随着航天科技的进步,简单航天器和缺乏补给能力的空间站已经不能满足目前航天活动的需求,航天科学进一步发展受到了很大的局限。因此,安全可靠的空间机械臂应运而生,作为在轨支持、服务的关键性技术已经进入太空,并越来越受到各国科研人员的关注。作为舱外活动的设备,空间机械臂关节所处的环境及其复杂,因此更需要对其进行精确的热设计,为其安全可靠运行提供技术支持。本文,根据确定的舱外关节内部活齿减速器和箱体的模型进行必要的简化,根据已有轨道参数确定机械臂关节所处高低温工况,分析了各因素对关节温度场的影响规律,为研究机械臂在轨的设计与改进提供依据。论文首先应用大型航天专用软件STK对机械臂关节已有的航大轨道进行分析,得出太阳光和轨道夹角的变化规律,确定在轨运行高低温工况的边界条件。然后,对已有的模型进行必要简化,建立了符合热分析的简化模型并利用建立有限元模型。在此基础上,针对没有隔热保护层作用下的关节进行在轨温度场仿真分析,确定隔热保护层的必要性。同时,对不同隔热保护层厚度进行分析对比,确定满足条件的隔热保护层厚度,为机械臂关节安全、稳定运行提供保障。分析了表征隔热组件的当量导热系数、涂层表面发射率和吸收率等一系列因素对关节温度状况的影响规律。在此基础上,完成了空间机械臂关节在轨瞬态运行的研究,确定了在轨运行高低温工况下关节各部分温度变化规律。最后针对全年四个不同的太阳位置进行了瞬态热分析,确定该保护作用下的机械臂关节可以长时间在轨安全、稳定运行。同时,论文也进行了变参数热分析的研究,分别从轨道参数、热涂层对关节温度场进行分析。在轨道参数的研究中,分别选取轨道高度、轨道倾角和轨道偏心率进行分析,确定轨道高度是影响关节温度场变化的最重要的原因,然后对各种轨道参数进行了详细对比,得出不同轨道高度下隔热组件厚度的变化规律。在热涂层方面,分别选取常见的低、中和高吸收-发射比的涂层进行对比,确定了能够满足空间机械臂关节安全运行的涂层参数。最后,对关节不同位置下温度场变化进行分析。考虑到卫星完全遮挡太阳和卫星完全遮挡地球两种特殊情况,建立了简化模型,研究了关节特殊工况下的温度变化情况。论文的研究结果可以机械臂在轨的设计与改进提供依据。