随着空间技术的不断探索和研究,卫星在通讯、监察、导航等方面发挥着巨大的作用,成为了人类社会不可或缺的部分。这些在轨运行的卫星一旦出现故障或资源短缺等情况,损失巨大,很难挽回。因此,研发一种可接受在轨服务的,具备组装、更换、补给和升级等功能的卫星显得尤其重要。本文致力于合作卫星舱段间的新型机电连接机构的设计与研究,不仅满足了舱段间连接与分离这一在轨服务任务的需求,也给空间在轨服务技术的研究提供了新的参考。其主要研究内容如下:(1)机电连接机构结构设计与分析。首先,根据空间在轨服务任务,对新型连接机构进行了任务需求分析,提出了机构的具体功能与性能设计指标。其次,在机构总体设计方案的基础上,采用模块化的设计理念重点对捕获、精对准、电动螺钉紧固以及浮动电气连接接口模块进行详细设计与分析,得到了相关的结构参数。另外,对机构进行了容差设计与分析,满足了设计指标要求。(2)捕获过程动力学仿真与参数分析。首先,研究了多刚体动力学理论并建立了捕获过程的动力学方程。其次,通过对机构容差性能的动力学仿真分析,得到了位置容差±50mm、角度容差±7°的容差范围,验证了机构设计的合理性。另外,为了避免接触力影响机构的捕获性能,对捕获过程中位置偏差、对接初速度、接受腔锥角和接触面光滑度等影响机构动力学的因素进行多组仿真研究,得出指导性结论的同时也为机构的优化设计提供了理论依据。(3)机电连接机构接受腔优化及分析。在结合仿真研究结论的基础上,重点对捕获模块的接受腔进行优化设计。以球头与接受腔单次接触碰撞就实现捕获为优化目标,提出了一种锥角参数优选的方法,得到优化后的锥角渐变型接受腔并分析其容差性能。在此基础上,进一步提出一种柔性薄壁接受腔的结构优化方案。结果表明:优化后的接受腔提高了机构的容差及缓冲性能。(4)微重力模拟舱段间机构对接试验研究。首先,完成了机构的原理样机的研制与微重力模拟机构对接试验平台的搭建。其次,开展了机构基本功能验证试验、捕获容差试验、定位精度试验的研究,得到试验结果:位置容差±48mm,角度容差(偏航±3.4°、俯仰±4.0°、自旋±5.1°),位置精度(偏航±0.03mm、俯仰±0.06mm、自旋±0.08mm),角度精度(偏航±0.01°、俯仰±0.01°、自旋±0.04°)。验证了所设计的原理样机能够满足捕获容差(?)±40mm、±2°,定位精度≤±1mm、±0.1°的指标要求,达到了较好的容差性能、较高的定位精度以及较高的可靠性。