模块化设计是航天器在轨组装的关键技术。模块接口是实现模块间能量及信息的传递,将各模块有机的结合在一起的关键部件。本文针对航天器中的机械接口设计要求,借鉴国外研究经验,进行了基于圆柱凸轮机构的卡钩式机械接口装置设计研究。首先,进行原理方案设计并确定各零部件的结构尺寸,并校核主要零件承载。针对该接口重力环境下存在卡滞的问题,在分析卡滞产生原因基础上,提出了基于蒙特卡洛模拟的接口可靠性分析与优化设计方法,并对曲线槽进行优化。最后,通过动力学仿真及地面试验对设计方案进行了验证分析。本文主要内容如下:(1)针对模块化航天器的设计需求,基于圆柱凸轮机构的基本原理,确定了中心块曲线槽及驱动环曲线槽设计方案,进行了主要零部件的结构与尺寸参数设计,利用ANSYS Workbench软件对主要承载零件进行静力学分析。(2)针对接口装置存在卡滞问题(功能失效),提出了基于蒙特卡洛模拟的接口可靠性分析与优化设计方法。结合具体案例,基于本文方法,分析了驱动环转速、振幅大小、凸起尺寸及凸起个数等参数对失效概率的影响规律。基于影响规律,提出了中心块曲线槽优化方案,并对优化方案进行仿真分析。分析结果显示,接口装置优化方案在锁钩水平振幅小于4mm的情况下,不会发生失效。(3)利用ADAMS软件对优化方案和原始方案进行动力学仿真,仿真结果表明,优化方案能够完成锁紧、解锁功能,相比于原始方案,运动更稳定、速度波动更小。接口装置验证试验、冲击测试试验和失效检测试验结果表明,优化方案能满足接口装置设计要求,锁紧及解锁时间7.6 s,运动平稳,且优化方案不会发生功能失效。