CN118289233A - 一种超灵巧在轨可更换模块机械接口 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航天产品设计技术领域，特别涉及一种超灵巧在轨可更换模块机械接口。包括外壳、传动装置及四连杆捕获机构，其中传动装置设置于外壳的底部，外壳的上部沿周向均布多个四连杆捕获机构；四连杆捕获机构包括四连杆组件和抱爪，四连杆组件安装于外壳的内部，且下端与传动装置连接，抱爪设置于外壳的外侧，且与四连杆组件连接，传动装置通过四连杆组件驱动抱爪实现捕获及锁紧功能。本发明结构紧凑、超灵巧、对接容错性高，实现机械接口通用化。

Description

一种超灵巧在轨可更换模块机械接口

技术领域

本发明涉及航天产品设计技术领域，特别涉及一种超灵巧在轨可更换模块机械接口。

背景技术

在轨可更换模块机械接口需要在狭小的空间内实现高度可靠的机械连接，这对接口的设计提出了严格的要求。机械接口作为标准接口主体结构，它不仅要在其接触表面上为电、热、液、数据等其它功能接口预留位置，还要在接口内部预留足够空间以完成功能拓展。目前现有机械接口存在容错误差小、异体同构设计困难、接口尺寸大、内部空间占用多等问题，很难应用在航天设备通用化中。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种超灵巧在轨可更换模块机械接口，以解决现有机械接口存在容错误差小、异体同构设计困难、接口尺寸大、内部空间占用多等问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种超灵巧在轨可更换模块机械接口，包括外壳、传动装置及四连杆捕获机构，其中传动装置设置于外壳的底部，外壳的上部沿周向均布多个四连杆捕获机构；四连杆捕获机构包括四连杆组件和抱爪，四连杆组件安装于外壳的内部，且下端与传动装置连接，抱爪设置于外壳的外侧，且与四连杆组件连接，传动装置通过四连杆组件驱动抱爪实现捕获及锁紧功能。

所述四连杆组件包括连杆、旋转轴、曲柄及连杆架，其中曲柄的一端与所述传动装置的输出端连接，曲柄的另一端通过连杆与所述抱爪连接；连杆架的一端通过旋转轴与所述外壳转动连接，另一端与连杆铰接。

所述旋转轴的轴线与所述曲柄的旋转轴线平行。

所述外壳包括可拆卸连接的下外壳和上外壳，其中下外壳内设有用于安装所述传动装置的支撑架；上外壳内沿周向设有多个立板，立板用于安装所述四连杆捕获机构。

所述上外壳的顶部边缘沿周向间隔交替设有多个通孔和锁紧槽，通孔用于所述连杆的伸出。

所述上外壳的顶部边缘沿周向设有多个导向瓣，导向瓣用于接口对接中的导向。

所述传动装置包括主动直齿轮及沿周向布置且与主动直齿轮啮合传动的多个被动齿轮组，其中主动直齿轮通过主动齿轮轴转动安装在所述外壳的底部；多个被动齿轮组分别与各所述四连杆组件连接。

所述被动齿轮组包括被动直齿轮、锥齿轮Ⅰ、被动齿轮轴、锥齿轮Ⅱ及锥齿轮轴，其中被动齿轮轴转动安装在所述外壳的底部，且与所述主动齿轮轴平行，被动直齿轮和锥齿轮Ⅰ均套设于被动齿轮轴上，且被动直齿轮与主动直齿轮啮合；锥齿轮轴转动安装在所述外壳内，且轴线与被动齿轮轴的轴线垂直，锥齿轮Ⅱ固设于锥齿轮轴的一端且与锥齿轮Ⅰ啮合，锥齿轮轴的另一端为所述传动装置的输出端。

本发明具有以下有益效果及优点：本发明提供一种超灵巧在轨可更换模块机械接口，该机械接口有着超灵巧、异体同构、结构紧凑、对接容错性高的特点，推动未来航天整备标准化、智能化与可服务化发展。本发明制造简单可靠，大大降低了制造成本和试验成本。

