本發(fā)明涉及航空航天中的在軌維護技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于雙共軛凸輪助力原理的在軌維護快接系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著航空航天技術(shù)的飛速發(fā)展，空間活動更加頻繁，在軌運行的航天器數(shù)量日益增多，航天器的結(jié)構(gòu)和組成日趨復(fù)雜，性能和技術(shù)水平也在不斷提高。但是由于受發(fā)射費用和客觀環(huán)境等的影響，很少對航天器進行如地面設(shè)備常有的維護、保養(yǎng)和升級，況且航天器所處的空間環(huán)境復(fù)雜惡劣，航天器常在其任務(wù)中出現(xiàn)功能失效的情況，損失巨大。因此，如何保證航天器在空間環(huán)境中持久、穩(wěn)定的運行，是目前亟待解決的問題之一。因此對航天器進行在軌維護就顯得尤其重要。

目前，需要助力的快接系統(tǒng)在軌維護方式主要采用機械臂，其存在以下問題：機械臂的結(jié)構(gòu)和控制均比較復(fù)雜，而且設(shè)計和運行成本均比較高，可靠性較低，可工作區(qū)域受限。存在以上問題的原因是：采用機械臂的在軌維護方式，則必須為所有在軌可更換單元(oru)設(shè)計專用接口，對機械臂的控制相對復(fù)雜且存在盲區(qū)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有大插拔力快接系統(tǒng)在軌維護對機械臂的依賴的問題，本發(fā)明提供一種基于雙共軛凸輪助力原理的在軌維護快接系統(tǒng)。

本發(fā)明為解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明的基于雙共軛凸輪助力原理的在軌維護快接系統(tǒng)，包括設(shè)置在在軌可更換單元中的快接插座和設(shè)置在主光機平臺中的快接插頭，還包括：

與主光機平臺固連的快接插頭安裝板，所述在軌可更換單元通過多個不脫落連接螺釘固定在快接插頭安裝板上，所述快接插頭固定在快接插頭安裝板上；

固定在快接插頭安裝板上且位于在軌可更換單元左右兩側(cè)的兩個定位導(dǎo)向銷釘，用于限定在軌可更換單元的位置；

固定在在軌可更換單元下端的快接插座安裝板，所述快接插座固定在快接插座安裝板上；

分別固定在在軌可更換單元下端左右兩個側(cè)面上的兩個助力支耳，兩個助力支耳關(guān)于在軌可更換單元質(zhì)心對稱；

分別固定在快接插頭安裝板左右兩側(cè)的兩個助力機構(gòu)，兩個助力機構(gòu)與兩個助力支耳一一對應(yīng)，通過撥動兩個助力機構(gòu)帶動助力支耳使得快接插頭與快接插座對接到位，兩個助力機構(gòu)同時旋轉(zhuǎn)90°完成在軌可更換單元的插拔。

進一步的，所述助力機構(gòu)包括：

固定在快接插頭安裝板上的旋轉(zhuǎn)軸座；

安裝在旋轉(zhuǎn)軸座上的共軛凸輪；

固定在共軛凸輪側(cè)面圓周上的扇形結(jié)構(gòu)，所述扇形結(jié)構(gòu)與共軛凸輪的旋轉(zhuǎn)中心具有偏心距，能夠保證助力機構(gòu)旋轉(zhuǎn)后帶動在軌可更換單元到達設(shè)定位置；

固定在共軛凸輪圓柱面上的轉(zhuǎn)桿插座；

安裝在轉(zhuǎn)桿插座中的助力轉(zhuǎn)桿，所述助力轉(zhuǎn)桿能從轉(zhuǎn)桿插座中拔出；

撥動助力轉(zhuǎn)桿帶動共軛凸輪繞自身旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動，同時帶動扇形結(jié)構(gòu)。

進一步的，所述助力支耳包括：

固定在在軌可更換單元上的本體；

設(shè)置在本體上的上助力塊和下助力塊，所述上助力塊與下助力塊相對設(shè)置，所述上助力塊的上緣與下緣均為平面結(jié)構(gòu)，所述下助力塊的上緣為圓弧形結(jié)構(gòu)、下緣為平面結(jié)構(gòu)，所述上助力塊和下助力塊均與扇形結(jié)構(gòu)相互配合。

