CN115139261B - 一种空间站目标适配器膨胀螺栓换向工具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种空间站目标适配器膨胀螺栓换向工具，包括旋转限位机构、摆臂机构和力矩传递机构，摆臂机构一端与旋转限位机构限位活动连接，另一端与力矩传递机构固定连接，力矩传递机构能够增大输出扭矩并对膨胀螺栓的自锁；旋转限位机构用于锁定适配器接口；摆臂机构能够对力矩传递机构进行换向。本发明所述的空间站目标适配器膨胀螺栓换向工具，通过适配器仅有的接口进行固定并同时对接两侧的膨胀螺栓进行换向锁定，通过蜗轮蜗杆结构实现力矩方向旋转90°换向同时满足力矩输出的增大和自锁功能，大大降低了宇航员的舱外操作难度。

Description

一种空间站目标适配器膨胀螺栓换向工具

技术领域

本发明属于换向器技术领域，尤其是涉及一种空间站目标适配器膨胀螺栓换向工具。

背景技术

为满足空间站机械臂快速连接装置及目标适配器快速连接装置在轨操作需求，需要对膨胀螺栓进行加载和卸载的换向操作，为实现宇航员的舱外换向操作需要设计专门的换向工具，同时额外提供以下功能：

1)符合宇航员人机功效学，操作方便可靠；

2)受空间限制需要满足固定接口大跨距双向对接功能；

3)换向器需要同时具备增大输出扭矩和自锁功能。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种空间站目标适配器膨胀螺栓换向工具，以提供一种操作方便，能够满足固定接口大跨距双向对接功能、具有自锁功能的空间站目标适配器膨胀螺栓换向工具。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种空间站目标适配器膨胀螺栓换向工具，包括旋转限位机构、摆臂机构和力矩传递机构，摆臂机构一端与旋转限位机构限位活动连接，另一端与力矩传递机构固定连接，力矩传递机构能够增大输出扭矩并对膨胀螺栓的自锁；旋转限位机构用于锁定适配器接口；摆臂机构能够对力矩传递机构进行换向。

进一步的，所述旋转限位机构包括压盖、定位套和锁母，锁母上方与定位套限位连接，二者配合能够通过旋转锁定适配器接口，定位套上方穿过支架后固定连接至压盖，压盖压紧支架。

进一步的，所述支架为矩形板，支架一端垂直安装支架连接架后形成L型结构，支架连接架的下方通过定位套安装锁母，上方安装压盖，两侧对称安装防飘环。

进一步的，所述支架为L型结构，支架的顶板的下方通过定位套安装锁母，上方安装压盖，两侧对称安装防飘环。

进一步的，所述锁母中心设有转槽，转槽的槽壁上设有位置对称的挡台，转槽的底部设有锁定部，转槽用于安装定位套，定位套包括凸台、限位台和底座，底座上方设有凸台，凸台周向对称安装限位台，凸台底部设有键槽，键槽和所述锁定部均用于插入适配器，挡台和底座之间通过弹性件连接，使得定位套和锁母之间在外力下能够限位转动。

进一步的，所述摆臂机构包括滑动销和摆臂，摆臂的一侧与转向凹槽转动连接，摆臂的另一侧通过压簧固定连接至滑动销，滑动销的另一端与转向凹槽配合，用于实现摆臂与转向凹槽的转向定位，摆臂两侧对称设置拨片，拨片通过按压表面实现滑动销的轴向进给。

进一步的，所述摆臂包括前摆臂、连接方轴和后摆臂，前摆臂通过连接方轴固定连接至后摆臂，连接方轴通过压簧固定连接至滑动销，且滑动销位于前摆臂内部，前摆臂的端部通过支架销轴与转向凹槽转动连接。

