

进一步，还包括开门检测微动开关和关门检测微动开关，开门检测微动开关安装在箱门的外侧，箱门转动至预设位置时，触发开门检测微动开关，并将开门到位信号发送至控制板；关门检测微动开关安装在箱门或箱体敞口端，箱门转动至预设位置时，触发关门检测微动开关，并将关门到位信号发送至控制板，控制板接收关门到位信号后，控制锁闭装置锁闭箱门和箱体。

采用上述进一步方案的有益效果是：开门检测微动开关和关门检测微动开关分别用于检测箱门的开关门是否到位。

进一步，还包括温度检测传感器和空间环境检测传感器，温度检测传感器安装在箱体与样品托盘之间和/或箱体与样品托盘之间并与控制板连接，用于检测暴露实验样品区域的温度；空间环境检测传感器安装在样品托盘上并与控制板连接，用于监测空间站表面污染沉积质量和速率、监测空间站上暴露实验样品在航天轨道上的原子氧剥蚀速率。

采用上述进一步方案的有益效果是：实时反馈工作区工作温度范围，为材料状态分析提供环境温度基础；实时检测实验区空间环境状态，为材料状态分析提供环境状态基础。

另一方面，本发明提供一种材料舱外暴露装置，包括安装底座和若干上述一种材料暴露实验箱，若干材料暴露实验箱均分别可拆卸安装在安装底座上。

采用本方案的有益效果是：本方案具有上述一种材料暴露实验箱的全部有益效果，在此就不再赘述。

附图说明

图1为本发明实验箱打开立体示意图；

图2为图1的后视图；

图3为本发明中开关门装置示意图；

图4为本发明中主动轮或从动轮示意图；

图5为本发明中开关门装置示意图；

图6为本发明中锁闭装置爆炸示意图；

图7为本发明中锁闭装置部分安装示意图；

图8为本发明中绕线轮和锁闭转盘示意图；

图9为本发明中绕线轮、锁闭转盘和锁闭齿轮盘截面示意图；

图10为本发明中绕线轮、锁闭转盘和锁闭齿轮盘示意图；

图11为锁闭驱动机构示意图；

图12为锁闭驱动机构内部爆炸示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

10、实验箱，100、锁闭装置，110、箱门，111、第二锁闭凹槽，120、箱体，121、第一锁闭凹槽，122、装配凹槽，123、盖板，124、限位孔，

220、传动装置，221、锁闭转盘，222、齿轮段，223、锁闭齿轮盘，224、绕线轮，225A、锁闭传动盒底座，225B、锁闭传动盒壳体，225C、穿绳孔， 226、上绳结凹槽，227、下绳结凹槽，228、第二弹簧撞珠，230、销轴臂， 231、长条形孔，300、滑动板，310、锁销，320、连接板，330、滑槽，400、锁座，410、弧形装配口；500、控制板，510、开门检测微动开关，520、关门检测微动开关，540、空间环境检测传感器；

600、自动开关门装置，610、开关门驱动机构，620、主动轮，621、卡绳槽，622、绳结块，630、中间轮，640、从动轮，650、铰链，660、开关门钢丝绳，670、撞珠凹槽，680、第一弹簧撞珠；

710、锁闭驱动电机，720、传动轴，721、卡接凹槽，731、第一绕绳轮， 732、第二绕绳轮，740、中心轴，750、定位壳体，760A、第一钢丝绳接头， 760B、第二钢丝绳接头，770、锁闭钢丝绳，780、驱动壳体，781、驱动盖, 782、卡块，783、卡接凸起；

800、安装底座；

900、样品托盘；

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

如图1-12所示，一种材料暴露实验箱10，包括箱体120、箱门110和样品托盘，箱体120和箱门110通过自动开关门装置600转动连接，箱门110 转动至与箱体120扣合时，合围形成一用于容纳暴露实验样品的密闭空间，且通过锁闭装置100100锁定；样品托盘900安装在箱体120和/或箱门110 的敞口端上，用于安装暴露实验样品；

自动开关门装置600包括开关门驱动机构610、主动轮620、中间轮630、从动轮640和铰链650，开关门驱动机构610的输出端与主动轮620固定连接；主动轮620、中间轮630和从动轮640依次通过开关门钢丝绳660传动；从动轮640与铰链650的转动部固定连接，铰链650的转动部与箱门110固定连接，铰链650的固定部与箱体120固定连接。

