CN114044175A - 载人航天舱内机箱在轨拖离工具 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种载人航天舱内机箱在轨拖离工具，属于载人航天系统领域。本发明通过下述技术方案实现：航天电子机箱安装在航天机柜阶梯框架下部，通过导轨做直线移动；曲柄连杆进动器通过机箱前面板铰链座铰接的曲柄连杆铰链器可转动链接在导轨上，将曲柄连杆进动器的旋转运动转化为航天电子机箱沿导轨做直线移动，曲柄连杆进动器通过顺时针或逆时针转动的操作，联动航天电子机箱沿导轨向前和向后做直线移动，快捷实现航天电子机箱与背板的在轨拖离。本发明通过杠杆机构和曲柄滑块机构实现机箱与背板的在轨拖离，操作方便，能够有效减小操作力和航天员的体力消耗，能够适应载人航天的作业条件，满足航天员在轨操作能力和拆装机箱所需起拔力。

Description

载人航天舱内机箱在轨拖离工具
技术领域
本发明属于载人航天系统领域，具体地说是一种载人航天舱内机箱在轨拖离工具。
背景技术
空间站作为人类探索空间奥秘的科学平台，其最大的特点就是可以在太空中停留相当长的时间，为人类直接参与空间科学研究提供一个安全可靠的工作环境。然而，由于长期受到高真空、低温、太阳电磁辐照、电离层、以及地球辐射等十分恶劣的太空环境影响，其机载电子设备的可靠性不断降低，部分功能模块不能正常工作，严重时会直接影响到整个飞行任务的完成情况。因此，如何延长航天器电子设备在轨运行周期这一难题亟待解决。
载人飞船能保障宇航员在外层空间执行航天任务并返回地面，属于一次性使用的返回型载人航天器。它可以独立进行航天活动，也可用为往返于地面和空间站之间的“渡船”，还能与空间站或其他航天器对接后进行联合飞行。它容积较小，此前受到所载消耗性物质数量的限制，人员外货物携带能力，且不能重复使用。近年来随着新一代载人飞船如Crew Dragan等飞船的实际使用，载人飞船也具备复用能力。新一代载人飞船体型更大，既能载人也可载货，并且可重复使用，其耐热能力可达神舟飞船的3—4倍。飞船将通常由乘员舱、服务舱和轨道舱构成，重约7吨。航天器在太空运行过程中，电子设备暴露在恶劣的空间环境中，除要承受高真空、微重力状态外，还要承受阳照区太阳的强烈辐射和阴影区的黑冷。因此，对星航天器电子设备而言，不仅要求体积小、重量轻、可靠性高，而且要求能适应100℃的温差。载人航天平台需要长期在轨稳定运行，载人航天器密封舱内配置大量的气、液管路设备,实现管路设备的在轨维修需具备一定的在轨维修性，保证航天员在平台舱内长期稳定地开展科学研究。这就需要设备具备装拆能力，以方便在轨维护和操作。载人航天平台运行在近地轨道，航天员长期处于微重力状态，在轨维修过程中，很难施力。而且平台舱内机柜的各个电控机箱壁板上有很多接口,虽然不导热,也不生热,没有发热元件,但都是通过机箱后端连接器与机柜背板的对插方式来实现电信号互联，连接器的插拔力很大，航天员在失重状态下，很难通过双手实现机箱的装拆。为了解决现有航天电子设备机箱维修操作复杂,难以通过航天员在失重状态下靠双手实现装拆的难题，需要一种新型的适用于失重环境下的在轨托离与安装工具。
发明内容
为提高载人航天电子单机可靠性,本发明的针对上述问题，旨在提供一种维修便利的快速插拔航天电子设备机箱载人航天舱内机箱在轨拖离工具，以解决航天员在失重环境下在轨操作力不足的问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案提供了一种载人航天舱内机箱在轨拖离工具，包括：固定在航天机柜1后端的背板5，固联在航天机柜1一侧立柱阶梯框架左右方向的导轨4，参照国际VITA系列标准设计的航天电子机箱2，可转动链接在航天电子机箱2前面板铰链座上的曲柄连杆进动器3，其特征在于：航天电子机箱2安装在航天机柜1阶梯框架下部的左右内侧，通过导轨4可做前后直线移动；曲柄连杆进动器3通过航天电子机箱2前面板铰链座铰接的曲柄连杆铰链器20可转动链接在导轨4上，将曲柄连杆进动器3的旋转运动转化为航天电子机箱2沿导轨4做直线移动，曲柄连杆进动器3通过顺时针和逆时针转动的操作，联动航天电子机箱2沿导轨4向前和向后做直线移动，快捷实现航天电子机箱2与背板的托离。
