CN208021780U - 一种用于实现柜体与载荷安装的轻型导轨组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于实现柜体与载荷安装的轻型导轨组件，导轨组件包括导向组件、背插组件和助力组件；柜体内壁与载荷的侧壁通过导向组件滑动连接，柜体的背部与载荷的背部通过背插组件连接，助力组件的一端与载荷的前端连接，另一端与柜体的背部连接。本实用新型的轻型导轨组件，由导向组件、背插组件和助力组件构成了独立的机械系统，能够很好的实现柜体和载荷的安装，可以为一系列不同标准的有效载荷提供相应的机械及电接口；除满足上行力学条件外，还进行了相应的人机工效学设计，满足航天员在轨操作要求；同时，导轨组件可以在轨重构并在全生命周期支撑不同有效载荷单元的在轨安装、实验、更换、维修和维护。

Description

一种用于实现柜体与载荷安装的轻型导轨组件

技术领域

本实用新型涉及空间站设备技术领域，尤其涉及一种用于实现柜体与载荷安装的轻型导轨组件。

背景技术

已有的用于空间实验柜的导轨组件均为空间站实验柜配套设计，有关空间站实验柜的相关研究，国内尚处于起步阶段；国外，美国NASA研制了系列的实验柜，并形成了国际标准(International Standard Payload Rack,ISPR)，此外欧洲航天局、俄罗斯和日本参照该标准也研制了类似ISPR/ER系列的实验柜并安装在当前国际空间站上。该类柜是一个独立的机械、热控系统，可以为一系列大型有效载荷提供相应的接口，并支持其在空间可持续的进行实验。此类实验柜的导轨组件由于与柜体配合设计，设计上基本只支持标准单元的随柜上行模式，导轨组件作为承载的一部分，结构以结实耐用、承载力高、支撑刚度高为设计特点，但其占用有效实验空间较大、重量高、适配性差严重制约的有效载荷设计与发展。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种用于实现柜体与载荷安装的轻型导轨组件，以解决上述技术问题的至少一种。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于实现柜体与载荷安装的轻型导轨组件，所述导轨组件包括导向组件、背插组件和助力组件；所述柜体内壁与所述载荷的侧壁通过所述导向组件滑动连接，所述柜体的背部与所述载荷的背部通过背插组件连接，所述助力组件的一端与所述载荷的前端连接，另一端与所述柜体的背部连接。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的轻型导轨组件，由导向组件、背插组件和助力组件构成了独立的机械系统，能够很好的实现柜体和载荷的安装，可以为一系列不同标准的有效载荷提供相应的机械及电接口，除满足上行力学条件外，还进行了相应的人机工效学设计，满足航天员在轨操作要求；同时，导轨组件可以在轨重构并在全生命周期支撑不同有效载荷单元的在轨安装、实验、更换、维修和维护。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步地，所述导向组件包括：

导轨，所述导轨的一侧通过多个固定座与所述柜体内壁固定连接，多个所述固定座沿所述导轨的长度方向依次设置；

导槽组，所述导槽组固定设置在所述载荷的一侧，所述导轨与所述导槽组间隙配合。

采用上述进一步方案的有益效果是：长导轨一次成型，载荷安装后与导槽间隙配合，避免了受装配误差及上行振动条件造成变形的影响，向组件主要为载荷模块提供粗导向，不承受上行动载，可适当承受地面静载。

进一步地，所述导轨和所述导槽组的数量均为两个，两个所述导槽组分别固定安装在所述载荷的两侧，所述柜体两侧的内壁上均固定连接有多个固定座，所述导轨与所述导槽组一一对应。

采用上述进一步方案的有益效果是：导轨可根据载荷的长宽高进行调整，方便各种异型可更换载荷的在轨拆装，而不必对柜体结构进行设计更改，单个载荷单元只需两组导向组件即可实现。

进一步地，所述背插组件包括：

柜体安装背板，所述柜体安装背板固定安装在所述柜体的背部，所述柜体安装背板上开设有多个螺纹孔座；

载荷安装背板，所述载荷安装背板与所述载荷的背部固定连接，所述载荷安装背板远离所述载荷的一侧向外形成有多个用于定位电连接器的定位销。

进一步地，所述柜体安装背板包括单组件安装背板和多联组安装背板。

采用上述进一步方案的有益效果是：柜体安装背板根据载荷的情况，设计有组件安装背板和多联组安装背板，单组件安装背板具有可调节设计，多联组安装背板为固定型的柜体安装背板，二者可随意进行更换。

