技术领域
[0001] 本
发明涉及舱位空间环境下材料暴露实验，尤其涉及一种在轨材料实验箱机构。
背景技术
[0002] 为面向未来深空探索的需求，
基础学科领域研究材料在轨使役行为，研究材料在轨特性及其变化，具有深远意义。在前苏联空间站和国际空间站任务期间，已经多次验证金属、非金属等材料在轨暴露试验，已经取得重大的科学研究成果。而我国在空间材料暴露方面，尚处于起步阶段，为满足材料空间暴露的任务需求，亟须涉及一种待暴露材料可重复安装、在轨可整体重复
锁紧和释放、自动展开和关闭的实验箱。
发明内容
[0003] 本发明所要解决的技术问题是针对
现有技术的不足，提供一种在轨材料实验箱机构，以解决上述技术问题的至少一种。
[0004] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种在轨材料实验箱机构，包括实验箱、在轨安装
支架、锁紧释放机构和锁紧板；锁紧板固定安装在在轨安装支架上，所述实验箱可拆卸安装在所述在轨安装支架上；
[0005] 实验箱的
侧壁上设有带开口的装配腔；锁紧释放机构安装在装配腔内；
[0006] 锁紧释放机构上设有锁紧凸起，且锁紧凸起活动安装在装配腔的开口处，锁紧板上设有锁紧凹槽，锁紧凸起与锁紧凹槽相适配；
[0007] 其中，锁紧凸起伸出或缩回装配腔，使锁紧凸起与锁紧凹槽卡接或分离，实现锁紧板与实验箱的锁紧或释放。
[0008] 本发明的有益效果是：实验箱装有暴露材料，通过实验箱将暴露材料放置于舱外空间进行在轨暴露实验；在轨安装支架固定安装在在轨
航天器的外侧平台上，为实验箱的安装提供固定安装基础；通过锁紧释放机构和锁紧板的锁紧和分离，实现锁紧板与实验箱的锁紧或释放即实现在轨安装支架与实验箱的锁紧和释放，实现实验箱的可重复安装，在轨可整体重复锁紧和释放实验箱；通过锁紧凸起和锁紧凹槽的卡接和分离来实现锁紧和释放，结构简单，操作简单，便于航天员在轨操作完成实验箱的锁紧和释放。
[0009] 在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
[0010] 进一步，实验箱包括一侧敞口的
箱体和箱盖，箱盖一竖直边通过主动
铰链铰接在箱体敞口端的一竖直侧壁上；箱体的侧壁上设有敞口的装配腔；
[0011] 主动铰链包括合页边一、主动
转轴和合页边二，合页边一与箱盖固定连接，合页边二与箱体固定连接；主动转轴与合页边一固定连接，主动转轴与合页边二转动连接，主动转轴通过
开关门驱动机构驱动。
[0012] 采用上述进一步方案的有益效果是：通过开关门驱动机构驱动主动转轴转动，主动转轴带动合页边一进而带动箱盖转动，实现箱盖的在轨自动开关；箱盖打开后，展开面上固定有暴露实验样品。
[0013] 进一步，在轨安装支架包括底座和
定位支架，定位支架垂直固定安装在底座上；锁紧板固定安装在定位支架上；底座上设有插接件插口和开关门
接口；
[0014] 箱体的下侧固定安装有插接件插头，插接件插头与插接件插口适配卡接；
[0015] 开关门驱动机构固定安装在开关门接口内，且其输出端与主动转轴适配卡接。
[0016] 采用上述进一步方案的有益效果是：底座为定位支架和实验箱提供固定安装基础，且底座上设有插接件插口，用于与实验箱的插接件插头适配卡接，一方面，到定位连接的作用，另一方面，插接件插头与插接件插口是电气接口，连接后用于将实验箱内收集的暴露材料的数据信息传输至控制中心；开关门驱动机构安装在底座上的开关门接口内，底座对开关门驱动机构起到了一个隔离保护的作用，避免空间杂物进去开关门驱动机构，同时合理的将开关门驱动机构隐藏了起来，避免占用更多的空间，毕竟空间站上的