本发明的优点与积极效果为：
本发明在分析现有成熟机箱缺陷的基础上,结合在轨可维修性设计理念,采用模块化设计的总体思路，采用固定在航天机柜1后端的背板5，固联在航天机柜1一侧立柱阶梯框架左右方向的导轨4，参照国际VITA系列标准设计的航天电子机箱2，可转动链接在航天电子机箱2前面板铰链座上的曲柄连杆进动器3，结构简单，稳定可靠，能对简单的电气故障进行检测和维修，同时便于航天员在失重的状态下操作。
本发明充分考虑工效学和空间站舱内的操作和环境特点，采用曲柄连杆进动器3通过固联在S曲柄体8矩形孔内的轴销10和铰接在轴销10的曲柄连杆9组成的曲柄连杆铰链器20，S曲柄体8通过导轨铰链轴16可转动链接在导轨4前端的铰接孔中，曲柄连杆9通过机箱铰链轴19可转动链接在航天电子机箱2前面板铰链座的铰接孔中，曲柄连杆铰链器20与航天电子机箱2和导轨4构成曲柄连杆滑块机构，将航天电子机箱2的推拉直线运动转化为曲柄连杆铰链器20的旋转运动，操作方便，并且曲柄连杆铰链器20通过锁紧棘轮7锁紧在拨杆6两端的切边圆柱上，组成杠杆机构，通过杠杆机构使S曲柄体8的力臂转矩倍增，省力快捷实现航天电子机箱2与背板5的托离。解决了舱内机箱在轨托离和安装的难题，为舱内机箱的托离提供了有力支撑和保障。其良好的维修性和操作性都为航天员的空间工作带来很大便利，进而对电子设备的寿命延长，降低成本都起到了一定的作用。同时，该机箱的结构设计大量参照了国际上通用VITA系列标准，大大增强了机箱的通用性，仿真结果及实践证明,该机箱具有操作及维修性好、可靠性高、通用性强以及结构简单等特点,完全满足航天机箱的相关标准。
本发明采用通过操作锁紧棘轮7实现曲柄连杆铰链器20与拨杆6的锁紧和解锁，无需其他工具，操作方便。曲柄连杆铰链器20与拨杆6解锁时，可在拨杆6两端的切边圆柱上滑动，能够根据航天电子机箱2前面板铰链座的不同间距，适应性调节曲柄连杆铰链器20的间距，实用性更好。同时锁紧棘轮7制有多个均匀分布凸起块，便于在转动锁紧棘轮7时施力，操作便捷，同时航天员佩戴手套操作时，能够减少对手套操作灵敏度的要求。
本发明通过杠杆机构和曲柄滑块机构实现机箱与背板的在轨拖离，操作方便，能够有效减小操作力，减小航天员的体力消耗，一方面，能够满足航天员系统工效学的要求，能够适应载人航天的作业条件，另一方面，满足航天员在轨操作能力和拆装机箱所需起拔力。
附图说明
图1是本发明一种载人航天舱内机柜框架的结构示意图；
图2是图1航天电子机箱在轨安装与分离的左视图；
图3是曲柄连杆进动器的分解构造示意图；
图4是图3的局剖剖切主视图；
图5是图3的局剖剖切左视图；
图6是图4的I向局部放大视图；
图7是图4的D-D的剖视图。
图中：1.舱内机柜，2.航天电子机箱，3.曲柄连杆进动器，4.导轨，5.背板，6.拨杆7.锁紧棘轮，8.S曲柄体，9.曲柄连杆，10.轴销，11.轴销螺钉紧固盘，12.限位盘，13.滑块，14.楔形块，15轴销孔，16.导轨铰链轴，17.曲柄切圆柱，18.曲柄铰接孔，19.机箱铰链轴，20.曲柄连杆铰链器，21.工字形滑健。
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围不受下面公开的具体实施例的限制。
具体实施方式
参阅图1-3。在以下描述的示意性优选实施例中，一种载人航天舱内机箱在轨拖离工具，包括：固定在航天机柜1后端的背板5，固联在航天机柜1一侧立柱阶梯框架左右方向的导轨4，参照国际VITA系列标准设计的航天电子机箱2，可转动链接在航天电子机箱2前面板铰链座上的曲柄连杆进动器3，其特征在于：航天电子机箱2安装在航天机柜1阶梯框架下部的左右内侧，通过导轨4可做前后直线移动；曲柄连杆进动器3通过航天电子机箱2前面板铰链座铰接的曲柄连杆铰链器20可转动链接在导轨4上，将曲柄连杆进动器3的旋转运动转化为航天电子机箱2沿导轨4做直线移动，曲柄连杆进动器3通过顺时针和逆时针转动的操作，联动航天电子机箱2沿导轨4向前和向后做直线移动，快捷实现航天电子机箱2与背板5的在轨拖离。
