CN111516911B - 一种动作时序解耦的小型空间对接机构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种动作时序解耦的小型空间对接机构，属于航天器空间在轨服务领域。该机构包括服务端和目标端，利用边缘型面进行大角度容差的导向对接过程，采用空间凸轮机构完成电连接器的插拔过程，为小型空间对接机构提供了在大对接容差下实现“先机械锁紧后电连接器插接”的机电热一体化对接设计方案，解决了在不占用额外资源的情况下实现动作时序解耦的问题，从设计根源上提高了对接可靠性，本发明设计简单紧凑，占用空间小，导向容差大。
Description
技术领域
本发明涉及航天器空间在轨服务领域，特别是指一种动作时序解耦的小型空间对接机构。
背景技术
随着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、组成日趋复杂，性能、技术水平也在不断提高，空间对接机构是在轨航天器对接的关键装备，其对接机构构型合理性是对接领域的核心部分，也是实现太空对接任务顺利完成的重要保证。
传统航天器基本都是针对大型空间对接机构进行设计，一方面，锥杆式导向技术较为成熟，但是对接容差取决于锥杆长度、锥孔直径、锥孔角度等影响因素，对接容差随着对接器所占空间的增大而增大，这样相对较大的物理空间限制了发射能力，另一方面，现有空间对接机构在锥杆导向过程末段完成电连接器插接过程，之后完成锁紧过程，且电连接器固定分布在对接端面上，这样的布置对机构导向对接精度提出了严格要求，精度不高很容易导致电连接器插针损坏、插接失败。
综上，设计出一种在不占用额外资源情况下，利用一套驱动源实现“先机械锁紧后电连接器插拔”顺序解耦的大容差可靠对接模式的创新型小型空间对接机构是我国航天在轨服务事业发展不可或缺的技术。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种动作时序解耦的小型空间对接机构。
该机构利用边缘型面进行大角度容差的导向对接过程，采用空间凸轮机构完成电连接器的插拔过程，具体的，包括服务端和目标端，服务端包括服务端外壳、中心锁紧锥杆、热接收环及电连接器接收槽，目标端包括基座、支撑轴、中心紧定轴、蜗轮、内齿轮、支撑板、电连接器上升支座、平面牙盘、锁紧卡爪、热输出环、目标端外壳、卡爪轨道、空间凸轮、不完全齿轮组、蜗杆及传动轴。
服务端外壳与中心锁紧锥杆一体成形，服务端外壳对接面包含曲线型面和矩形槽口，曲线型面提供粗导向，曲线型面末端的矩形槽口提供精导向，且两种导向形式公差要求不同，中心锁紧锥杆头部锥径大于身部锥径。
热接收环为圆环形，热接收环通过弹簧与服务端对接面连接在一起，电连接器接收槽位于中心锁紧锥杆以外、热接收环以内的部位。
目标端外壳对接面包含曲线型面和矩形槽口，曲线型面提供粗导向，曲线型面末端的矩形槽口提供精导向，且两种导向形式公差要求不同，内部为热输出环，目标端外壳底部固定在基座上，基座通过螺栓固定在目标卫星上。
不完全齿轮组包括大齿轮和小齿轮，大齿轮和小齿轮相互啮合，大齿轮固定在传动轴上，小齿轮固定在中心紧定轴上。
内齿轮固定在传动轴上，外轮廓与空间凸轮内轮廓互相啮合，空间凸轮与电连接器上升支座通过凹槽、滑块相连。
平面牙盘固定在中心紧定轴上，且置于卡爪轨道下底部，与锁紧卡爪相啮合，锁紧卡爪固定在卡爪轨道水平槽中；平面牙盘固定在支撑板上，支撑板通过三根支撑轴与基座相连。
