本發(fā)明涉及一種分離機構,特別是一種基于旋轉壓環(huán)解鎖的分離機構。
背景技術:
在航天器分離技術研究領域內(nèi),分離裝置的研制占據(jù)著重要的地位。分離裝置又稱為分離器,是航天器之間用于連接和分離的機構,被廣泛的應用于衛(wèi)星和火箭分離、火箭級間分離、有效載荷釋放等領域。分離裝置作為航天器上的重要部件,在工作過程中完成兩種不同功能:在分離前的飛行過程中,分離裝置在一定載荷的作用下,把被連接的兩部件連成一體;進行分離任務時,確保被連接的兩個部件能夠安全可靠地完成分離動作。
現(xiàn)今的航天領域中,航天器上所使用的分離裝置大部分為火工分離裝置,火工分離裝置一般由發(fā)火元件、裝藥和機構組成。常用的火工分離裝置主要有:爆炸螺栓、分離螺母、切割器、彈射筒、電爆閥門、拔銷器等。主要應用于衛(wèi)星釋放、火箭級間分離、太陽帆板展開、有效載荷釋放、降落傘釋放和展開、各類艙蓋彈射、氣液管路切割等。若按照使用功能劃分,可以分為:切割裝置、解鎖裝置、作動裝置。
對于100kg以下的微小衛(wèi)星,傳統(tǒng)的星箭接口方式存在重量體積大、火工品爆炸沖擊大等問題。所以隨著微小衛(wèi)星的蓬勃發(fā)展,對微小衛(wèi)星的星箭接口提出了新的需求,新型的微小衛(wèi)星星箭接口技術得到很大的發(fā)展,國內(nèi)外也研制了多種多樣的微小衛(wèi)星星箭連接與釋放裝置。
微小衛(wèi)星星箭接口技術及解鎖方式目前的研究主要在星箭連接鎖緊及解鎖方法兩方面開展。星箭連接鎖緊方面主要有螺栓式、包帶式、箱盒式、壓緊式等幾種方式;解鎖分離方面主要分為火工解鎖裝置和非火工解鎖裝置,火工解鎖裝置主要有爆炸螺栓、火工切割器、分離螺母、火工拔銷器等,非火工解鎖裝置括聚合物驅動裝置、熱切割裝置、電驅卷軸裝置、電動驅動裝置及形狀記憶合金裝置。不同的星箭連接鎖緊方式與解鎖方式可以組合在一起形成不同的星箭連接于分離技術。對于微小衛(wèi)星領域雖然國內(nèi)外也有采用小型包帶與爆炸螺栓組合、壓緊桿與火工切割組合、箱盒與火工切割器組合等方式進行連接與解鎖,但是這些方法都存在著由火工裝置帶來的種種局限。
技術實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的技術解決問題是:克服現(xiàn)有技術不足,提供一重基于旋轉壓環(huán)解鎖的分離機構,其解決了現(xiàn)有分離機構體積大、重量重、解鎖包絡空間大、沖擊大的問題,使其特別適用于重量只有幾十甚至幾公斤的微納衛(wèi)星的星箭、星星分離以及有效載荷釋放等領域。
本發(fā)明的技術解決方案是:一種基于旋轉壓環(huán)解鎖的分離機構,包括:端面設置有上對接環(huán)斜面法蘭的上對接環(huán)、端面設置有下對接環(huán)斜面法蘭的下對接環(huán)、壓環(huán)、壓塊、鎖緊杠桿、鎖緊螺釘、鎖鉤、鎖鉤基座、壓環(huán)片簧、鎖鉤片簧、拔銷器、分離彈簧支架、分離彈簧、旋轉彈簧;所述壓環(huán)為開口環(huán),所述鎖緊螺釘穿過壓環(huán)開口的兩端頭的鎖緊孔鎖緊所述壓環(huán);所述壓環(huán)的內(nèi)環(huán)設置有壓塊;所述鎖鉤基座固定設置在所述下對接環(huán)上,鎖鉤鉸接在所述鎖鉤基座上,所述拔銷器的銷子穿過所述鎖鉤基座的銷孔抵接在所述鎖鉤一端以限制所述鎖鉤相對于所述鎖鉤基座旋轉運動;所述鎖鉤片簧一端與鎖鉤基座固定連接,另一端抵接在所述鎖鉤上;所述鎖緊杠桿一端與所述鎖緊螺釘鉸接,另一端鉤接在所述鎖鉤上;所述壓環(huán)片簧一端與所述鎖鉤基座固定連接,另一端抵接在所述壓環(huán)開口的一端頭;所述旋轉彈簧兩端分別與壓環(huán)和下對接環(huán)固定連接;所述分離彈簧一端通過分離彈簧支架與所述下對接環(huán)固定連接,另一端抵接在所述上對接環(huán)固定連接的被分離物體的底部;