附图说明

图1为本发明一种超灵巧在轨可更换模块机械接口的轴测图；

图2为本发明中外壳顶部剖视图；

图3为本发明一种超灵巧在轨可更换模块机械接口内部传动图；

图4为本发明中传动装置剖视图；

图5为本发明中四连杆捕获机构的结构示意图；

图6为本发明中抱爪的动作过程示意图：(a)为抱爪预捕获状态示意图；(b)为抱爪捕获状态示意图；(c)为抱爪锁紧状态示意图。

图中：1为外壳，101为下外壳，102为上外壳，104为导向瓣，105为锁紧槽，106为上通孔，107为下通孔，108为内螺纹孔，109为支撑架，120为立板；

2为传动装置，201为主动直齿轮，202为被动直齿轮，203为锥齿轮Ⅰ，204为主动齿轮轴，205为被动齿轮轴，206为法兰轴承，207为止推环，208为轴套Ⅰ，209为锥齿轮Ⅱ，210为锥齿轮轴，211为轴承；

3为四连杆捕获机构，301为连杆，302为旋转轴，303为曲柄，304为连杆架，305为微型销，306为连接夹板，307为轴套Ⅱ；

4为抱爪。

具体实施方式

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。

如图1、图3所示，本发明提供一种超灵巧在轨可更换模块机械接口，包括外壳1、传动装置2及四连杆捕获机构3，其中传动装置2设置于外壳1的底部，外壳1的上部沿周向均布多个四连杆捕获机构3；四连杆捕获机构3包括四连杆组件和抱爪4，四连杆组件安装于外壳1的内部，且下端与传动装置2连接，抱爪4设置于外壳1的外侧，且与四连杆组件连接，传动装置2通过四连杆组件驱动抱爪4实现捕获及锁紧功能。

如图1、图2、图5所示，本发明的实施例中，外壳1包括可拆卸连接的下外壳101和上外壳102，其中下外壳101内设有用于安装传动装置2的支撑架109；上外壳102内沿周向设有多个立板120，立板120用于安装四连杆捕获机构3。具体地，每个立板120上设有上通孔106和下通孔107。上外壳102的下端面沿周向设有用于与下外壳101连接的多个内螺纹孔108。

进一步地，上外壳102的顶部边缘沿周向间隔交替设有多个通孔和锁紧槽105，通孔用于连杆301的伸出，锁紧槽105用于对接锁紧。

进一步地，上外壳102的顶部边缘沿周向设有多个导向瓣104，导向瓣104用于接口对接中的导向。本实施例中，各通孔开设于导向瓣104的中心处。

如图3至图5所示，本发明的实施例中，传动装置2包括主动直齿轮201及沿周向布置且与主动直齿轮201啮合传动的多个被动齿轮组，其中主动直齿轮201通过主动齿轮轴204转动安装在外壳1的底部；多个被动齿轮组分别与各四连杆组件连接。

具体地，主动齿轮轴204通过一法兰轴承206安装在支撑架109上，主动齿轮轴204的下端安装主动直齿轮201，上端与止推环207连接，通过止推环207锁紧，实现轴向限位，如图4所示。

本发明的实施例中，被动齿轮组包括被动直齿轮202、锥齿轮Ⅰ203、被动齿轮轴205、锥齿轮Ⅱ209及锥齿轮轴210，其中被动齿轮轴205转动安装在外壳1的底部，且与主动齿轮轴204平行，被动直齿轮202和锥齿轮Ⅰ203均套设于被动齿轮轴205上，且被动直齿轮202与主动直齿轮201啮合；锥齿轮轴210转动安装在外壳1内，且轴线与被动齿轮轴205的轴线垂直，锥齿轮Ⅱ209固设于锥齿轮轴210的一端且与锥齿轮Ⅰ203啮合，锥齿轮轴210的另一端为传动装置2的输出端。主动直齿轮201的动力可通过被动齿轮轴205由被动直齿轮201传递到锥齿轮Ⅰ203上，再通过锥齿轮Ⅱ209传递至锥齿轮轴210上。

