CN106379563B

CN106379563B - 一种基于锁钩机构联动的非火工分离装置

Info

Publication number: CN106379563B
Application number: CN201610909284.5A
Authority: CN
Inventors: 吴晗玲; 胡振兴; 张志峰; 于兵; 陈岱松; 宋乾强; 张希; 石玉红; 曲展龙; 唐科; 宋保永; 赫志亮
Original assignee: China Academy of Launch Vehicle Technology CALT; Beijing Institute of Astronautical Systems Engineering
Current assignee: China Academy of Launch Vehicle Technology CALT; Beijing Institute of Astronautical Systems Engineering
Priority date: 2016-10-18
Filing date: 2016-10-18
Publication date: 2018-11-23
Anticipated expiration: 2036-10-18
Also published as: CN106379563A

Abstract

一种基于锁钩机构联动的非火工分离装置，包括上结构件(1)等；上结构件(1)、下结构件(2)对接形成空腔，锁钩机构安装在空腔内，通过锁钩机构连接上结构件(1)和下结构件(2)；释放带(5)、电机驱动组件(3)均安装在下结构件(2)内侧，释放组件(4)安装在释放带(5)内侧，通过释放带(5)与锁钩机构连接，电机驱动组件(3)驱动释放组件(4)带动释放带(5)，释放带(5)带动锁钩机构实现上结构件(1)、下结构件(2)的连接与分离。本发明实现了结构间的可靠连接与分离，具有冲击低、用前可检可测和安全性高等优点。

Description

一种基于锁钩机构联动的非火工分离装置

技术领域

本发明属于分离结构领域，涉及一种非火工分离装置。

背景技术

航天器结构级间或有效载荷分离装置主要有线式、点式和组合式分离三种。典型的线式分离装置有柔性导爆索分离装置、聚能切割索分离装置、膨胀管分离装置和气囊分离装置等。典型的点式分离装置有爆炸螺栓、爆炸螺母、分离螺母等。组合式分离装置主要是指包带分离装置。然而已有的分离装置均是采用火工装置作为动作能源，由此带来的缺点是冲击大，使用前不可检不可测，同时还存在一定的安全性问题。

现有的线式分离装置均采用炸药索(柔性导爆索、聚能切割索等)作为分离动力源，依靠炸药索的爆炸冲击或金属射流作用使得结构件从预定部位断裂进而实现解锁分离。这种线性分离装置存在如下问题：一方面，火工品工作造成分离冲击很大，对箭(弹)上冲击敏感仪器设备造成损害；另一方面，火工品工作后会产生污染，对箭(弹)上光学设备造成损害；第三方面，火工品的自身特点是一次性工作，不能重复使用，无法在使用前对功能进行检测，不利于提高可靠性；第四方面，火工品自身还存在安全性问题。。

现有的包带式分离装置主要由2条或2条以上包带、多个V形卡块、柱轴和分离火工元件等零件组成。柱轴安装在钢带两端，钢带内侧安装有V形卡块。当运载火箭与卫星对接后，把钢带围在对接面外缘，V形卡块卡住上下对接面的凸缘，用分离火工元件(爆炸螺栓或切割器)把多条包带连接起来，通过加力装置拉紧包带完成连接。分离时，分离火工元件工作，使包带之间的连接瞬间断开，包带预紧力松弛，对接框能量迅速释放，对V形卡块产生径向冲击，V形卡块迅速脱离对接框，在分离弹簧作用下，卫星被推离运载火箭，从而实现星箭分离。这种包带分离装置存在如下问题：一方面，由于分离火工元件的工作均是在几百微妙内的瞬间实现材料断裂，所以包带的预紧力及对接框的应变能也在瞬间释放，导致分离冲击过大；另一方面，由于爆炸螺栓或切割器等分离火工元件工作一次后不能重复使用，包带的解锁分离不能在地面预先检测，不利于提高星箭的可靠性；第三方面，火工品自身还存在安全性问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于锁钩机构联动的非火工分离装置，针对现有的线式分离装置和包带分离装置存在的问题，实现了可靠连接与分离，具有冲击低、用前可检可测和安全性高等优点，特别是实现了以电机作为驱动动力源，使得用前可在地面进行多次重复测试，可以满足航天器结构分离要求的级间乃至星箭分离方式。

