不脱出紧固装置和方法
【专利摘要】本发明提供了一种不脱出紧固装置和方法，用于集成防松与防脱出功能来执行设备在航天器的结构机体上的紧固装配。该装置包括：紧固螺钉，其钉头上端设置有外翻法兰并用于将设备紧固在结构机体上，起基础连接作用；防松弹簧，为压缩弹簧且持续提供弹簧力通过紧固螺钉被传递到螺纹连接副上，起防松作用；限位垫片，螺接在设备的耳片上，起防脱出的作用。因此，本发明兼顾到防松与防脱出的两个优点，无需多余防松措施，不产生多余物，无需多余物控制，重量代价小，航天员操作方便，具有操作指示作用，解决了微重力状态下航天员拆卸维修设备的需求，具有通用性特点，从而进一步提高了微重力状态下的设备紧固装配技术。
【专利说明】
不脱出紧固装置和方法
技术领域
[0001]本发明属于空间站在轨维修技术领域，涉及对传统防松与防脱出原理的改进，具体涉及一种不脱出紧固装置和方法，用于集成防松与防脱出功能来执行设备在航天器的结构机体上的紧固装配。
【背景技术】
[0002]设备紧固安装在各类航天器有着多种方式与手段，随着空间站由于长寿的要求而提出的设备维修需求不断提高，航天器设备紧固安装首先应需克服发射段载荷，即需具备防松性能。入轨后，在微重力环境下，考虑到航天员在舱内舱外活动不便利，航天员拆卸设备需方便且拆卸下的螺钉不允许自有漂浮。
[0003]当前，航天器应用到的设备紧固方式主要是普通螺纹连接，普通螺纹连接以螺钉与钢丝螺套、螺钉与螺母等形式的连接为主，这种结构仅能实现一般的连接，防松需施加另外措施，航天器普遍采用的防松措施为使用弹垫或者涂胶，而特殊螺纹结构如施必牢螺母、自锁型螺钉由于工艺限制无法广泛应用于航天器设备紧固安装应用中。同时，普通螺纹连接在解除螺纹连接后，螺钉即脱离机体，在微重力状态下即为自有漂浮状态，会产生太空垃圾甚至对航天员的生命造成危险。
[0004]采用特殊快拆快卸机构紧固安装虽然能够实现防松和防脱出功能，但由于机构设计复杂，重量代价大，该种设计仅适用于特殊的大型设备紧固安装用。
[0005]为了实现航天器设备紧固安装防松防脱出，减少重量代价，增加装置的通用性，急需一种结合防松与防脱出技术的新型螺纹紧固方案。
【发明内容】
[0006]为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种兼顾防松与防脱出，体积小，重量轻，结构紧凑简单，操作方便的紧固方案。
[0007]本发明的一个方面提供了一种不脱出紧固装置，用于集成防松与防脱出功能来执行设备在航天器的结构机体上的紧固装配。本发明的不脱出紧固装置包括:紧固螺钉，其钉头上端设置有外翻法兰，并且用于将设备紧固在结构机体上，从而起基础连接的作用；防松弹簧，为压缩弹簧，并且其持续提供的弹簧力通过紧固螺钉被传递到螺纹连接副上，从而起防松的作用；以及限位垫片，螺接在设备的耳片上，起防脱出的作用。
[0008]具体地，防松弹簧位于紧固螺钉与限位垫片之间，限位垫片与紧固螺钉的底部接触，以及紧固螺钉依次经由防松弹簧和限位垫片与结构机体螺接。
[0009]在紧固螺钉中，外翻法兰用于将防松弹簧产生的防松预紧力在紧固螺钉的轴向方向传递到限位垫片，从而传递给结构机体。限位垫片用于限制螺钉脱出以实现螺钉防脱出的作用。
[0010]在防松弹簧中，防松弹簧的弹簧力经由外翻法兰被传递到螺纹连接副上并通过螺纹连接副被转换为预紧力并进而转换为防松力矩，从而起防松的作用。
[0011]可选地，在所述限位垫片中，限位螺纹可以用于确保紧固螺钉不单独脱落。相应地，防松弹簧用于振动环境下螺纹预紧的防松作用。
[0012]本发明的另一个方面还提供了一种不脱出紧固方法，包括以下步骤:步骤一，将饭送不脱出紧固装置安装在设备的耳片上，从而通过力矩控制，使其可靠地紧固在设备的耳片上；步骤二，紧固螺钉与结构机体上的螺纹孔螺纹连接，以在预紧过程中，使防松弹簧不断压缩且压缩力不断增大；以及步骤三，当防松弹簧的压缩力达到最大时，其提供的预紧力起防松的作用，从而实现了螺纹连接防松的作用，其中，预紧的操作为:当紧固螺钉的钉头与限位垫片接触且达到预定的拧紧力矩时，紧固螺钉完成预紧。