壓緊鎖定時,所述上對接環(huán)和下對接環(huán)通過上對接環(huán)斜面法蘭和下對接環(huán)斜面法蘭的端面通過止口配合連接,擰緊鎖緊螺釘向所述壓環(huán)施加預緊力,設置在所述壓環(huán)內(nèi)的壓塊的斜面分別壓緊上對接環(huán)斜面法蘭和下對接環(huán)斜面法蘭的斜面,進而將上對接環(huán)和下對接環(huán)壓緊;解鎖時,拔銷器的銷子拔出,鎖鉤在鎖鉤片簧的推力作用下旋轉,鎖緊杠桿一端被釋放,鎖緊杠桿在鎖緊螺釘?shù)睦ψ饔孟罗D動,使得壓環(huán)開口的兩端頭均處于自由狀態(tài),預緊力消失,壓環(huán)在壓環(huán)片簧和旋轉彈簧的作用下轉動,所述上對接環(huán)處于自由狀態(tài),所述分離彈簧通過推動上對接環(huán)固定連接的被分離物體將上對接環(huán)推出,實現(xiàn)上對接環(huán)與下對接環(huán)的分離。
進一步的,所述上對接環(huán)的壓緊斜面設置有多個上對接環(huán)凸臺和上對接環(huán)缺口,所述壓塊的壓緊斜面設置有多個壓塊凸臺和壓塊缺口;壓緊鎖定時,上對接環(huán)凸臺與壓塊凸臺一一對應壓緊,解鎖時,壓環(huán)在壓環(huán)片簧和旋轉彈簧的作用下轉動,帶動壓塊旋轉,壓塊凸臺旋轉到上對接環(huán)缺口中間,上對接環(huán)處于自由狀態(tài)。
進一步的,所述壓環(huán)外環(huán)設置有定位凸臺,所述下對接環(huán)的外圓周設置有限位斜筋,解鎖時,壓環(huán)在壓環(huán)片簧和旋轉彈簧的作用下轉動,帶動壓塊旋轉,定位凸臺受到限位斜筋限位,壓環(huán)停止轉動時,壓塊凸臺旋轉到上對接環(huán)缺口中間,上對接環(huán)處于自由狀態(tài)。
進一步的,所述下對接環(huán)與運載火箭或者衛(wèi)星結構板剛性固定連接。
進一步的,所述拔銷器為火工品拔銷器或記憶合金拔銷器。
進一步的,所述下對接環(huán)設置有定位短柱,所述上對接環(huán)設置有與所述定位短柱配合的定位孔,壓緊鎖定時,所述定位短柱插入所述定位孔,防止所述上對接環(huán)和下對接環(huán)相對轉動。
進一步的,所述基于旋轉壓環(huán)解鎖的分離機構包括用于分離彈簧導向的分離導向筒和分離導向桿,所述分離導向筒同軸設置在所述分離彈簧內(nèi),所述分離導向桿同軸設置在所述分離導向筒內(nèi);解鎖時,分離導向桿從所述分離導向筒內(nèi)伸出,實現(xiàn)所述分離彈簧的導向。
進一步的,所述基于旋轉壓環(huán)解鎖的分離機構包括用于衛(wèi)星分離后上電激活的衛(wèi)星用分離開關和用于給出分離成功指示信號的測量用分離開關,所述衛(wèi)星用分離開關固定設置在所述上對接環(huán)上,所述測量用分離開關固定設置在所述下對接環(huán)上。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于:
(1)相對傳統(tǒng)包帶解鎖的分離機構采取爆炸螺栓或者火工切割器解鎖的方式,本發(fā)明的基于旋轉壓環(huán)解鎖的分離機構采用只需幾十牛力的拔銷器解鎖,解鎖沖擊大大降低;
(2)相對傳統(tǒng)包帶解鎖的包帶斷裂后向四周散開的方式,本發(fā)明的基于旋轉壓環(huán)解鎖的分離機構,包帶只需旋轉一定角度,解鎖運動空間大大降低,減少了空間使用的限制。
附圖說明:
