一种可压缩式空间科学实验机柜的制作方法

本发明涉及空间站科学实验载体技术领域，尤其涉及一种可压缩式空间科学实验机柜。

背景技术：

2020年前后，我国将建造长期在轨运行、短期有人照料的载人空间站，开展一系列的科学实验，而如何高效利用空间站资源环境，开发出高互换性可靠性的公共科学实验载体机构便成了实现科学应用目标的关键。

目前，国际采用的机柜er(expressrack)标准结构，提供了标准的基本机、电、热、液结构接口，提供了通用的实验支持能力，但机柜为整体刚性结构，笨重且占用空间大。另外，货运飞船受发射承载能力限制，不能运输整柜级的大载荷实验舱和核心舱，从而限制了利用空间站资源环境进行科学实验的开展。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可压缩式空间科学实验机柜，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种可压缩式空间科学实验机柜，包括柜体，所述柜体由底座、上面板和背板围成，所述底座和所述上面板通过伸缩立柱连接，所述背板可折叠进所述柜体内，所述上面板上设置有动力传输装置，所述动力传输装置与所述伸缩立柱连接，所述伸缩立柱为利用丝杠螺母配合的直线传动原理的三级直线型伸缩机构。

优选地，所述伸缩立柱包括动力轴、传动筒、中丝杠、细丝杠、内壁筒、中壁筒和外壁筒，所述内壁筒、中壁筒和外壁筒的内径依次增大，所述动力轴的头端设置在封盖内，所述动力轴的上部与所述动力传输装置连接，所述动力轴设置在所述传动筒内，所述动力轴可带动所述传动筒转动；

所述传动筒的底端接触连接有第一固定块，所述中丝杠的上部穿过所述第一固定块伸入所述传动筒内，所述传动筒可带动所述中丝杠转动，所述中丝杠与所述第一固定块可转动连接，所述第一固定块嵌入所述内壁筒底端的内部，所述内壁筒头端与所述封盖连接；

所述中丝杠的下部穿过所述第二固定块，且所述中丝杠与所述第二固定块可转动连接，所述第二固定块嵌入所述中壁筒底端的内部；

所述细丝杠的上部伸入所述中丝杠底端内部且可转动连接，所述细丝杠的底端与所述外壁筒的底端固定连接。

优选地，所述中丝杠的上部外侧设置有花键，所述动力轴的下部外侧设置有花键，所述传动筒的内侧设置有键槽，所述花键与所述键槽配合连接。

优选地，所述第一固定块为螺母，所述中丝杠与所述螺母通过螺纹连接。

优选地，所述第二固定块由两个结构相同的夹块组成，所述夹块的中间设置为半圆形孔，两个所述夹块对接在一起围成中间为圆形孔的所述第二固定块，所述圆形孔的孔壁上设置有肩槽，所述中丝杠的下部外侧设置有轴肩，所述轴肩位于所述肩槽内，且所述轴肩可在所述肩槽内转动。

优选地，还包括滑套，所述滑套上设置有凸出块，所述凸出块插入所述螺母和所述内壁筒相同位置的孔内，使得所述螺母、所述内壁筒和所述滑套轴向位置固定。

优选地，还包括夹套，所述夹套上设置有圆柱销，所述圆柱销与所述夹块和所述中壁筒上的孔配合，使得所述夹套、所述夹块和所述中壁筒轴向位置固定。

优选地，所述外壁筒与所述细丝杠通过花型键槽的配合和卡簧的轴向限位形成相对固定连接。

优选地，所述动力轴为齿轮轴，所述动力传输装置包括传动齿轮、锥齿轮传动系统和摇柄，所述摇柄与所述锥齿轮传动系统连接，所述锥齿轮传动系统与所述传动齿轮齿轮连接，所述传动齿轮与所述齿轮轴齿轮连接。

优选地，所述背板包括上背板和下背板，所述上背板的上部与所述上面板通过转轴连接，所述上背板的下部与所述下背板的上部铰接，所述下背板的下部与所述底座通过转轴连接。

本发明的有益效果是：本发明实施例提供的一种可压缩式空间科学实验机柜，利用丝杠螺母配合的直线传动原理，采用三级伸缩柱结构，得到更大的压缩比，后部设置的可折叠式背板，通过铰链相互连接，可随着折叠柜的上升下降而自动展开折叠，因此，本发明提供的实验机柜，在满足了原科学实验机柜的结构与功能的基础上在资源占用方面比原实验机柜大幅降低，解决了发射上行时柜体占用舱内空间资源和所需发射承载的问题，充分利用了货运飞船的上行运输能力，扩大了空间站在轨科学实验的支持能力，而且整个升降过程简单可靠，航天员只需简单的操作即可完成实验柜的展开工作。

