一种航天员在无重力环境下使用的定力扳手的制作方法

专利检索2022-05-10  10



1.本发明涉及载人航天技术领域,更具体地,涉及一种航天员在无重力环境下使用的定力扳手。


背景技术:

2.空间站航天员在需要对舱外设备开展检查和维修任务时,往往需要拧出设备安装角处与舱板之间的不脱出紧固螺钉,其中,安装和拆卸螺钉是航天员舱外工作的常规及必要操作,在特殊空间环境下,身着加压航天服进行手动拧钉操作,这对航天员出舱活动使用的扳手工具提出了更高的要求。
3.由于扳手使用环境及使用工况的特殊性,在空间环境下,航天员着航天服加压后,手部对力的感知能力与裸手操作相差很大,为了使航天员扳手拧钉更加便捷,扳手需具备棘轮往复及换向功能,为保证拧钉的有效做功,在安装或拆卸螺钉时,需要保证施力方向与加长杆方向在一条轴线上,且对于空间站设备的特制不脱出紧固装置进行安装拆卸时,在航天员无法准确感知施力大小的前提下,在拧紧过程中需完成对不脱出紧固装置定力操作,力矩控制在一定范围内,保护螺钉不被拧花或拧坏,但是,目前在地面上的定力扳手是在把手上设置弹簧定力,这种方法航天员抓握把手困难,且无法对加长杆进行对位操作和垂直施力操作。
4.因此,提出一种解决上述问题的航天员在无重力环境下使用的定力扳手实为必要。


技术实现要素:

5.本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷(不足),提供一种能在操作及功能上满足航天员着服加压后可以准确感知施力大小和以任意姿态在无重力环境下使用的定力扳手。
6.为解决上述技术问题,本发明的技术方案如下:一种航天员在无重力环境下使用的定力扳手,包括把手壳体、棘轮装置、锁紧机构和加长杆,还包括测力组件;
7.所述棘轮装置设置在把手壳体上;
8.所述测力组件与所述棘轮装置配合安装控制输入力矩;
9.所述加长杆通过锁紧机构与测力组件相连接,通过测力组件的设置,测力组件可以对螺钉拧紧过程中进行测力定力,确保在航天员无法准确感知施力大小的前提下,在拧紧过程中需完成对不脱出紧固装置定力操作,将力矩控制在一定范围内,此外,棘轮装置和锁紧机构的设置,可以快速对加长杆进行对位操作和垂直施力操作,使航天员扳手拧钉更加便捷。
10.进一步的,所述测力组件包括主动控制杆、蝶形弹簧、紧固螺钉、压盖、设置在压盖上的通用芯和与锁紧机构相连接的被动控制杆;
11.所述主动控制杆包括主动控制杆输入轴、下端面凹槽和与主动控制杆输入轴相互
连接的主动控制杆输出轴,所述主动控制杆输入轴与棘轮装置配合安装控制输入力矩;
12.所述被动控制杆上设有上端面凸台;
13.所述下端面凹槽与上端面凸台配合安装,所述压盖将蝶形弹簧压在主动控制杆输出轴上,压盖与被动控制杆通过紧固螺钉相互连接,通过在主动控制杆、被动控制杆的端面分别设计上端面凸台和下端面凹槽,并通过与所述蝶形弹簧压合,使之有效的配合在一起,起到定力的作用,确保在航天员无法准确感知施力大小的前提下,在拧紧过程中需完成对不脱出紧固装置定力操作,将力矩控制在一定范围内,保护螺钉不被拧花或拧坏。
14.更进一步的,所述被动控制杆上设有防漂机构,通过防漂机构的设置,可以对起到防漂的作用。
15.进一步的,所述防漂机构包括顶珠,顶珠弹簧和柱塞;
16.所述被动控制杆上设有安装连接孔;
17.所述顶珠、顶珠弹簧和柱塞均设置在安装连接孔内,所述顶珠通过顶珠弹簧压合在柱塞上,通过柱塞、顶珠弹簧和顶珠的设置,可以实现把手壳体与加长杆装配后的首次防漂。