本发明所采用的技术方案是：一种基于锁钩机构联动的非火工分离装置，包括上结构件、下结构件、电机驱动组件、释放组件、释放带、锁钩机构；上结构件、下结构件均为壳体，侧截面为“U”形，对接形成空腔；锁钩机构安装在空腔内，通过锁钩机构连接上结构件和下结构件；释放带、电机驱动组件均安装在下结构件内侧，释放组件安装在释放带内侧，通过释放带与锁钩机构连接，电机驱动组件驱动释放组件带动释放带，释放带带动锁钩机构实现上结构件、下结构件的连接与分离。

所述锁钩机构包括n组锁钩组件，上结构件、下结构件通过n组锁钩组件实现连接与分离；每组锁钩组件包括锁钩、接触齿、弹性销、转接轴、限位销、连杆、转接件、下销轴、上销轴；连杆位于下结构件内，一端通过下销轴安装在下结构件U形槽上沿，另一端通过转接件穿过下结构件侧壁的长圆孔与释放带连接；上销轴安装在上结构件U形槽下沿；锁钩一端通过转接轴连接连杆中部，另一端为钩形结构，勾在上销轴上；接触齿安装在钩形结构内侧，通过弧面与上销轴接触；弹性销安装在锁钩中部安装孔内，相邻的另一组锁钩组件的连杆中部的凸缘位于弹性销与限位销之间；限位销安装在锁钩与连杆连接的一端，通过与相邻的另一组锁钩组件的连杆中部的凸缘接触限制连杆的转动；其中，n为正整数。

所述释放组件包括释放座、预紧力座、滚轮、滚轮轴；释放座安装在释放带内侧；预紧力座一端通过滚轮轴安装滚轮；预紧力座两侧的滑槽与释放座的滑轨配合实现滑动。

所述释放组件还包括调节螺母、预紧调节螺母；调节螺母位于释放座两滑轨之间，通过预紧调节螺母安装在预紧力座另一端端部，通过旋转预紧调节螺母，调节释放座、预紧力座之间的距离。

所述电机驱动组件包括电机安装座、电机、主动齿轮、丝杠、螺母、滑块、导轨、锁紧螺栓、传动齿轮、输出齿轮；电机安装座安装在下结构件内侧；电机安装在电机安装座内，输出轴安装主动齿轮；主动齿轮通过传动齿轮和输出齿轮将电机的转动传递到丝杠上；主动齿轮、传动齿轮、输出齿轮、丝杠安装在电机安装座上；螺母套在丝杠上，滑块安装螺母上；导轨穿过滑块的安装孔，两端分别固定在电机安装座上，滑块通过斜面与释放组件的滚轮接触；锁紧螺栓安装在电机安装座上，通过上下移动推动滑块。

所述上结构件为直线形或环形。

所述下结构件为直线形或环形。

所述接触齿为块状，一侧侧面为弧形，接触齿材料为合金钢、钛合金或不锈钢。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明使用电机组件代替火工品作为装置分离动力源，一方面避免了由火工品工作产生的爆炸冲击，能够大大改善分离冲击降环境，提高航天器结构内精密结构或仪器设备的工作可靠性和工作寿命；另一方面避免了火工品不可检测的弊端，使分离装置的功能在地面可检可测，提高装置的可靠性；第三避免了火工品自身的安全性问题，提高了装置的安全性。

(2)本发明通过电机驱动组件、释放组件和锁钩组件的机械运动来实现解锁分离功能，相对与火工品分离装置瞬间工作，分离时间很短导致分离冲击较大的问题。通过机械运动来增加解锁分离时间，通过延长预紧力释放的时间降低分离冲击。