进一步的，所述转向凹槽下方为圆弧结构，圆弧上均布若干锁定凹槽，锁定凹槽与所述滑动销配合限位。

进一步的，所述前摆臂两侧对称设置拨片，每个拨片的一端通过拨片销轴与前摆臂转动连接，前摆臂两侧对称安装滚压轮，且滚压轮能够自转，拨片、拨片销轴和滚压轮互相配合，推动滑动销轴向给进。

进一步的，所述力矩传递机构包括减速箱体、蜗杆和蜗轮，减速箱体固定连接至摆臂，减速箱体一侧安装卡箍，内部安装蜗杆和蜗轮，蜗杆用于提供输入端的对接接口，蜗轮蜗杆配合用于传递扭矩，蜗轮上方通过蜗轮轴固定连接至导向花键套，导向花键套上方安装花键套定位钉，导向花键套外部套接螺栓定位套后两者能够相对滑动。

相对于现有技术，本发明所述的空间站目标适配器膨胀螺栓换向工具具有以下优势：

（1）本发明所述的空间站目标适配器膨胀螺栓换向工具，通过适配器仅有的接口进行固定并同时对接两侧的膨胀螺栓进行换向锁定，通过蜗轮蜗杆结构实现力矩方向旋转90°换向同时满足力矩输出的增大和自锁功能，大大降低了宇航员的舱外操作难度。

（2）本发明所述的空间站目标适配器膨胀螺栓换向工具，结构满足宇航员人机功效学，操作方便可靠，在狭小的空间内满足固定接口大跨距双向对接功能。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的空间站目标适配器膨胀螺栓换向工具的结构示意图；

图2为图1中A处的放大图；

图3为图1中B处的放大图；

图4为本发明实施例所述的摆臂机构的主视图；

图5为图4中A-A向的剖视图；

图6为本发明实施例所述的旋转限位机构的示意图；

图7为本发明实施例所述的定位套的示意图；

图8为本发明实施例所述的锁母的示意图；

图9为本发明实施例所述的力矩传递机构的示意图；

图10为本发明实施例所述的蜗轮、蜗轮轴、花键套定位钉和导向花键套的连接示意图；

图11为图10的A-A向剖视图；

图12为本发明实施例所述的螺栓定位套的主视图；

图13为图12的B-B向剖视图。

附图标记说明：

1-压盖；2-定位套；201-凸台；202-限位台；203-底座；204-一号定位孔；205-二号定位孔；3-锁母；301-转槽；302-挡台；303-锁定部；304-弹性件；4-支架连接架；5-支架；6-垫块；7-工作台插头；8-防飘环；9-转向凹槽；10-支架销轴；11-拨片销轴；12-拨片；13-滚压轮；14-滑动销；15-前摆臂；16-压簧；17-连接方轴；18-后摆臂；19-螺栓定位套；191-定位花键；192-第一凹槽；193-第二凹槽；20-花键套定位钉；201-定位波珠；21-导向花键套；211-导向花键；22-蜗轮轴；23-减速箱体；24-蜗杆；25-卡箍；26-蜗轮；27-减速箱盖；28-法兰盖。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种空间站目标适配器膨胀螺栓换向工具，如图1至图13所示，包括旋转限位机构、摆臂机构和力矩传递机构，摆臂机构一端与旋转限位机构活动限位连接，另一端与力矩传递机构固定连接，力矩传递机构能够增大输出扭矩，同时对膨胀螺栓的自锁，旋转限位机构用于锁定适配器接口，摆臂机构能够对力矩传递机构进行换向。本方案的结构满足宇航员人机功效学，操作方便可靠，受空间限制需要满足固定接口大跨距双向对接功能，为了减低宇航员的舱外操作难度，同时具备增大输出扭矩和自锁的功能。