样品托盘900安装在通过箱体120和/或箱门110的敞口端上，箱门110 打开后，样品托盘上的暴露实验样品暴露进行暴露实验；通过样品托盘，便于单个暴露材料在轨拆卸更换，具有较强扩展性；同时提高材料暴露实验箱 10系统刚度；箱门110和箱体120扣合后，通过锁闭装置100100锁闭，使得在材料暴露实验箱10上行、及下行过程中可以承受发射时振动环境；通过自动开关门装置600可以实现箱门110的自动开关，减少航天员的在轨操作；通过主动轮620拉动开关门钢丝绳660带动从动轮640转动进而带动铰链650的转动部转动实现箱门110的转动；而设置中间轮630以及通过开关门钢丝绳660的驱动方式，便于自动开关门装置600各部件在箱体120内的灵活布置；采用钢丝绳驱动，增强开关门装置环境适应性，具有较高可靠性。

如图1-12所示，一种材料暴露实验箱10，锁闭装置100包括锁闭驱动机构、滑动板300和锁座400，箱体120的竖直侧壁上开设有第一锁闭凹槽 121；滑动板300与箱体120的竖直侧壁滑动连接，且滑动板300上固定安装有锁销310，锁销310插入第一锁闭凹槽121内；锁座400对应第一锁闭凹槽121安装在箱门110的竖直侧壁上；其中，箱门110关闭时，锁座400插入第一锁闭凹槽121后，锁闭驱动机构驱动滑动板300从第一位置移动到第二位置，使锁销310与锁座400卡接。

优选的，本实施例中滑动板300滑动安装在箱体120的竖直侧壁的外侧，由于实验箱内部通过样品托盘900安装有暴露材料样品，样品托盘可拆卸安装在箱门110和箱体120的敞口端内，滑动板300安装在箱体120的外部可以避免移动的滑动板300对实验箱10内部的样品托盘或样品产生影响，滑动板300处于第一位置时，锁座400可以无障碍的插入第一锁闭凹槽121内；锁座400插入第一锁闭凹槽121后，锁闭驱动机构驱动滑动板300从第一位置移动到第二位置，使锁销310与锁座400卡接，使得锁座400无法脱离出第一锁闭凹槽121，实现箱门110与箱体120的锁闭，本发明将材料舱外暴露装置上实验箱10的箱门110与箱体120锁闭，承受振动环境。

当需要打开箱门时，锁闭驱动机构驱动滑动板300从第二位置移动到第一位置，使锁销310与锁座400分离，锁座400可以脱离出第一锁闭凹槽121，箱门可以打开。

具体的，箱门110与箱体120的通过铰链650铰接，铰链650与锁闭装置100分别位于实验箱的两侧。

图1、2与图6、7的的实验箱的外观存在细微差别，为两个具体实施例。

锁闭驱动机构包括动力装置、传动装置220和销轴臂230，动力装置驱动传动装置220转动，传动装置220与销轴臂230的一端花键连接，销轴臂 230的另一端与滑动板300转动连接。

优选的，花键为渐开线花键，渐开线花键可传递运动和动力；通过传动装置220将锁闭驱动机构的动力转化为滑动板300的动力，实现对滑动板300 的驱动。

传动装置220包括锁闭转盘221和锁闭齿轮盘223，动力装置驱动锁闭转盘221转动；锁闭转盘221外周侧设有齿轮段222，锁闭转盘221转动到预设位置时，齿轮段222与锁闭齿轮盘223啮合；锁闭齿轮盘223的输出轴与销轴臂230的一端花键连接。

齿轮段222与锁闭齿轮盘223啮合时，锁闭齿轮盘223在齿轮段222的作用力下发生转动，进而带动销轴臂230发生转动，使销轴臂230的另一端带动滑动板300移动。

在一些具体实施中，锁闭转盘221外周侧可以全部都为齿轮段。

优选的，本实施例中，锁闭转盘221外周侧只有一段为齿轮段，这样可以实现对销轴臂230的转动时间和位置进行控制。提高适用性。当具有多个实验箱时，可以通过将不同实验箱上齿轮段222与锁闭齿轮盘223的相对位置设置不同，实现多个实验箱的锁闭时机的可控。

