一种用于空间站舱外扳手功能考核的热真空试验装置

技术领域

本发明涉及航天器热真空试验技术领域，具体涉及一种用于空间站舱外扳手功能考核的热真空试验装置。

背景技术

空间站舱外扳手是航天员出舱维修活动使用的重要的维修工具之一，是舱外电动工具的重要功能备份产品，在舱外电动工具故障时，代替舱外电动工具完成拧紧、拧松操作。为保证操作的安全性，舱外扳手设计有拧紧定力功能，即舱外扳手在拧紧过程中对M5不脱出紧固装置施加的力矩应保持在4.5Nm～5Nm之间。定力功能主要通过蝶形弹簧实现，当输入力矩达到4.5Nm～5Nm时，蝶形弹簧被完全压缩，舱外扳手内部的控制杆发生自由滑动、泄力，泄力功能发生时，旋具头与紧固端会产生轴向位移。

为了保证航天员在轨操作的准确性和舱外扳手的工作可靠性，需要在地面模拟在轨实际的真空热环境，验证舱外扳手的拧紧功能以及拧紧过程中的定力功能的有效性，并满足在轨15年的使用寿命。

航天员在轨操作时处于真空环境，在轨操作时，舱外扳手的温度可能处于-100℃～+100℃之间，如何在空间环境模拟室内模拟舱外扳手的拧紧定力功能，进而验证舱外扳手的可靠性，是地面热真空试验必须解决的问题。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种用于空间站舱外扳手功能考核的热真空试验装置。

为实现上述目的，本发明采用如下方案：

本发明提供一种用于空间站舱外扳手功能考核的热真空试验装置，包括试验件、扭转系统和支撑系统，所述试验件和扭转系统通过所述支撑系统固定在空间环境模拟器内，其中，所述试验件为定力工具，包括旋具头；所述扭转系统包括依次连接的电机、力矩传感器和连接机构，电机用于输出转矩，模拟舱外扳手在扭转过程中受到的阻力矩；力矩传感器用于测量舱外扳手的输出力矩，监测输出力矩是否满足设计要求；连接机构用于与所述旋具头连接，所述连接机构具有一定轴向自由度。

进一步地，所述连接机构包括第二膜片联轴器和松不脱连接件，所述第二膜片联轴器一端与力矩传感器连接，另一端与松不脱连接件连接，所述松不脱连接件与试验件连接，所述第二膜片联轴器与松不脱连接件间可在轴向上产生滑动位移。

进一步地，所述连接机构还包括定制平键片，所述松不脱连接件上加工有平键槽，与定制平键片间隙配合；所述定制平键片与所述第二膜片联轴器内侧开设的平键槽间隙配合。

进一步地，所述第二膜片联轴器与力矩传感器紧固连接，所述第二膜片联轴器与力矩传感器间无周向及轴向位移。

进一步地，所述松不脱连接件加工有与所述旋具头配合的孔。

进一步地，所述电机与力矩传感器之间通过第一膜片联轴器连接。

进一步地，所述电机和力矩传感器均采用真空脂润滑，可以在真空环境下使用。

进一步地，所述支撑系统包括安装底板、试验件支撑架、传感器支架和电机支架，其中，所述试验件通过试验件支撑架固定在安装底板上；所述力矩传感器和电机分别通过传感器支架和电机支架固定在安装底板上；所述安装底板安装在空间环境模拟器内。

进一步地，所述电机、力矩传感器通过电缆与空间环境模拟器外的工控机相连，试验时实现自动控制。

进一步地，当旋具头受到的力矩达到预设值时，舱外扳手将会泄力，受到的力矩归零，旋具头沿轴向发生自由滑动；此时松不脱连接件与第二膜片连接器的轴向可相对滑动的设计可吸收旋具头自由滑动产生的位移，使旋具头、松不脱连接件、第二膜片连轴器间始终保持连接状态，电机继续转动可持续考核拧紧定力功能。