如图1和图6所示，旋转限位机构包括压盖1、定位套2、锁母3、支架连接架4、支架5、垫块6、工作台插头7、防飘环8，锁母3用于对适配器接口的锁定，上方与定位套2限位连接，二者配合能够通过旋转45°限制整体机构的轴向运动。好处在于装配灵活，具有倒角方便安装导向。定位套2上方穿过支架5后固定连接至压盖1，压盖1压紧支架5，压盖1表面具备标识，方便操作者确定当前锁定状态。压盖1和定位套2螺钉连接。支架5另一端安装转向凹槽9。

支架5上设有减重孔，大大降低了零件重量。

在一个实施例中，支架5为矩形板，支架5一端垂直安装支架连接架4后形成L型结构。支架连接架4的下方通过定位套2安装锁母3，上方安装压盖1，两侧对称安装防飘环8。支架连接架4用于同时螺钉连接定位套2和件支架5，好处在于具备外接接口，可扩充安装其他零件。在另一个实施例中，支架5为L型结构，支架5的顶板的下方通过定位套2安装锁母3，上方安装压盖1，两侧对称安装防飘环8；支架5侧板的下方固定安装转向凹槽9。

防飘环8为防飘绳提供固定接口，通过螺钉与支架5螺接固定。好处在于结构简单，方便加工。

支架5外侧安装工作台插头7，且工作台插头7的位置可调；优选的，支架5外侧安装垫块6，垫块6外侧固定安装工作台插头7，通过调整垫块6的厚度能够调整工作台插头7的高度， 通过螺钉分别支架5、工作台插头7螺接固定。好处在于加工简单，安装方便。工作台插头7用于对接固定外设操作台，好处在于固定适配性高，方便插拔。

如图7和图8所示，锁母3中心设有转槽301，转槽301的槽壁上设有位置对称的挡台302，转槽301的底部设有锁定部303，转槽301用于安装定位套2，定位套2包括凸台201、限位台202和底座203，底座203上方设有凸台201，凸台201周向对称安装限位台202，凸台201底部设有花键孔，花键孔和所述锁定部303均用于插入适配器，挡台302和底座203之间通过弹性件304连接，使得定位套2和锁母3之间在外力下能够限位转动。锁母3和定位套2互相配合，使得整体机构定位准确，操作简单。

定位套2用于对适配器接口的固定导向，同时限制整体机构的径向旋转。优选的，弹性件304为定位波珠或波珠螺丝。优选的，定位套2为一体结构。

在一个或多个实施例中，每个挡台302上均安装一个弹性件304，弹性件304为定位波珠，凸台201的周向对称的设有两对定位孔，且每一对定位孔均位于两个限位台202之间，每一对定位孔均包括一号定位孔204和二号定位孔205，一号定位孔204和二号定位孔205均用于插入弹性件304。

旋转限位机构的工作原理为：

工作人员将定位套2和锁母3插入适配器接口后，锁母3和定位套2通过径向转动，事先安装在锁母3上的弹性件304（可以理解为定位波珠或弹簧定位装置）从一号定位孔204滑移至二号定位孔205，实现锁定，同时底面方向上锁母3与定位套2的花键孔产生径向交错，从而实现对适配器接口的锁定。

如图4和图5所示，摆臂机构包括滑动销14和摆臂，摆臂的一侧与转向凹槽9转动连接，摆臂的另一侧通过压簧16固定连接至滑动销14，滑动销14的另一端与转向凹槽9配合，用于实现摆臂与转向凹槽9的转向定位，摆臂两侧对称设置拨片12，拨片12通过按压表面实现滑动销14的轴向进给。

具体的，摆臂包括前摆臂15、连接方轴17和后摆臂18，前摆臂15通过连接方轴17固定连接至后摆臂18，连接方轴17通过压簧16固定连接至滑动销14，且滑动销14位于前摆臂15内部，设置的这种的模块化结构，方便更换维修，前摆臂15的端部通过支架销轴10与转向凹槽9转动连接。设置的压簧16滑动销14提供弹力。

