CN105253332B - 一种基于记忆合金驱动的大承载低冲击连接分离装置 - Google Patents
一种基于记忆合金驱动的大承载低冲击连接分离装置 Download PDFInfo
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Abstract
一种基于记忆合金驱动的大承载低冲击连接分离装置，包括：记忆合金驱动组件(1)、解锁传动组件(2)、连接与分离组件(3)和缓冲捕获组件(4)；记忆合金驱动组件(1)通电后克服拉簧(6)的拉力，驱动触发轴(10)旋转，解除对一级摆臂(9)的限位，一级摆臂(9)旋转解除对二级摆臂(8)的限位，二级摆臂(8)旋转解除对主传力螺母(17)的限位，主传力螺母(17)转动使得承力杆(22)沿导向座(23)中心孔直线运动，实现解锁分离。本发明能够实现星箭间、星与载荷间牢固连接和解锁分离，具有大承载、低冲击、高可靠、可重复使用的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种连接分离装置，特别涉及一种基于记忆合金驱动的连接分离装置。
背景技术
在航天任务中，实现航天器本体与部件间、舱段间、航天器与运载火箭间以及航天器之间的连接和分离功能的机构称为连接分离装置，是星箭分离系统以及各种有效载荷分离系统中的关键部件。目前，航天领域应用的连接与分离装置大多基于火工动作原理，即通过爆炸冲击力切割、冲断或推出连接件以实现分离。但此类装置具有分离冲击强烈、附加污染明显和不可重复使用等不可克服的缺点。
目前以记忆合金作为驱动源的分离装置，如分瓣螺母式的分离螺母装置，其结构机构特点决定了其承载能力较低。以石蜡、电磁作为驱动源的分离装置，由于驱动源自身驱动能力有限，分离装置的承载能力同样较低，且对工作环境温度敏感，锁紧的可靠性不高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：与现有技术相比，本发明提供了一种基于记忆合金驱动的大承载低冲击连接分离装置，能够实现星箭间、星与载荷间牢固连接和解锁分离，具有大承载、低冲击、高可靠、可重复使用的特点。
本发明所采用的技术方案是：一种基于记忆合金驱动的大承载低冲击连接分离装置，包括：记忆合金驱动组件、解锁传动组件和连接与分离组件；记忆合金驱动组件中的记忆合金丝对折后形成的前端丝环与触发轴勾连，记忆合金丝通电收缩带动触发轴转动；解锁传动组件包括触发轴、传动壳体、一级摆臂、二级摆臂、拉簧；传动壳体底部沿周向分布有一级摆臂及二级摆臂的安装孔，触发轴安装在传动壳体的中心转轴处，并绕转轴转动，一级摆臂一端突出的转轴安装在一级摆臂的安装孔内，另一端由位于触发轴边缘的限位销进行限位；二级摆臂一端搭接在位于一级摆臂转轴上的限位面上，另一端突出的转轴插入二级摆臂的安装孔内；拉簧一端与传动壳体侧壁相连，另一端与触发轴相连；连接与分离组件包括主传力螺母、承力杆、螺母壳体、滚动轴承、推力轴承、导向座、分离弹簧、螺母和弹簧挡圈；螺母壳体一端与传动壳体连接，另一端固定在第一被连接件上；主传力螺母安装在螺母壳体内，传动壳体底部下端面中心处的凸台插入主传力螺母上端面中心凹槽内，滚动轴承安装在凸台和凹槽之间；主传力螺母下端面与螺母壳体之间安装推力轴承；二级摆臂的转轴底部通过限位销与主传力螺母连接；导向座安装于第二被连接件上；承力杆一端与主传力螺母下端面中心处的螺纹孔相连，另一端穿过第一被连接件和第二被连接件以及导向座的中心孔，并通过螺母锁紧，螺母安装在导向座及弹簧挡圈之间；分离弹簧套在螺母外侧，一端与导向座连接，另一端与弹簧挡圈连接。
所述连接分离装置还包括缓冲捕获组件；缓冲捕获组件包括缓冲垫和捕获帽；捕获帽为壳体结构，缓冲垫安装在捕获帽的内侧底部，捕获帽套在螺母及弹簧挡圈外侧，固定安装在第二被连接件上。
所述记忆合金驱动组件还包括压接端子、导线、端子安装座和转向环；记忆合金丝对折后尾端通过压接端子与导线连接，端子安装座将压接端子固定于传动壳体上；转向环沿传动壳体周向分布，记忆合金丝嵌入转向环侧边的定位槽内，使记忆合金丝张紧。