附图说明

图1是实验机柜压缩状态示意图；

图2是实验机柜展开状态示意图；

图3是伸缩立柱外部收拢状态示意图；

图4是伸缩立柱外部展开状态示意图；

图5是伸缩立柱内部收拢状态示意图；

图6是伸缩立柱内部展开状态示意图；

图7是夹块结构示意图；

图8是第二固定块结构示意图；

图9是中丝杠与第二固定块的连接结构示意图；

图10是中丝杠轴肩结构示意图；

图11是上面板结构示意图。

图中，各符号的含义如下：

1底座、2上面板、3背板、4伸缩立柱、5动力轴、6传动筒、7中丝杠、8细丝杠、9内壁筒、10中壁筒、11外壁筒、12封盖、13第一固定块、14第二固定块、15夹块、16肩槽、17轴肩、18滑套、19夹套、20摇柄、21上背板、22下背板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明基于现有技术中的问题，为了增加火箭资源效率，提供了一种可压缩式科学实验机柜，既可以解决货运飞船运输限制，又可以减少空间资源的占用。

如图1-6所示，本发明实施例提供了一种可压缩式空间科学实验机柜，包括柜体，所述柜体由底座1、上面板2和背板3围成，底座1和上面板2通过伸缩立柱4连接，背板3可折叠进所述柜体内，上面板2上设置有动力传输装置，所述动力传输装置与伸缩立柱4连接，伸缩立柱4为利用丝杠螺母配合的直线传动原理的三级直线型伸缩机构。

上述结构中，伸缩立柱作为柜体的支撑，柜体会随着伸缩立柱的收缩而进行压缩，随着伸缩立柱的伸展而进行展开。

由于上述结构中，采用以丝杠螺母传动原理的直线式升降系统，整体结构稳定性好，传动精度高，展开方式简单方便。而且三级的伸缩结构支柱，使得柜体的压缩比大(可以从1820mm压缩至854mm)。

伸缩立柱的收缩或伸展均可以通过上面板上的动力传输装置输入动力。另外，由于背板可折叠进柜体内，而且随着柜体的展开，背板也可以自动展开，所以，该实验机柜的自动化程度高，大大降低了航天员对实验柜的后安装工作。

本发明实施例中，伸缩立柱4包括动力轴5、传动筒6、中丝杠7、细丝杠8、内壁筒9、中壁筒10和外壁筒11，内壁筒9、中壁筒10和外壁筒11的内径依次增大，动力轴5的头端设置在封盖12内，动力轴5的上部与动力传输装置连接，动力轴5设置在传动筒6内，动力轴5可带动传动筒6转动；

传动筒6的底端接触连接有第一固定块13，中丝杠7的上部穿过第一固定块13伸入传动筒6内，传动筒6可带动中丝杠7转动，中丝杠7与第一固定块13可转动连接，第一固定块13嵌入内壁筒9底端的内部，内壁筒9头端与封盖12连接；

中丝杠7的下部穿过第二固定块14，且中丝杠7与第二固定块14可转动连接，第二固定块14嵌入中壁筒10底端的内部；

细丝杠8的上部伸入中丝杠7底端内部且可转动连接，细丝杠8的底端与外壁筒11的底端固定连接。

动力传输装置将动力传输给动力轴，带动动力轴转动，动力轴带动传动筒转动，传动筒带动中丝杠转动，同时中丝杠在传动筒内部相对滑动。

在第二固定块的作用下，中丝杠带动中壁筒一起做直线运动，使得中丝杠套入在传动筒中，内壁筒套入在中壁筒中。

由于细丝杠相对固定，所以，细丝杠可旋转套入中丝杠内，同时，带动中壁筒套入外壁筒中。

其中，细丝杠的外侧可以设置外螺纹，中丝杠的内侧可以设置内螺纹，而且外螺纹和内螺纹的旋向相反，则当细丝杠固定不动的情况下，中丝杠可以带动中壁筒，将细丝杠套入中丝杠中，中壁筒套入外壁筒中。

从而，通过上述结构的连接关系，完成伸缩立柱的收缩。

即收缩状态时，细丝杠套在中丝杠中，中壁筒套在外壁筒中，中丝杠套在传动筒中，内壁筒套在中壁筒中。

本实施例中，中丝杠7的上部外侧设置有花键，动力轴5的下部外侧设置有花键，传动筒6的内侧设置有键槽，所述花键与所述键槽配合连接。

通过采用花键与键槽配合连接的方式，保证动力轴带动传动筒转动，传动筒带动中丝杠转动，同时中丝杠在传动筒中进行相对滑动，最终使得中丝杠在旋转中套入传动筒中。

本实施例中，第一固定块13为螺母，中丝杠7与所述螺母通过螺纹连接。

在操作过程中，螺母抵住传动筒的底端，使得中丝杠通过与螺母之间螺纹连接，旋转穿过螺母向上运动进入传动筒，而由于螺母与内壁筒之间固定连接，所以限制了螺母的转动，迫使其带动内壁筒作直线运动，从而，使得随同中丝杠一起轴向运动的中壁筒套住内壁筒。