进一步地，所述助力组件包括：

第一柜体安装座，所述第一柜体安装座与所述柜体的侧板固定连接；

载荷固定座，所述载荷固定座与所述载荷连接；

传动螺杆，所述传动螺杆的一端依次穿过所述载荷固定座和所述柜体安装座，且均与载荷固定座和所述柜体安装座螺纹连接，所述另一端连接有手柄安装座；

第一力放大手柄，所述力放大手柄的一端套接在所述手柄安装座的外侧，驱动所述螺杆转动。

进一步地，所述载荷固定座与所述载荷的侧面固定连接，所述载荷固定座的固定面与所述螺杆的长度方向平行设置。

进一步地，所述载荷固定座与所述载荷的前端固定连接，所述载荷固定座的固定面与所述螺杆的长度方向垂直设置。

进一步地，所述助力组件包括：

第二柜体安装座，所述第二柜体安装座与所述柜体的侧板固定连接，且向外形成有固定柱；

传动组件，所述传动组件的一端开设卡勾，所述固定柱穿过所述卡勾，另一端与第二力放大手柄的一端固定连接，所述传动组件通过转动轴与柜体连接。

进一步地，所述传动组件包括至少三个依次传动连接的齿轮或连杆。

采用上述进一步方案的有益效果是：根据工作空间不同设计有多种助力组件，包括齿轮传动形式、连杆传动形式、载荷螺接形式、柜体螺接形式、在轨螺接形式等形式，兼容多种标准及非标准载荷接口，具有良好在轨可重构性，考虑了人机工效学原理，便于航天员在轨操作。

附图说明

图1为本实用新型随柜上行导轨组件的组成示意图；

图2为本实用新型在轨安装导轨组件的组成示意图；

图3为本实用新型齿轮传动形式助力组件的组成示意图；

图4为本实用新型连杆传动形式助力组件的组成示意图；

图5为本实用新型一种螺接形式助力组件的组成示意图；

图6为本实用新型另一种螺接形式助力组件的组成示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、柜体；2、载荷；3、导向组件；31、导轨；32、固定座；33导槽组； 41、柜体安装背板；411、螺纹孔座；42、载荷安装背板；421、定位销；5、助力组件；51、第一柜体安装座；52、载荷固定座；53、传动螺杆；54、手柄安装座；55、第二柜体安装座；551、固定柱；561、齿轮；562、连杆； 563、卡勾；564、转动轴；57、第二力放大手柄。

具体实施方式

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

如图1-2所示，本实用新型的用于实现柜体与载荷安装的轻型导轨组件，所述导轨组件包括导向组件3、背插组件4和助力组件5；所述柜体1的内壁与所述载荷2的侧壁通过所述导向组件3滑动连接，所述柜体1的背部与所述载荷2的背部通过所述背插组件4连接，所述助力组件5的一端与所述载荷2的前端连接，另一端与所述柜体2的背部连接。

本实用新型考虑到近年来的材料成型及工艺发展迅速，在设计空间实验机柜的主结构时，可类比功能性相似的卫星支撑结构，大部分均采用了碳纤维复合材料，使得其结构在整体产品中质量比得到显著下降，同时柜体1采用了新型的多层铺层技术，大大提高了柜体框架的刚度强度，因此在设计导轨组件时，可以将部分设计余量转嫁于柜体框架，摒弃了以往的过度冗余设计，充分考虑有效载荷设计的不确定性，将空间与重量资源更大的留给有效载荷单元，设计了适用于轻质复合材料空间实验柜的轻型导轨组件。