進一步的，拔出在軌可更換單元時，所述上助力塊下緣與扇形結(jié)構(gòu)外緣相配合；插入在軌可更換單元時，所述下助力塊上緣與扇形結(jié)構(gòu)內(nèi)緣相配合。

進一步的，所述定位導(dǎo)向銷釘?shù)膶?dǎo)向長度大于助力機構(gòu)在導(dǎo)向方向上的運行距離。

進一步的，還包括用于手持在軌可更換單元的兩個把手，兩個把手均固定在在軌可更換單元上端面上并且位于上端面左右兩側(cè)。

進一步的，所述扇形結(jié)構(gòu)、左側(cè)助力支耳、右側(cè)助力支耳均采用錫青銅合金制成。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明提出一種具有助力功能的可在軌維護快接系統(tǒng)，其中的助力機構(gòu)是基于雙共軛凸輪助力原理設(shè)計而成的，宇航員操作時只需輕輕旋轉(zhuǎn)兩側(cè)的助力轉(zhuǎn)桿即可實現(xiàn)在軌可更換單元的拆裝工作，真正的實現(xiàn)了快接的目的，擺脫了大插拔力快接系統(tǒng)在軌維護對機械臂的依賴，有效的提高了宇航員在軌維護的能力。

2、本發(fā)明創(chuàng)造性的設(shè)計了一種偏心共軛凸輪助力機構(gòu)，該機構(gòu)重量輕、體積小、具有較大的力的放大比。

3、本發(fā)明中的助力機構(gòu)通過與助力支耳相互配合，形成一種直插式的快接連接結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)以較小的力將在軌可更換單元快速的插入拔出。

4、本發(fā)明的基于雙共軛凸輪助力原理的在軌維護快接系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡潔緊湊、質(zhì)量輕、體積小、便于安裝，同時力的放大比較大。

5、本發(fā)明具有很好的通用性，適合于在類似在軌可更換單元的在軌維護領(lǐng)域推廣使用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的基于雙共軛凸輪助力原理的在軌維護快接系統(tǒng)的立體圖(省略了快接插頭安裝板和在軌可更換單元前面板)。

圖2為本發(fā)明的基于雙共軛凸輪助力原理的在軌維護快接系統(tǒng)的主視圖。

圖3為左助力機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為左助力支耳的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為快接插座的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為快接插座安裝板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為快接插頭的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、左側(cè)助力機構(gòu)，1-1、旋轉(zhuǎn)軸座，1-2、共軛凸輪，1-3、轉(zhuǎn)桿插座，1-4、助力轉(zhuǎn)桿，1-5、扇形結(jié)構(gòu)，2、左側(cè)助力支耳，2-1、本體，2-2、上助力塊，2-3、下助力塊，3、右側(cè)助力機構(gòu)，4、右側(cè)助力支耳，5、在軌可更換單元(oru)，6、快接插座，7、快接插座安裝板，8、快接插頭，9、快接插頭安裝板，10、定位導(dǎo)向銷釘，11、不脫落連接螺釘，12、把手。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細(xì)說明。

現(xiàn)有航天器中設(shè)置有主光機平臺以及在軌可更換單元5，所謂在軌可更換單元5是一種為航天器提供某種功能的相對獨立的功能模塊或小型載荷，在本發(fā)明中將這些功能模塊或小型載荷統(tǒng)稱為在軌可更換單元5，本發(fā)明主要是針對在軌可更換單元5進行插拔更換。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明的基于雙共軛凸輪助力原理的在軌維護快接系統(tǒng)主要包括：左側(cè)助力機構(gòu)1、左側(cè)助力支耳2、右側(cè)助力機構(gòu)3、右側(cè)助力支耳4、快接插座6、快接插座安裝板7、快接插頭8、快接插頭安裝板9、2個定位導(dǎo)向銷釘10、多個不脫落連接螺釘11、用于手持在軌可更換單元5的把手12，把手12數(shù)量為2個。

