一种用于空间站对接锁定的轻量化结构锁及其工作方法

1.本发明涉及空间站对接装置的技术领域，尤其涉及一种用于空间站对接锁定的轻量化结构锁及其工作方法。


背景技术：

2.目前在轨应用的空间对接机构主要是两个航天器之间或大型载荷设备与空间站之间的大型对接结构，可实现机、电、热、流体等资源传输，在我国空间站舱外试验中，开展舱外试验的中小型试验载荷占舱外试验载荷总量的一半以上，现有对接机构具有体积大、质量重的特点，尤其是大型载荷设备与空间站的对接，更多需要航天员出舱参与，无法直接应用到我国舱外载荷与空间站对接及资源传输上。


技术实现要素：

3.本发明意在提供一种用于空间站对接锁定的轻量化结构锁及其工作方法，以解决现有的对接机构体积大、质量重的问题。
4.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于空间站对接锁定的轻量化结构锁，包括固定支架、两块碟簧压板、碟簧组件、偏心轴和锁钩，所述固定支架螺栓连接在主动航天器的主动板上，所述固定支架上开设有供锁钩运动的通槽，所述通槽与锁钩之间连接有拉伸弹簧，两块所述碟簧压板对称设置在固定支架两侧，两块所述碟簧压板的上下两侧均转动连接有连杆，位于上侧的所述连杆转动连接在固定支架上，所述碟簧组件包括碟簧轴套、碟簧套筒和连接在碟簧轴套与碟簧套筒之间的组合碟簧，所述碟簧轴套内穿设有预紧螺栓，所述预紧螺栓与碟簧套筒螺纹连接，所述碟簧轴套连接在固定支架上，所述碟簧套筒通过位于下侧的连杆转动连接两块碟簧压板之间，所述偏心轴转动连接在两块碟簧压板中部，所述偏心轴外设有偏心轮和包覆在偏心轮外的凸轮壳，所述偏心轮上还一体成型有滑动连接在凸轮壳上的拨片，所述凸轮壳上设有弧形的挡块，所述挡块位于拨片的运动轨迹上，所述偏心轮转动连接凸轮壳上，所述偏心轴上还连接有电机，所述通槽内开设有l形的限位卡槽，所述锁钩的中部通过销轴滑动连接在限位卡槽内。
5.优选地，所述凸轮壳内还螺纹连接有爆炸螺栓，所述锁钩上开设有螺纹孔，所述锁钩和爆炸螺栓之间设有碟簧。
6.优选地，所述锁钩上开设有弧形的弧形台阶槽，所述凸轮壳上设有弹性压片，所述弹性压片上设有滑动连接在弧形台阶槽内的限位销。
7.优选地，所述结构锁的工作方法包括如下步骤：
8.锁定过程：电机驱动偏心轴顺时针转动，锁钩在组合碟簧和拨片的限位下随着偏心轮转动，拨片与挡块的一端分离，偏心轴继续顺时针转动，在限位卡槽的作用下，锁钩向下移动与被动航天器上的被动板接触并将其拉紧至主动板，随后锁钩无法向下移动，偏心轴的中心向上移动并带动连杆压缩组合碟簧，随着组合碟簧的压缩直到偏心轮运动到死点；
9.解锁过程：电机驱动偏心轴逆时针转动，锁钩按照确定的运动规律运动到摆正状态，此时锁钩与被动板分离，随着偏心轴继续逆时针转动，偏心轴带动拨片与凸轮壳相抵，通过拨片强迫偏心轮转动来带动锁钩绕偏心轮转动，直至锁钩处于摆开状态，被动板可以安全解锁分离。
10.本发明的有益效果：
11.本发明抛弃被动锁钩，将碟簧组件、锁钩组件、连杆组件一体化为单侧锁钩式结构锁装置，减少了被动段的质量，通过连杆传递碟簧组件受力，使得在较小的碟簧压力下，完成高锁紧力的技术要求。
附图说明
12.图1为本发明一种用于空间站对接锁定的轻量化结构锁的结构示意图；
13.图2为本发明一种用于空间站对接锁定的轻量化结构锁的剖视图；
14.图3为本发明一种用于空间站对接锁定的轻量化结构锁的俯视图；
15.图4为本实施例中碟簧组件的剖视图；
16.图5为本实施例中凸轮壳与锁钩配合的轴测视图；
17.图6为本发明一种用于空间站对接锁定的轻量化结构锁的工作过程示意图；
18.图7为本实施例中锁定状态的结构示意图。
19.附图中的对应标记的名称为：固定支架1、碟簧压板2、偏心轴3、锁钩4、通槽5、连杆6、碟簧轴套7、碟簧套筒8、组合碟簧9、连杆支座10、预紧螺栓11、凸轮壳12、偏心轮13、拨片14、挡块15、弧形台阶槽16、弹性压片17、限位销18、爆炸螺栓19、碟簧20、拉伸弹簧21、限位卡槽22、主动板23、被动板24。