本实用新型的轻型导轨组件，结构的构型满足多种空间实验载荷的需要，利用较少的重量及空间资源为其提供支撑、在轨拆装、助拔插的功能；结构构型可根据载荷单元的需要进行局部调整，具有弹性适配及可重构功能。在国际科学实验柜的基础上，充分考虑多类型载荷的功能需求、发射及后期维护，大量参考已有的导轨设计及复合材料结构，根据不同的载荷类型，设计具有弹性适配的导轨组件结构形式，使轻质导轨组件能够满足多种有效载荷的需求，实现地面前期赋形设计、灵活布局、在轨可重构等多种弹性适配载荷单元的目标，做到该结构空间使用寿命的最大化。具体的，本实用新型的轻型导轨组件，由导向组件3、背插组件4和助力组件5构成了独立的机械系统，能够很好的实现柜体1和载荷2的安装，可以为一系列不同标准的有效载荷提供相应的机械及电接口，除满足上行力学条件外，还进行了相应的人机工效学设计，满足航天员在轨操作要求；同时，导轨组件可以在轨重构并在全生命周期支撑不同有效载荷单元的在轨安装、实验、更换、维修和维护。

如图1-2所示，所述导向组件3包括导轨31、固定座32和导槽组33，所述导轨31的一侧通过多个固定座32与所述柜体1的内壁固定连接，多个所述固定座32沿所述导轨31的长度方向依次设置；所述导槽组33固定设置在所述载荷2的一侧，所述导轨31与所述导槽组33间隙配合。导轨31 为长导轨，长导轨一次成型，载荷2安装后与导槽组33间隙配合，避免了受装配误差及上行振动条件造成变形的影响，导向组件31主要为载荷模块提供粗导向，不承受上行动载，可适当承受地面静载。

在本实用新型的一些具体实施例中，所述导轨31和所述导槽组33的数量均为两个，两个所述导槽组33分别固定安装在所述载荷2的两侧，所述柜体1两侧的内壁上均固定连接有多个固定座32，所述导轨31与所述导槽组33一一对应。导轨31可根据载荷2的长宽高进行调整，方便各种异型可更换载荷2的在轨拆装，而不必对柜体结构进行设计更改，单个载荷单元只需两组导向组件3即可实现。需要说明的是，导槽组33由多个导槽组成，多个导槽随导轨31的长度方向设置。

如图1-2所示，所述背插组件4包括柜体安装背板41和载荷安装背板 42，所述柜体安装背板41固定安装在所述柜体1的背部，所述柜体安装背板41上开设有多个螺纹孔座411，用于安装导轨31和传动螺杆53；所述载荷安装背板42与所述载荷2的背部固定连接，所述载荷安装背板2远离所述载荷2的一侧向外形成有多个用于定位电连接器的定位销421。为适应载荷2的不同情况，所述柜体安装背板41包括单组件安装背板和多联组安装背板。柜体安装背板41根据载荷2的情况，设计有单组件安装背板和多联组安装背板，单组件安装背板具有可调节设计，多联组安装背板为固定型的柜体安装背板41，二者可随意进行更换。具体的，根据目前的标准有效载荷单元及非标准载荷同时存在的情况，设计了两种柜体安装背板，对于深度方向标准尺寸的有效载荷单元，多联组形式的安装背板结构可以提供更高强度的支撑作用；对于深度方向非标的有效载荷单元，可根据实际情况对单组件安装背板的电接插件支撑结构部分进行赋形设计，保证载荷安装背板42与柜体安装背板41紧密贴合。柜体安装背板41的形式根据载荷2的形状进行赋形设计，适配多种异形载荷，柜体安装背板41的形式可根据具体承载进行结构拓扑，进行进一步减重和提高力学性能。

此外，在柜体安装背板41及载荷安装背板42上设置定位销421，保证背插连接器的导向在盲插容差范围内，在经过上行过程后仍能保证电连接器公头母头的定位精度，确保在轨顺利插拔，同时根据载荷2选用的不同型号盲插连接器，可设置不同了安装接口，具有极强的通用性。同时，由于柜体安装背板41不但要保证电连接器的公母头在轨安装精度，同时需在上行过程中承担部分载荷重量。设计了双椎面结构配合分散定位销的局部承载，避免定位销在振动环境下出现过载。

图1为随柜上行的导轨组件组成示意图，构成导向组件的导轨31、固定座32和导槽组33均需在地面装调完成后，将载荷2与柜体1螺接后共同承受上行动载。图2为在轨安装的导轨组件组成示意图，柜体安装背板41与柜体结构1在地面装调完成后上行，在空间微重力条件下，通过航天员在轨安装导轨部件后，将载荷2安装到固定位置，柜体安装背板41上的导轨安装螺纹孔座411为固定间隔设置，对于不同载荷按需确定导轨31所在位置，可达到弹性配置多种不同尺寸的载荷2，助力机构与载荷2相连，与载荷2 一同随货包上行，助力机构布置均在背板电连接器定位销附近，避免对电连接器插针造成较大弯矩。

