一种丝杠螺母夹紧式对接机构及其工作方法与流程

本发明属于航天技术领域，尤其是涉及一种丝杠螺母夹紧式对接机构及其工作方法。

背景技术：

随着商业航天的迅猛发展以及我国空间站等空间设施的在轨建造、在轨维修与升级等，需要首先数量众多的模块化航天器与大型航天器之间的对接与分离，从而实现模块更换、在轨加注等操作，有效延长在轨航天器的使用寿命，最大化航天器的经济效益。模块化航天器是指若干独立的功能模块，其在质量、尺寸上具有系列化、标准化的特点，每个模块化航天器均采用标准的机械、电、热及数据接口。为了适应不同模块化航天器的对接需求，迫切需要一种结构简单、通用性强的对接机构，更好地为在轨航天器提供服务。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种丝杠螺母夹紧式对接机构及其工作方法，对接机构对模块化航天器对接过程具有导向、锁紧和分离功能，满足不同模块化航天器在轨组装的应用场合。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种丝杠螺母夹紧式对接机构，包括主动端和被动端，所述主动端包括主动端壳、锥面螺母a、锥面螺母b、横梁a、横梁b、电机、正反丝杠和复位弹簧，所述锥面螺母a、锥面螺母b、横梁a、横梁b、正反丝杠和复位弹簧均布置在主动端壳内，所述正反丝杠设置在主动端壳的中心处，并且一端与电机的输出轴连接，在正反丝杠上配合锥面螺母a和锥面螺母b，所述锥面螺母a和锥面螺母b形成容纳横梁a和横梁b的空间，所述横梁a和横梁b平行布置，且每个横梁的两端均通过斜端面分别与锥面螺母a和锥面螺母b的锥面配合，所述横梁a设置在正反丝杠的上方，所述横梁b设置在正反丝杠的下方，所述横梁a和横梁b通过复位弹簧连接，在横梁a上表面设有锁紧斜面a和锁紧直面a，在横梁b下表面设有锁紧斜面b和锁紧直面b，且锁紧斜面a和锁紧斜面b位置相对应布置，所述锁紧直面a和锁紧直面b位置相对应布置；

所述被动端包括被动端壳，所述被动端壳为中心开孔结构，且在被动端壳内壁设有配合锥面和导向锥面，所述配合锥面与锁紧斜面a和锁紧斜面b配合，所述锁紧直面a和锁紧直面b与被动端壳的配合端面相配合；

电机转动带动正反丝杠旋转，从而带动锥面螺母a和锥面螺母b同步靠近，锥面螺母a和锥面螺母b带动使横梁a向上移动，横梁b向下移动，从而使锁紧斜面a、锁紧斜面b、锁紧直面a和锁紧直面b穿出主动端壳后对接锁紧被动端壳。

进一步的，所述电机通过联轴器与所述正反丝杠连接，所述电机固定在主动端壳的端部。

进一步的，在主动端壳内壁设有限制锥面螺母a和锥面螺母b转动的限位件，正反丝杠旋转，带动锥面螺母a和锥面螺母b沿主动端壳内壁移动。

进一步的，所述限位件为设置在主动端壳内壁上的滑轨，相应的，在锥面螺母a和锥面螺母b的表面设有与滑轨配合的滑槽。

进一步的，主动端壳的中部设有中端锥面，所述中端锥面与被动端壳的导向锥面配合。

进一步的，在主动端壳上开设有用于两锁紧斜面和两锁紧直面上下竖直滑动通过的开口结构。

进一步的，所述横梁a上表面设有两个锁紧斜面a和两个锁紧直面a，在横梁b下表面设有两个锁紧斜面b和两个锁紧直面b，相应的，主动端壳的上下表面各设置四个开口结构。

进一步的，所述横梁a和横梁b结构尺寸均相同，在横梁a和横梁b上均设有连接复位弹簧的安装柱，且在每个横梁上设置两个安装柱，所述复位弹簧也设置两个，分别为复位弹簧a和复位弹簧b，且上下正对的一对安装柱对应一复位弹簧。