蜗轮、蜗杆相互啮合，蜗杆与电机轴相连，蜗轮与传动轴相连。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
本发明机构设计简单紧凑，占用空间小，导向容差大，利用一套驱动源实现了“先机械锁紧后电连接器插拔”时序分明的对接模式。本发明运用蜗轮蜗杆保证了模块接口的自锁性能，运用不完全齿轮与空间凸轮保证了单一驱动源实现多个动作时序解耦的协调功能，使得该对接机构具有导向精度高、锁紧能力强等优点。
附图说明
图1为本发明的动作时序解耦的小型空间对接机构的结构示意图；
图2为本发明的动作时序解耦的小型空间对接机构的服务端结构示意图；
图3为本发明的动作时序解耦的小型空间对接机构的目标端结构示意图；
图4为本发明的动作时序解耦的小型空间对接机构的爆炸结构示意图。
其中：1-服务端，2-目标端，3-服务端外壳，4-中心锁紧锥杆，5-热接收环，6-电连接器接收槽，7-基座，8-支撑轴，9-中心紧定轴，10-蜗轮，11-内齿轮,12-支撑板，13-电连接器上升支座，14-平面牙盘，15-锁紧卡爪，16-热输出环，17-目标端外壳，18-卡爪轨道，19-空间凸轮，20-不完全齿轮组，21-蜗杆，22-传动轴。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种动作时序解耦的小型空间对接机构。
如图1、图2、图3及图4所示，该装置包括服务端1和目标端2，服务端1包括服务端外壳3、中心锁紧锥杆4、热接收环5及电连接器接收槽6，目标端2包括基座7、支撑轴8、中心紧定轴9、蜗轮10、内齿轮11、支撑板12、电连接器上升支座13、平面牙盘14、锁紧卡爪15、热输出环16、目标端外壳17、卡爪轨道18、空间凸轮19、不完全齿轮组20、蜗杆21及传动轴22。
工作时，装有服务端1的空间对接机构向目标端2实现进给运动。服务端外壳3与中心锁紧锥杆4一体成形，服务端外壳3对接面包含曲线型面和矩形槽口，曲线型面提供粗导向，曲线型面末端的矩形槽口提供精导向，且两种导向形式公差要求不同，粗导向公差要求在±0.5mm范围内，精导向公差要求在±0.1mm范围内，用于完成大容差对接导向，中心锁紧锥杆4头部锥径大于身部锥径，以便锁紧时承受一部分锁紧力，热接收环5通过弹簧与服务端对接面连接在一起，使用浮动连接避免了面面接触的过定位问题，电连接器接收槽6位于中心锁紧锥杆4以外、热接收环5以内的部位，电热接口的紧凑布置减小了模块所占物理空间的大小。目标端外壳17对接面包含曲线型面和矩形槽口，曲线型面提供粗导向，曲线型面末端的矩形槽口提供精导向，且两种导向形式公差要求不同，粗导向公差要求在±0.5mm范围内，精导向公差要求在±0.1mm范围内，内部为热输出环16，外壳底部固定在基座7上，基座7通过螺栓固定在目标卫星上，蜗轮10蜗杆21相互啮合，具有较优的自锁性能，蜗杆21与电机轴相连，蜗轮10与传动轴22相连，相互传输扭矩，内齿轮11固定在传动轴22上，外轮廓与空间凸轮19内轮廓互相啮合，空间凸轮19与电连接器上升支座13通过凹槽、滑块连接在一起，控制电连接器的高精度插拔，不完全齿轮组20的大齿轮和小齿轮相互啮合，其中，大齿轮固定在传动轴22上，小齿轮固定在中心紧定轴9上，运用间歇机构实现一源联动、时序分明、顺序解耦的功能，平面牙盘14固定在中心紧定轴9上，且置于卡爪轨道18下底部，与锁紧卡爪15相啮合，锁紧卡爪15固定在卡爪轨道18水平槽中，通过锁紧卡爪15的平动实现锁紧功能，平面牙盘14固定在支撑板12上，支撑板12通过三根支撑轴8与基座7相连。