如图1-6所示，参考背插连接器最大插拔力大小及销钉配合产生的摩擦力，设计了助力组件，为航天员提供在轨助力。为背插连接器提供在轨微重力下的助力功能，避免因拔插力及摩擦力集中影响造成航天员在轨因借力不良造成载荷单元无法拆装的问题，同时设计了多种助力组件5形式，适用于不同工作空间，包括五种助力组件5。助力组件5布置于导轨组件与主框架之间，利用力放大机构克服电连接器的插拔力、导轨31与导槽组33之间摩擦力以及定位销421与销孔之间的摩擦力，便于航天员在轨操作。

如图3-4所示，本实用新型的所述助力组件5包括第一柜体安装座51、载荷固定座52、传动螺53和第一力放大手柄，所述第一柜体安装座51与所述柜体1的侧板固定连接；所述载荷固定座52与所述载荷2连接；所述传动螺杆53的一端依次穿过所述载荷固定座52和所述第一柜体安装座51，且与载荷固定座52和所述第一柜体安装座51均螺纹连接，所述传动螺杆53 另一端连接有手柄安装座54；所述第一力放大手柄的一端套接在所述手柄安装座54的外侧，驱动所述传动螺杆53转动。在一些具体实施例当中，所述载荷固定座52与所述载荷2的侧面固定连接，所述载荷固定座52的固定面与所述传动螺杆53的长度方向平行设置。如图3所示，采用传动螺杆形式进行传递，传动螺杆553与载荷固定座52和第一柜体安装座51均是螺接的形式，转动第一力放大手柄，将载荷2通过螺纹的旋进旋出进行助力，此种机构传动简单，占用空间较小。在另一些具体实施例中，所述载荷固定座52 与所述载荷2的前端固定连接，所述载荷固定座52的固定面与所述传动螺杆53的长度方向垂直设置。如图4所示，原理与图3相同，但是在空间与重量限制下，可与第一力放大把手一体化设计，取消导轨31的固定座32，将导轨31直接与柜体1内壁螺接，导轨前端为螺杆形式，直接与载荷2的螺纹孔座配合助力拔插，从而进一步减轻导轨组件的重量。此种结构占用空间非常小，且传动简单，可靠性强。

如图5-6所示，本实用新型的所述助力组件5包括第二柜体安装座55 和传动组件，所述第二柜体安装座55与所述柜体1的侧板固定连接，且向外形成有固定柱551；所述传动组件的一端开设卡勾563，所述固定柱551 穿过所述卡勾563，另一端与第二力放大手柄57的一端固定连接，所述传动组件通过转动轴564与柜体1连接。所述传动组件包括至少三个依次传动连接的齿轮561或连杆562。如图5所示，第二力放大手柄57通过齿轮传动形式传递，由第二力放大手柄57的助拔插力至卡勾563处，通过卡勾563与柜体1固连的固定柱551配合，进行助力，此种方案传动部件较多，安装较为复杂，对载荷安装面要求较高，占用空间较大。如图6所示，第二力放大手柄57通过连杆传动形式传递，采用四连杆机构，但由于连杆562安装更为复杂，传动过程不够平稳，有死点等缺点。

综上，根据工作空间不同设计有多种助力组件5，包括齿轮传动形式、连杆传动形式、载荷螺接形式、柜体螺接形式、在轨螺接形式等形式，兼容多种标准及非标准载荷接口，具有良好在轨可重构性，考虑了人机工效学原理，便于航天员在轨操作。

在本实用新型的一些实施例当中，对于不随柜上行导轨组件的导向组件 3及助力组件5可以在轨安装，兼容多种标准及非标准载荷接口，具有良好在轨可重构性。导向组件3及把手组件5不再由导轨横梁支撑，由航天员直接在轨安装于柜体背插安装板41上，由于空载机柜上行时不带载荷单元，因此柜体安装背板41只需满足上行动载下的变形要求，而不需承载有效载荷的部分重量，导向组件3及把手组件5与柜体安装背板41的接口考虑了人机工效学原理，便于航天员在轨操作，柜体安装背板41上布置有均布的接口，支持在轨重构，可以适用于多种标准及非标准的有效载荷在轨多次拆装更换及维修维护。