参阅图2-图7。曲柄连杆进动器3包括：上端制有T型手柄和下端制有沿两侧扩展至切边圆柱的拨杆6，通过螺钉固定在拨杆6两侧切边圆柱端面的限位盘12，固联在S曲柄体8矩形孔内的轴销10和铰接在轴销10的曲柄连杆9组成的曲柄连杆铰链器20，曲柄连杆铰链器20通过曲柄切圆柱17的端面弧形槽套设于拨杆6两侧的切边圆柱上并位于两侧限位盘12之间，装配在曲柄切圆柱17锁紧孔内的滑块13和楔形快14，以及通过螺纹副连接在曲柄切圆柱17的锁紧棘轮7。
曲柄连杆铰链器20包括：制有曲柄切圆柱17、圆弧耳板和矩形嵌入体的S曲柄体8，所述矩形嵌入体上制有轴销孔15和矩形孔，轴销孔15通过轴销10和轴销螺钉紧固盘11将曲柄连杆9可转动链接在所述矩形孔中，轴销10通过曲柄铰接孔18将制有机箱铰链轴19的曲柄连杆9，联动S曲柄体8约束在所述矩形孔中，并且所述圆弧耳板上的导轨铰链轴16与所述机箱铰链轴19同向，导轨铰链轴16铰链导轨4，机箱铰链轴19铰链航天电子机箱2的铰链座。
曲柄切圆柱17制有连接锁紧棘轮7的外螺纹和内锁孔，所述的内锁孔制有上下对称的工字形滑键21，滑块13和楔形块14通过其制有的开口滑槽，滑动装配在所述锁紧孔工字形滑健21上。
锁紧棘轮7制有内螺纹，螺纹台阶孔壁制有多个均匀分布凸起块，通过曲柄切圆柱17的外螺纹相连在曲柄切圆柱17上，锁紧棘轮7在转动过程中通过螺纹副转化为沿曲柄切圆柱17轴向移动，同时推动滑块13和楔形块14沿工字形滑健21向曲柄切圆柱17锁紧孔制有的楔形面移动，楔形块14通过楔形面产生的正压力分量传递到拨杆6的切边圆柱上，紧贴拨杆6的切边圆柱和曲柄切圆柱17锁紧孔的楔形面，产生挤压摩擦力，实现曲柄切圆柱17与拨杆6的锁紧，进一步地，曲柄切圆柱17与拨杆6未锁紧时，曲柄连杆铰链器20可在拨杆6两端切边圆柱上滑动，调节曲柄连杆铰链器20之间的间距，能够根据航天电子机箱2前面铰两铰链座不同的间距进行适应性调节。
曲柄连杆9通过机箱铰链轴19可转动链接在航天电子机箱2前面铰链座的铰接孔中，S曲柄体8通过导轨铰链轴16可转动链接在导轨4前端的铰接孔中，组成联动航天电子机箱2后端背板5的曲柄连杆滑块机构，曲柄连杆铰链器20通过锁紧棘轮7锁紧在拨杆6两端的切边圆柱上，拨杆6的旋转运动，带动S曲柄体8转矩力臂实现转矩倍增，利用杠杆原理转化为航天电子机箱2沿导轨4做直线移动，进而实现航天电子机箱2与背板5的在轨拖离。
使用时，首先拧松锁紧棘轮7，使曲柄连杆铰链器20与拨杆6的切边圆柱松开，然后将S曲柄体8的导轨铰链轴16可转动链接在导轨4前端的铰接孔中，同时通过拨动曲柄连杆9末端制有的拨动段，使曲柄连杆9的机箱铰链轴19可转动链接在航天电子机箱2前面板铰链座的铰接孔中，其次通过转动锁紧棘轮7使曲柄连杆铰链器20锁紧在拨杆6两端的切边圆柱上，最后转动拨杆6的手柄并联动曲柄连杆铰链器20转动，曲柄连杆铰链器20的旋转运动通过曲柄滑块机构转化为航天电子机箱2沿导轨4的直线运动，从而实现航天电子机箱2与背板5的托离。
以上所述的仅是本发明的典型实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些变更和改变应视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种载人航天舱内机箱在轨拖离工具，包括：固定在航天机柜(1)后端的背板(5)，固联在航天机柜(1)一侧立柱阶梯框架左右方向的导轨(4)，参照国际VITA系列标准设计的航天电子机箱(2)，可转动链接在航天电子机箱(2)前面板铰链座上的曲柄连杆进动器(3)，其特征在于：航天电子机箱(2)安装在航天机柜(1)阶梯框架下部的左右内侧，通过导轨(4)可做前后直线移动；曲柄连杆进动器(3)通过航天电子机箱(2)前面板铰链座铰接的曲柄连杆铰链器(20)可转动链接在导轨(4)上，将曲柄连杆进动器(3)的旋转运动转化为航天电子机箱(2)沿导轨(4)做直线移动，曲柄连杆进动器(3)通过顺时针或逆时针转动的操作，联动航天电子机箱2沿导轨(4)向前和向后做直线移动，快捷实现航天电子机箱(2)与背板的在轨拖离。