所述承力杆与主传力螺母之间的螺纹为非自锁梯形螺纹。
所述承力杆与导向座接触段为六方柱状结构，使得承力杆能够沿导向座的轴向运动。
所述二级摆臂转轴处与传动壳体上盖之间、一级摆臂转轴处与传动壳体底部之间安装有扭簧。
所述导向座与螺母之间安装球垫，球垫位于导向座的球窝内。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明的连接分离装置具有大承载、低冲击的特点；采用记忆合金作为解锁驱动装置驱动源，从源头降低解锁触发冲击，同时通过两级杠杆式摆臂设计，使预紧载荷逐级减小，实现小触发驱动力对大预紧力的解锁，使得本发明的承载力可达120KN以上，同时减小了记忆合金所需提供的驱动力，并通过在传动机构碰撞部件间设置缓冲垫，有效降低传动过程冲击，本发明在解锁分离时冲击在4000Hz频域内小于600g。
(2)本发明的连接分离装置中采用的记忆合金具有双相记忆功能，与现有的火工品连接分离装置相比，本发明的记忆合金丝驱动源可实现多次重复使用，同时降低了成本。
(3)本发明的连接分离装置中承力杆与导向座接触段的六方柱状结构设计，使得承力杆能够沿导向座的轴向运动，球垫避免预紧力加载时承力杆受到偏载作用，同时结合分离弹簧的冗余驱动，保证可靠分离，使得本发明的连接分离装置具有高度的可靠性。
(4)本发明的连接分离装置中主传力螺母与承力杆间采用多线程、大升角的梯形螺纹配合，提高承力杆脱出速度，缩短连接分离装置的解锁分离响应时间。
附图说明
图1为本发明连接分离装置的结构组成图；
图2为本发明的记忆合金驱动组件与解锁传动组件俯视结构图；
图3为本发明的记忆合金驱动组件与解锁传动组件正视剖视图；
图4为本发明的连接与分离组件与缓冲捕获组件的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供了一种基于记忆合金驱动的大承载低冲击连接分离装置，包括：记忆合金驱动组件1、解锁传动组件2、连接与分离组件3和缓冲捕获组件4。
如图2所示，记忆合金驱动组件1包括记忆合金丝14、压接端子12、导线11、端子安装座13和转向环7；记忆合金丝14对折后形成的前端丝环与触发轴10勾连，尾端通过压接端子12与导线11连接，端子安装座13将压接端子12固定于传动壳体5上；转向环7沿传动壳体5周向分布，记忆合金丝14嵌入转向环7侧边的定位槽内，使记忆合金丝14张紧，导线11通电使得记忆合金丝14收缩带动触发轴10转动。转向环7一方面实现记忆合金丝的换向，一方面增大记忆合金的布局长度，使驱动组件可以输出足够的回复位移。转向环7的材料为非金属绝缘材料。端子安装座13用于实现压接端子12的固定与记忆合金丝14的绝缘。
如图2、图3所示，解锁传动组件2包括触发轴10、传动壳体5、一级摆臂9、二级摆臂8、拉簧6、扭簧15；传动壳体5底部沿周向分布有一级摆臂9及二级摆臂8的安装孔，触发轴10安装在传动壳体5的中心转轴处，并绕转轴转动，一级摆臂9一端突出的转轴安装在一级摆臂9的安装孔内，另一端由位于触发轴10边缘的限位销进行限位；二级摆臂8一端搭接在位于一级摆臂9转轴上的限位面上，另一端突出的转轴插入二级摆臂8的安装孔内；拉簧6一端与传动壳体5侧壁相连，另一端与触发轴10相连；二级摆臂8转轴处与传动壳体5上盖之间、一级摆臂9转轴处与传动壳体5底部之间安装有扭簧15。触发轴10、一级摆臂9和二级摆臂8均可绕传动壳体5提供的转轴转动。转动副为滑动摩擦副，相对运动部件间的配合表面涂覆二硫化钼润滑涂层，以减小摩擦阻力，提高转动速度。一级摆臂9和二级摆臂8的扭簧15作为摆臂的旋转驱动元件，为摆臂的旋转提供驱动力；拉簧6对触发轴10的驱动力矩与记忆合金丝14对触发轴10的驱动力矩方向相反。