18.更进一步的,所述被动控制杆上设有预留孔,所述加长杆上设有锁定孔,所述预留孔与锁定孔的位置相匹配,通过预留孔和锁定孔的设置,便于锁紧机构的安装与定位。
19.进一步的,所述锁紧机构包括拉把、压板、插销、贴板、卡销、紧固件和套设在卡销外侧的弹簧;
20.所述拉把与贴板的表面始终保持接触,所述贴板通过紧固件固定在加长杆上,所述压板设置在插销上;
21.所述拉把和卡销通过插销相连接,当需要锁紧时,拉把绕所述插销转动,控制所述卡销在加长杆的锁定孔内轴向滑动,并插入被动控制杆的预留孔中内实现锁紧,由于拉把和卡销通过插销相连接,拉把拨到关闭状态,卡销可以沿锁定孔向内滑动,并插入主动控制杆输入轴上的预留孔内,实现锁定,当把拉把拨到打开状态,卡销沿锁定孔向外滑动,从主动控制杆输入轴上的预留孔内移出,实现解锁。
22.更进一步的,所述紧固件为紧固螺钉,在实际应用中,紧固件还可以为其它器件,其均在本发明的保护范围之内。
23.进一步的,所述棘轮装置包括压盖、左棘爪、右棘爪、宝塔弹簧、方向旋钮、方轴、换向块和棘轮;
24.所述棘轮设置在把手壳体内,所述左棘爪、右棘爪一端分别与棘轮相啮合,另一端分别通过宝塔弹簧设置在把手壳体内;
25.所述主动控制杆输入轴设置在棘轮底部;
26.所述方向旋钮安装在压盖上,所述换向块通过方轴与方向旋钮相连接,当方向旋钮转动时,换向块根据方向旋钮的转动方向同步转动,使接近转向一侧的左棘爪或右棘爪打开,在使用时,可以根据操作需要拨动方向旋钮,在“松”、“紧”两个档位间换向,方向旋钮与换向块通过方轴连接,实现同步转动,当方向旋钮转向“紧”档时,换向块向右转使右棘爪打开,在宝塔弹簧作用下左棘爪与棘轮啮合,当把手壳体顺时针旋转时,左棘爪带动棘轮顺时针转动,把手壳体逆时针旋转时,棘轮保持不动,左棘爪滑过棘轮齿实现把手壳体复位,当方向旋钮转向“松”档时,换向块向左转使左棘爪打开,在宝塔弹簧作用下右棘爪与棘轮
啮合,当把手壳体逆时针旋转时,右棘爪带动棘轮逆时针转动,把手壳体顺时针旋转时,棘轮保持不动,右棘爪滑过棘轮齿实现把手壳体复位。
27.更进一步的,所述把手壳体上设有防漂环,通过防漂环的设置,在使用时可以通过其它器件对防漂环进行绑紧或固定,避免空间站航天员在舱外安装和拆卸时,由于手滑而导致航天棘轮扳手在无重力的环境下漂走而导致出现安全隐患。
28.进一步的,所述把手壳体上设有防滑抓握,通过防滑抓握的设置,便于空间站航天员能更好的把握把手壳体。
29.与现有技术相比,本发明技术方案的有益效果是:
30.本发明公开的航天员在无重力环境下使用的定力扳手,通过测力组件的设置,测力组件可以对螺钉拧紧过程中进行测力定力,确保在航天员无法准确感知施力大小的前提下,在拧紧过程中需完成对不脱出紧固装置定力操作,将力矩控制在一定范围内,此外,棘轮装置和锁紧机构的设置,可以快速对加长杆进行对位操作和垂直施力操作,使航天员扳手拧钉更加便捷。
附图说明
31.图1是本发明中定力扳手的结构示意图。
32.图2是本发明中测力组件的结构示意图。
33.图3是本发明中棘轮装置设置在把手壳体内的结构示意图。
34.图4是本发明中锁紧机构的爆炸图。
35.图5是本发明中定力测力原理示意图。