位置空间有限。
[0017] 进一步，还包括限位开关，限位开关安装在定位支架上，箱盖转动至与箱体平行时，触发限位开关，使箱盖停止继续转动。
[0018] 采用上述进一步方案的有益效果是：当箱盖转动至与箱体平行时，实验箱完全展开，暴露样品均处于暴露状态，通过限位开关，使箱盖停止继续转动，实现箱盖展开限位的作用。
[0019] 进一步，还包括滑道板，箱体的两竖直侧壁上形成有导向部；滑道板与导向部相适配；滑道板固定在定位支架上，并与导向部滑动连接。
[0020] 采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置滑道板和导向部，起到箱体安装时的导向作用，实现快速安装和定位。
[0021] 进一步，锁紧释放机构包括
丝杠连动机构、横向推
块、
连杆和纵向推块，丝杠连动机构、横向推块、连杆和纵向推块活动安装在箱体的侧壁上，且纵向推块活动安装在装配腔的敞口端；横向推块与丝杠连动机构的平移端固定连接，纵向推块与横向推块平行设置；连杆的两端分别与纵向推块与横向推块转动连接；纵向推块远离横向推块的一侧上设有锁紧凸起；
[0022] 其中，横向推块在丝杠连动机构的平移端的带动下做平移，通过连杆推动纵向推块背向或朝向横向推块移动，带动锁紧凸起伸出或缩回装配腔。
[0023] 采用上述进一步方案的有益效果是：通过丝杠连动机构带动横向推块做横向往复运动；横向推块通过连杆作用在纵向推块上，使纵向推块在纵向上做往复运动；而纵向推块上设有锁紧凸起，锁紧板上设有与锁紧凸起配合的的锁紧凹槽；当连杆推动纵向推块背向横向推块移动，即纵向推块朝向锁紧机构移动，使锁紧凸起与锁紧凹槽卡接配合，从而在横向和纵向方向上对锁紧板起到锁紧和定位的作用；由于丝杠连动机构具有自锁能
力，锁紧到位后，本发明具备自锁能力，起到锁紧保持的作用；本发明不存在易损件，能提高其使用寿命。
[0024] 进一步，还包括限位块，限位块固定安装在装配腔的侧壁上，且插入横向推块和纵向推块之间；连杆转动至与纵向推块垂直时，与限位块抵接。
[0025] 采用上述进一步方案的有益效果是：限位块对锁紧位置进行定位，连杆转动至与纵向推块垂直时，锁紧凸起与锁紧凹槽完全配合，锁紧到位，连杆与限位块抵接，限位块阻止连杆继续转动，起到定位锁定的目的。
[0026] 进一步，丝杠连动机构活动穿设在箱体的侧壁上，且其一端伸出至装配腔与横向推块通过转接套连接，另一端伸出箱体的侧壁；
[0027] 纵向推块的周侧、横向推块远离纵向推块的一侧分别抵接在装配腔的侧壁上。
[0028] 采用上述进一步方案的有益效果是：箱体的侧壁提供
支撑和导向基础，并对纵向推块的横向运动进行限位，使纵向推块只做纵向运动；丝杠连动机构的另一端伸出箱体的侧壁，便于航天员进行锁紧和释放动作。
[0029] 进一步，丝杠连动机构包括梯形丝杠
螺母和梯形丝杠，梯形丝杠的一端与梯形丝杠螺母的一端
螺纹连接，梯形丝杠的另一端与横向推块通过转接套连接，梯形丝杠螺母的另一端伸出箱体的侧壁；梯形丝杠在梯形丝杠螺母的转动作用下做直线平移运动；梯形丝杠螺母转动安装在箱体的侧壁上，梯形丝杠与箱体的侧壁滑动连接。
[0030] 采用上述进一步方案的有益效果是：梯形丝杠螺母与梯形丝杠具备有相互实现自锁的能力，使本发明具有适应不同
载荷需求的大锁紧力，可重复锁紧自锁和释放的功能。
[0031] 进一步，梯形丝杠的外侧壁上向内凹陷形成有限位平面，箱体的侧壁上对应限位平面设有限位凸起，限位凸起与限位平面相贴合。