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

Claims (10)

1.一种用于实现柜体与载荷安装的轻型导轨组件，其特征在于，所述导轨组件包括导向组件(3)、背插组件(4)和助力组件(5)；所述柜体(1)的内壁与所述载荷(2)的侧壁通过所述导向组件(3)滑动连接，所述柜体(1)的背部与所述载荷(2)的背部通过所述背插组件(4)连接，所述助力组件(5)的一端与所述载荷(2)的前端连接，另一端与所述柜体(1)的背部连接。

2.根据权利要求1所述一种用于实现柜体与载荷安装的轻型导轨组件，其特征在于，所述导向组件(3)包括：

导轨(31)，所述导轨(31)的一侧通过多个固定座(32)与所述柜体(1)内壁固定连接，多个所述固定座(32)沿所述导轨(31)的长度方向依次设置；

导槽组(33)，所述导槽组(33)固定设置在所述载荷(2)的一侧，所述导轨(31)与所述导槽组(33)间隙配合。

3.根据权利要求2所述一种用于实现柜体与载荷安装的轻型导轨组件，其特征在于，所述导轨(31)和所述导槽组(33)的数量均为两个，两个所述导槽组(33)分别固定安装在所述载荷(2)的两侧，所述柜体(1)两侧的内壁上均固定连接有多个固定座(32)，所述导轨(31)与所述导槽组(33)一一对应。

4.根据权利要求1所述一种用于实现柜体与载荷安装的轻型导轨组件，其特征在于，所述背插组件(4)包括：

柜体安装背板(41)，所述柜体安装背板(41)固定安装在所述柜体(1)的背部，所述柜体安装背板(41)上开设有多个螺纹孔座(411)；

载荷安装背板(42)，所述载荷安装背板(42)与所述载荷(2)的背部固定连接，所述载荷安装背板(42)远离所述载荷(2)的一侧向外形成有多个用于定位电连接器的定位销(421)。

5.根据权利要求4所述一种用于实现柜体与载荷安装的轻型导轨组件，其特征在于，所述柜体安装背板(41)包括单组件安装背板和多联组安装背板。

6.根据权利要求4所述一种用于实现柜体与载荷安装的轻型导轨组件，其特征在于，所述助力组件(5)包括：

第一柜体安装座(51)，所述第一柜体安装座(51)与所述柜体(1)的侧板固定连接；

载荷固定座(52)，所述载荷固定座(52)与所述载荷(2)的一侧连接；

传动螺杆(53)，所述传动螺杆(53)依次穿过所述载荷固定座(52)和所述第一柜体安装座(51)，且与所述载荷固定座(52)和所述第一柜体安装座(51)均螺纹连接，所述传动螺杆(53)的一端与所述螺纹孔座(411)螺纹连接，另一端连接有手柄安装座(54)；

第一力放大手柄，所述第一力放大手柄的一端套接在所述手柄安装座(54)的外侧，驱动所述传动螺杆(53)转动。

7.根据权利要求6所述一种用于实现柜体与载荷安装的轻型导轨组件，其特征在于，所述载荷固定座(52)与所述载荷(2)的侧面固定连接，所述载荷固定座(52)的固定面与所述传动螺杆(53)的长度方向平行设置。

8.根据权利要求6所述一种用于实现柜体与载荷安装的轻型导轨组件，其特征在于，所述载荷固定座(52)与所述载荷(2)的前端固定连接，所述载荷固定座(52)的固定面与所述传动螺杆(53)的长度方向垂直设置。

9.根据权利要求4所述一种用于实现柜体与载荷安装的轻型导轨组件，其特征在于，所述助力组件(5)包括：

第二柜体安装座(55)，所述第二柜体安装座(55)与所述柜体(1)的侧板固定连接，且向外形成有固定柱(551)；

传动组件，所述传动组件的一端开设卡勾(563)，所述固定柱(551)穿过所述卡勾(563)，另一端与第二力放大手柄(57)的一端固定连接，所述传动组件通过转动轴(564)与所述柜体(1)连接。

10.根据权利要求9所述一种用于实现柜体与载荷安装的轻型导轨组件，其特征在于，所述传动组件包括至少三个依次传动连接的齿轮(561)或连杆(562)。