进一步的，正反丝杠的另一端通过轴承支撑在主动端壳内。

一种丝杠螺母夹紧式对接机构的工作方法，具体包括以下步骤：

对接初始状态时，机械臂带动主动端靠近被动端，在主动端靠近被动端的过程中，通过被动端的导向锥面使得主动端逐渐插入被动端壳的中心开孔中；

主动端壳的中端锥面与被动端壳的导向锥面逐渐配合后，启动电机驱动正反丝杠正向旋转，正反丝杠带动锥面螺母a和锥面螺母b向靠近方向运动；锥面螺母a和锥面螺母b的运动使得横梁a和横梁b分别向上和向下运动，同时带动锁紧斜面a、锁紧斜面b、锁紧直面a和锁紧直面b运动伸出主动端壳，直至锁紧斜面a、锁紧斜面b与被动端壳的配合锥面接触并且配合，随着横梁a不断向上运动和横梁b不断向下运动，主动端被迫向靠近被动端的方向运动，最终锁紧直面a和锁紧直面b与被动端壳的端部直面接触配合，将被动端壳夹紧并完成对接；

当需要解除对接时，控制电机反向旋转，正反丝杠带动锥面螺母a和锥面螺母b向远离方向运动，在复位弹簧对横梁a和横梁b分别施加向下和向上的力的作用下，使得横梁a和横梁b分别向下和向上运动，实现复位，从而解除对接。

相对于现有技术，本发明所述的一种丝杠螺母夹紧式对接机构具有以下优势：

本发明所述的一种丝杠螺母夹紧式对接机构具有通用性强的特点，且具有导向、锁紧和分离一体化功能，不仅可以满足在轨模块化航天器的对接、在轨航天器建造、在轨模块化载荷更换需求，也可以用以地面机械设备快速组装场合。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的一种丝杠螺母夹紧式对接机构的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的一种丝杠螺母夹紧式对接机构的对接中间过程示意图；

图3为本发明实施例所述的一种丝杠螺母夹紧式对接机构的对接结束并锁紧过程示意图；

图4为主动端壳的结构示意图；

图5为横梁a的结构示意图；

图6为横梁b的结构示意图。

附图标记说明：

1-锥面螺母a、2-1-锁紧斜面a、2-2-锁紧斜面b、3-1-锁紧直面a、3-2-锁紧直面b、4-横梁a、5-锥面螺母b、6-主动端壳、7-电机、8-正反丝杠、9-复位弹簧a、10-横梁b、11-复位弹簧b、12-被动端壳、13-配合锥面、14-导向锥面、15-配合端面，16-中端锥面、17-开口结构，18-安装柱。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1-图6所示，一种丝杠螺母夹紧式对接机构，包括主动端和被动端，所述主动端包括主动端壳6、锥面螺母a1、锥面螺母b5、横梁a4、横梁b10、电机7、正反丝杠8和复位弹簧，所述锥面螺母a1、锥面螺母b5、横梁a4、横梁b10、正反丝杠8和复位弹簧均布置在主动端壳6内，所述正反丝杠8设置在主动端壳6的中心处，并且一端与电机7的输出轴连接，在正反丝杠8上配合锥面螺母a1和锥面螺母b5，所述锥面螺母a1和锥面螺母b5形成容纳横梁a4和横梁b10的空间，所述横梁a4和横梁b10平行布置，且每个横梁的两端均通过斜端面分别与锥面螺母a1和锥面螺母b5的锥面配合，所述横梁a4设置在正反丝杠8的上方，所述横梁b10设置在正反丝杠8的下方，所述横梁a4和横梁b10通过复位弹簧连接，在横梁a4上表面设有锁紧斜面a2-1和锁紧直面a3-1，在横梁b10下表面设有锁紧斜面b2-2和锁紧直面b3-2，且锁紧斜面a2-1和锁紧斜面b2-2位置相对应布置，所述锁紧直面a3-1和锁紧直面b3-2位置相对应布置；

所述被动端包括被动端壳12，在被动端壳12的中心处开孔，形成中心开孔结构，且在被动端壳12内壁设有配合锥面13和导向锥面14，所述配合锥面13与锁紧斜面a2-1和锁紧斜面b2-2配合，所述锁紧直面a3-1和锁紧直面b3-2与被动端壳12的配合端面15相配合；

电机7转动带动正反丝杠8旋转，从而带动锥面螺母a1和锥面螺母b5同步靠近，锥面螺母a1和锥面螺母b5带动使横梁a4向上移动，横梁b10向下移动，从而使锁紧斜面a2-1、锁紧斜面b2-2、锁紧直面a3-1和锁紧直面b3-2穿出主动端壳6后对接锁紧被动端壳12。