如图4所示，连接与分离组件3包括主传力螺母17、承力杆22、螺母壳体19、滚动轴承16、推力轴承18、导向座23、分离弹簧24、球垫25、螺母26和弹簧挡圈27；螺母壳体19一端与传动壳体5连接，另一端固定在第一被连接件20上；主传力螺母17安装在螺母壳体19内，传动壳体5底部下端面中心处的凸台与主传力螺母17上端面中心凹槽之间通过滚动轴承16进行径向定位，主传力螺母17下端面与螺母壳体19之间安装推力轴承18，实现轴向定位；二级摆臂8的转轴底部通过限位销与主传力螺母17连接，实现对主传力螺母17的限位；导向座23安装于第二被连接件21上；承力杆22一端与主传力螺母17下端面中心处的螺纹孔相连，承力杆22与主传力螺母17之间的螺纹为非自锁梯形螺纹，实现承力杆22自动脱出；承力杆22另一端穿过第一被连接件20和第二被连接件21以及导向座23的中心孔，通过螺母26锁紧，螺母26安装在导向座23及弹簧挡圈27之间，分离弹簧24套在螺母26外侧，一端与导向座23连接，另一端与弹簧挡圈27连接。承力杆22与导向座23接触段为六方柱状结构，使得承力杆22能够沿导向座23的轴向运动。导向座23在螺母26加载时，对承力杆22起到防止旋转的作用。导向座23与螺母26之间安装球垫25，球垫25位于导向座23的球窝内。螺母26通过自锁细牙螺纹与承力杆22一端旋合，并压于球垫25的可调姿平面上。通过调节螺母26的拧紧力矩，调节承力杆22的预紧力，从而使连接分离装置对第一被连接件20和第二被连接件21提供的预紧载荷达到既定使用要求。滚动轴承16为深沟球轴承，与推力轴承18共同实现主传力螺母17的径向定位与轴向定位，并降低转动过程中的摩擦阻力。球垫25可避免预紧力加载时承力杆22受到偏载作用。分离弹簧24为承力杆22脱出的冗余驱动，保证可靠分离。弹簧挡圈27实现分离弹簧24预紧力的调节。
缓冲捕获组件4包括缓冲垫29和捕获帽28；捕获帽28为壳体结构，缓冲垫29安装在捕获帽28的内侧底部，捕获帽28套在螺母26及弹簧挡圈27外侧，固定安装在第二被连接件21上。缓冲垫29由蜂窝芯子构成，粘接于捕获帽28内。
记忆合金丝14和导线11通过压接端子12连接，构成供电回路。对导线11两端通电，记忆合金丝14自身升温，当记忆合金丝14达到相变温度后产生回复收缩，记忆合金驱动组件1对解锁传动组件2输出驱动力和位移。
锁紧状态下，承力杆22一端与主传力螺母17通过非自锁梯形螺纹配合，另一端与螺母26通过细牙自锁螺纹配合。螺母26实现承力杆22的预紧力加载，使得承力杆22对第一被连接件20和第二连接件21产生预紧力，但由于二级摆臂8转轴底部的限位销对连接与分离组件3中主传力螺母17进行限位，限定了主传力螺母17的转动趋势，同时二级摆臂8通过一级摆臂9进行限位，一级摆臂9又通过触发轴10进行限位。拉簧6拉紧触发轴10，实现触发轴10锁紧状态的可靠保持。锁紧状态下，连接分离装置可承受轴向大于120KN的拉拔载荷。
解锁时，记忆合金驱动组件1通电后输出驱动力和位移，克服拉簧6的拉力，驱动触发轴10旋转，当触发轴10旋转至一定角度后，解除对一级摆臂9的限位，一级摆臂9在二级摆臂8的预紧载荷与扭簧15的共同驱动下旋转，转至一定角度后解除对二级摆臂8的限位，二级摆臂8在主传力螺母17预紧载荷和扭簧15的驱动下旋转，转至一定角度后解除对主传力螺母17的限位。主传力螺母17的转动势能释放并转变为承力杆22的直线运动动能，承力杆22沿导向座23中心孔直线运动，在分离弹簧24的辅助作用下，承力杆22最终脱离第一被连接件20和第二被连接件21的连接界面，实现解锁分离。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。
Claims (7)
1.一种基于记忆合金驱动的大承载低冲击连接分离装置，包括：记忆合金驱动组件(1)、解锁传动组件(2)和连接与分离组件(3)；其特征在于，记忆合金驱动组件(1)中的记忆合金丝(14)对折后形成的前端丝环与触发轴(10)勾连，记忆合金丝(14)通电收缩带动触发轴(10)转动；解锁传动组件(2)包括触发轴(10)、传动壳体(5)、一级摆臂(9)、二级摆臂(8)、拉簧(6)；传动壳体(5)底部沿周向分布有一级摆臂(9)及二级摆臂(8)的安装孔，触发轴(10)安装在传动壳体(5)的中心转轴处，并绕转轴转动，一级摆臂(9)一端突出的转轴安装在一级摆臂(9)的安装孔内，另一端由位于触发轴(10)边缘的限位销进行限位；二级摆臂(8)一端搭接在位于一级摆臂(9)转