传动装置220还包括绕线轮224，绕线轮224与锁闭转盘221同轴固定连接；锁闭钢丝绳770螺旋缠绕在绕线轮224上；动力装置通过拉动钢丝绳带动绕线轮224转动，进而带动锁闭转盘221转动。

驱动钢丝绳，为动力传输装置，可将来自动力装置的运动和动力传输到锁闭转盘221；钢丝绳具有布局可随主结构变化的特点，占用空间小，调整能力强。

如图8-10所示，绕线轮224包括至少两层绕线凹槽，两外层绕线凹槽的侧壁上分别凹陷形成有上绳结凹槽226和下绳结凹槽227，钢丝绳螺旋缠绕在绕线凹槽上，且在钢丝绳上设有两个绳结，分别为上绳结和下绳结，上绳结卡接在上绳结凹槽226内，下绳结卡接在下绳结凹槽227内，起到定位的作用，当动力装置拉动钢丝绳时，上绳结或下绳结对绕线轮224产生作用力，带动绕线轮224转动。

锁闭装置还包括连接板320，滑动板300上固定连接有一连接板320，连接板320与销轴臂230的另一端转动连接。

通过设置连接板320，便于滑动板300的位置设置，整体实现合理布局。

具体的，如图6和7所示，箱体120的底壁靠近竖直侧壁的部分内陷形成装配凹槽122，销轴臂230位于装配凹槽122内；图2中省略了盖板123 和传动装置220。

锁闭装置还包括盖板123，盖板123安装在装配凹槽122敞口端的一侧，与装配凹槽122形成一开口，开口朝向滑动板300，连接板320的一端位于装配凹槽122内，另一端穿出开口与滑动板300固定连接。滑动板300覆盖在开口的外侧。此结构设计合理利用空间。

如图6和9所示，锁闭装置还包括锁闭传动盒底座225A和锁闭传动盒壳体225B，传动盒底座和锁闭传动盒壳体225B合围形成用于安装传动装置 220的传动空腔，锁闭传动盒底座225A固定安装在箱体120的底壁外侧或固定安装在安装支架上，锁闭齿轮盘223的输出轴穿过锁闭传动盒底座225A 与销轴臂230的一端花键连接。锁闭传动盒壳体225B上设有用于锁闭钢丝绳穿过的穿绳孔225C。

具体的，锁闭钢丝绳的两端从分别从两个225C穿出，通过动力装置正反向拉动锁闭钢丝绳，实现绕线轮224的正反转，最终实现滑动板在第一位置和第二位置的往复运动。

优选的，锁闭齿轮盘223上开设有若干个定位槽，锁闭传动盒壳体225B 上安装有第二弹簧撞珠228，锁闭齿轮盘223未与齿轮段222啮合时，第二弹簧撞珠228卡接在定位槽内，锁闭齿轮盘223不会发生转动，实现了对销轴臂230的定位，进而实现为滑动板300的定位。且便于设定齿轮段222与锁闭齿轮盘223的初始相对位置。

锁闭装置还包括转轴，连接板320上开设有圆孔，销轴臂230的另一端开设有长条形孔231，转轴的一端固定在所述圆孔内，另一端伸入长条形孔 231内并转动连接，且可沿长条形孔231的长度方向滑动。

具体的，装配凹槽122内设有长条形的限位孔124，转轴的一端插入限位孔124内或另一端穿过长条形孔231后插入限位孔124内，对转轴的上下移动位置进行进一步限位。销轴臂230的另一端做圆周运动，连接板320做直线移动，通过在销轴臂230的另一端开设长条形孔231，为实现运动提供空间，使结构具有可行性。

滑动板300上开设有滑槽330，箱体120的竖直侧壁上固定有滑轴，滑轴穿设在滑槽330内并与滑槽330滑动连接。

通过滑槽330和滑轴对滑动板300的移动进行导向和定位。

本发明通过有多种限位结构来保证滑动板300的第一位置和第二位置的位置，为冗余设计。

箱门110上对应第一锁闭凹槽121开设有第二锁闭凹槽111，锁座400 固定在第二锁闭凹槽111敞口端的一侧并与第二锁闭凹槽111的侧壁围成用于锁销310移动的空间。