本发明的具体工作过程为：服务端1不断靠近目标端2，通过服务端外壳3、目标端外壳17对接面形状进行粗精导向，并且中心锁紧锥杆4深入到目标端2中心空腔中；目标端2中的电动机开始工作，通过电机轴将扭矩传输到蜗轮10蜗杆21，蜗轮10将动力通过传动轴22传至不完全齿轮组20，不完全齿轮组20通过中心紧定轴9带动平面牙盘14旋转，驱动锁紧卡爪15向心运动，卡紧服务端1的中心锁紧锥杆4，当不完全齿轮组20退出啮出后，锁紧卡爪15实现预定的锁紧力，此时，热输出环16和热接收环5贴紧，由于平面牙盘14实现自锁，可避免锁紧力过大导致平面牙盘14反转；电动机继续驱动蜗轮10蜗杆21转动，内齿轮11带动空间凸轮19已运动至升程阶段，在空间凸轮19的作用下电连接器上升支座13推出，最终与服务端1的电连接器接收槽6实现高精度连接，之后，电动机停转，对接完成。
以上所述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，在不脱离本发明所述原理的前提下，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。
Claims (3)
1.一种动作时序解耦的小型空间对接机构，其特征在于：包括服务端(1)和目标端(2)，目标端(2)和服务端(1)对接；服务端(1)包括服务端外壳(3)、中心锁紧锥杆(4)、热接收环(5)及电连接器接收槽(6)，目标端(2)包括基座(7)、支撑轴(8)、中心紧定轴(9)、蜗轮(10)、内齿轮(11)、支撑板(12)、电连接器上升支座(13)、平面牙盘(14)、锁紧卡爪(15)、热输出环(16)、目标端外壳(17)、卡爪轨道(18)、空间凸轮(19)、不完全齿轮组(20)、蜗杆(21)及传动轴(22)；
所述服务端外壳(3)与中心锁紧锥杆(4)一体成形，服务端外壳(3)对接面包含曲线型面和矩形槽口，曲线型面提供粗导向，曲线型面末端的矩形槽口提供精导向，且两种导向形式公差要求不同，中心锁紧锥杆(4)头部锥径大于身部锥径；热接收环(5)为圆环形，热接收环(5)通过弹簧与服务端对接面连接在一起，中心锁紧锥杆(4)和热接收环(5)之间设置电连接器接收槽(6)；
所述目标端外壳(17)对接面包含曲线型面和矩形槽口，曲线型面提供粗导向，曲线型面末端的矩形槽口提供精导向，且两种导向形式公差要求不同，目标端外壳(17)内部为热输出环(16)，目标端外壳(17)底部固定在基座(7)上，基座(7)通过螺栓固定在目标卫星上；
所述不完全齿轮组(20)包括大齿轮和小齿轮，大齿轮和小齿轮相互啮合，大齿轮固定在传动轴(22)上，小齿轮固定在中心紧定轴(9)上；
所述内齿轮(11)固定在传动轴(22)上，内齿轮(11)的外轮廓与空间凸轮(19)的内轮廓互相啮合，空间凸轮(19)与电连接器上升支座(13)通过凹槽和滑块相连。
2.根据权利要求1所述的动作时序解耦的小型空间对接机构，其特征在于：所述平面牙盘(14)固定在中心紧定轴(9)上，且置于卡爪轨道(18)下底部，平面牙盘(14)与锁紧卡爪(15)相啮合，锁紧卡爪(15)固定在卡爪轨道(18)水平槽中；平面牙盘(14)固定在支撑板(12)上，支撑板(12)通过三根支撑轴(8)与基座(7)相连。
3.根据权利要求1所述的动作时序解耦的小型空间对接机构，其特征在于：所述蜗轮(10)、蜗杆(21)相互啮合，蜗杆(21)与电机轴相连，蜗轮(10)与传动轴(22)相连。
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