具体实施方式
20.下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：
21.如图1至7所示，一种用于空间站对接锁定的轻量化结构锁，包括固定支架1、两块碟簧压板2、碟簧组件、偏心轴3和锁钩4。固定支架1螺栓连接在主动航天器的主动板23上，固定支架1上开设有供锁钩4运动的通槽5，通槽5通过螺钉与锁钩4之间连接有拉伸弹簧21，通槽5的侧壁上开设有l形的限位卡槽22。两块碟簧压板2对称设置在固定支架1两侧，两块碟簧压板2的上下两侧均转动连接有连杆6，位于上侧的连杆6转动连接在固定支架1上。碟簧组件包括碟簧轴套7、碟簧套筒8和连接在碟簧轴套7和碟簧套筒8之间的组合碟簧9，碟簧轴套7的上侧螺栓连接有连杆支座10，连杆支座10中心穿设有与固定支架1转动连接的连杆6。碟簧轴套7内设有隔板，隔板上穿设有预紧螺栓11，预紧螺栓11与碟簧套筒8螺纹连接，借助预紧螺栓11可对组合碟簧9的压紧力进行调节。碟簧套筒8通过位于下侧的连杆6转动连接两块碟簧压板2之间，位于下侧的连杆6穿设在碟簧套筒8下侧，碟簧套筒8与碟簧轴套7内部转动连接。
22.偏心轴3转动连接在两块碟簧压板2中部，偏心轴3外设有偏心轮13和包覆在偏心轮13外的凸轮壳12。偏心轮13上还一体成型有滑动连接在凸轮壳12上的拨片14，凸轮壳12的侧壁上设有弧形的挡块15，挡块15的上下两端均位于拨片14的运动轨迹上。偏心轮13转动连接凸轮壳12上，偏心轴3的一端同轴连接有固定设置在碟簧压板2上的电机。锁钩4的中
部和凸轮壳12上共同通过销轴滑动连接在限位卡槽22内。锁钩4的外表面开设有弧形台阶槽16，凸轮壳12的外表面螺栓连接有弹性压片17，弹性压片17的尾部螺栓连接在凸轮壳12上，弹性压片17上设有滑动连接在弧形台阶槽16内的限位销18。凸轮壳12内还螺纹连接有位于锁钩4下侧的爆炸螺栓19，锁钩4上开设有螺纹孔，螺纹孔和爆炸螺栓19之间连接有碟簧20。
23.本结构锁的运动过程由如附图6的三个状态构成，分别是摆开状态，摆正状态和锁定状态。
24.当本结构锁处于摆开状态时，偏心轴3摆开一定的角度，拨片14与挡块15相抵，锁钩4处于摆开状态，以便被动板24安全到达预锁定位置，拉伸弹簧21处于拉伸状态，以便于在摆正过程中拨片14带动挡块15运动，为了减少锁定过程中存在的应力集中现象，组合碟簧9存在预紧力。限位销18位于弧形台阶槽16中深度较浅处，此时弹性压片17具有弹力。爆炸螺栓19处于未启动状态，并通过螺纹连接使锁钩4与凸轮壳12压紧，即碟簧20处于压缩状态。
25.结构锁的工作方法包括如下步骤：
26.锁定过程：电机驱动偏心轴3顺时针转动，锁钩4在组合碟簧9和拨片14的限位下随着偏心轮13转动并将被动航天器上的被动板24拉紧至主动板23，拨片14与挡块15的一端分离，在限位卡槽22的作用下，锁钩4向下移动与被动航天器上的被动板24接触并将其拉紧至主动板23，偏心轴3的中心向上移动并带动连杆6压缩组合碟簧9，随着组合碟簧9的压缩直到偏心轮13运动到死点。
27.解锁过程：电机驱动偏心轴3逆时针转动，锁钩4按照确定的运动规律运动到摆正状态，此时锁钩4与被动板24分离，随着偏心轴3继续逆时针转动，偏心轴3带动拨片14与凸轮壳12相抵，通过拨片14强迫偏心轮13转动来带动锁钩4绕偏心轮13转动，直至锁钩4处于摆开状态，被动板24可以安全解锁分离。
28.当出现紧急状况时，通过启动爆炸螺栓19，碟簧20因初始的压缩而产生推力，促使锁钩4转动一定角度后与被动航天器上的被动板24分离，本实施例中设计锁钩4转动的角度为30
°
，从而实现快速解锁。同时为了避免应急解锁时锁钩4可能出现回弹而导致解锁失败的情况，通过限位销18可在锁钩4转动后对其进行限位，确保了分离的稳定性和可靠性。
29.以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

