CN114665323B - 卫星在轨对接用浮动连接器及浮动插座 - Google Patents

Abstract

本发明关于一种卫星在轨对接用浮动连接器及浮动插座，该浮动连接器包括前端对插的插头和插座，插头包括前端具有导向锥面的导销壳体和装配在该导销壳体内的插孔部件；插座包括方盘壳体和通过斜圈弹簧悬浮设置在该方盘壳体内的浮动套筒，该浮动套筒内设有插针部件；所述浮动套筒前端还设有具有***导向作用的内倒角，导销壳体和浮动套筒之间还通过凹凸结构的配合实现插合时的初步找正，同时，浮动套筒通过斜圈弹簧的形变实现在方盘壳体内的姿态的调整，使得插针部件和插孔部件的对正插合。本发明通过斜圈弹簧实现连接器插座中浮动套筒的多自由度活动功能，在插头插座中心轴线未重合时且在一定偏差范围之内时，仍能实现插头插座的顺利插合。

Description

卫星在轨对接用浮动连接器及浮动插座

技术领域

本发明属于连接器技术领域，具体涉及一种卫星在轨对接用浮动连接器。

背景技术

传统航天器设计大多为一次性设计使用，一般为单一任务而开发设计，不具备功能扩展性能，航天器能否在轨正常工作主要取决于卫星的高可靠性设计，正常情况下，部分航天器在完成预定任务或达到寿命终期时虽然其主要结构和部件仍能正常工作，但由于缺乏功能扩展以及后期的维护保养，往往只能沦为太空垃圾或任其坠毁，为降低发射成本，卫星逐渐走向小型化、模块化方向发展，同时引入在轨服务技术，实现后期的保养维护工作。

现阶段在轨维护对接卫星的接口大多采用杆-锥结构，通过杆锥结构实现定位，当出现偏差时往往导致无法插合到位，同时采用上述结构的连接器接口常常尺寸偏大，单个接口的重量偏重，一方面占据宝贵的星内空间，另一方面也浪费了部分燃料的消耗。

发明内容

为解决上述问题本发提供一种新型结构的卫星在轨对接用浮动连接器，该连接器在插头插座中心轴线未重合时且在一定偏差范围之内时，仍能实现插头插座的顺利插合，从而实现在空间机械手辅助下小型卫星对接之间的电传输接口的连接。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种卫星在轨对接用浮动连接器，其包括前端对插的插头和插座，其中所述插头包括前端具有导向锥面的导销壳体和装配在该导销壳体内的插孔部件；所述插座包括方盘壳体和通过斜圈弹簧悬浮设置在该方盘壳体内的浮动套筒，该浮动套筒内设有插针部件；所述浮动套筒前端还设有具有***导向作用的内倒角，导销壳体和浮动套筒之间还通过凹凸结构的配合实现插合时的初步找正，同时，浮动套筒通过斜圈弹簧的形变实现在方盘壳体内的姿态的调整，实现插针部件和插孔部件的对正插合。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的卫星在轨对接用浮动连接器，其中所述的浮动套筒外周还固定有一侧开口的对中弹簧，该开口两侧紧压在方盘壳体内导向结构两侧的对中弹簧接触面上，为浮动套筒提供保持在对中位置上的弹力，从而实现浮动套筒的自动回中和浮动角度的限定。

前述的卫星在轨对接用浮动连接器，其中所述的对中弹簧通过其开口两侧的弹性接触部实现与对中弹簧接触面的接触，且在浮动套筒的整个浮动行程内，所述弹性接触部始终保持与对中弹簧接触面的弹性接触。

前述的卫星在轨对接用浮动连接器，其中所述的弹性接触部为对中弹簧开口两侧向外弯折形成的圆弧面。

前述的卫星在轨对接用浮动连接器，其中所述的凹凸结构包括位于导销壳体前端外周沿轴向延伸的引导槽和位于浮动套筒前端内侧导向键，且所述引导槽前端延伸至导销壳体前端的引导锥面处。