[0013]额外地，根据本发明的不脱出紧固方法还包括:当拆卸紧固螺钉时，在紧固螺钉完全与结构机体无螺纹连接状态下，紧固螺钉被限制在限位垫片中无法退出；紧固螺钉被抬起，从而航天员通过观察紧固螺钉的抬高距离获得紧固螺钉是否被拆卸下来的信息。
[0014]可见，本发明的紧固装置主要包括紧固螺钉，防松弹簧，限位垫片。其中，紧固螺钉通过外翻法兰将防松弹簧产生的防松预紧力通过限位垫片传递到结构上，此时限位垫片起到垫片作用，结合螺钉预紧力与防松弹簧的弹力实现防松作用。限位垫片通过螺纹固定在设备上，在紧固螺钉与结构脱离螺纹连接状态下，限位垫片起到限位作用，使螺钉无法脱离限位垫片而最终与设备保持连接，紧固螺钉无法单独脱落。由于这种装置，航天设备可以保证安装的可靠性又有利于航天员在轨维修，使得该种技术可充分应用到航天维修领域中来。
[0015]因此，与普通的螺纹连接相比，本发明的基于弹簧防松的不脱出紧固方案兼顾到防松与防脱出的两个优点，在相同的拧紧力矩的螺纹副连接下，无需多余防松措施，不产生多余物，无需多余物控制，重量代价小，航天员操作方便，可提示航天员螺钉是否已拆卸下来，具有操作指示作用。
[0016]另外，与现有的螺纹连接和防松措施相比，本发明由于采用了新的防松原理，集成了防松与防脱出功能，解决了微重力状态下航天员拆卸维修设备的需求，具有通用性特点，从而进一步提高了微重力状态下的设备紧固装配技术。
【附图说明】
[0017]图1是本发明【具体实施方式】的不脱出紧固装置的结构示意图；
[0018]图2是本发明【具体实施方式】的不脱出紧固装置的未安装状态的示意图；以及
[0019]图3是本发明【具体实施方式】的设备通过不脱出紧固装置安装在结构机体上的状态示意图。
【具体实施方式】
[0020]应了解，本发明的不脱出紧固装置由紧固螺钉、防松弹簧和限位垫片三部分组成。其中，紧固螺钉通过与结构机体螺纹连接将设备固定在结构机体上，起基础连接作用。防松弹簧为压缩弹簧，起到防松作用。限位垫片通过螺纹副与设备耳片固定，在设备紧固安装中起到螺钉垫片的作用，并限制螺钉脱离设备脱落。
[0021]在本发明中，紧固螺钉在钉头上端设计外翻法兰，在螺钉轴向方向将弹簧弹力传递到与螺钉头底部接触的限位垫片，进而传递到结构机体上。
[0022]防松弹簧的弹簧力转换为防松力矩，达到防松作用。
[0023]限位垫片内腔设置限位装置，起到螺钉防脱出作用。
[0024]下面结合附图1-3及【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0025]如图1所示，不脱出紧固装置4主要包括:紧固螺钉1、防松弹簧2和限位垫片3。
[0026]不脱出紧固装置4通过紧固螺钉I将设备紧固在结构机体上，防松弹簧2与限位垫片3在螺钉I与设备耳片之间，防松弹簧2通过提供持续的弹簧力由紧固螺钉I的钉头的外翻法兰传递到螺纹副上。限位垫片3螺接在设备耳片上，防止螺钉I漂浮在微重力环境下。
[0027]如图2所示，不脱出紧固装置的紧固螺钉I处于预紧状态下，当出现松动趋势时，防松弹簧2提供持续的弹力进而转换为持续的防松力矩，由于装置仅存在松动趋势，弹簧的压缩量保持不变，所以防松弹簧2提供的防松力矩保持不变，持续的防松力矩保证螺钉I难以松脱。
[0028]如图3所示，介绍了使用不脱出紧固装置4的设备5的紧固安装在结构机体6的详细过程，具体步骤如下:
[0029]第一步，将不脱出紧固装置4安装在设备5的耳片上，通过力矩控制，不脱出紧固装置4可靠的紧固在设备5的耳片上；
[0030]第二步，装置4的紧固螺钉I与结构机体上的螺纹孔螺纹连接，预紧过程中，防松弹簧2被不断压缩，弹簧2的压缩力不断增大，所产生的预紧力不断增大，其中，当紧固螺钉钉头I与限位垫片3接触后，且达到预计的拧紧力矩，螺钉I完成预紧。防松弹簧2的压缩力达到最大，其提供的预紧力可达到防松的作用，从而实现了螺纹连接防松的作用；以及