圖1為本發(fā)明基于旋轉壓環(huán)解鎖的分離機構的整體結構示意圖;
圖2為本發(fā)明基于旋轉壓環(huán)解鎖的分離機構的整體剖切示意圖;
圖3為本發(fā)明基于旋轉壓環(huán)解鎖的分離機構的壓塊的凸臺和缺口示意圖;
圖4為本發(fā)明基于旋轉壓環(huán)解鎖的分離機構的上對接環(huán)的凸臺和缺口示意圖;
圖5為本發(fā)明基于旋轉壓環(huán)解鎖的分離機構的解鎖原理示意圖;
圖6為本發(fā)明基于旋轉壓環(huán)解鎖的分離機構的分離狀態(tài)整體結構示意圖。
具體實施方式
如圖1-6所示,一種基于旋轉壓環(huán)解鎖的分離機構,包括:上對接環(huán)1、下對接環(huán)2、壓環(huán)3、壓塊4、鎖緊杠桿5、鎖緊螺釘7、鎖鉤9、鎖鉤基座10、壓環(huán)片簧11、鎖鉤片簧12、拔銷器13、分離彈簧支架17、分離導向筒18、分離彈簧19、分離導向桿20、旋轉彈簧23;所述上對接環(huán)1一端面設置有上對接環(huán)斜面法蘭24,另一端面設置有法蘭,所述上對接環(huán)1通過法蘭與被分離物體剛性固定連接,所述上對接環(huán)1的壓緊斜面設置有多個上對接環(huán)凸臺30和上對接環(huán)缺口31;所述下對接環(huán)2一端面設置有下對接環(huán)斜面法蘭25,另一端面設置有法蘭,所述下對接環(huán)2通過法蘭與運載火箭或者衛(wèi)星結構板剛性固定連接,所述下對接環(huán)2的外圓周設置有限位斜筋27;所述壓環(huán)3為開口環(huán),所述壓環(huán)3開口的兩端頭的鎖緊孔內(nèi)設置有鎖緊螺套6,所述鎖緊螺釘7穿過所述鎖緊螺套6鎖緊所述壓環(huán)3;所述壓環(huán)3的內(nèi)環(huán)設置有壓塊4;所述壓塊4的壓緊斜面設置有多個壓塊凸臺28和壓塊缺口29;所述壓環(huán)3外環(huán)設置有定位凸臺26,所述上對接環(huán)1和下對接環(huán)2通過設置有壓塊4的壓環(huán)的收緊而緊壓在一起;所述鎖鉤基座10固定設置在所述下對接環(huán)2上,鎖鉤9通過軸螺釘8鉸接在所述鎖鉤基座10上,所述拔銷器13的銷子穿過所述鎖鉤基座10的銷孔抵接在所述鎖鉤9一端以限制所述鎖鉤9相對于所述鎖鉤基座10旋轉運動;所述鎖鉤片簧12一端與鎖鉤基座10固定連接,另一端抵接在所述鎖鉤9上;優(yōu)選的,所述鎖鉤片簧12可以根據(jù)需要安裝多片;所述鎖緊杠桿5一端通過軸螺釘8與所述鎖緊螺釘7鉸接,另一端鉤接在所述鎖鉤9上;所述壓環(huán)片簧11一端與所述鎖鉤基座10固定連接,另一端抵接在所述壓環(huán)3開口的一端頭;所述旋轉彈簧23一端與壓環(huán)3固定連接,另一端與插入到所述下對接環(huán)2法蘭孔的拉簧螺柱22固定連接;優(yōu)選的,所述旋轉彈簧23為多個;所述分離彈簧19一端通過分離彈簧支架17與所述下對接環(huán)2固定連接,另一端抵接在所述上對接環(huán)1固定連接的被分離物體的底部;所述分離導向筒18同軸設置在所述分離彈簧19內(nèi),所述分離導向桿20同軸設置在所述分離導向筒18內(nèi),所述分離導向桿頂端設置有分離頂蓋21,所述的分離導向筒18和分離導向桿20用于保證分離推力的方向,一個分離彈簧的分離方式有利于保證被分離物體分離后的姿態(tài)穩(wěn)定。
優(yōu)選的,所述壓塊4與上對接環(huán)1和下對接環(huán)2的壓緊斜面傾角α為30°,所述傾角越小越有利于壓緊,但出現(xiàn)自鎖的風險也越大。優(yōu)選的,在壓塊的壓緊斜面上涂覆潤滑膜以減小摩擦系數(shù),降低出現(xiàn)自鎖的風險,同時降低壓環(huán)旋轉的摩擦力。