前述的卫星在轨对接用浮动连接器，其中所述的引导槽前端为圆滑地向两侧延伸的弧形扩口结构，且该引导槽的前端壁体为弧形斜面，以便于引导导向键进入。

前述的卫星在轨对接用浮动连接器，其中所述的插孔部件可拆卸固定在导销壳体内，插针部件可拆卸固定在浮动套筒内，以满足插针部件和插孔部件的更换需求。

前述的卫星在轨对接用浮动连接器，其特征在于：其中所述的方盘壳体和浮动套筒之间还设有用于满足二者之间轴向浮动的轴向浮动弹簧。

前述的卫星在轨对接用浮动连接器，其中所述的浮动套筒通过其轴肩与装配在该浮动套筒外周的轴用挡圈挡止在方盘壳体上的阶梯孔两侧，实现二者的轴向限位。

前述的卫星在轨对接用浮动连接器，其中所述的轴向浮动弹簧位于轴肩和方盘壳体上的阶梯孔之间。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：

1、当插头插座中心轴线未重合时且在一定偏差范围之内时，仍能实现插头插座的顺利插合。

2、充分利用了斜圈弹簧的径向变形能力，为浮动套筒提供径向支撑。

3、在对中弹簧的作用下，可实现浮动套筒的自动回中能力。

4、当在浮动套筒与插座壳体之间增加弹性件，则可进一步提高浮动套筒轴向变型能力。

5、导销壳体的导向槽与浮动套筒的卡钉相配合，可实现插头与插座相对位置关系的确定。

6、将导销外形与插头相结合，在依靠外形引导的同时可实现内部的电流传输，节省了空间。

7、该连接器将插头壳体设计为导销结构，使导销与插孔的一体化设计实现整个连接器尺寸的减小，通过并排两个斜圈弹簧、对中弹簧实现连接器插座中浮动套筒的多自由度活动功能。

附图说明

图1为本发明卫星在轨对接用浮动连接器的预插合状态示意图；

图2为本发明卫星在轨对接用浮动连接器的插头结构示意图；

图3为本发明卫星在轨对接用浮动连接器插头导销壳体示意图；

图4为本发明卫星在轨对接用浮动连接器插座结构示意图；

图5为本发明卫星在轨对接用浮动连接器插座立体示意图；

图6为本发明卫星在轨对接用浮动连接器插座部分剖视图；

图7为本发明卫星在轨对接用浮动连接器插座方盘壳体示意图；

图8为本发明卫星在轨对接用浮动连接器插座浮动套筒示意图；

图9为图8的部分剖示图；

图10为对中弹簧示意图；

图11为销钉示意图；

图12为斜圈弹簧示意图；

图13为插针结构示意图。

【主要元件符号说明】

1：插头

2：插座

3：导销壳体

4：插孔部件

5：尾部附件

6：定位爪

7：引导槽

8：法兰盘

9：方盘壳体

10：浮动套筒

11：插针部件

12：斜圈弹簧

13：对中弹簧

14：轴用挡圈

15：导向键

16：绝缘压板

17：封线体

18：定位弹簧

19：导向槽

20：对中弹簧接触面

21：绝缘体

22：插针

23：定位孔

24：定位槽

25：对中弹簧固定孔

26：卡钉安装孔

27：弹性接触部

28：导销

29：轴肩

30：凸起

31：阶梯面

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的卫星在轨对接用浮动连接器其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

请参阅图1-13，其为本发明卫星在轨对接用浮动连接器的各部分结构示意图，该浮动连接器包括前端对插的插头1和插座2，其中所述插头1和插座2分别安装在两个卫星设备的接口处，插头1和插座2之间的插合由外部动力装置驱动，为了消除生产、制造及装配过程中的偏差对插合过程的影响，所述插座2为浮动结构。

为保证插头与插座的顺利插合，插座与安装面板固定后，其内部的插针模块具备一定的径向浮动能力，为此采用两个斜圈弹簧，该斜圈弹簧可提供径向方向的变形，无受力情况下，可保证插针模块居于中心位置，当导销插头***后，插针模块可根据需要做径向调整动作，以保证接触对的顺利插合。

插针模块与插座壳体之间通过斜圈弹簧实现径向浮动功能，但其内部的绝缘体在受到外力偏转作用力时，则难以恢复到初始位置，为此增加了对中弹簧，该对中弹簧开孔的两侧均匀布置到导向键的两侧，与导向槽两边同时接触且具备一定的预压力，该预压力可保证整个插孔部件在不受外力作用时始终处于中间位置。

以下结合附图和具体实施例对本发明插头1和插座2的结构做详细的描述。

所述插头1前端呈导销结构，该插头1包括导销壳体3、固定在该导销壳体3内的插孔部件4和固定在该导销壳体3尾部的尾部附件5。在本发明实施例中，所述插孔部件4通过定位爪6实现在导销壳体3内的定位，该插孔部件4的插孔与插座端相应的插针配合后可实现电流的稳定传输。