[0032] 采用上述进一步方案的有益效果是：通过限位凸起与限位平面的配合，限位凸起限制限位平面的转动，使梯形丝杠做直线平移无转动，传递到横向推块的只有横向作用力。
附图说明
[0033] 图1为本发明在轨材料实验箱机构爆炸示意图；
[0034] 图2为图1中A处局部放大图；
[0035] 图3为本发明中锁紧释放机构与锁紧板示意图；
[0036] 图4为本发明进行在轨暴露实验示意图。
[0037] 附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0038] 1、实验箱，11、箱体，111、导向部，12、箱盖，14、限位块，15、把手，2、在轨安装支架，21、底座，22、定位支架，23、插接件插口，24、开关门接口，3、锁紧释放机构，31、锁紧凸起，
32、丝杠连动机构，321、梯形丝杠螺母，322、梯形丝杠，323、限位平面，324、转接套，33、横向推块，34、连杆，35、纵向推块，4、锁紧板，41、锁紧凹槽，5、主动铰链，51、合页边一，52、主动转轴，53、合页边二，6、限位开关，7、滑道板。
具体实施方式
[0039] 以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0041] 如图1-3所示，一种在轨材料实验箱机构，安装在在轨航天器的外侧平台上，包括实验箱1、在轨安装支架2、锁紧释放机构3和锁紧板4，在轨安装支架2固定安装在在轨航天器的外侧平台上；锁紧板4固定安装在在轨安装支架2上，实验箱1可拆卸安装在所述在轨安装支架2上；
[0042] 实验箱1的侧壁上设有带开口的装配腔；锁紧释放机构3安装在装配腔内；
[0043] 锁紧释放机构3上设有锁紧凸起31，且锁紧凸起31活动安装在装配腔的开口处，锁紧板4上设有锁紧凹槽41，锁紧凸起31与锁紧凹槽41相适配；
[0044] 其中，锁紧凸起31伸出或缩回装配腔，使锁紧凸起31与锁紧凹槽41卡接或分离，实现锁紧板4与实验箱1的锁紧或释放。
[0045] 具体的，在轨航天器为空间站，实验箱1装有暴露材料，通过实验箱1将暴露材料放置于舱外空间进行在轨暴露实验；在轨安装支架2固定安装在在轨航天器的外侧平台上，为实验箱1的安装提供固定安装基础；通过锁紧释放机构3和锁紧板4的锁紧和分离，实现锁紧板4与实验箱1的锁紧或释放即实现在轨安装支架2与实验箱1的锁紧和释放，实现实验箱1的可重复安装，在轨可整体重复锁紧和释放实验箱1；通过锁紧凸起31和锁紧凹槽41的卡接和分离来实现锁紧和释放，结构简单，操作简单，便于航天员在轨操作完成实验箱1的锁紧和释放。
[0046] 如图1-3所示，在一些可选的实施例中，一种在轨材料实验箱机构，实验箱1包括一侧敞口的箱体11和箱盖12，箱盖12一竖直边通过主动铰链5铰接在箱体11敞口端的一竖直侧壁上；箱体11的侧壁上设有敞口的装配腔；
[0047] 主动铰链5包括合页边一51、主动转轴52和合页边二53，合页边一51与箱盖12固定连接，合页边二53与箱体11固定连接；主动转轴52与合页边一51固定连接，主动转轴52与合页边二53转动连接，主动转轴52通过开关门驱动机构驱动。
[0048] 具体的，合页边一51与箱体11通过螺钉固定连接，合页边二53与箱盖12通过螺钉固定连接，主动转轴52与合页边一51通过
花键固定连接，通过开关门驱动机构驱动主动转轴52转动，主动转轴52带动合页边一51进而带动箱盖12转动，实现箱盖12的在轨自动开关；箱盖12打开后，展开面上固定有暴露实验样品。