具体地，被动齿轮轴205通过另一法兰轴承206安装在支撑架109上，被动齿轮轴205的下端与被动齿轮轴205连接，上端与锥齿轮Ⅰ203连接，锥齿轮Ⅰ203通过套设于被动齿轮轴205上的轴套Ⅰ208轴向限位，如图4所示。锥齿轮轴210通过轴承211安装在一立板120的下通孔107内。将锥齿轮轴210的阶梯端面与轴承211的法兰面配合，完成锥齿轮轴210在接口内部空间中的定位。在锥齿轮轴210大端面一侧与曲柄303配合并使用微型销305锁紧。在小端面一侧安装自带止动螺丝的锥齿轮Ⅱ209，并实现两锥齿轮啮合，进而将锥齿轮Ⅰ203的动力传递到曲柄303上。传动装置2将主动直齿轮201的运动传递到锥齿轮Ⅰ203上，并为四连杆捕获机构3中的曲柄303提供动力。抱爪4根据四连杆捕获机构3的运动实现预捕获、捕获与锁紧，进而完机械接口功能实现。

如图5所示，本发明的实施例中，四连杆组件包括连杆301、旋转轴302、曲柄303及连杆架304，其中曲柄303的一端与传动装置2的输出端连接，即曲柄303的一端与锥齿轮轴210的输出端垂直固定连接。曲柄303的另一端通过连杆301的下端铰接，连杆301的上端与抱爪4固定连接；连杆架304的一端通过旋转轴302与外壳1转动连接，另一端与连杆301铰接。具体地，旋转轴302通过轴套Ⅱ307转动安装在一立板120的上通孔106内，旋转轴302的两端通过连接夹板306轴向限位，旋转轴302的轴线与曲柄303的旋转轴线平行，即旋转轴302与锥齿轮轴210平行。立板120上的上通孔106确定了四连杆捕获机构3的连杆架304的轴线位置，下通孔107确定了四连杆捕获机构3的曲柄303的轴线位置。

本实施例中，四连杆捕获机构3的数量为三个，且沿着主动直齿轮201分度圆呈120°均匀分布。在机械接口完成捕获并锁紧过程中，仅需为主动直齿轮201提供动力，便可实现异体同构机械接口中的三个抱爪4的同步运动。本发明的机械接口直径为120mm，比目前最小接口尺寸128mm更加灵巧。接口外壳选用异体同构设计，即接口外壳导向瓣104与锁紧槽105呈120°均匀分布，体现机械接口通用化。在接口设计中预留了足够的内部空间，以帮助接口实现电、热、液、数据等其它功能拓展。

如图6所示，本发明提供的一种超灵巧在轨可更换模块机械接口，存在从预捕获到捕获，再到锁紧的功能，其工作流程是：

主动直齿轮201与三个被动直齿轮202均存在啮合关系，主动直齿轮201转动，将运动转化为三个被动直齿轮202的同步运动。由于被动直齿轮202与锥齿轮Ⅰ203均锁紧在被动齿轮轴205上，被动直齿轮202将动力传递给锥齿轮Ⅰ203上。锥齿轮Ⅱ209与曲柄303锁紧在锥齿轮轴210上，故锥齿轮轴210运动将带动四连杆捕获机构3运动。抱爪4为四连杆捕获机构3中的一部分，参与到机构运动中，从而完成机械接口从预捕获到捕获，再到锁紧的任务。

进一步的，通过分析曲柄303与连杆301的轴线相交情况，说明抱爪4捕获的流程：当曲柄303与连杆301的轴线夹角为120°时，此时机械接口的抱爪4为预捕获状态，其也为机械接口初始状态，如图6(a)所示。随后，曲柄303开始逆时针运动，当曲柄303与连杆301轴线共线时，此时抱爪4捕获点距离接口表面最远，此时机械接口为捕获状态，如图6(b)所示。曲柄303继续逆时针运动，当抱爪4顶面与接口上表面平行时，此时抱爪4完成接口锁紧，此时曲柄303与连杆301的轴线夹角为60°，如图6(c)所示。