锁销310移动至与锁座400卡接后，滑动板300依然贴合实验箱10的外侧，利用的是实验箱占用的空间，没有额外占用外部空间，提高空间利用率，空间站舱外用于进行在轨暴露实验的空间是有限的。

具体的，锁座400的下端与第二锁闭凹槽111的下侧壁之间形成一用于锁销310通过的开口，锁座400插入第一锁闭凹槽121时是从锁销310的的上方经过，同时，锁销310插入第一锁闭凹槽121。

锁座400远离箱体120的一侧为斜坡面，斜坡面的上部向内凹陷形成弧形装配口410；锁销310为圆柱形，滑动板300移动至第二位置时，锁销310 与弧形装配口410适配卡接。

斜坡面为增力坡面，便于实验箱箱门110运动到位后，锁销310运动；进而将箱门110锁紧。弧形装配口410与锁销310实现卡接配合。

非锁闭状态时，滑动板300处于第一位置时，锁座400可以无障碍的插入第一锁闭凹槽121内。

箱门关闭时，锁座400插入第一锁闭凹槽121后，动力装置通过拉动锁闭钢丝绳带动绕线轮224转动，进而带动锁闭转盘221转动，锁闭转盘221 转动到预设位置时，齿轮段222与锁闭齿轮盘223啮合，带动锁闭齿轮盘223 转动，锁闭齿轮盘223带动销轴臂230的一端转动，销轴臂230的另一端绕销轴臂230的一端转动，进而带动连接板320移动，使滑动板300从第一位置移动到第二位置，使锁销310与锁座400的弧形装配口410卡接，使得锁座400无法脱离出第一锁闭凹槽121，实现箱门110与箱体120的锁闭。

如图1-12所示，一种材料暴露实验箱10，动力装置包括锁闭驱动电机 710、传动轴720、绕线机构、中心轴740、定位壳体750、第一钢丝绳接头 760A、第二钢丝绳接头760B和锁闭钢丝绳770，中心轴740固定安装在定位壳体750内，传动轴720转动安装在定位壳体750内，且中心轴740与传动轴720同轴设置；绕线机构的一端与中心轴740螺纹连接，另一端与传动轴 720花键连接；

第一钢丝绳接头760A和第二钢丝绳接头760B分别固定安装在定位壳体 750的外侧壁上，且与定位壳体750内相连通；

锁闭钢丝绳770的中部缠绕并固定在绕线轮224上，锁闭钢丝绳770的两端从第一钢丝绳接头760A和第二钢丝绳接头760B穿入定位壳体750内，并分别缠绕在绕线机构上；

其中，锁闭驱动电机710驱动传动轴720转动，带动绕线机构转动并沿中心轴740和传动轴720的轴向移动，使锁闭钢丝绳770移动且第一钢丝绳接头760A的出线长度或入线长度等于第二钢丝绳接头760B的入线长度或出线长度。

驱动锁闭钢丝绳770，为动力传输装置，可将来自锁闭驱动电机710的运动和动力传输到锁闭转盘221；钢丝绳具有布局可随主结构变化的特点，占用空间小，调整能力强；中心轴740固定安装在定位壳体750内，定位壳体750为中心轴740提供定位固定基础；绕线机构与传动轴720花键连接，传动轴720只传递动力和扭矩，同时释放绕线机构在传动轴720上的轴向移动自由度；锁闭驱动电机710驱动传动轴720转动，带动绕线机构转动，由于绕线机构与中心轴740螺纹连接，且中心轴740位置固定，所以，绕线机构在传动轴720的转动作用下转动同时沿中心轴740和传动轴720的轴向移动；而绕线机构上缠绕有锁闭钢丝绳770，转动的绕线机构上的锁闭钢丝绳 770，一边从第一钢丝绳接头760A伸出或收缩，另一边从第二钢丝绳接头 760B收缩或伸出，实现锁闭钢丝绳770的移动；同时，绕线机构在转动的同时做直线移动，可以补偿钢丝绳伸缩时与第一钢丝绳接头760A和第二钢丝绳接头760B之间产生的距离差，使第一钢丝绳接头760A的出线长度或入线长度等于第二钢丝绳接头760B的入线长度或出线长度，保持钢丝绳的张紧度，保持对绕线轮224的作用力。