[0049] 具体的，箱盖和箱体均为一侧敞口结构，箱体可拆卸安装在在轨安装支架上，箱盖和箱体的的敞口端内均安装有样品托盘，样品托盘上安装有暴露实验样品。
[0050] 优选的，还包括从动铰链，箱盖12一竖直边还通过从动铰链铰接在箱体11敞口端的一竖直侧壁的上，从动铰链和主动铰链5上下设置。
[0051] 如图1所示，实验箱1上侧还设有把手15，用于航天员提拉，航天员握住把手15将实验箱1与在轨安装支架2装配后，通过锁紧释放机构3实现实验箱1与在轨安装支架2的锁紧。
[0052] 在暴露实验完成后，通过锁紧释放机构3实现实验箱1与在轨安装支架2的解锁，航天员握住把手15，将实验箱1拉出。
[0053] 如图1-3所示，在一些可选的实施例中，一种在轨材料实验箱机构，在轨安装支架2包括底座21和定位支架22，底座21固定安装在在轨航天器的外侧平台上，定位支架22垂直固定安装在底座21上；锁紧板4固定安装在定位支架22上；底座21上设有插接件插口23和开关门接口24；
[0054] 箱体11的下侧固定安装有插接件插头，插接件插头与插接件插口23适配卡接；
[0055] 开关门驱动机构固定安装在开关门接口24内，且其输出端与主动转轴52适配卡接。
[0056] 具体的，开关门驱动机构为蜗轮
蜗杆驱动机构。底座21为定位支架22和实验箱1提供固定安装基础，且底座21上设有插接件插头，用于与实验箱1的插接件插口23适配卡接，一方面，到定位连接的作用，另一方面，插接件插头与插接件插口23是电气接口，连接后用于将实验箱1内收集的暴露材料的数据信息传输至控制中心；开关门驱动机构安装在底座21上的开关门接口24内，底座21对开关门驱动机构起到了一个隔离保护的作用，避免空间杂物进去开关门驱动机构，同时合理的将开关门驱动机构隐藏了起来，避免占用更多的空间，毕竟空间站上的位置空间有限。
[0057] 具体的，本实施例中，如图1所示，所述开关门接口24包括开关门驱动腔和插入口，所述开关门驱动腔开始在所述底座21内部，且通过插入与外部连通，开关门驱动机构安装在所述开关门驱动腔内，所述主动转轴52穿过所述插入与所述开关门驱动机构的输出端连接。
[0058] 优选的，主动转轴52与开关门驱动机构的输出端花键连接，花键连接使得主动转轴52在开关门驱动机构的输出端的带动下转动，同时花键连接使得主动转轴52具有上下滑动的
自由度，可以实现实验箱1的拆卸和安装。
[0059] 具体的，实验箱1内还安装有实验箱1主控
电路板和
传感器，例如
温度温度检测传感器和空间环境检测传感器，实验箱1主控
电路板集中处理实验箱1
电子学信息，提高资源利用率；实验箱1主控电路板通过插接件插头电连接，插接件插头与插接件插口23的适配连接，便于实现在轨快速插拔；
[0060] 温度检测传感器，安装于暴露材料后部，可实时反馈工作区
工作温度范围，为材料状态分析提供
环境温度基础；
[0061] 空间环境检测传感器，实时检测实验区空间环境状态，为材料状态分析提供环境状态基础；空间环境检测传感器，安装在样品托盘上，监测空间站表面污染沉积
质量和速率；监测空间站上典
型材料在载人航天轨道上的
原子氧剥蚀速率。
[0062] 如图1-4所示，在一些可选的实施例中，一种在轨材料实验箱机构，还包括限位开关6，限位开关6安装在定位支架22上，箱盖12转动至与箱体11平行时，触发限位开关6，使箱盖12停止继续转动。限位开关6与开关门驱动机构通过
电缆连接，箱盖12转动至与箱体11平行时，触发限位开关6，限位开关6控制开关门驱动机构停止动力输出。