转向凹槽9下方为圆弧结构，圆弧上均布若干锁定凹槽，锁定凹槽与所述滑动销14配合限位，为前摆臂15提供转向固定支撑，两者配合，结构简单，锁定可靠。

前摆臂15两侧对称设置拨片12，且两个拨片12分别位于滑动销14的两侧，每个拨片12的一端通过拨片销轴11与前摆臂15转动连接，前摆臂15两侧对称安装滚压轮13，且滚压轮13能够自转；优选的，滚压轮13通过轴销与前摆臂15连接，使得滚压轮13能够沿前摆臂15自转，拨片12、拨片销轴11、滚压轮13互相配合，推动滑动销14轴向给进。

在一个实施例中，滑动销14为类圆锥形结构，滑动销14靠近转向凹槽9的一侧为头部，靠近压簧16的一侧为尾部，所述头部的结构与转向凹槽9中的锁定凹槽的结构匹配，滑动销14头部的两侧分别设有一个拨片销轴11，拨片销轴11固定安装在前摆臂15上，每个拨片销轴11外部活动套接一个拨片12，使得拨片12能通过拨片销轴11与前摆臂15转动连接，且拨片销轴11为拨片12提供转向中心，滑动销14尾部的两侧分别设有一个滚压轮13，且滚压轮13位于滑动销14和拨片12之间，滚压轮13与前摆臂15转动连接，滚压轮13通过自身旋转减小摩擦力。

初始状态时，滑动销14的头部位于转向凹槽9中，拨片销轴11和滚压轮13均位于滑动销14圆锥形结构的斜面上，工作人员按压拨片12头部时，拨片12给滑动销14的斜面压力，拨片12自然会带动滚压轮13一起向中间压缩，因为滚压轮13是随动的可以自由转动以减小摩擦力，然后滑动销14会因为接触斜面的缘故产生向后的推力并使得压簧16压紧，最终实现滑动销14从转向凹槽9中脱出完成解锁动作。

支架销轴10为前摆臂15提供转向中心，通过轴用挡圈 （通用标件）与转向凹槽9固定。好处在于结构简单，方便加工。拨片销轴11通过轴用挡圈 （通用标件）与前摆臂15固定。好处在于结构简单，方便加工。拨片12用于前摆臂15的换向，操作者通过按压表面实现滑动销14的轴向进给，好处在于操作方便。滚压轮13通过自身旋转减小摩擦力。滑动销14用于实现前摆臂15与转向凹槽9的转向定位，通过压簧16提供的弹簧弹力实现自动锁定复位。好处在于结构小巧，能自动止回，简化操作过程。

摆臂机构的工作原理为：

为了方面描述和理解，以转向凹槽9包括两个锁定凹槽为例，且分别命名为第一锁定凹槽和第二锁定凹槽，初始时，滑动销14插入转向凹槽9的第一锁定凹槽内，工作人员一只手按压拨片12头部时，拨片12给滑动销14的斜面压力，并使得滑动销14受力压缩压簧16，滑动销14轴向向后运动，滑动销14的头部离开转向凹槽9的第一锁定凹槽，此时工作人员另一只手以支架销轴10为轴心旋转支架连接架4，直至滑动销14对准第二锁定凹槽时，工作人员松开按压拨片12的手，此时压簧16恢复形变，推动滑动销14向转向凹槽9运动，直至滑动销14头部嵌入锁定凹槽中，此时前摆臂15和转向凹槽9转向定位完成。

如图9至图13所示，力矩传递机构包括螺栓定位套19、花键套定位钉20、导向花键套21、蜗轮轴22、减速箱体23、蜗杆24、卡箍25、蜗轮26、减速箱盖27和法兰盖28，减速箱体23固定连接至后摆臂18，减速箱体23一侧安装卡箍25，内部安装蜗杆24和蜗轮26，蜗杆24用于提供输入端的对接接口，蜗轮26蜗杆24配合用于传递扭矩且能够实现力矩方向旋转90°换向，蜗轮26上方通过蜗轮轴22固定连接至导向花键套21，导向花键套21上方安装花键套定位钉20，导向花键套21外部套接螺栓定位套19，且两者能够相对滑动。力矩传递机构通过蜗轮蜗杆结构实现力矩方向旋转90°换向同时满足力矩输出的增大和自锁功能，减低宇航员的舱外操作难度。