电机7通过联轴器与所述正反丝杠8连接，所述电机7固定在主动端壳6的端部。所述正反丝杠8根据导程，两端分别做成左右螺旋与所述锥面螺母a、锥面螺母b相配合，作用是能够使得所述锥面螺母a、锥面螺母b分别向中间靠近所述四个锁紧斜面的方向运动。正反丝杠8的另一端通过轴承支撑在主动端壳6内。

在主动端壳6内壁设有限制锥面螺母a1和锥面螺母b5转动的限位件，正反丝杠8旋转，带动锥面螺母a1和锥面螺母b5沿主动端壳6内壁移动。限位件为设置在主动端壳6内壁上的滑轨，相应的，在锥面螺母a1和锥面螺母b5的表面设有与滑轨配合的滑槽。如此设置，使得锥面螺母a和锥面螺母b不能转动，只能沿主动端壳6的内壁滑动。

主动端壳6的中部设有中端锥面16，所述中端锥面16与被动端壳12的导向锥面14配合。如此设置，便于主动端和被动端的顺利对接。

在主动端壳6上开设有用于两锁紧斜面和两锁紧直面上下竖直滑动通过的开口结构17，如此设置，不限制所述两个锁紧斜面和两个锁紧直面从主动端壳6内部伸出，作用是便于所述两个锁紧斜面和两个锁紧直面对准位置锁紧被动端。

横梁a4上表面设有两个锁紧斜面a2-1和两个锁紧直面a3-1，在横梁b10下表面设有两个锁紧斜面b2-2和两个锁紧直面b3-2，相应的，主动端壳6的上下表面各设置四个开口结构17。

横梁a4和横梁b10结构尺寸均相同，在横梁a4和横梁b10上均设有连接复位弹簧的安装柱18，且在每个横梁上设置两个安装柱18，所述复位弹簧也设置两个，分别为复位弹簧a9和复位弹簧b11，且上下正对的一对安装柱对应一复位弹簧。复位弹簧a9和复位弹簧b11是承受拉力的螺旋弹簧。如此设置，既能使得初始时限制横梁b的位置，又能使得当需要解除对接时，能够对所述横梁a、横梁b分别施加向下和向上的力，使得其能够分别向下和向上运动复位。

一种丝杠螺母夹紧式对接机构的工作方法，具体包括以下步骤：

对接初始状态时，机械臂带动主动端靠近被动端，由于主动端的主动端壳6有与被动端壳12的导向锥面14相配合的中间锥面，在主动端靠近被动端的过程中，通过被动端的导向锥面14使得主动端逐渐插入被动端壳12的锥面孔中；横梁a4和横梁b10不影响正反丝杠8的旋转；

主动端壳6的中端锥面16与被动端壳12的导向锥面14逐渐配合后，启动电机7驱动正反丝杠8正向旋转，由于横梁a4和横梁b10左右两端通过端部斜面与锥面螺母a1和锥面螺母b5的锥面贴合，因此当正反丝杠8旋转带动锥面螺母a1和锥面螺母b5向靠近方向运动时；锥面螺母a1和锥面螺母b5的运动使得横梁a4和横梁b10分别向上和向下运动，同时带动锁紧斜面a2-1、锁紧斜面b2-2、锁紧直面a3-1和锁紧直面b3-2运动伸出主动端壳6，直至锁紧斜面a2-1、锁紧斜面b2-2与被动端壳12的配合锥面13接触并且配合，随着横梁a4不断向上运动和横梁b10不断向下运动，主动端被迫向靠近被动端的方向运动，最终锁紧直面a3-1和锁紧直面b3-2与被动端壳12的端部直面15接触配合，将被动端壳12夹紧并完成对接；

当需要解除对接时，控制电机7反向旋转，正反丝杠7带动锥面螺母a1和锥面螺母b5向远离方向运动，在复位弹簧对横梁a4和横梁b10分别施加向下和向上的力的作用下，使得横梁a4和横梁b10分别向下和向上运动，实现复位，从而解除对接。

模块化航天器的对接流程类似，不同航天器只需安装本申请中的对接机构，即可完成对接过程的导向、锁紧及释放全过程，由于接口简单、小体积、轻质量，可根据航天器结构进行多点分布式安装，可适应于不同类型的模块化航天器。

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

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