所述导销壳体3前端为具有引导作用的锥面，该导销壳体3能够为其他零件提供支撑，且该导销壳体3为非金属材料，具有绝缘耐压的作用。所述导销壳体3上还设有法兰盘8，该法兰盘8上设有用于实现插头1与外部装置连接的法兰安装孔。

所述导销壳体3前端外周还设有用于与插座中的导向键15配合实现插头1和插座2在插合过程中导向的引导槽7，该引导槽7与导向键15配合，实现插针与插孔插合前的初步找正。所述引导槽7前端至少延伸至导销壳体3前端的引导锥面末端。较佳的，引导槽7前端为圆滑地向两侧延伸的弧形扩口结构，以便于导向键15的进入。在本发明实施例中，所述引导槽7前端的槽壁为延伸至锥面处的弧形斜面。所述导向键15为卡钉。

所述插座2包括方盘壳体9和通过斜圈弹簧12浮动装配在该方盘壳体9内的浮动套筒10，所述浮动套筒10内固定有插针部件11，所述插针部件11包括插针22和绝缘体21，其中所述插针22后端通过定位爪6固定在绝缘体21内，该绝缘体21被绝缘压板16压紧在浮动套筒10内，所述绝缘压板16通过定位弹簧18固定在浮动套筒10内，所述插针21尾部还通过封线体17实现与浮动套筒之间的密封。在本发明实施例中，所述插针21为12号压接插针，主要用于电流传输，用户可根据需要压接合适的导线,同时可根据需要进行取卸更换。

在本发明实施例中，所述斜圈弹簧12有两个，其分别位于方盘壳体9内沿轴向分布的两个定位槽24内，该斜圈弹簧12能够为浮动套筒10通径向支撑，且可实现360度方向径向弹性支撑的作用，即斜圈弹簧具备径向弹性变形能力，可以保证浮动套筒的浮动能力。

所述浮动套筒10外周还固定有一侧开口的对中弹簧13，该对中弹簧13开口的两侧具有与方盘壳体9内导向槽19两侧沿径向延伸的对中弹簧接触面20预压配合的弹性接触部27，该弹性接触部27始终压紧在导向槽19的两个对中弹簧接触面20上，并且在浮动弹簧10径向浮动时，沿对中弹簧接触面20滑动。在本发明实施例中，所述弹性接触部27是由对中弹簧13开口两侧的部分向外弯折形成的圆弧面。在本发明其他实施例中，所述导向槽19也可为其他如凸键等结构的导向结构。

所述浮动套筒10前端设有内倒角，以便于在插头端导销壳体***时起导向作用。所述导向键15为固定在浮动套筒前端的卡钉。

所述浮动套筒10的转动角度限制通过固定在其上的对中弹簧13与插座方盘壳体9的导向槽19的两侧平面的预压缩来实现约束。在浮动套筒10径向方向移动时，对中弹簧13的圆弧面可在导向槽19的两侧平面上做相对运动。当浮动套筒10无转动时，导向槽19的两个侧面均受到对中弹簧的预压力，整个处于受力平衡位置。在外力作用下，浮动套筒10沿中心轴转动一定角度后，导向槽19的两个侧面力之间的平衡被打破，一侧力大另一侧力小。当浮动套筒10受到的外力消除后，在对中弹簧力13的作用下，使浮动套筒10恢复到力平衡位置。

在本发明实施例中，所述对中弹簧13通过导销28固定在浮筒套筒10上，导销28过盈装配在所述浮动套筒10上的对中弹簧固定孔25内。

所述浮动套筒10通过其轴肩29与其上的轴用挡圈14挡在方盘壳体9上的阶梯孔两侧，实现二者的轴向限位。所述浮动套筒10通过其轴肩29与方盘壳体内相应的挡止面的配合实现浮动套筒与方盘壳体之间的轴向限位。具体的，所述方盘壳体通过其内的凸起30挡在浮动套筒10轴肩29的后端面上，固定在浮动套筒10外周凹槽内的轴用挡圈14外圈则挡在方盘壳体9上的阶梯面31上。

在本发明另一实施例中，所述轴肩29与方盘壳体内侧凸起30之间还设有轴向浮动弹簧，以实现浮动套筒10与方盘壳体之间的轴向浮动。此时，在浮动套筒10的轴向浮动行程内，对中弹簧13的两圆弧面始终与导向槽19两侧面弹性接触。