具体的，传动轴720与绕线机构连接的一端为四方形矩形键设计，用于传递扭矩；同时释放绕线机构在传动轴720上的轴向移动自由度；在传动过程中，使绕线机构跟随锁闭钢丝绳运动而上下滑动。

绕线机构包括第一绕绳轮731和第二绕绳轮732，第一绕绳轮731与中心轴740螺纹连接，第二绕绳轮732与传动轴720花键连接，且第一绕绳轮 731与第二绕绳轮732固定连接；锁闭钢丝绳的两端分别缠绕在第一绕绳轮 731和第二绕绳轮732上。

便于拆装且便于锁闭钢丝绳的两端点的固定，分为两个绕绳轮再固定连接可提高绕线机构的整体强度。

具体的，如图12所示，第一绕绳轮731的下部延伸出与插接凸起，插接凸起插入第二绕绳轮732，实现第一绕绳轮731和第二绕绳轮732的对心，然后通过长螺栓将第一绕绳轮731和第二绕绳轮732固定连接，长螺栓穿过第一绕绳轮731插入第二绕绳轮732。

具体的，锁闭钢丝绳的两个端点分别紧固在第一绕绳轮731和第二绕绳轮732上。

第一绕绳轮731和第二绕绳轮732上分别设有相同的螺纹绕线凹槽。

保证出线长度与入线长度相等。

第一绕绳轮731、第二绕绳轮732，缠绕锁闭钢丝绳，绕绳轮上有螺旋沟槽即螺纹绕线凹槽，螺纹绕线凹槽内嵌套锁闭钢丝绳，并固定端点，第一绕绳轮731与传动轴720花键轴连接，接受花键轴传递的动力，同时跟随锁闭钢丝绳运动，在花键轴上上下运动；第二绕绳轮732通过螺钉与第一绕绳轮731固定连接，在第一绕绳轮731旋转及升降过程中，第二绕绳轮732对应旋转或升降；当一个绕绳轮缠绕锁闭钢丝绳时，另一个绕绳轮释放绳钢丝绳，即绳钢丝绳在第一钢丝绳接头760A的出线或入线，同时在第二钢丝绳接头760B入线或出线；且保证出线长度与入线长度相等。

动力装置还包括驱动壳体780，驱动壳体780与定位壳体750固定连接并连通；传动轴720远离绕线机构的一端与驱动壳体780转动连接，且卡接在驱动壳体780上。

驱动壳体780为传动轴720提供定位固定，使传动轴720只发生转动，限制传动轴720轴向的自由度。

动力装置还包括驱动盖781和卡块782，驱动盖781套设在传动轴720 上并与驱动壳体780固定连接，卡块782设置在驱动盖781与传动轴720之间；传动轴720的外周侧向内凹陷形成卡接凹槽721，卡块782上设有卡接凸起783，卡接凸起783与卡接凹槽721适配卡接。

实现传动轴720的卡接限位和可转动。

驱动机构710为涡轮蜗杆电机。提供运动和动力

具体的，涡轮蜗杆电机包括电机、蜗杆和涡轮，蜗杆连接在电机的输出端，涡轮与蜗杆连接。传动轴720穿设在涡轮的中心位置且通过平键连接。将电机输出运动和动力传输到传动轴720上，同时改变传动方向。

如图1-12所示，一种材料暴露实验箱10，开关门钢丝绳660的数量为至少两条，开关门钢丝绳660的两端均分别固定在主动轮620和从动轮640 上，且均环绕中间轮630，至少一条开关门钢丝绳660的绕线方向与其余开关门钢丝绳660的绕线方向相反。

具体的，主动轮620和从动轮640上均设有卡绳槽621，开关门钢丝绳的两端点设有绳结块622，绳结卡接在卡绳槽621内；可以实现正反转，通过开关门钢丝绳660拉动箱门110正反转，实现箱门110的打开和关闭。

如图1-12所示，一种材料暴露实验箱10，箱门110的一竖直侧壁上开设有撞珠凹槽670，箱体120上的另一竖直侧壁上设有第一弹簧撞珠680，第一弹簧撞珠680与撞珠凹槽670适配；其中，箱门110转动至预设位置时，撞珠凹槽670与相邻箱体120上的第一弹簧撞珠680适配卡接。