優(yōu)選的,所述拔銷器13為火工品拔銷器或記憶合金拔銷器,其拔銷力只需要幾十牛
優(yōu)選的,所述上對接環(huán)1與下對接環(huán)2有一個圓形臺階的配合,以用于承受橫向的剪切力;所述下對接環(huán)2設置有定位短柱32,所述上對接環(huán)1設置有與所述定位短柱32配合的定位孔33,壓緊鎖定時,所述定位短柱32插入所述定位孔33,防止所述上對接環(huán)1和下對接環(huán)2相對轉動。
優(yōu)選的,所述分離機構包括用于衛(wèi)星分離后上電激活的衛(wèi)星用分離開關15和用于給出分離成功指示信號的測量用分離開關16,所述衛(wèi)星用分離開關15通過螺栓直接固定在所述上對接環(huán)1上,所述測量用分離開關16通過分離開關安裝塊14固定設置在所述下對接環(huán)2上。
優(yōu)選的,所述鎖鉤9有兩個耳片34,以用于防止鎖緊杠桿5繞鎖緊螺套6的軸向旋轉。
優(yōu)選的,所述的分離彈簧支架17與下對接環(huán)2、分離導向筒18與分離彈簧支架17之間均采用圓形臺階同軸配合,以保證分離頂蓋21推力作用于被分離物體的中心。
本發(fā)明所述基于旋轉壓環(huán)解鎖的分離機構的壓緊鎖定和解鎖流程包括如下步驟:
壓緊鎖定:在地面總裝和發(fā)射階段,將所述上對接環(huán)1和下對接環(huán)2通過上對接環(huán)斜面法蘭24和下對接環(huán)斜面法蘭25的端面通過止口配合連接,所述定位短柱32插入所述定位孔33,防止所述上對接環(huán)1和下對接環(huán)2相對轉動,所述上對接環(huán)1與下對接環(huán)2通過圓形臺階配合,以用于承受橫向的剪切力;鎖緊杠桿5將壓環(huán)3開口的一端頭壓住,鎖緊螺釘7將壓環(huán)3開口的另一端頭壓住,擰緊鎖緊螺釘7向所述壓環(huán)3施加預緊力,鎖緊杠桿5的一端被鎖緊螺套6拉緊,另外一端被鎖鉤9鉤住,所述鎖鉤9是安裝在鎖鉤基座10的上的一個可轉動部件,鎖鉤9的一端有一個凹槽,當拔銷器13的銷子插入鎖鉤9的凹槽時,限制了鎖鉤9的轉動,分離機構處于鎖定狀態(tài),設置在所述壓環(huán)3內(nèi)的壓塊4的斜面分別壓緊上對接環(huán)斜面法蘭24和下對接環(huán)斜面法蘭25的斜面,進而將上對接環(huán)1和下對接環(huán)2壓緊;上對接環(huán)凸臺30與壓塊凸臺28一一對應壓緊,保證衛(wèi)星與運載之間具有足夠的連接剛度,完成了壓緊鎖定;
解鎖時,拔銷器13的銷子拔出,鎖鉤9在鎖鉤片簧12的推力作用下旋轉,鎖緊杠桿5一端被釋放,鎖緊杠桿5在鎖緊螺釘7的拉力作用下轉動,使得壓環(huán)3開口的兩端頭均處于自由狀態(tài),預緊力消失,然后壓環(huán)3在壓環(huán)片簧11和旋轉彈簧23的作用下轉動,壓環(huán)3在壓環(huán)片簧11和旋轉彈簧23的作用下轉動,帶動壓塊4旋轉,壓環(huán)3轉動一定角度后,定位凸臺26受到限位斜筋27限位,壓環(huán)3停止轉動,此時,壓塊凸臺28旋轉到上對接環(huán)缺口31中間,上對接環(huán)1處于自由狀態(tài),受壓的分離彈簧19彈出,同時,分離導向桿20從所述分離導向筒18內(nèi)伸出,對所述分離彈簧19導向,所述分離彈簧19通過推動上對接環(huán)1固定連接的被分離物體將上對接環(huán)1推出,實現(xiàn)上對接環(huán)1與下對接環(huán)2的分離。
本發(fā)明說明書中未詳細描述的內(nèi)容屬于本領域專業(yè)技術人員的公知技術。