一種空間在軌加注對接接口裝置的制造方法
【專利摘要】一種空間在軌加注對接接口裝置,本發明涉及一種飛行器加注對接接口裝置,包括受注接口和加注接口兩部分。導向口瞄準受注接口,受注接口進入錐筒型導向口頸部后,其頭部將滾珠擠出至鎖芯第一段,但滾珠不會完全滾出錐形孔,直至頭部接觸加注管口肩托斜面上的密封圈;電機轉動,通過主動齒輪和絲杠操作鎖芯上行,鎖芯內部的斜面將滾珠擠入錐筒型導引口上的錐形孔,滾珠的一部分透過錐形孔進入受注接口上的凹口,實現對受注接口的鎖緊,電機反向轉動實現解鎖。利用滾珠與特型鎖芯組成球鎖,并通過電機驅動實現對受注接口的鎖緊與解鎖。作為機械臂的末端執行機構,使推進劑在軌加注方式更加靈活。
【專利說明】
一種空間在軌加注對接接口裝置
技術領域
[0001]本發明屬于飛行器加注技術領域,涉及在軌加注對接接口裝置的設計。
【背景技術】
[0002]空間飛行器的機動能力很大程度上取決于推進劑的攜帶量,由于空間系統質量和體積受到運行控制特性以及運載系統單次發射能力的限制,所以目前的各種衛星推進系統的推進劑儲量是非常有限的,而僅僅依靠衛星自身攜帶的推進劑遠遠無法完成廣泛的軌道機動任務;另一方面,航天器壽命受到推進劑質量比值的限制,由于現今發射成本很高,大多數國家都選擇發射不需要后勤支持的長壽命衛星,因而只能在發射時就將衛星充滿足夠的燃料,這樣既增加了發射成本,又降低了衛星的有效載荷和壽命,如果通過給航天器加注推進劑來提高壽命,不但減輕了發射重量,還可以把發射系統做得更小,顯著降低發射成本,因此發展液體推進劑在軌加注技術是十分必要的。
[0003]在軌加注對接接口裝置是實現空間飛行器在軌加注的關鍵組件,需要自主完成服務飛行器與目標飛行器之間推進劑管路的對接、鎖緊、密封以及解鎖分離等功能。
[0004]中國專利申請公開說明書CN104058109A公開了一種衛星在軌自主加注用液體傳輸接口,該衛星在軌自主加注用液體傳輸接口包括位于服務衛星上的主動端和位于目標衛星上的被動端。當在軌加注接口主動端軸向進給到一定位置時,鋼珠部分落入被動端接口鎖緊凹槽內,電磁閥通電工作,主動端鎖緊裝置銜鐵將鋼珠壓入被動端接口鎖緊凹槽內,實現在軌加注接口主動端和被動端的鎖位。加注完成后,電磁閥再次通電,閥芯反向移動,鋼球在彈簧造成的軸向力作用下從凹槽內脫出,實現在軌加注接口主動端和被動端的快速分離。
[0005]在上述現有技術中,采用電磁閥驅動完成加注主動端與被動力端的接口的鎖緊和解鎖,結構復雜,在接口裝置中需要安裝包括電磁線圈、導磁體、單向閥芯和閥體等相關機構;同時利用彈簧軸向力實現鋼球從凹槽內脫出,彈簧的機械運動容易產生卡死和疲勞的問題。
【發明內容】
[0006]本發明針對現有技術存在的問題,提供一種空間在軌加注對接接口裝置,利用滾珠與特型鎖芯組成球鎖,實現對受注接口的鎖緊與解鎖,可靠地進行對接與分離。
[0007]為了解決上述技術問題,本發明一種空間在軌加注對接接口裝置,包括受注接口和加注接口 ;受注接口上設有凹口 ;加注接口包括:導向口、基座、鎖緊裝置,在導向口的頸部沿圓周方向分布有錐形孔,錐形孔內存放滾珠。所述的鎖緊裝置包括:鎖芯、絲杠、主動齒輪;絲杠安裝在基座上,側面安裝主動齒輪,絲杠下部齒輪與主動齒輪嚙合;鎖芯內部分為三段:鎖芯第三段帶有內螺紋,與絲杠配合使用,鎖芯第二段內徑與導向口的頸部外徑相同,鎖芯第一段內徑大于鎖芯第二段,兩個內徑面之間由斜面過渡;受注接口進入加注接口后,導向口頸部的錐形孔內的滾珠與鎖芯內徑面形成點面接觸,并能順利滑動。
[0008]導向口采用錐筒結構,對接過程中,導向口瞄準受注接口,在加注飛行器或機構的驅動下,加注接口逐漸接近并接觸受注接口,即使存在一定的瞄準誤差,仍然可以利用“桿_錐”的相容性實現兩者的準確對接。
[0009]受注接口采用桿式設計,其頭部采用曲面過渡,以便于順利進入導向口錐筒的頸部;中部設有錐形臺,錐形臺的斜率與導向口錐筒的斜率吻合,有助于提高對接精度;頭部和錐形臺之間設置凹口,與滾珠配合實現對接后的鎖緊;受注接口的內部為接受加注的液體管路。
[0010]導向口頸部沿圓周方向設置鍵,同時在鎖芯第二段與斜面上的內徑壁上相應位置設置鍵槽,鍵在鍵槽內滑動,方便鎖芯軸向運動。
[0011]所述鎖芯第一段內徑與導向口外徑之差小于2倍數的滾珠直徑。
[0012]所述導向口的頸部沿圓周方向均勻分布六個錐形孔。