36.图中,1为把手壳体、2为棘轮装置、3为锁紧机构、4为加长杆、5为测力组件、6为主动控制杆、7为蝶形弹簧、8为紧固螺钉、9为压盖、10为通用芯、11为被动控制杆、12为主动控制杆输入轴、13为下端面凹槽、14为主动控制杆输出轴、15为上端面凸台、16为防漂机构、17为顶珠、18为顶珠弹簧、19为柱塞、20为安装连接孔、21为预留孔、22为锁定孔、23为拉把、 24为压板、25为插销、26为贴板、27为卡销、28为紧固件、29为弹簧、30 为压盖、31为左棘爪、32为右棘爪、33为宝塔弹簧、34为方向旋钮、35为方轴、36为换向块、37为棘轮、38为防漂环、39为防滑抓握。
具体实施方式
37.附图仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制;为了更好说明本实施例,附图某些部件会有省略、放大或缩小,并不代表实际产品的尺寸;对于本领域技术人员来说,附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
38.在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以是通过中间媒介间接连接,可以说两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
39.如图1所示,一种航天员在无重力环境下使用的定力扳手,包括把手壳体1、棘轮装置2、锁紧机构3和加长杆4,还包括测力组件5;棘轮装置2 设置在把手壳体1上;测力组件5
与棘轮装置2配合安装控制输入力矩;加长杆4通过锁紧机构3与测力组件5相连接,通过测力组件5的设置,测力组件5可以对螺钉拧紧过程中进行测力定力,确保在航天员无法准确感知施力大小的前提下,在拧紧过程中需完成对不脱出紧固装置定力操作,将力矩控制在一定范围内,此外,棘轮装置2和锁紧机构3的设置,可以快速对加长杆4进行对位操作和垂直施力操作,使航天员扳手拧钉更加便捷。
40.如图2所示,测力组件5包括主动控制杆6、蝶形弹簧7、紧固螺钉8、压盖9、设置在压盖9上的通用芯10和与锁紧机构3相连接的被动控制杆11;主动控制杆6包括主动控制杆输入轴12、下端面凹槽13和与主动控制杆输入轴12相互连接的主动控制杆输出轴14,主动控制杆输入轴12与棘轮装置2 配合安装控制输入力矩;被动控制杆11上设有上端面凸台15;下端面凹槽 13与上端面凸台15配合安装,压盖9将蝶形弹簧7压在主动控制杆输出轴 14上,压盖9与被动控制杆11通过紧固螺钉8相互连接,通过在主动控制杆 6、被动控制杆11的端面分别设计上端面凸台15和下端面凹槽13,并通过与蝶形弹簧7压合,使之有效的配合在一起,起到定力的作用,确保在航天员无法准确感知施力大小的前提下,在拧紧过程中需完成对不脱出紧固装置定力操作,将力矩控制在一定范围内,保护螺钉不被拧花或拧坏,其中,在被动控制杆11上设有防漂机构16,通过防漂机构16的设置,可以对起到防漂的作用,在本发明中,防漂机构16包括顶珠17,顶珠弹簧18和柱塞19;被动控制杆11上设有安装连接孔20;顶珠17、顶珠弹簧18和柱塞19均设置在安装连接孔20内,顶珠17通过顶珠弹簧18压合在柱塞19上,通过柱塞19、顶珠弹簧18和顶珠17的设置,可以实现把手壳体1与加长杆4装配后的首次防漂,此外,在被动控制杆11上设有预留孔21,加长杆4上设有锁定孔22,预留孔21与锁定孔22的位置相匹配,通过预留孔21和锁定孔22 的设置,便于锁紧机构3的安装与定位。
