一种快速装拆的空间桁架在轨组装连接件及其使用方法

1.本发明属于宇宙航行设备技术领域，具体涉及一种快速装拆的空间桁架在轨组装连接件及其使用方法。


背景技术：

2.随着宇航空间技术的快速发展，对应用于宇宙航行及空间科学的飞行器或装备变得日益迫切。为了满足对多功能、大功率、高增益等新型飞行设备的需求，大型和超大型空间结构如新型空间站、大口径空间太阳能阵、新型空间望远镜等已经成为未来宇航技术重要的发展方向之一。由于受到运载工具容积及运载能力的限制，传统的采用具有折叠与展开功能思想的可展开宇航设备已无法满足发展要求，空间在轨装配技术正成为未来大尺寸空间结构搭建的主要方向和发展趋势。目前空间在轨装配主要通过宇航员舱外操作和机械臂远程控制两种方式来实现，宇航员操作灵活性高、自主性强，可以实现较为复杂结构的装配，但受宇航员身体因素、舱外活动时间、可达范围等限制导致桁架结构搭建流程复杂、操作时间长，且暴露于空间的舱外操作对宇航员人身安全具有较大的危险和隐患；机械臂远程操作具有作业范围较大、作业时间长、安全系数高等优点，但由于采用无人化方式，不仅对控制的精度、容错率和智能化程度等都提出了很高的要求，同时对被装配结构接口的友好性、便捷性和可靠性等也提出了相应的需求和要求，而目前围绕空间桁架结构高效、可靠在轨装配技术的研究尚处于起步阶段，鲜有文献报道。