2.根据权利要求1所述的载人航天舱内机箱在轨拖离工具，其特征在于：曲柄连杆进动器(3)包括：上端制有T型手柄和下端制有沿两侧扩展至切边圆柱的拨杆(6)，通过螺钉固定在拨杆(6)两侧切边圆柱端面的限位盘(12)，固联在S曲柄体(8)矩形孔内的轴销(10)和铰接在轴销(10)的曲柄连杆(9)组成曲柄连杆铰链器(20)，曲柄连杆铰链器(20)通过曲柄切圆柱(17)的端面弧形槽套设于拨杆(6)两侧的切边圆柱上并位于两侧限位盘(12)之间，装配在曲柄切圆柱(17)锁紧孔内的滑块(13)和楔形快(14)，以及通过螺纹副连接在曲柄切圆柱(17)的锁紧棘轮(7)。
3.根据权利要求2所述的载人航天舱内机箱在轨拖离工具，其特征在于：曲柄连杆铰链器(20)包括：制有曲柄切圆柱(17)、圆弧耳板和矩形嵌入体的S曲柄体(8)，所述矩形嵌入体上制有轴销孔(15)和矩形孔，轴销孔(15)通过轴销(10)和轴销螺钉紧固盘(11)将曲柄连杆(9)可转动链接在所述矩形孔中，轴销(10)通过曲柄铰接孔(18)将制有机箱铰链轴(19)的曲柄连杆(9)，联动S曲柄体(8)约束在所述矩形孔中，并且所述圆弧耳板上的导轨铰链轴(16)与所述机箱铰链轴(19)同向，导轨铰链轴(16)铰链导轨(4)，机箱铰链轴(19)铰链航天电子机箱2的铰链座。
4.根据权利要求3所述的载人航天舱内机箱在轨拖离工具，其特征在于：曲柄切圆柱(17)制有连接锁紧棘轮(7)的外螺纹和内锁孔，所述的内锁孔制有上下对称的工字形滑键(21)，滑块(13)和楔形块(14)通过其制有的开口滑槽，滑动装配在所述锁紧孔工字形滑健(21)上。
5.根据权利要求4所述的载人航天舱内机箱在轨拖离工具，其特征在于：锁紧棘轮(7)制有内螺纹，螺纹台阶孔壁制有多个均匀分布凸起块，通过曲柄切圆柱(17)的外螺纹相连在曲柄切圆柱(17)上。
6.根据权利要求5所述的载人航天舱内机箱在轨拖离工具，其特征在于：锁紧棘轮(7)在转动过程中通过螺纹副转化为沿曲柄切圆柱(17)轴向移动，同时推动滑块(13)和楔形块(14)沿工字形滑健(21)向曲柄切圆柱(17)锁紧孔制有的楔形面移动，楔形块(14)通过楔形面产生的正压力分量传递到拨杆(6)的切边圆柱上，紧贴拨杆(6)的切边圆柱和曲柄切圆柱(17)锁紧孔的楔形面，产生挤压摩擦力，实现曲柄切圆柱(17)与拨杆(6)的锁紧。
7.根据权利要求5所述的载人航天舱内机箱在轨拖离工具，其特征在于：曲柄切圆柱(17)与拨杆(6)未锁紧时，曲柄连杆铰链器(20)可在拨杆(6)两端切边圆柱上滑动，调节曲柄连杆铰链器(20)之间的间距，能够根据航天电子机箱(2)前面铰两铰链座不同的间距进行适应性调节。
8.根据权利要求2-7所述的载人航天舱内机箱在轨拖离工具，其特征在于：曲柄连杆(9)通过机箱铰链轴(19)可转动链接在航天电子机箱(2)前面铰链座的铰接孔中，S曲柄体(8)通过导轨铰链轴(16)可转动链接在导轨(4)前端的铰接孔中，组成联动航天电子机箱(2)后端背板(5)的曲柄连杆滑块机构。
9.根根据权利要求3所述的载人航天舱内机箱在轨拖离工具，其特征在于：曲柄连杆铰链器(20)通过锁紧棘轮(7)锁紧在拨杆(6)两端的切边圆柱上，拨杆(6)的旋转运动，带动S曲柄体(8)转矩力臂实现转矩倍增，利用杠杆原理转化为航天电子机箱(2)沿导轨(4)做直线移动，进而实现航天电子机箱(2)与背板(5)的在轨拖离。
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