41.如图3所示,锁紧机构3包括拉把23、压板24、插销25、贴板26、卡销27、紧固件28和套设在卡销27外侧的弹簧29;拉把23与贴板26的表面始终保持接触,贴板26通过紧固件28固定在加长杆4上,压板24设置在插销25上;拉把23和卡销27通过插销25相连接,当需要锁紧时,拉把23绕插销25转动,控制卡销27在加长杆4的锁定孔22内轴向滑动,并插入被动控制杆11的预留孔21中内实现锁紧,由于拉把23和卡销27通过插销25相连接,拉把23拨到关闭状态,卡销27可以沿锁定孔22向内滑动,并插入主动控制杆输入轴12上的预留孔21内,实现锁定,当把拉把23拨到打开状态,卡销27沿锁定孔22向外滑动,从主动控制杆输入轴12上的预留孔21内移出,实现解锁,在本发明中,紧固件28为紧固螺钉,在实际应用中,紧固件28还可以为其它器件,其均在本发明的保护范围之内。
42.如图4所示,棘轮装置2包括压盖30、左棘爪31、右棘爪32、宝塔弹簧 33、方向旋钮34、方轴35、换向块36和棘轮37;
43.棘轮37设置在把手壳体1内,左棘爪31、右棘爪32一端分别与棘轮37相啮合,另一端分别通过宝塔弹簧33设置在把手壳体1内;主动控制杆输入轴 12设置在棘轮37底部,方向旋钮34安装在压盖30上,换向块36通过方轴 35与方向旋钮34相连接,当方向旋钮34转动时,换向块36根据方向旋钮 34的转动方向同步转动,使接近转向一侧的左棘爪31或右棘爪32打开,在使用时,可以根据操作需要拨动方向旋钮34,在“松”、“紧”两个档位间换向,方向旋钮34与换向块36通过方轴连接,实现同步转动,当方向旋钮 34转向“紧”档时,换向块36向右转使右棘爪32打开,在宝塔弹簧33作用下左棘爪31与棘轮37啮合,当把手壳体1顺时针
旋转时,左棘爪31带动棘轮37顺时针转动,把手壳体1逆时针旋转时,棘轮37保持不动,左棘爪31 滑过棘轮齿实现把手壳体1复位,当方向旋钮34转向“松”档时,换向块36 向左转使左棘爪31打开,在宝塔弹簧33作用下右棘爪32与棘轮啮合,当把手壳体1逆时针旋转时,右棘爪32带动棘轮37逆时针转动,把手壳体1顺时针旋转时,棘轮37保持不动,右棘爪32滑过棘轮齿实现把手壳体1复位。
44.在本发明中,在把手壳体1上设有防漂环38,通过防漂环38的设置,在使用时可以通过其它器件对防漂环38进行绑紧或固定,避免空间站航天员在舱外安装和拆卸时,由于手滑而导致航天棘轮扳手在无重力的环境下漂走而导致出现安全隐患,除此之外,在把手壳体1上设有防滑抓握39,通过防滑抓握39的设置,便于空间站航天员能更好的把握把手壳体1。
45.如图5所示,主动控制杆6和被动控制杆11的凹凸槽一侧倾斜角θ取值 45
°
,主动控制杆6的操作力为f,凸台厚度为s,蝶形弹簧7压缩量为f,主动控制杆6压缩蝶形弹簧7载荷为p,其中s≤f,p=f'=f*tgθ=f,选择对应的蝶形弹簧7参数,保证输出力矩m=f*l满足设计要求,当主动控制杆6 转动时与被动控制杆11产生转动,主动控制杆6“上升”,当力矩值到达定力值范围时,蝶形弹簧7被压缩到位,主动控制杆6的凹槽与被动控制杆11 的凸台完全分离,主动控制杆6与被动控制杆11发生自由滑脱,完成泄力,此时力矩不在传递到螺钉,起到定力的作用。
46.图中,描述位置关系仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制;显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
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