技术特征：
1.一种用于空间站对接锁定的轻量化结构锁，其特征在于：包括固定支架(1)、两块碟簧压板(2)、碟簧组件、偏心轴(3)和锁钩(4)，所述固定支架(1)螺栓连接在主动航天器的主动板上(23)，所述固定支架(1)上开设有供锁钩(4)运动的通槽(5)，所述通槽(5)与锁钩(4)之间连接有拉伸弹簧(21)，两块所述碟簧压板(2)对称设置在固定支架(1)两侧，两块所述碟簧压板(2)的上下两侧均转动连接有连杆(6)，位于上侧的所述连杆(6)转动连接在固定支架(1)上，所述碟簧组件包括碟簧轴套(7)、碟簧套筒(8)和连接在碟簧轴套(7)与碟簧套筒(8)之间的组合碟簧(9)，所述碟簧轴套(7)内穿设有预紧螺栓(11)，所述预紧螺栓(11)与碟簧套筒(8)螺纹连接，所述碟簧轴套(7)连接在固定支架(1)上，所述碟簧套筒(8)通过位于下侧的连杆(6)转动连接两块碟簧压板(2)之间，所述偏心轴(3)转动连接在两块碟簧压板(2)中部，所述偏心轴(3)外设有偏心轮(13)和包覆在偏心轮(13)外的凸轮壳(12)，所述偏心轮(13)上还一体成型有滑动连接在凸轮壳(12)上的拨片(14)，所述凸轮壳(12)上设有弧形的挡块(15)，所述挡块(15)位于拨片(14)的运动轨迹上，所述偏心轮(13)转动连接凸轮壳(12)上，所述偏心轴(3)上还连接有电机，所述通槽(5)内开设有l形的限位卡槽(22)，所述锁钩(4)的中部通过销轴滑动连接在限位卡槽(22)内。2.根据权利要求1所述的一种用于空间站对接锁定的轻量化结构锁，其特征在于：所述凸轮壳(12)内还螺纹连接有爆炸螺栓(19)，所述锁钩(4)上开设有螺纹孔，所述锁钩(4)和爆炸螺栓(19)之间设有碟簧(20)。3.根据权利要求1所述的一种用于空间站对接锁定的轻量化结构锁，其特征在于：所述锁钩(4)上开设有弧形的弧形台阶槽(16)，所述凸轮壳(12)上设有弹性压片(17)，所述弹性压片(17)上设有滑动连接在弧形台阶槽(16)内的限位销(18)。4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种用于空间站对接锁定的轻量化结构锁，其特征在于：所述结构锁的工作方法包括如下步骤：锁定过程：电机驱动偏心轴(3)顺时针转动，锁钩(4)在组合碟簧(9)和拨片(14)的限位下随着偏心轮(13)转动，拨片(14)与挡块(15)的一端分离，偏心轴(3)继续顺时针转动，在限位卡槽(22)的作用下，锁钩(4)向下移动与被动航天器上的被动板(24)接触并将其拉紧至主动板(23)，随后锁钩(4)无法向下移动，偏心轴(3)的中心向上移动并带动连杆(6)压缩组合碟簧(9)，随着组合碟簧(9)的压缩直到偏心轮(13)运动到死点；解锁过程：电机驱动偏心轴(3)逆时针转动，锁钩(4)按照确定的运动规律运动到摆正状态，此时锁钩(4)与被动板(24)分离，随着偏心轴(3)继续逆时针转动，偏心轴(3)带动拨片(14)与凸轮壳(12)相抵，通过拨片(14)强迫偏心轮(13)转动来带动锁钩(4)绕偏心轮(13)转动，直至锁钩(4)处于摆开状态，被动板(24)可以安全解锁分离。

技术总结
本发明属于空间站对接装置的技术领域，公开了一种用于空间站对接锁定的轻量化结构锁及其工作方法，结构锁包括固定支架、两块碟簧压板、碟簧组件、偏心轴和锁钩，固定支架螺栓连接在主动航天器上，固定支架上开设有通槽，两块碟簧压板均转动连接在固定支架上，碟簧组件包括碟簧轴套、碟簧套筒和组合碟簧，碟簧轴套内穿设有预紧螺栓，预紧螺栓与碟簧套筒螺纹连接，碟簧套筒转动连接两块碟簧压板之间，偏心轴上设有凸轮壳，凸轮壳上设有凸轮，偏心轴偏心连接凸轮上，偏心轴上连接有电机，通槽内还开设有限位卡槽，锁钩通过销轴滑动连接在限位卡槽内。本发明解决了现有的对接机构体积大、质量重的问题，适用于航天器之间的连接锁定。适用于航天器之间的连接锁定。适用于航天器之间的连接锁定。


技术研发人员：陈传志 邹凯飒 陈金宝 余张武 崔继云 刘笑语 李家琪 陈茜 余虹志 孙正楠 张杰 王添翼
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2023.02.14
技术公布日：2023/5/5