螺栓定位套19用于连接固定膨胀螺栓，末端有花键结构，能够传动扭矩，与导向花键套21轴向相对滑动。好处在于可轴向伸缩运动，减小整体空间外包络尺寸，外围花盘方便操作者转动操控。

花键套定位钉20用于控制螺栓定位套19在导向花键套21上轴向滑动距离。花键套定位钉20内置定位波珠，定位波珠可自动定位轴向位置。导向花键套21外部设有到位指示凹槽，可有效传递扭矩。蜗轮轴22用于传递蜗轮26的扭矩，通过花键套定位钉20与导向花键套21螺接固定。

在一个或多个实施例中，花键套定位钉20周向安装若干定位波珠201，导向花键套21靠近花键套定位钉20的一端设有导向花键211，导向花键套21内部设有安装孔，安装孔与蜗轮轴22固定连接（过盈配合），导向花键套21和花键套定位钉20外部同时活动套接螺栓定位套19，且导向花键套21能够轴向相对滑动；螺栓定位套19为壳体结构，螺栓定位套19的内壁自下至上依次设有定位花键191、第一凹槽192和第二凹槽193，定位花键191用于和所述导向花键211配合传递扭矩；第一凹槽192和第二凹槽193均用于和所述定位波珠201配合，用于锁定螺栓定位套19的位置。优选的，第一凹槽192和第二凹槽193均为环形槽。

螺栓定位套19的工作过程为：

当工作人员将螺栓定位套19向外侧拉出时，定位波珠201位于第一凹槽192内，实现螺栓定位套19和花键套定位钉20的锁紧，此时导向花键211和定位花键191咬合，螺栓定位套19和导向花键套21配合可以传递扭矩；当工作人员将螺栓定位套19向内侧推入时，定位波珠201位于第二凹槽193内，实现螺栓定位套19和花键套定位钉20的锁紧，螺栓定位套19可以在导向花键套21上自由的径向转动且此时不传递扭矩。减速箱体23外型小巧并最大限度减小组件外包络体积。蜗杆24用于提供输入端的对接接口，同时负责将扭矩传递给蜗轮26，与减速箱体23径向相对转动。结构紧凑，能够有效增大扭矩，使操作方便省力。蜗轮26用于传递扭矩，通过键与蜗轮轴22轴孔配合安装固定。能够有效增大扭矩，使操作方便省力。

减速箱体23为一端开口的壳体，开口处安装减速箱盖27，减速箱盖27上安装蜗轮26和蜗杆24；减速箱盖27外部和减速箱体23外部均安装一个法兰盖28，为其他连接件提供支撑，比如，减速箱盖27上的法兰盖28用于提供蜗轮轴22的固定支撑。减速箱体23一侧安装卡箍25，卡箍25用于提供整体机构的临时固定接口。

力矩传递机构的工作原理为：

将螺栓定位套19对准膨胀螺栓接口并推至花键槽内锁定以便传递扭矩，之后通过额外的扭矩输入装置（开放式扳手或棘轮扳手等）驱动蜗杆24转动，蜗杆24进而依次带动蜗轮26、蜗轮轴22、导向花键套21和螺栓定位套19转动，最终实现对膨胀螺栓的加载或卸载的换向操作。

一种空间站目标适配器膨胀螺栓换向工具：

手持后摆臂18先将换向工具靠近适配器，将接口插入锁母3和定位套2的孔内，旋转锁母3将适配器接口锁紧固定；此时将螺栓定位套19对准膨胀螺栓接口并推至花键槽内锁定以便传递扭矩，之后通过额外的扭矩输入装置（开放式扳手）驱动件蜗杆24转动，蜗杆24进而依次带动蜗轮26、蜗轮轴22、导向花键套21和螺栓定位套19转动，最终实现对膨胀螺栓的加载或卸载的换向操作。