整個系統(tǒng)通過快接插頭安裝板9與主光機平臺進行固定連接，在軌可更換單元5下端通過多個不脫落連接螺釘11固定在快接插頭安裝板9上的設(shè)定位置。2個定位導(dǎo)向銷釘10固定在快接插頭安裝板9上，并且位于在軌可更換單元5左右兩側(cè)，用于限定在軌可更換單元5的位置。在軌可更換單元5中設(shè)置有快接插座6，其結(jié)構(gòu)如圖5所示，而主光機平臺中設(shè)置有快接插頭8，其結(jié)構(gòu)如圖7所示，快接插座6與快接插頭8構(gòu)成連接器，有直插型和旋插型兩種，為實現(xiàn)系統(tǒng)維護的快速性，本發(fā)明中選用直插型。快接插座安裝板7固定在在軌可更換單元5下端，快接插座6固定在快接插座安裝板7上，快接插座安裝板7的結(jié)構(gòu)如圖6所示?？旖硬孱^8固定在快接插頭安裝板9上。兩個把手12均固定在在軌可更換單元5上端面上并且位于上端面左右兩側(cè)。左側(cè)助力支耳2和右側(cè)助力支耳4分別固定在在軌可更換單元5下端左右兩個側(cè)面上，這兩個助力支耳在在軌可更換單元5上的具體安裝位置關(guān)于在軌可更換單元5的質(zhì)心對稱。左側(cè)助力機構(gòu)1與右側(cè)助力機構(gòu)3分別固定在快接插頭安裝板9左右兩側(cè)。左側(cè)助力機構(gòu)1與左側(cè)助力支耳2的位置相對應(yīng)，右側(cè)助力機構(gòu)3與右側(cè)助力支耳4的位置相對應(yīng)。在軌可更換單元5更換前后，通過撥動左右兩個助力機構(gòu)并帶動助力支耳使得快接插頭8與快接插座6對接到位。

左側(cè)助力機構(gòu)1與右側(cè)助力機構(gòu)3的結(jié)構(gòu)尺寸均相同，兩個助力機構(gòu)是以一對互為鏡像的偏心共軛凸輪為原理進行設(shè)計。以左側(cè)助力機構(gòu)1為例進行介紹。如圖3所示，左側(cè)助力機構(gòu)1主要由旋轉(zhuǎn)軸座1-1、共軛凸輪1-2、轉(zhuǎn)桿插座1-3、助力轉(zhuǎn)桿1-4、扇形結(jié)構(gòu)1-5組成。旋轉(zhuǎn)軸座1-1通過螺釘固定在快接插頭安裝板9上。共軛凸輪1-2安裝在旋轉(zhuǎn)軸座1-1的安裝孔中，扇形結(jié)構(gòu)1-5固定在共軛凸輪1-2的側(cè)面圓周上，所說的扇形結(jié)構(gòu)1-5與共軛凸輪1-2的旋轉(zhuǎn)中心具有一定偏心距，該偏心距能夠保證機構(gòu)旋轉(zhuǎn)后帶動在軌可更換單元5到達設(shè)定位置，在軌可更換單元5到達設(shè)定位置后，扇形結(jié)構(gòu)1-5即與在軌可更換單元5脫離，不影響在軌可更換單元5的插拔。轉(zhuǎn)桿插座1-3固定在共軛凸輪1-2的圓柱面上，助力轉(zhuǎn)桿1-4安裝在轉(zhuǎn)桿插座1-3的安裝孔中，助力轉(zhuǎn)桿1-4可以從轉(zhuǎn)桿插座1-3中拔出。由于助力轉(zhuǎn)桿1-4通過轉(zhuǎn)桿插座1-3與共軛凸輪1-2實現(xiàn)固連，因此，當(dāng)推動助力轉(zhuǎn)桿1-4的同時帶動共軛凸輪1-2繞自身旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動，其上的扇形結(jié)構(gòu)1-5也隨之轉(zhuǎn)動。助力轉(zhuǎn)桿1-4的長度可近似視為動力臂，共軛凸輪1-2的半徑可視為阻力臂，二者形成杠桿作用，由于二者尺寸差異較大，因此助力機構(gòu)可以實現(xiàn)較大力的放大比。