轴上的限位面上，另一端突出的转轴插入二级摆臂(8)的安装孔内；拉簧(6)一端与传动壳体(5)侧壁相连，另一端与触发轴(10)相连；连接与分离组件(3)包括主传力螺母(17)、承力杆(22)、螺母壳体(19)、滚动轴承(16)、推力轴承(18)、导向座(23)、分离弹簧(24)、螺母(26)和弹簧挡圈(27)；螺母壳体(19)一端与传动壳体(5)连接，另一端固定在第一被连接件(20)上；主传力螺母(17)安装在螺母壳体(19)内，传动壳体(5)底部下端面中心处的凸台插入主传力螺母(17)上端面中心凹槽内，滚动轴承(16)安装在凸台和凹槽之间；主传力螺母(17)下端面与螺母壳体(19)之间安装推力轴承(18)；二级摆臂(8)的转轴底部通过限位销与主传力螺母(17)连接；导向座(23)安装于第二被连接件(21)上；承力杆(22)一端与主传力螺母(17)下端面中心处的螺纹孔相连，另一端穿过第一被连接件(20)和第二被连接件(21)以及导向座(23)的中心孔，并通过螺母(26)锁紧，螺母(26)安装在导向座(23)及弹簧挡圈(27)之间；分离弹簧(24)套在螺母(26)外侧，一端与导向座(23)连接，另一端与弹簧挡圈(27)连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于记忆合金驱动的大承载低冲击连接分离装置，其特征在于：所述连接分离装置还包括缓冲捕获组件(4)；缓冲捕获组件(4)包括缓冲垫(29)和捕获帽(28)；捕获帽(28)为壳体结构，缓冲垫(29)安装在捕获帽(28)的内侧底部，捕获帽(28)套在螺母(26)及弹簧挡圈(27)外侧，固定安装在第二被连接件(21)上。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于记忆合金驱动的大承载低冲击连接分离装置，其特征在于：所述记忆合金驱动组件(1)还包括压接端子(12)、导线(11)、端子安装座(13)和转向环(7)；记忆合金丝(14)对折后尾端通过压接端子(12)与导线(11)连接，端子安装座(13)将压接端子(12)固定于传动壳体(5)上；转向环(7)沿传动壳体(5)周向分布，记忆合金丝(14)嵌入转向环(7)侧边的定位槽内，使记忆合金丝(14)张紧。
4.根据权利要求3所述的一种基于记忆合金驱动的大承载低冲击连接分离装置，其特征在于：所述承力杆(22)与主传力螺母(17)之间的螺纹为非自锁梯形螺纹。
5.根据权利要求3所述的一种基于记忆合金驱动的大承载低冲击连接分离装置，其特征在于：所述承力杆(22)与导向座(23)接触段为六方柱状结构，使得承力杆(22)能够沿导向座(23)的轴向运动。
6.根据权利要求1或2所述的一种基于记忆合金驱动的大承载低冲击连接分离装置，其特征在于：所述二级摆臂(8)转轴处与传动壳体(5)上盖之间、一级摆臂(9)转轴处与传动壳体(5)底部之间安装有扭簧(15)。
7.根据权利要求1或2所述的一种基于记忆合金驱动的大承载低冲击连接分离装置，其特征在于：所述导向座(23)与螺母(26)之间安装球垫(25)，球垫(25)位于导向座(23)的球窝内。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhang Yuliang Inventor after: Hu Xiaonan Inventor after: Tian Yun Inventor after: Yue Honghao Inventor after: Wu Jun Inventor after: Liu Jianze Inventor after: Yao Qi Inventor before: Hu Xiaonan Inventor before: Tian Yun Inventor before: Zhang Yuliang Inventor before: Yue Honghao Inventor before: Wu Jun Inventor before: Liu Jianze Inventor before: Yao Qi |