撞珠凹槽670与弹簧撞珠适配卡接实现箱门110的打开极限位置的限位和定位，结构简单，定位可靠。

如图1-12所示，一种材料暴露实验箱10，还包括控制板500，控制板 500安装在箱体120内；自动开关门装置600、锁闭装置100100分别与控制板500连接。

实现对开关门和锁闭动作的控制；控制板500集中处理实验箱10电子学信息，提高资源利用率。

优选的，控制板所在区域设有加热片，用于实验箱工作在正常的温度范围内，特别是保证控制板的温度。

如图1-12所示，一种材料暴露实验箱10，还包括开门检测微动开关510 和关门检测微动开关520，开门检测微动开关510安装在箱门110的外侧，箱门110转动至预设位置时，触发开门检测微动开关510，并将开门到位信号发送至控制板500；关门检测微动开关520安装在箱门110或箱体120敞口端，箱门110转动至预设位置时，触发关门检测微动开关520，并将关门到位信号发送至控制板500，控制板500接收关门到位信号后，控制锁闭装置100100锁闭箱门110和箱体120。

开门检测微动开关510和关门检测微动开关520分别用于检测箱门110 的开关门是否到位。

如图1-12所示，一种材料暴露实验箱10，还包括温度检测传感器530 和空间环境检测传感器540，温度检测传感器530安装在箱体120与样品托盘900之间和/或箱体120与样品托盘900之间并与控制板500连接，用于检测暴露实验样品区域的温度；空间环境检测传感器540安装在样品托盘 900上并与控制板500连接，用于监测空间站表面污染沉积质量和速率、监测空间站上暴露实验样品在航天轨道上的原子氧剥蚀速率。

具体的，空间环境检测传感器540包括原子氧剥蚀质量测量传感器，监测空间站上典型材料在载人航天轨道上的原子氧剥蚀速率。

实时反馈工作区工作温度范围，为材料状态分析提供环境温度基础；实时检测实验区空间环境状态，为材料状态分析提供环境状态基础。

本实施例为金属材料、非金属材料、复合材料等材料提供舱外安装空间；是一种可实现材料样品装置快速更换的独立系统，材料暴露实验箱系统为机、电、热、信息一体化系统；实现材料暴露实验箱的在轨快速更换；在需要时，为暴露的材料提供密闭防护；实时采集实验区温度、原子氧等环境数据。

实施例2

一种材料舱外暴露装置，包括安装底座800和若干上述一种材料暴露实验箱，若干材料暴露实验箱均分别可拆卸安装在安装底座800上。

本实施例的有益效果是：本实施例具有上述一种材料暴露实验箱的全部有益效果，在此就不再赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例一”、“实施例二”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体方法、装置或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、方法、装置或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种材料暴露实验箱，其特征在于，包括箱体、箱门和样品托盘，所述箱体和箱门通过自动开关门装置转动连接，所述箱门转动至与所述箱体扣合时，合围形成一用于容纳暴露实验样品的密闭空间，且通过锁闭装置锁定；所述样品托盘安装在所述箱体和/或箱门的敞口端上，用于安装暴露实验样品；

所述自动开关门装置包括开关门驱动机构、主动轮、中间轮、从动轮和铰链，所述开关门驱动机构的输出端与所述主动轮固定连接；所述主动轮、中间轮和从动轮依次通过开关门钢丝绳传动；所述从动轮与所述铰链的转动部固定连接，所述铰链的转动部与所述箱门固定连接，所述铰链的固定部与所述箱体固定连接；

其中，所述锁闭装置包括锁闭驱动机构、滑动板和锁座，所述箱体的竖直侧壁上开设有第一锁闭凹槽；所述滑动板与所述箱体的竖直侧壁滑动连接，且所述滑动板上固定安装有锁销，所述锁销插入所述第一锁闭凹槽内；所述锁座对应所述第一锁闭凹槽安装在所述箱门的竖直侧壁上；其中，箱门关闭时，所述锁座插入所述第一锁闭凹槽后，所述锁闭驱动机构驱动所述滑动板从第一位置移动到第二位置，使所述锁销与所述锁座卡接。