需要对其他膨胀螺栓进行加载或卸载换向操作时，只需通过按压拨片12，带动滑动销14做轴向进给运动，此时转动前摆臂15至需要位置后松开拨片12，压簧16会带动滑动销14自动回位，最终结构重新完成换向锁定。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (8)

1.一种空间站目标适配器膨胀螺栓换向工具，其特征在于：包括旋转限位机构、摆臂机构和力矩传递机构，旋转限位机构包括定位套和锁母，锁母上方与定位套限位连接，二者配合能够通过旋转锁定适配器接口，定位套上方穿过支架后固定连接至压盖，压盖压紧支架，支架另一端安装转向凹槽；摆臂机构包括滑动销和摆臂，摆臂的一侧与转向凹槽限位活动连接，摆臂的另一侧通过压簧固定连接至滑动销，滑动销的另一端与转向凹槽配合，用于实现摆臂与转向凹槽的转向定位；力矩传递机构包括减速箱体、蜗杆和蜗轮，减速箱体固定连接至摆臂，减速箱体一侧安装卡箍，内部安装蜗杆和蜗轮，蜗杆用于提供输入端的对接接口，蜗轮蜗杆配合用于传递扭矩，蜗轮上方通过蜗轮轴固定连接至导向花键套，导向花键套上方安装花键套定位钉，导向花键套外部套接螺栓定位套后两者能够相对滑动。

2.根据权利要求1所述的一种空间站目标适配器膨胀螺栓换向工具，其特征在于：支架为矩形板，支架一端垂直安装支架连接架后形成L型结构，支架连接架的下方通过定位套安装锁母，上方安装压盖，两侧对称安装防飘环。

3.根据权利要求1所述的一种空间站目标适配器膨胀螺栓换向工具，其特征在于：支架为L型结构，支架的顶板的下方通过定位套安装锁母，上方安装压盖，两侧对称安装防飘环。

4.根据权利要求1所述的一种空间站目标适配器膨胀螺栓换向工具，其特征在于：锁母中心设有转槽，转槽的槽壁上设有位置对称的挡台，转槽的底部设有锁定部，转槽用于安装定位套，定位套包括凸台、限位台和底座，底座上方设有凸台，凸台周向对称安装限位台，凸台底部设有键槽，键槽和所述锁定部均用于插入适配器，挡台和底座之间通过弹性件连接，使得定位套和锁母之间在外力下能够限位转动。

5.根据权利要求1所述的一种空间站目标适配器膨胀螺栓换向工具，其特征在于：摆臂两侧对称设置拨片，拨片通过按压表面实现滑动销的轴向进给。

6.根据权利要求1所述的一种空间站目标适配器膨胀螺栓换向工具，其特征在于：摆臂包括前摆臂、连接方轴和后摆臂，前摆臂通过连接方轴固定连接至后摆臂，连接方轴通过压簧固定连接至滑动销，且滑动销位于前摆臂内部，前摆臂的端部通过支架销轴与转向凹槽转动连接。

7.根据权利要求1所述的一种空间站目标适配器膨胀螺栓换向工具，其特征在于：转向凹槽下方为圆弧结构，圆弧上均布若干锁定凹槽，锁定凹槽与所述滑动销配合限位。

8.根据权利要求6所述的一种空间站目标适配器膨胀螺栓换向工具，其特征在于：前摆臂两侧对称设置拨片，每个拨片的一端通过拨片销轴与前摆臂转动连接，前摆臂两侧对称安装滚压轮，且滚压轮能够自转，拨片、拨片销轴和滚压轮互相配合，推动滑动销轴向给进。

Images