[0031]第三步，在拆卸螺钉I时，当螺钉I完全与结构机体无螺纹连接状态下，螺钉I的被限制在限位垫片3腔内，螺钉I无法从限位垫片腔内退出，同时，由于防松弹簧2弹力的作用，螺钉I会被抬起一定高度，航天员通过观察螺钉I抬高距离即可获得螺钉I是否被拆卸下来的信息。
[0032]终上所述，采用本发明的技术方案，兼顾了防松与防脱出两个优点，在相同的拧紧力矩的螺纹副连接下，无需多余防松措施，不产生多余物，无需多余物控制，重量代价小，航天员操作方便，可提示航天员螺钉是否已拆卸下来，具有操作指示作用，并且由于采用了新的防松原理，集成了防松与防脱出功能，解决了微重力状态下航天员拆卸维修设备的需求，具有通用性特点，从而进一步提高了微重力状态下的设备紧固装配技术。
[0033]本发明中未说明部分属于本领域的公知技术。
【主权项】
1.一种不脱出紧固装置，用于集成防松与防脱出功能来执行设备在航天器的结构机体上的紧固装配，其特征在于，包括: 紧固螺钉，其钉头上端设置有外翻法兰，并且用于将所述设备紧固在所述结构机体上，从而起基础连接的作用； 防松弹簧，为压缩弹簧，并且其持续提供的弹簧力通过所述紧固螺钉被传递到螺纹连接副上，从而起防松的作用；以及 限位垫片，螺接在所述设备的耳片上，起防脱出的作用。2.根据权利要求1所述的不脱出紧固装置，其特征在于， 所述防松弹簧位于所述紧固螺钉与所述限位垫片之间， 所述限位垫片与所述紧固螺钉的底部接触，以及 所述紧固螺钉依次经由所述防松弹簧和所述限位垫片与所述结构机体螺接。3.根据权利要求2所述的不脱出紧固装置，其特征在于，在所述紧固螺钉中， 所述外翻法兰用于将所述防松弹簧产生的防松预紧力在所述紧固螺钉的轴向方向传递到所述限位垫片，从而传递给所述结构机体。4.根据权利要求3所述的不脱出紧固装置，其特征在于，所述限位垫片用于:限制所述紧固螺钉脱出，以实现所述紧固螺钉的防脱出的作用。5.根据权利要求2所述的不脱出紧固装置，其特征在于，在所述防松弹簧中， 所述防松弹簧的弹簧力经由所述外翻法兰被传递到所述螺纹连接副上并通过所述螺纹连接副被转换为预紧力并进而转换为防松力矩，从而起所述防松的作用。6.根据权利要求2所述的不脱出紧固装置，其特征在于，在所述限位垫片中，所述限位螺纹用于，确保所述紧固螺钉不单独脱落。7.根据权利要求6所述的不脱出紧固装置，其特征在于，所述防松弹簧用于: 所述紧固螺钉在震动环境下的螺纹预紧的防松作用。8.一种不脱出紧固方法，用于采用上述任一项权利要求所述的不脱出紧固装置来执行设备在航天器的结构机体上的紧固装配，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一，将所述饭送不脱出紧固装置安装在所述设备的耳片上，从而通过力矩控制，使其可靠地紧固在所述设备的耳片上； 步骤二，紧固螺钉与结构机体上的螺纹孔螺纹连接，以在预紧过程中，使防松弹簧不断压缩且压缩力不断增大；以及 步骤三，当所述防松弹簧的压缩力达到最大时，其提供的预紧力起防松的作用，从而实现了螺纹连接防松的作用， 其中，所述预紧的操作为:当所述紧固螺钉的钉头与限位垫片接触且达到预定的拧紧力矩时，所述紧固螺钉完成预紧。9.根据权利要求8所述的不脱出紧固方法，其特征在于，还包括: 当拆卸所述紧固螺钉时，在所述紧固螺钉完全与所述结构机体无螺纹连接状态下，所述紧固螺钉被限制在所述限位垫片中无法退出；以及 所述紧固螺钉被抬起，从而航天员通过观察所述紧固螺钉的抬高距离获得所述紧固螺钉是否被拆卸下来的信息。
【文档编号】F16B39/284GK105889280SQ201510035881
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2015年1月23日
【发明人】张志成, 侯向阳, 王昊, 苏亮, 苏南, 周奉香
【申请人】北京空间技术研制试验中心