如图7-10所示，本实施例中，第二固定块14由两个结构相同的夹块15组成，夹块15的中间设置为半圆形孔，两个夹块15对接在一起围成中间为圆形孔的第二固定块14，所述圆形孔的孔壁上设置有肩槽16，中丝杠7的下部外侧设置有轴肩17，轴肩17位于肩槽16内，且轴肩17可在肩槽16内转动。

上述结构中，两个夹块可以通过销孔的方式配合在一起，中间内部圆形孔孔壁上的肩槽与中丝杠端部的轴肩配合夹住中丝杠，使中丝杠只能在固定平面内做旋转运动，夹块与中丝杠配合好后嵌入中壁筒中，防止两个夹块分离。

本发明实施例提供的可压缩式空间科学实验机柜，还包括滑套18，滑套18上设置有凸出块，所述凸出块插入螺母和内壁筒9相同位置的孔内，使得所述螺母、内壁筒9和滑套18轴向位置固定。

本发明实施例提供的可压缩式空间科学实验机柜，还包括夹套19，夹套19上设置有圆柱销，所述圆柱销与夹块15和中壁筒10上的孔配合，使得夹套19、夹块15和中壁筒10轴向位置固定。

本实施例中，外壁筒11与细丝杠8通过花型键槽的配合和卡簧的轴向限位形成相对固定连接。

如图11所示，本发明实施例中，动力轴5为齿轮轴，所述动力传输装置包括传动齿轮、锥齿轮传动系统和摇柄20，摇柄20与所述锥齿轮传动系统连接，所述锥齿轮传动系统与所述传动齿轮齿轮连接，所述传动齿轮与所述齿轮轴齿轮连接。

如图2所示，本发明实施例中，背板3包括上背板21和下背板22，上背板21的上部与上面板2通过转轴连接，上背板21的下部与下背板22的上部铰接，下背板22的下部与底座1通过转轴连接。

上述的整个结构类似于折叠门的工作原理，可随着机柜的上升，上背板和下背板展开，随着机柜的下降，上背板和下背板对折进柜体内。

本实施例中，整个机柜可以由四根伸缩支柱支撑，由于是在轨展开，所以不需很大的展开力，本着轻质的特点，可以采用后部为主动伸缩立柱，前部为被动伸缩立柱的结构。

另外，本实验机柜的伸缩立柱中的滑动摩擦副结构均可以采用自润滑材料降低摩擦阻力，减少润滑油润滑脂的使用，降低其污染其他科学实验的可能性。

可见，本发明实施例提供的实验机柜，能够大幅度的降低占用运载火箭资源，采用丝杠传动机构具有很高的结构稳定性和升降精确性，采用三级的伸缩机构相对于其他折叠压缩机构具有更大的压缩率，自动展开折叠式背板，可满足不同的科学实验装置的支撑和功能上的需要，自动化程度高大大降低了航天员对实验柜的后安装工作。在轨展开后集成各类标准试验载荷，能最大限度利用空间站的在轨空间。压缩打包的实验柜无需上行负载，所以可以使用更轻质的材料进一步降低自身重量,减轻火箭负载。

通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：本发明实施例提供的一种可压缩式空间科学实验机柜，利用丝杠螺母配合的直线传动原理,采用三级伸缩柱结构，得到更大的压缩比，后部设置的可折叠式背板，通过铰链相互连接，可随着折叠柜的上升下降而自动展开折叠，因此，本发明提供的实验机柜，在满足了原科学实验机柜的结构与功能的基础上在资源占用方面比原实验机柜大幅降低，解决了发射上行时柜体占用舱内空间资源和所需发射承载的问题，充分利用了货运飞船的上行运输能力，扩大了空间站在轨科学实验的支持能力，而且整个升降过程简单可靠，航天员只需简单的操作即可完成实验柜的展开工作。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本领域人员应该理解的是，上述实施例提供的方法步骤的时序可根据实际情况进行适应性调整，也可根据实际情况并发进行。

上述实施例涉及的方法中的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机设备可读取的存储介质中，用于执行上述各实施例方法所述的全部或部分步骤。所述计算机设备，例如：个人计算机、服务器、网络设备、智能移动终端、智能家居设备、穿戴式智能设备、车载智能设备等；所述的存储介质，例如：ram、rom、磁碟、磁带、光盘、闪存、u盘、移动硬盘、存储卡、记忆棒、网络服务器存储、网络云存储等。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。