在本发明其他实施例中，实现方盘壳体9和浮动套筒之间轴向浮动的轴向浮动弹簧位于其他位置，且在浮动套筒10的轴向浮动行程内，对中弹簧13的两圆弧面始终与导向槽19两侧面弹性接触。

为实现插座在与外部设备连接时的初步定位，所述方盘壳体9上还设有一侧敞开的定位孔23。所述方盘壳体9上还设有若干固定通孔。

本发明方盘壳体主要负责插座的固定，不但为斜圈弹簧提供容纳空间，而且可以为对中弹簧提供初始预压力。浮动套筒径向方向由斜圈弹簧提供悬浮支撑，斜圈弹簧具备径向弹性变形能力，可以保证浮动套筒的浮动能力。当处于插座内部时，浮动套筒由固定在导向结构上的对中弹簧约束浮动套筒的沿中心轴线的转动位置，由斜圈弹簧限定其径向位置，浮动套筒的轴向位置由套筒的轴肩及轴用挡圈共同约束在方盘壳体的阶梯孔两侧。

插头前端呈锥形外形，插座浮动套筒孔口设计的倒角可以起到初期引导的功能。插头导销壳体上的导向槽与浮动插座上的卡钉通过初期引导功能，可实现插头与插座的初始位置校正功能，当有较大偏移的，浮动套筒受力，力传递给两个斜圈弹簧，斜圈弹簧在外力的作用下变型，浮动套筒的姿态随之发生变化，方便下一步插针与插孔的顺利插合。

本发明还可通过在浮动套筒及浮动插座壳体之间增加弹簧可实现其轴向浮动功能，该功能同属于本连接器全力保护范畴。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种卫星在轨对接用浮动连接器，其包括前端对插的插头和插座，其特征在于：其中所述插头包括前端具有导向锥面的导销壳体和装配在该导销壳体内的插孔部件；所述插座包括方盘壳体和通过至少两个斜圈弹簧悬浮设置在该方盘壳体内的浮动套筒，该浮动套筒内设有插针部件；所述浮动套筒前端还设有具有***导向作用的内倒角，导销壳体和浮动套筒之间还通过凹凸结构的配合实现插合时的初步找正，同时，浮动套筒通过斜圈弹簧的形变实现在方盘壳体内的姿态的调整，使得插针部件和插孔部件的对正插合;

其中所述的浮动套筒外周还固定有一侧开口的对中弹簧，该开口两侧紧压在方盘壳体内导向结构两侧的对中弹簧接触面上，为浮动套筒提供保持在对中位置上的弹力。

2.根据权利要求1所述的卫星在轨对接用浮动连接器，其特征在于：其中所述的对中弹簧通过其开口两侧的弹性接触部实现与对中弹簧接触面的接触，且在浮动套筒的整个浮动行程内，所述弹性接触部始终保持与对中弹簧接触面的弹性接触。

3.根据权利要求2所述的卫星在轨对接用浮动连接器，其特征在于：其中所述的弹性接触部为对中弹簧开口两侧向外弯折形成的圆弧面。

4.根据权利要求1所述的卫星在轨对接用浮动连接器，其特征在于：其中所述的凹凸结构包括位于导销壳体前端外周沿轴向延伸的引导槽和位于浮动套筒前端内侧导向键，且所述引导槽前端延伸至导销壳体前端的导向锥面处。

5.根据权利要求4所述的卫星在轨对接用浮动连接器，其特征在于：其中所述的引导槽前端为圆滑地向两侧延伸的弧形扩口结构，且该引导槽的前端壁体为弧形斜面。

6.根据权利要求1所述的卫星在轨对接用浮动连接器，其特征在于：其中所述的插孔部件可拆卸固定在导销壳体内，插针部件可拆卸固定在浮动套筒内。

7.根据权利要求1所述的卫星在轨对接用浮动连接器，其特征在于：其中所述的方盘壳体和浮动套筒之间还设有用于满足二者之间轴向浮动的轴向浮动弹簧。

8.根据权利要求7所述的卫星在轨对接用浮动连接器，其特征在于：其中所述的浮动套筒通过其轴肩与装配在该浮动套筒外周的轴用挡圈挡止在方盘壳体上的阶梯孔两侧，实现二者的轴向限位。

9.根据权利要求8所述的卫星在轨对接用浮动连接器，其特征在于：其中所述的轴向浮动弹簧位于轴肩和方盘壳体上的阶梯孔之间。

10.一种浮动插座，其特征在于：其为权利要求1-9任一浮动连接器中的插座。