航天器模块化是航天工业未来的发展方向,接口设计是模块化航天器设计的核心技术。本文针对基于耦合圆柱凸轮的航天器接口性能及可靠性设计要求,建立耦合圆柱凸轮曲线槽设计理论,据此提出结构空间布局不同的构型方案,建立基于容差分析的接口整体过程运动精度分析方法,通过动力学仿真模拟分析接口在不同重力环境下的运动性能。本文主要内容如下:（1）分析基于耦合圆柱凸轮的接口在使用过程产生卡滞的失效机理,确定其产生失效的位置为平直运动段;建立了输出性能参数与关键结构参数之间的关系模型,得到从动件推程、转角关于耦合圆柱凸轮曲线槽尺寸参数的数学表达式。据此,提出了基于解析方程的耦合圆柱凸轮接口曲线槽设计方法,建立了基于遗传算法的耦合圆柱凸轮曲线槽尺寸参数计算方法。通过案例分析,验证了设计方法的有效性。（2）给出三种结构空间布局不同的接口构型方案,提出了基于空间利用率和统计过程能力的设计方案评价方法,分析评价不同方案的功能和性能特点。根据任务目标对功能和性能的要求,确定使用正嵌套构型方案作为本文的改进方案。（3）基于RSS容差分析方法,研究分析改进方案的运动精度问题。结合接口装置各零件的公差和加工质量标准,构建用于评价从动件运动精度的评价函数,形成从动件运动精度的量化指标。计算结果表明改进方案运动精度满足设计要求。（4）对改进方案进行了地面重力、侧向重力和零重力环境下的性能仿真试验,测试一次锁紧和二次推进两阶段的性能指标。分析试验结果表明改进方案功能稳定,适合在航天重力环境下使用。本文研究也可为基于耦合圆柱凸轮的结构性能和运动精度优化提供借鉴和支持。