技术实现要素：

3.本发明提供一种快速装拆的空间桁架在轨组装连接件及其使用方法，能够实现快速搭接装配，不仅提高了在轨装配的便捷性，也提高了在轨装配的准确度。
4.本发明的技术方案如下：一种快速装拆的空间桁架在轨组装连接件，包括连接公头和连接母头，所述连接公头包括球节点接头和锁定销，所述锁定销可伸缩状态安装在所述球节点接头的球段底端；所述连接母头包括上支座、下支座和连接座，上支座和下支座安放在所述连接座中，上支座与下支座之间弹性开合，下支座设有锁定孔；所述球节点接头的球段伸入到上支座与下支座之间，所述锁定销嵌入所述锁定孔内，所述连接公头与所述连接母头装配在一起；所述球节点接头的球段从上支座与下支座之间拔出，所述连接公头与所述连接母头拆开。
5.进一步地，所述的快速装拆的空间桁架在轨组装连接件，所述连接公头还包括锁定弹簧、底盖和螺栓一，所述球节点接头包括连接在一起的圆柱段和球段，所述球段底端为平面，所述球段底端中心处设有圆柱形的锁定槽，所述锁定弹簧置于所述锁定槽内；所述锁定销包括连接在一起的圆柱形的销杆和圆形的端帽，所述端帽位于所述销杆的尾端；所述底盖中心设有圆形的通孔，所述销杆置于所述通孔中，所述端帽与所述锁定弹簧端头贴合，螺栓一将所述底盖安装在所述球段底端上。
6.进一步地，所述的快速装拆的空间桁架在轨组装连接件，所述端帽与所述锁定槽
间隙配合，所述销杆与所述通孔间隙配合，所述销杆的前端设有倒角。
7.进一步地，所述的快速装拆的空间桁架在轨组装连接件，所述连接母头还包括压缩弹簧、后盖和螺栓二，所述连接座设有前后相通的腔体，所述连接座的顶壁及底壁设有豁口，所述连接座的顶壁内部设有弹簧安装孔一，所述连接座的底壁内部设有弹簧安装孔二，所述连接座的左、右侧壁前端设有前挡块；所述上支座的下表面设有球面凹槽一，球面凹槽一的上方设有滑槽，所述上支座的前部设有球段入口一，所述上支座的上表面设有弹簧安装孔三；所述下支座的下部设有圆柱体，所述下支座的上表面设有球面凹槽二，所述下支座的前部设有球段入口二，球面凹槽二与所述圆柱体交汇处设有所述锁定孔，所述下支座的下表面设有弹簧安装孔四；压缩弹簧放置在连接座与上支座之间及下支座与连接座之间；螺栓二将所述后盖安装在所述连接座的后部。
8.进一步地，所述的快速装拆的空间桁架在轨组装连接件，所述球面凹槽一、球面凹槽二的半径与所述球节点接头的球段半径相同；所述锁定销与所述锁定孔间隙配合；所述压缩弹簧共有八个，其中四个压缩弹簧放置在连接座与上支座之间，压缩弹簧的两端分别位于弹簧安装孔一及弹簧安装孔三中；另外四个压缩弹簧放置在下支座与连接座之间，压缩弹簧的两端分别位于弹簧安装孔二及弹簧安装孔四中；上支座和下支座在压缩弹簧的压力作用下相互挤压实现固定。
9.上述的快速装拆的空间桁架在轨组装连接件的使用方法，包括如下步骤：1）装配过程；将所述锁定销压入所述锁定槽中，使所述销杆的前端与所述底盖平齐，锁定弹簧处于压缩状态；将所述球节点接头的球段通过球段入口一及球段入口二挤入上支座与下支座之间，在八个压缩弹簧的压力作用下上支座及下支座将所述球节点接头的球段压紧；旋转所述球节点接头，使得所述球节点接头的圆柱段嵌入上支座的滑槽中，此时所述锁定销与所述锁定孔同心，锁定弹簧解除压缩状态恢复形变，推动所述锁定销进入所述锁定孔中；2）拆开过程；拉动上支座使得上支座与连接座之间的压缩弹簧完全压缩，同时拉动下支座使得下支座与连接座之间的压缩弹簧完全压缩；旋转所述球节点接头，使得所述球节点接头的圆柱段脱离上支座的滑槽，所述锁定销脱离所述锁定孔；再沿径向拉动所述球节点接头使其脱离上支座及下支座，实现拆开。
10.本发明的有益效果为：1、本发明在上支座与连接座之间、下支座与连接座之间，均设置有压缩弹簧，为连接处提供了良好的抗冲击性能，提高了在轨装配桁架连接的稳定性。
11.2、本发明通过锁定弹簧与锁定销的组合，可以使得宇航员在视野受限或机械臂控制精度降低的情况下实现容错率更高的在轨装配动作。
12.3、本发明适用于宇宙航行飞行器及设备，还可以应用于地面大型桁架结构搭建、应急救援装备或民用帐篷等工业和民用领域。
附图说明
13.图1 为快速装拆的空间桁架在轨组装连接件示意图；图2为连接公头结构爆炸示意图；图3为连接公头结构示意图；
图4为锁定销结构示意图；图5为连接母头结构爆炸示意图；图6为连接母头结构示意图；图7为上支座结构示意图；图8为下支座结构示意图；图9为连接座结构示意图；图10为后盖和螺栓二装配示意图；图11为拆开过程示意图；其中，（a）为拉动上支座和下支座示意图，（b）为旋转连接公头示意图，（c）为连接公头脱离连接母头示意图。
具体实施方式
14.如图1-10所示，一种快速装拆的空间桁架在轨组装连接件，包括连接公头1和连接母头2，所述连接公头1包括球节点接头3、锁定销5、锁定弹簧4、底盖6和螺栓一7，所述锁定销5可伸缩状态安装在所述球节点接头3的球段底端；所述球节点接头3包括连接在一起的圆柱段和球段，所述球段底端为平面，所述球段底端中心处设有圆柱形的锁定槽14，所述锁定弹簧4置于所述锁定槽14内；所述锁定销5包括连接在一起的圆柱形的销杆16和圆形的端帽17，所述端帽17位于所述销杆16的尾端；所述底盖6中心设有圆形的通孔，所述销杆16置于所述通孔中，所述端帽17与所述锁定弹簧4端头贴合，螺栓一7将所述底盖6安装在所述球段底端上；所述端帽17与所述锁定槽14间隙配合，所述销杆16与所述通孔间隙配合，所述销杆16的前端设有倒角。在锁定销5受到挤压时，会压缩锁定弹簧4，使得所述销杆16的前端与所述底盖6在同一平面，为后续高容错率的装配工作提供有利条件。
15.所述连接母头2包括上支座8、下支座9、连接座11、压缩弹簧10、后盖12和螺栓二13，上支座8和下支座9安放在所述连接座11中；所述连接座11设有前后相通的腔体，所述连接座11的顶壁及底壁设有豁口23，所述连接座11的顶壁内部设有弹簧安装孔一25，所述连接座11的底壁内部设有弹簧安装孔二26，所述连接座11的左、右侧壁前端设有前挡块24；所述上支座8的下表面设有球面凹槽一，球面凹槽一的上方设有滑槽19，所述上支座8的前部设有球段入口一18，所述上支座8的上表面设有弹簧安装孔三20；所述下支座9的下部设有圆柱体21，所述下支座9的上表面设有球面凹槽二，所述下支座9的前部设有球段入口二，球面凹槽二与所述圆柱体21交汇处设有锁定孔15，所述下支座9的下表面设有弹簧安装孔四22；压缩弹簧10放置在连接座11与上支座8之间及下支座9与连接座11之间；螺栓二13将所述后盖12安装在所述连接座11的后部。所述球面凹槽一、球面凹槽二的半径与所述球节点接头3的球段半径相同；所述锁定销5与所述锁定孔15间隙配合；所述压缩弹簧10共有八个，其中四个压缩弹簧10放置在连接座11与上支座8之间，压缩弹簧10的两端分别位于弹簧安装孔一25及弹簧安装孔三20中；另外四个压缩弹簧10放置在下支座9与连接座11之间，压缩弹簧10的两端分别位于弹簧安装孔二26及弹簧安装孔四22中；上支座8和下支座9在压缩弹簧10的压力作用下相互挤压实现固定。
16.上述的快速装拆的空间桁架在轨组装连接件的使用方法，包括如下步骤：1）装配过程；将所述锁定销5压入所述锁定槽14中，使所述销杆16的前端与所述底盖6平齐，锁定弹簧4处于压缩状态；将所述球节点接头3的球段通过球段入口一18及球段入
口二挤入上支座8与下支座9之间，在八个压缩弹簧10的压力作用下上支座8及下支座9将所述球节点接头3的球段压紧；旋转所述球节点接头3，使得所述球节点接头3的圆柱段嵌入上支座8的滑槽19中，此时所述锁定销5与所述锁定孔15同心，锁定弹簧4解除压缩状态恢复形变，推动所述锁定销5进入所述锁定孔15中；2）拆开过程；如图11所示，拉动上支座8使得上支座8与连接座11之间的压缩弹簧10完全压缩，同时拉动下支座9使得下支座9与连接座11之间的压缩弹簧10完全压缩；旋转所述球节点接头3，使得所述球节点接头3的圆柱段脱离上支座8的滑槽19，所述锁定销5脱离所述锁定孔15；再沿径向拉动所述球节点接头3使其脱离上支座8及下支座9，实现拆开。