左側(cè)助力支耳2和右側(cè)助力支耳4的結(jié)構(gòu)尺寸相同。以左側(cè)助力支耳2為例進行介紹。如圖4所示，左側(cè)助力支耳2主要由本體2-1、上助力塊2-2、下助力塊2-3組成。本體2-1是一種具有一定厚度的方形結(jié)構(gòu)，其四個角設(shè)置有安裝槽和安裝孔，本體2-1通過螺釘固定在在軌可更換單元5上。在本體2-1上設(shè)置有上助力塊2-2、下助力塊2-3，上助力塊2-2與下助力塊2-3相對設(shè)置，即上助力塊2-2的上緣與下緣均為平面結(jié)構(gòu)，下助力塊2-3的上緣為圓弧形結(jié)構(gòu)、下緣為平面結(jié)構(gòu)。上助力塊2-2下緣設(shè)計成平面與下助力塊2-3上緣設(shè)計成弧形結(jié)構(gòu)可確保其分別與共軛凸輪1-2的外圓弧面及內(nèi)圓弧面接觸時無干涉、且助力塊的受力區(qū)域穩(wěn)定。上助力塊2-2、下助力塊2-3均與共軛凸輪1-2上的扇形結(jié)構(gòu)1-5相互配合。具體的是：當(dāng)在軌可更換單元5拔出時，上助力塊2-2下緣與扇形結(jié)構(gòu)1-5外緣相配合，當(dāng)在軌可更換單元5插入時，下助力塊2-3上緣與扇形結(jié)構(gòu)1-5內(nèi)緣相配合。左側(cè)助力機構(gòu)1與右側(cè)助力機構(gòu)3均同時旋轉(zhuǎn)90°即可完成在軌可更換單元5的插拔。定位導(dǎo)向銷釘10的導(dǎo)向長度大于助力機構(gòu)在導(dǎo)向方向上的運行距離。

本實施方式中，扇形結(jié)構(gòu)1-5、左側(cè)助力支耳2、右側(cè)助力支耳4均采用錫青銅合金制成。

本發(fā)明的基于雙共軛凸輪助力原理的在軌維護快接系統(tǒng)在地面安裝階段，其具體的操作過程如下：

步驟一、將左側(cè)助力支耳2和右側(cè)助力支耳4安裝在關(guān)于在軌可更換單元5質(zhì)心對稱的位置。

步驟二、利用多根不脫落連接螺釘11將在軌可更換單元5固定于快接插頭安裝板9上的設(shè)定位置。

步驟三、將左側(cè)助力機構(gòu)1與右側(cè)助力機構(gòu)3分別安裝在快接插頭安裝板9左右兩側(cè)，兩側(cè)的助力機構(gòu)與兩側(cè)的助力支耳一一對應(yīng)，形成相互配合關(guān)系。

步驟四、通過推動助力轉(zhuǎn)桿1-4使兩側(cè)的助力機構(gòu)旋轉(zhuǎn)并帶動對應(yīng)的助力支耳使得在軌可更換單元5上的快接插座6與主光機平臺上的快接插頭8對接到位。

步驟五、拔出助力轉(zhuǎn)桿1-4。

本發(fā)明的基于雙共軛凸輪助力原理的在軌維護快接系統(tǒng)在在軌替換階段，其具體的操作過程如下：

步驟一、松開在軌可更換單元5與主光機平臺之間的多根不脫落連接螺釘11。

步驟二、插入助力轉(zhuǎn)桿1-4。

步驟三、通過推動助力轉(zhuǎn)桿1-4使兩側(cè)的助力機構(gòu)旋轉(zhuǎn)并帶動對應(yīng)的助力支耳使得在軌可更換單元5上的快接插座6與主光機平臺上的快接插頭8分離。

步驟四、拔出助力轉(zhuǎn)桿1-4。

步驟五、通過拉動把手12，手動拔出在軌可更換單元5，并安置好舊的在軌可更換單元5。

步驟六、取出新的在軌可更換單元5。

步驟七、按照定位導(dǎo)向銷釘10導(dǎo)向安裝新的在軌可更換單元5，直至宇航員力的操作極限。

步驟八、插入助力轉(zhuǎn)桿1-4。

步驟九、通過推動助力轉(zhuǎn)桿1-4使兩側(cè)的助力機構(gòu)旋轉(zhuǎn)并帶動對應(yīng)的助力支耳使得新的在軌可更換單元5上的快接插座6與主光機平臺上的快接插頭8對接到位。

步驟十、拔出助力轉(zhuǎn)桿1-4。

步驟十一、擰緊新的在軌可更換單元5與主光機平臺之間的多根不脫落連接螺釘11。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。