2.根据权利要求1所述一种材料暴露实验箱，其特征在于，所述锁闭驱动机构包括动力装置、锁闭转盘、锁闭齿轮盘、销轴臂和绕线轮，所述动力装置驱动所述锁闭转盘转动；所述锁闭转盘外周侧设有齿轮段，所述锁闭转盘转动到预设位置时，所述齿轮段与所述锁闭齿轮盘啮合；所述锁闭齿轮盘的输出轴与所述销轴臂的一端花键连接；

所述绕线轮与所述锁闭转盘同轴固定连接；所述动力装置驱动所述绕线轮转动，进而带动所述锁闭转盘转动。

3.根据权利要求2所述一种材料暴露实验箱，其特征在于，所述动力装置包括锁闭驱动电机、传动轴、绕线机构、中心轴、定位壳体、第一钢丝绳接头、第二钢丝绳接头和锁闭钢丝绳，所述中心轴固定安装在所述定位壳体内，所述传动轴转动安装在所述定位壳体内，且所述中心轴与所述传动轴同轴设置；所述绕线机构的一端与所述中心轴螺纹连接，另一端与所述传动轴花键连接；

所述第一钢丝绳接头和第二钢丝绳接头分别固定安装在所述定位壳体的外侧壁上，且与所述定位壳体内相连通；

所述锁闭钢丝绳的中部缠绕并固定在所述绕线轮上，所述锁闭钢丝绳的两端从所述第一钢丝绳接头和第二钢丝绳接头穿入所述定位壳体内，并分别缠绕在所述绕线机构上；

其中，所述锁闭驱动电机驱动所述传动轴转动，带动所述绕线机构转动并沿所述中心轴和所述传动轴的轴向移动，使所述锁闭钢丝绳移动且所述第一钢丝绳接头的出线长度或入线长度等于所述第二钢丝绳接头的入线长度或出线长度。

4.根据权利要求1所述一种材料暴露实验箱，其特征在于，所述开关门钢丝绳的数量为至少两条，所述开关门钢丝绳的两端均分别固定在所述主动轮和所述从动轮上，且均环绕所述中间轮，至少一条所述开关门钢丝绳的绕线方向与其余所述开关门钢丝绳的绕线方向相反。

5.根据权利要求1所述一种材料暴露实验箱，其特征在于，所述箱门的一竖直侧壁上开设有撞珠凹槽，所述箱体上的另一竖直侧壁上设有第一弹簧撞珠，所述第一弹簧撞珠与所述撞珠凹槽适配；其中，所述箱门转动至预设位置时，所述撞珠凹槽与相邻箱体上的第一弹簧撞珠适配卡接。

6.根据权利要求1-5任一项所述一种材料暴露实验箱，其特征在于，还包括控制板，所述控制板安装在所述箱体内；所述自动开关门装置、所述锁闭装置分别与所述控制板连接。

7.根据权利要求6所述一种材料暴露实验箱，其特征在于，还包括开门检测微动开关和关门检测微动开关，所述开门检测微动开关安装在所述箱门的外侧，所述箱门转动至预设位置时，触发所述开门检测微动开关，并将开门到位信号发送至所述控制板；所述关门检测微动开关安装在所述箱门或箱体敞口端，所述箱门转动至预设位置时，触发所述关门检测微动开关，并将关门到位信号发送至所述控制板，所述控制板接收所述关门到位信号后，控制所述锁闭装置锁闭所述箱门和箱体。

8.根据权利要求6所述一种材料暴露实验箱，其特征在于，还包括温度检测传感器和空间环境检测传感器，所述温度检测传感器安装在所述箱体与所述样品托盘之间和/或所述箱体与所述样品托盘之间并与所述控制板连接，用于检测暴露实验样品区域的温度；所述空间环境检测传感器安装在所述样品托盘上并与所述控制板连接，用于监测空间站表面污染沉积质量和速率、监测空间站上暴露实验样品在航天轨道上的原子氧剥蚀速率。

9.一种材料舱外暴露装置，其特征在于，包括安装底座和若干如权利要求1-8任一项所述一种材料暴露实验箱，若干所述材料暴露实验箱均分别可拆卸安装在所述安装底座上。

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