随着空间站建设与空间探测技术的发展，天地往返系统对所运输的大尺寸、重载物资的锁紧—释放—再锁紧需求日益强烈，各种空间操控平台在轨无冲击释放精密有效载荷的任务要求也越来越多，原有的一次性锁紧技术和火工解锁装置已经无法满足当前和未来空间任务的要求。因此，开展可在轨重复锁紧的锁紧释放机构的研制工作已成为当前空间探测活动的迫切需求。本文针对货运飞船货盘及有效载荷的锁紧-在轨释放-在轨再锁紧的功能需求，提出了一种新型的锁钩-四杆机构式重复锁紧机构。该机构利用了平面四杆机构的死点特性具有承载能力大、解锁冲击小、锁紧和解锁可靠性高等优点，且具备紧急情况下供航天员出舱手动解锁或锁紧的功能。货盘及有效载荷在货运飞船发射过程中需经受由于加速度而引起振动、冲击、噪声等复杂力学环境的考验。为保证货盘和有效载荷在发射过程中连接可靠，与空间站对接后重复锁紧机构能正常解锁并对货盘重新锁紧，本文对重复锁紧机构进行了锁紧-解锁过程动态仿真和承载能力分析，在此基础上，对重复锁紧机构进行了结构尺寸优化设计和拓扑优化设计使其满足质量和包络尺寸等方面的设计指标要求，进一步减小发射成本、提高产品可靠性。为确定货盘和有效载荷系统锁紧方案，本文运用模态分析和自由度分析的方法首先确定了所需的锁紧点数量和重复锁布局方式，然后以锁紧后有效载荷基频最大为目标利用有限元软件对锁紧点位置进行了优化分析，最终结合有效载荷和货舱尺度，提出了重复锁紧机构横置与锥轴配合的货盘系统锁紧方案。研制了货盘用重复锁紧机构原理样机，并对其开展了锁紧及解锁功能验证试验。通过对其刚度进行测试，得到了各向刚度特性曲线，检验了结构刚度、强度设计的准确性。搭建了锁紧状态下重复锁紧机构与模拟负载的振动试验系统，获取有效载荷的基频特性和关键部位的动态响应验证了系统设计指标。