本发明的有益效果是：

本技术方案通过电机、力矩传感器和连接机构的设计，有效考核了空间站舱外扳手的拧紧定力功能。优选地，松不脱连接件与第二膜片连轴器通过定制平键片的间隙配合设计，有效传递扭矩的同时，吸收了定力功能实现过程中的轴向位移；优选地，连接机构的设计可使电机持续转动，反复考核拧紧定力功能，满足了寿命试验的需要；优选地，真空脂润滑电机和传感器的使用可以使装置在真空环境下运行。本技术方案可应用于舱外扳手的热真空试验中，考核舱外扳手在轨使用的功能性能及寿命。

附图说明

图1为本发明实施例中整体结构示意图；

图2为本发明实施例中扭转系统与试验件的装置示意图；

图中：1-试验件；2-试验件支撑架；3-松不脱连接件；4-定制平键片；5-第二膜片联轴器；6-力矩传感器；7-传感器支架；8-第一膜片联轴器；9-电机；10-电机支架；11-安装底板。

具体实施方式

为使本发明技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图对本发明实施例的技术方案进行完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1-图2，本实施例提供一种用于空间站舱外电动工具的旋钮功能考核的热真空试验装置，包括试验件系统(1-试验件)、扭转系统(3-松不脱连接件；4-定制平键片；5-第二膜片联轴器；6-力矩传感器；8-第一膜片联轴器；9-电机)和支撑系统(2-试验件支撑架；7-传感器支架；10-电机支架；11-安装底板)。

在一优选实施例中，试验件1安装在试验件支撑架2上，固定在安装底板11上。

在一优选实施例中，执行系统包括扭转系统松不脱连接件3、定制平键片4、第二膜片联轴器5、力矩传感器6、第一膜片联轴器8、和电机9。第二膜片联轴器5的一端与力矩传感器6紧固连接，另一端与松不脱连接件3间隙装配；松不脱连接件3与试验件1连接。

在一优选实施例中，支撑系统包括试验件支撑架2、传感器支架7、电机支架10和安装底板11。验件支撑架2用于固定试验件1，传感器支架7用于固定力矩传感器6，电机支架10用于固定电机9。试验件支撑架2、传感器支架7、电机支架10均固定在安装底板11上。安装底板11固定在空间环境模拟器内。

在一优选实施例中，电机9、力矩传感器6通过电缆与空间环境模拟器外的工控机相连，试验时实现自动控制。

优选的，选用真空脂润滑的力矩传感器6和电机9，可以使装置在真空环境下运行；

优选地，第二膜片联轴器5与力矩传感器6紧固连接，第二膜片联轴器与力矩传感器间无周向及轴向位移。

优选地，松不脱连接件3上加工有平键槽，与定制平键片4间隙配合；定制平键片4与第二膜片联轴器5的平键槽间隙配合。

优选地，第二膜片联轴器5与松不脱连接件3通过定制平键片4间隙连接，第二膜片联轴器5与松不脱连接件3间可在轴向上产生滑动位移。

优选地，松不脱连接件5加工有内六角深孔，与试验件1的旋具头配合。

优选地，当旋具头受到的力矩达到预设值时，舱外扳手将会泄力，受到的力矩归零，旋具头沿轴向发生自由滑动；此时松不脱连接件与第二膜片连接器的轴向可相对滑动的设计可吸收旋具头自由滑动产生的位移，使旋具头、松不脱连接件、第二膜片连轴器间始终保持连接状态，电机继续转动可持续考核拧紧定力功能。

在某次热真空试验时，具体运行过程如下：将图1所示的装置安装在空间环境模拟器内。抽真空，控制试验件温度到达+100℃后，使电机9转动，通过扭转系统传递至试验件1。观察传感器力矩传感器6的读数，出现力矩逐步增加，当增加至4.5Nm～5Nm后，读数急速回落至0附近，如此即完成了一次拧紧定力的测试。电机持续转动，在+100℃温度条件下完成规定次数的拧紧定力测试后，控制试验件温度到达-100℃，完成规定次数的拧紧定力测试，即结束本次试验。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”和“示例”等述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相对的实施例或示例中以合适的方式结合。

必须指出，以上实施例的说明不用于限制而只是用于帮助理解本发明的核心思想，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，对本发明进行的任何改进以及与本产品等同的替代方案，也属于本发明权利要求的保护范围内。