本发明在接口设计中预留了足够的内部空间，以帮助接口实现电、热、液、数据等其它功能拓展。使用抱爪4的捕获方式最大程度提高机械接口的捕获空间，提高机械接口对接误差，达到对接容错性高的目的。

本发明提供一种超灵巧在轨可更换模块机械接口，该机械接口有着超灵巧、异体同构、结构紧凑、对接容错性高的特点，推动未来航天整备标准化、智能化与可服务化发展。本发明制造简单可靠，大大降低了制造成本和试验成本。因此本发明在机械捕获锁紧机构中，尤其是航天用在轨可更换模块机械接口中具备很强竞争力。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非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作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种超灵巧在轨可更换模块机械接口，其特征在于，包括外壳(1)、传动装置(2)及四连杆捕获机构(3)，其中传动装置(2)设置于外壳(1)的底部，外壳(1)的上部沿周向均布多个四连杆捕获机构(3)；四连杆捕获机构(3)包括四连杆组件和抱爪(4)，四连杆组件安装于外壳(1)的内部，且下端与传动装置(2)连接，抱爪(4)设置于外壳(1)的外侧，且与四连杆组件连接，传动装置(2)通过四连杆组件驱动抱爪(4)实现捕获及锁紧功能。

2.根据权利要求1所述的超灵巧在轨可更换模块机械接口，其特征在于，所述四连杆组件包括连杆(301)、旋转轴(302)、曲柄(303)及连杆架(304)，其中曲柄(303)的一端与所述传动装置(2)的输出端连接，曲柄(303)的另一端通过连杆(301)与所述抱爪(4)连接；连杆架(304)的一端通过旋转轴(302)与所述外壳(1)转动连接，另一端与连杆(301)铰接。

3.根据权利要求2所述的超灵巧在轨可更换模块机械接口，其特征在于，所述旋转轴(302)的轴线与所述曲柄(303)的旋转轴线平行。

4.根据权利要求2所述的超灵巧在轨可更换模块机械接口，其特征在于，所述外壳(1)包括可拆卸连接的下外壳(101)和上外壳(102)，其中下外壳(101)内设有用于安装所述传动装置(2)的支撑架(109)；上外壳(102)内沿周向设有多个立板(120)，立板(120)用于安装所述四连杆捕获机构(3)。

5.根据权利要求4所述的超灵巧在轨可更换模块机械接口，其特征在于，所述上外壳(102)的顶部边缘沿周向间隔交替设有多个通孔和锁紧槽(105)，通孔用于所述连杆(301)的伸出。

6.根据权利要求4所述的超灵巧在轨可更换模块机械接口，其特征在于，所述上外壳(102)的顶部边缘沿周向设有多个导向瓣(104)，导向瓣(104)用于接口对接中的导向。

7.根据权利要求1所述的超灵巧在轨可更换模块机械接口，其特征在于，所述传动装置(2)包括主动直齿轮(201)及沿周向布置且与主动直齿轮(201)啮合传动的多个被动齿轮组，其中主动直齿轮(201)通过主动齿轮轴(204)转动安装在所述外壳(1)的底部；多个被动齿轮组分别与各所述四连杆组件连接。

8.根据权利要求7所述的超灵巧在轨可更换模块机械接口，其特征在于，所述被动齿轮组包括被动直齿轮(202)、锥齿轮Ⅰ(203)、被动齿轮轴(205)、锥齿轮Ⅱ(209)及锥齿轮轴(210)，其中被动齿轮轴(205)转动安装在所述外壳(1)的底部，且与所述主动齿轮轴(204)平行，被动直齿轮(202)和锥齿轮Ⅰ(203)均套设于被动齿轮轴(205)上，且被动直齿轮(202)与主动直齿轮(201)啮合；锥齿轮轴(210)转动安装在所述外壳(1)内，且轴线与被动齿轮轴(205)的轴线垂直，锥齿轮Ⅱ(209)固设于锥齿轮轴(210)的一端且与锥齿轮Ⅰ(203)啮合，锥齿轮轴(210)的另一端为所述传动装置(2)的输出端。