[0013]所述的空間在軌加注對接接口裝置還包括密封圈、加注管口,受注接口頭部插入加注接口,直達加注管口,并通過密封圈完成密封。
[0014]進一步的,在加注管口上外側設置兩道軸向密封圈,同時在加注管口的肩托斜面上,設置端面密封。
[0015]進一步的,在導向口頸部沿圓周方向均勻設置六個鍵,所述的鎖芯第二段與斜面上的內徑壁上均勻設置六個鍵槽。
[0016]主動齒輪通過芯軸與電機相連,傳遞電機的轉動,并通過與絲杠下部齒輪的嚙合,帶動絲杠的轉動。為保證液體傳輸過程中不會發生泄漏,在加注管口的外側采用兩道密封圈,在加注管口的肩托斜面上采用一道密封圈。軸承放置在絲杠與錐筒根部之間,內圈箍緊在錐筒根部,外圈與絲杠過盈配合。
[0017]加注管口包括中心管路和受注接口肩托兩個部分,中心管路用于伸入受注接口中進行加注,管路外側加工兩道凹痕用于安裝密封圈;受注接口肩托的工作面為斜面,用于托住受注接口,為其提供止動位置,斜面上加工一道凹痕用于安裝密封圈。
[0018]主要部件工作原理如下:
[0019]滾珠:當受注接口進入錐筒型導向口內的工作位置后,滾珠在鎖芯的作用下滾入受注接口上的凹口,鎖緊受注接口 ;待推進劑在軌加注完成后,滾珠滾出凹口,解鎖釋放受注接口。
[0020]絲杠:用于將主動齒輪的轉動轉化為鎖芯的軸向運動。
[0021 ]軸承:用于實現絲杠的繞軸轉動。
[0022]基座:為空腔體,底部與執行加注的空間飛行器或機構相連,上部連接導向口和加注管口,內部是液體管路,并為電機提供安裝空間。
[0023]本發明的優點在于:該裝置利用滾珠與特型鎖芯組成球鎖,并通過電機驅動實現對受注接口的鎖緊與解鎖;同時該裝置集成了對接和加注接口兩項功能,作為機械臂的末端執行機構,使推進劑在軌加注方式更加靈活;加注接口與受注接口利用“桿-錐”相容原理實現對接,容許一定范圍的瞄準誤差存在。
【附圖說明】
[0024]圖1為空間在軌加注自動對接接口裝置組成圖;
[0025]圖2為加注接口與受注接口對接前的狀態;
[0026]圖3為加注接口與受注接口鎖緊后的狀態;
[0027]圖4為鎖芯結構
[0028]!一受注接口、2—導引口、3—滾珠、4一鎖芯、5—絲杠6—軸承、7—密封圈、8—加注管口、9一基座、10—主動齒輪11一電機12—加注接口 13—鎖芯第一段14一鎖芯第二段15—鎖芯第三段
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明的技術方案做進一步詳細說明。顯然,所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例,而不是全部的實施例。基于本發明的實施例,本領域技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例,都屬于本發明要求保護的范圍。
[0030]如圖1、圖4所示,本發明一種空間在軌加注對接接口裝置,包括受注接口I和加注接口 12,受注接口 I上設有凹口;加注接口 12包括:導向口 2、基座9、鎖緊裝置,在導向口 2的頸部沿圓周均勻分布六個錐形孔,錐形孔內存放滾珠3。所述的鎖緊裝置包括:鎖芯4、絲杠
5、主動齒輪10;所述的絲杠5安裝在基座上,側面安裝主動齒輪10,絲杠5下部齒輪與主動齒輪10嚙合;所述的鎖芯4內部分為三段:鎖芯第三段15帶有內螺紋,與絲杠5配合使用,鎖芯第二段14內徑與導向口 2的頸部外徑相同,鎖芯第一段13內徑大于鎖芯第二段14,其內徑與導向口外徑之差大于零小于2倍數的滾珠直徑。
[0031]兩個內徑面之間由斜面過渡;受注接口I進入加注接口 12后,導向口2頸部的錐形孔內的滾珠3與鎖芯4內徑面形成點面接觸,并能順利滑動;在導向口 2頸部沿圓周方向均勻設置六個鍵,鎖芯第二段14與斜面上的內徑壁上設置六個鍵槽,鍵在鍵槽內滑動。
[0032]導向口2采用錐筒結構,對接過程中,導向口2瞄準受注接口,在加注飛行器或機構的驅動下,加注接口逐漸接近并接觸受注接口 I,即使存在一定的瞄準誤差,仍然可以利用“桿-錐”的相容性實現兩者的準確對接;受注接口 I為桿狀,其頭部采用曲面過渡,中部設有錐形臺,錐形臺的斜率與導向口2錐筒結構的斜率吻合。軸承(6)放置在絲杠與錐筒根部之間,內圈箍緊在錐筒根部,外圈與絲杠過盈配合。
[0033](I)對接
