本文以我国正在实施的月面钻取采样装置的研制为工程背景,以钻具限幅机构的可靠性分析和试验验证为主要研究内容,针对钻具限幅机构的构型布局、功能组成、具体结构形式,采用空间飞行器可靠性设计、分析和试验验证方法,对钻具限幅机构全任务剖面的可靠性指标开展具体的分析和试验验证。以月面钻取采样装置方案阶段的技术状态为基础,分析钻具限幅机构的构型布局、结构组成关系、功能参数。利用硬件法对钻具限幅机构开展故障模式分析(FMEA),确定钻具限幅机构全任务周期的关键组件和Ⅰ、Ⅱ类严酷度故障模式。在故障模式分析的基础上,采用故障树和Petri网建模方法,建立钻具限幅机构故障树模型和Petri网模型;综合采用等分配法和评分分配法,对钻具限幅机构的可靠性指标进行合理分配。基于故障树可靠性指标分配结果,开展故障树和Petri网定性、定量分析,验证钻具限幅机构关键部件可靠性指标和整机可靠性指标。在钻具限幅机构关键故障事件分析的基础上,利用中心点法,建立钻进机构与卡榫的锁合过程和浮动提钻阶段可靠度评估模型,并根据提钻和解锁阶段钻具限幅机构振动方程和频响特性,求解得到浮动提钻和定力解锁阶段可靠性指标,从而得到各关键阶段的可靠度。针对钻具限幅机构试验件的可靠性试验评估,研制钻具限幅机构工作过程模拟试验装置。借鉴某型号航天级火工品的可靠性试验与评估方法,以力学性能参数为评价指标,对钻具限幅机构卡榫锁合、定力解锁和浮动提钻过程开展指定样本容量的可靠性试验,并开展钻具限幅机构关键组件可靠性试验,从试验装置采集试验数据中获得三个关键阶段的最大力学指标,依据GB4885数据处理方法,得到三个关键阶段可靠度。结果表明钻具限幅机构能够满足可靠性指标要求。