[发明专利]一种在轨可快速更换的机电信一体化接口

说明书

一种在轨可快速更换的机电信一体化接口，它涉及一种可快速更换的机电信接口，本发明目的是为解决未来空间可重构航天器快速连接和分离过程中，机械、电气、信号接口相互分离的问题，本发明中所述被动接口外侧沿圆周均匀设置有多个定位孔，并将钢球置于其中，当公接口和母接头对插时，钢球与主动接口外侧圆周的凹槽配合，实现锁紧。当套筒移动到最下端时，套筒弹簧处于压缩状态，钢球完全从主动接口外侧凹槽配合表面脱离出来；所述的套筒移动到最上端时，套筒弹簧处于释放状态，提供钢球被挤压的力，令钢球受挤压与主动接口外侧凹槽配合定位。本发明采用钢珠锁紧和二次冗余设计的方式，解决了可重构航天器快速连接和分离的问题。

技术领域

本发明专利涉及一种在轨可快速更换机电信接口，尤其是一种用于在轨可重构航天器的标准化通用机电信接口。

背景技术

随着空间技术日新月异的发展，目前在轨航天器数量已经难以满足人类的需求。同时，针对解决传统航天器设计模式中，零部件不可复用、研制周期长、制造成本高昂等严峻问题，美国提出了面向在轨装配任务的可重构航天器技术，其中关键技术之一就是在轨可重构航天器的机电信快速连接和分离。目前航天领域相关接口技术研究多集中于空间机械臂模块在轨更换接口，关于可重构航天器通用机电信接口鲜有报道，因此，可重构航天器通用接口标准化问题嗜待解决。

可快速更换的机电信一体化接口是航天器对接过程中不可避免的问题，要求宇航员在空间失重环境下实现交会对接。目前可快速更换机电信接口多采用刚性直接连接的结构形式，典型的刚性直连方式主要包括螺纹连接结构等，这种接口的优点是尺寸小，结构紧凑，具有较高的普适性，但是由于螺纹连接是通过手动旋拧套筒来实现公接头和母接头的相互锁紧的，这就造成宇航员操作需要连续提供旋转扭矩进行压紧和释放，太空环境中极大地增加了操作的复杂性。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，针对未来可重构航天器所面临的技术难点，提出了一种在轨可快速更换机电信接口，能够满足在轨航天器相互聚合和分离的要求，具有电能共享、信号互传及结构互连的能力。

本发明的技术解决方案是：

一种在轨可快速更换的机电信一体化接口，包括：公接口、主动接口、套筒、套筒弹簧、钢球、被动接口、母接口弹簧以及母接头；

主动接口为圆筒状结构，公接口位于主动接口的内部且与主动接口固定连接，

被动接口为圆筒状结构，母接头位于被动接口的内部且与被动接口之间设置有母接口弹簧，用于提供母接头和被动接口之间沿母接头轴向的冗余量；

套筒在被动接口外侧，套筒弹簧设置在被动接口和套筒之间，被动接口外侧沿圆周均匀设置有多个定位孔，钢球置于其中，公接口和母接头对插时，钢球与主动接口外侧圆周的凹槽配合，实现锁紧。

主动接口前端具有圆锥形配合表面，被动接口前端设置有内圆锥形配合面，用于公接口和母接头对插时的导向。

主动接口外侧凹槽为周向，且凹槽横截面为弧形。

套筒前端内侧为圆弧面，用于公接口和母接头对插时挤压钢球，令钢球与主动接口外侧凹槽配合实现锁紧。

被动接口外侧沿圆周设置的定位孔，定位孔底部内侧为圆弧面。

所述的套筒移动到最下端时，套筒弹簧处于压缩状态，钢球完全从主动接口外侧凹槽配合表面脱离出来；所述的套筒移动到最上端时，套筒弹簧处于释放状态，提供钢球被挤压的力，令钢球受挤压与主动接口外侧凹槽配合定位。

公接头包括主动端线缆、主动端插座芯体、主动端波纹管以及主动端退让弹簧；

主动端线缆位于主动端插座芯体后端，主动端插座芯体的前端为插针，主动端退让弹簧套在主动端线缆外侧，用于插接时提供轴向冗余量；主动端波纹管套在主动端插座芯体的外侧，用于插接时提供径向冗余量。