[0034]執行對接前,受注接口I與加注接口 12的狀態如圖2所示,滾珠3與鎖芯4組成的球鎖處于解鎖狀態。對接過程中,導向口 2瞄準受注接口 I,在加注飛行器或機構的驅動下,加注接口逐漸接近并接觸受注接口 I ο受注接口 I進入錐筒型導向口 2頸部后,其頭部將滾珠3擠出至鎖芯4內部第一段13,但滾珠3不會完全滾出錐形孔。受注接口 I繼續下行,直至頭部接觸加注管口 8肩托斜面上的密封圈7,對接過程結束。
[0035](2)鎖緊與解鎖
[0036]對接完成后,電機轉動,通過主動齒輪10和絲杠5操作鎖芯4上行,鎖芯4內部的斜面將滾珠3擠入錐筒型導引口 2上的錐形孔,滾珠3的一部分透過錐形孔進入受注接口 I上的凹口,實現對受注接口 I的鎖緊。鎖緊后的加注接口與受注接口 I的狀態如圖3所示。
[0037]解鎖釋放時,電機反向轉動,操作鎖芯4下行,在加注飛行器或機構提供分離力的情況下,受注接口 I上的凹口將滾珠3擠出,實現解鎖釋放。
[0038](3)密封
[0039]加注過程的密封通過密封圈7實現。在加注管口8上共設有三道密封圈,其中兩道密封圈設置在中心管路外側,為軸向密封,一道密封圈設置在肩托斜面上,為端面密封。
[0040]對所公開的實施例的上述說明,使本領域技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專利技術人員來說是顯而易見的,本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明范圍的情況下,在其他實施例中實現。因此,本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例,而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬范圍。
【主權項】
1.一種空間在軌加注對接接口裝置,包括受注接口(I)和加注接口(I2);受注接口(I)上設有凹口 ;加注接口( 12)包括:導向口( 2)、基座(9)、鎖緊裝置,在導向口(2)的頸部沿圓周方向分布有錐形孔,錐形孔內存放滾珠(3),其特征在于:所述的鎖緊裝置包括:鎖芯(4)、絲杠(5)、主動齒輪(10);所述的絲杠(5)安裝在基座(9)上,側面安裝主動齒輪(10),絲杠(5)下部齒輪與主動齒輪(10)嚙合;所述的鎖芯(4)內部分為三段:鎖芯第三段(15)帶有內螺紋,與絲杠(5)配合使用,鎖芯第二段(14)內徑與導向口(2)的頸部外徑相同,鎖芯第一段(13)內徑大于鎖芯第二段(14),兩個內徑面之間由斜面過渡;受注接口(I)進入加注接口(12)后,導向口⑵頸部的錐形孔內的滾珠(3)與鎖芯⑷內徑面形成點面接觸,并能順利滑動。2.根據權利要求1所述的空間在軌加注對接接口裝置,其特征在于:所述導向口(2)為錐筒結構。3.根據權利要求2所述的空間在軌加注對接接口裝置,其特征在于:所述受注接口(I)為桿狀,其頭部采用曲面過渡,中部設有錐形臺,錐形臺的斜率與導向口(2)錐筒結構的斜率吻合。4.根據權利要求1或2所述的空間在軌加注對接接口裝置,其特征在于:在所述的導向口(2)頸部沿圓周方向設置鍵,所述的鎖芯第二段(14)與斜面上的內徑壁上設置鍵槽,鍵在鍵槽內滑動。5.根據權利要求1或2所述的空間在軌加注對接接口裝置,其特征在于所述的鎖芯第一段(13)內徑與導向口外徑之差小于2倍數的滾珠直徑。6.根據權利要求1或者2所述的空間在軌加注對接接口裝置,其特征在于:所述導向口(2)的頸部沿圓周方向均勻分布六個錐形孔。7.根據權利要求1或2所述的空間在軌加注對接接口裝置,其特征在于:還包括密封圈(7)、加注管口(8),所述的受注接口(I)頭部插入加注接口(2),直達加注管口(8),并通過密封圈(7)完成密封。8.根據權利要求7所述的空間在軌加注對接接口裝置,其特征在于:在加注管口(8)上外側設置兩道軸向密封圈,同時在加注管口(8)的肩托斜面上,設置端面密封。9.根據權利要求4所述的空間在軌加注對接接口裝置,其特征在于:在所述的導向口(2)頸部沿圓周方向均勻設置六個鍵,所述的鎖芯第二段(14)與斜面上的內徑壁上均勻設置六個鍵槽。
【文檔編號】B64G1/64GK106005487SQ201510389149
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2015年7月3日
【發明人】張展智, 趙婷, 魏明, 孔令超, 閆指江, 王書廷, 董曉琳, 高朝輝
【申請人】中國運載火箭技術研究院