[0063] 如图4所示，当箱盖12转动至与箱体11平行时，实验箱1完全展开，暴露样品均处于暴露状态，通过限位开关6，使箱盖12停止继续转动，实现箱盖12展开限位的作用。
[0064] 如图1-3所示，在一些可选的实施例中，一种在轨材料实验箱机构，还包括滑道板7，箱体11的两竖直侧壁上形成有导向部111；滑道板7与导向部111相适配；滑道板7固定在定位支架22上，并与导向部111滑动连接。
[0065] 通过设置滑道板7和导向部111，起到箱体11安装时的导向作用，实现快速安装和定位。
[0066] 具体的，定位支架22呈n型，包括平板部和两竖直部，两竖直部分别于平板部垂直连接，且两竖直部远离所述平板部的一侧相互朝向对方方向分别垂直延伸出一卡接板，卡接板与平板部平行。滑道板7分别通过螺钉固定安装在两竖直部相向的一侧。
[0067] 箱体11的竖直侧壁上向内凹陷形成一导向凹槽，导向凹槽分割出的远离箱盖12的箱体11的竖直侧壁即为导向部111。
[0068] 箱体11向下插入定位支架22的过程中，导向部111严滑道板7滑动，同时卡接槽插入导向凹槽并相对滑动。
[0069] 卡接板与导向凹槽的适配卡接，实现箱体11的定位，装配到位后，锁紧凸起31才能与锁紧凹槽41位置对应。
[0070] 如图1-3所示，在一些可选的实施例中，一种在轨材料实验箱机构，锁紧释放机构3包括丝杠连动机构32、横向推块33、连杆34和纵向推块35，丝杠连动机构32、横向推块33、连杆34和纵向推块35活动安装在箱体11的侧壁上，且纵向推块35活动安装在装配腔的敞口端；横向推块33与丝杠连动机构32的平移端固定连接，纵向推块35与横向推块33平行设置；连杆34的两端分别与纵向推块35与横向推块33转动连接；纵向推块35远离横向推块33的一侧上设有锁紧凸起31；
[0071] 其中，横向推块33在丝杠连动机构32的平移端的带动下做平移，通过连杆34推动纵向推块35背向或朝向横向推块33移动，带动锁紧凸起31伸出或缩回装配腔。
[0072] 通过丝杠连动机构32带动横向推块33做横向往复运动；横向推块33通过连杆34作用在纵向推块35上，使纵向推块35在纵向上做往复运动；而纵向推块35上设有锁紧凸起31，锁紧板4上设有与锁紧凸起31配合的的锁紧凹槽41；当连杆34推动纵向推块35背向横向推块33移动，即纵向推块35朝向锁紧机构移动，使锁紧凸起31与锁紧凹槽41卡接配合，从而在横向和纵向方向上对锁紧板4起到锁紧和定位的作用；由于丝杠连动机构32具有自锁能力，锁紧到位后，本发明具备自锁能力，起到锁紧保持的作用；本发明不存在易损件，能提高其使用寿命。
[0073] 如图1-3所示，在一些可选的实施例中，一种在轨材料实验箱机构，还包括限位块14，限位块14固定安装在装配腔的侧壁上，且插入横向推块33和纵向推块35之间；连杆34转动至与纵向推块35垂直时，与限位块14抵接。
[0074] 限位块14对锁紧位置进行定位，连杆34转动至与纵向推块35垂直时，锁紧凸起31与锁紧凹槽41完全配合，锁紧到位，连杆34与限位块14抵接，限位块14阻止连杆34继续转动，起到定位锁定的目的。
[0075] 如图1-3所示，在一些可选的实施例中，一种在轨材料实验箱机构，丝杠连动机构32活动穿设在箱体11的侧壁上，且其一端伸出至装配腔与横向推块33通过转接套324连接，另一端伸出箱体11的侧壁；
[0076] 纵向推块35的周侧、横向推块33远离纵向推块35的一侧分别抵接在装配腔的侧壁上。
[0077] 箱体11的侧壁提供支撑和导向基础，并对纵向推块35的横向运动进行限位，使纵向推块35只做纵向运动；丝杠连动机构32的另一端伸出箱体11的侧壁，便于航天员进行锁紧和释放动作；转接套324实现
丝杆连动机构与横向推块33的连接，便于安装和拆卸。
[0078] 具体的，丝杠连动机构32的数量为两个，分别安装在箱体11的两竖直侧壁上，对应的锁紧板4的数量也为两个。
[0079] 如图1-3所示，在一些可选的实施例中，一种在轨材料实验箱机构，丝杠连动机构32包括梯形丝杠螺母321和梯形丝杠322，梯形丝杠322的一端与梯形丝杠螺母321的一端
螺纹连接，梯形丝杠322的另一端与横向推块33通过转接套324连接，梯形丝杠螺母321的另一端伸出箱体11的侧壁；梯形丝杠322在梯形丝杠螺母321的转动作用下做直线平移运动；梯形丝杠螺母321转动安装在箱体11的侧壁上，梯形丝杠322与箱体11的侧壁滑动连接。
[0080] 梯形丝杠螺母321与梯形丝杠322具备有相互实现自锁的能力，使本发明具有适应不同载荷需求的大锁紧力，可重复锁紧自锁和释放的功能。
[0081] 具体的，梯形丝杠螺母321的操作端口为内六
角或外六角，便于操作人员使用工具操作。
[0082] 如图1-3所示，在一些可选的实施例中，一种在轨材料实验箱机构，梯形丝杠322的外侧壁上向内凹陷形成有限位平面323，箱体11的侧壁上对应限位平面323设有限位凸起，限位凸起与限位平面323相贴合。
[0083] 通过限位凸起与限位平面323的配合，限位凸起限制限位平面323的转动，使梯形丝杠322做直线平移无转动，传递到横向推块33的只有横向作用力。
[0084] 箱体11包括盖板，箱体11的外侧壁向内凹陷形成装配凹槽；盖板可拆卸安装在装配凹槽的
槽口处一侧，并合围形成带开口的装配腔；转接套324位于装配凹槽内。图1中盖板未示出。通过设计可拆卸的盖板，实现方便安装和拆卸的目的。
[0085] 具体的，本实施例的安装过程为：打开盖板，将转接套324、横向推块33、连杆34和纵向推块35安装到装配凹槽，然后，将梯形丝杠螺母321和梯形丝杠322穿设在箱体11的竖直侧壁上，梯形丝杠322的一端穿出至装配凹槽，在装配凹槽内通过螺钉将转接套324与梯形丝杠322连接，然后盖上盖板。
[0086] 将暴露材料样品安装到样品托盘上，同时安装好相应传感器，关上箱盖12。
[0087] 握住把手15，将卡接板的上侧与卡接凹槽的下侧对应卡接后，沿卡接板将实验箱1向下滑动至插接件插头插入插接件插口23，同时主动转轴52穿过插入口插入开关门驱动机构的输出端；
[0088] 转动梯形丝杆螺母穿出箱体11的部分，锁紧凸起31朝向锁紧板4移动，至锁紧凸起31与锁紧凹槽41适配卡接，实现实验箱1与锁紧板4的锁紧固定。
[0089] 本实施例的有益效果是：结构简单，操作方便，可实现在轨重复锁紧和释放，同时，可实现箱盖12的自动开关，减少航天员的在轨操作。
[0090] 在本
说明书的描述中，参考术语“实施例一”、“实施例二”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体方法、装置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同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、方法、装置或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0091] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