(3)本发明在连接锁紧状态下，可通过转动释放组件中的预紧力调节螺母增加或减小作用在滚轮与滑块之间的接触力，从而实现两个被链接结构之间预紧力的调节。

附图说明

图1为本发明处于解锁状态示意图。

图2为本发明处于连接状态时电机驱动组件和释放组件示意图；

图3为本发明处于连接状态时相邻两锁钩组件示意图；

图4为本发明处于连接状态时锁钩组件与释放带的连接关系示意图；

图5为本发明处于连接状态时多个锁钩组件与释放带的连接关系仰视图；

图6为本发明处于连接状态时多个锁钩组件与释放带的连接关系正视图；

图7为本发明处于解锁状态时电机驱动组件和释放组件剖视图；

图8为本发明处于解锁状态时电机驱动组件和释放组件轴侧图；

图9为本发明处于解锁状态时多个锁钩组件与释放带的连接关系局部示意图；

图10为本发明处于解锁状态时多个锁钩组件与释放带的连接关系示意图。

具体实施方式

如图1、图2、图4、图7、图8所示，一种基于锁钩机构联动的非火工分离装置，包括上结构件1、下结构件2、电机驱动组件3、释放组件4、释放带5、锁钩机构；上结构件1、下结构件2均为环形壳体，侧截面为U形，对接形成环形空腔；锁钩机构安装在环形空腔内，通过锁钩机构连接上结构件1和下结构件2；释放带5为长条形，释放带5、电机驱动组件3、均安装在下结构件2内侧，释放组件4安装在释放带5内侧，通过释放带5与锁钩机构连接，电机驱动组件3驱动释放组件4带动释放带5，释放带5带动锁钩机构实现上结构件1、下结构件2的连接与分离。

锁钩机构包括n组锁钩组件，上结构件1、下结构件2通过n组锁钩组件实现连接与分离；n为正整数。每组锁钩组件包括锁钩101、接触齿102、弹性销103、转接轴104、限位销105、连杆106、转接件107、下销轴108、上销轴109；连杆106位于下结构件2内，一端通过下销轴108安装在下结构件2“U”形槽上沿，另一端通过转接件107穿过下结构件2侧壁的长圆孔与释放带5连接；上销轴109安装在上结构件1“U”形槽下沿；锁钩101一端通过转接轴104连接连杆106中部，另一端为钩形结构，勾在上销轴109上；接触齿102安装在钩形结构内侧，为块状，通过弧面与上销轴109接触；弹性销103安装在锁钩101中部安装孔内，相邻的另一组锁钩组件的连杆106中部的凸缘位于弹性销103与限位销105之间；限位销105安装在锁钩101与连杆106连接的一端，通过与相邻的另一组锁钩组件的连杆106中部的凸缘接触限制连杆106的转动；其中，n为正整数。接触齿102材料为为高硬度材料，如合金钢、钛合金、不锈钢等。

释放组件4包括释放座401、预紧力座402、滚轮404、滚轮轴405；释放座401安装在释放带5内侧；预紧力座402一端通过滚轮轴405安装滚轮404；预紧力座402两侧的滑槽与释放座401的滑轨配合实现滑动。释放组件4还包括调节螺母406、预紧调节螺母403；调节螺母406位于释放座401两滑轨之间，通过预紧调节螺母403安装在预紧力座402另一端端部，通过旋转预紧调节螺母403，调节释放座401、预紧力座402之间的距离。

电机驱动组件3包括电机安装座301、电机302、主动齿轮303、丝杠304、螺母305、滑块306、导轨307、锁紧螺栓308、传动齿轮309、输出齿轮310；电机安装座301安装在下结构件2内侧；电机302安装在电机安装座301内，输出轴安装主动齿轮303；主动齿轮303通过传动齿轮309和输出齿轮310将电机302的转动传递到丝杠304上；主动齿轮303、传动齿轮309、输出齿轮310、丝杠304安装在电机安装座301上；螺母305套在丝杠304上，滑块306安装螺母305上；导轨307穿过滑块306的安装孔，两端分别固定在电机安装座301上，滑块304通过斜面与释放组件4的滚轮404接触；锁紧螺栓308安装在电机安装座301上，通过上下移动推动滑块306。

工作原理如下：

如图3、图5、图6所示，当本发明上结构件1、下结构件2需要连接时，手动转动锁紧螺栓308，锁紧螺栓308在电机安装座301的螺纹孔中向下运动推动滑块306沿导轨307向下移动，滑块306通过自身斜面推动滚轮404带动滚轮轴405、预紧力座402、预紧调节螺母403、调节螺母406和释放座401一起运动，释放座401带动释放带5运动。释放带5通过转接件107带动所有连杆106同时绕下销轴108由图9中的位置同时摆动到图3中的位置。过程中，锁钩101在转接轴104带动下以及在相邻锁钩101上弹性销103对锁钩101中部凸缘作用下绕转接轴104摆动，使锁钩101的接触齿102与上销轴109产生连接关系。

当本发明上结构件1、下结构件2处于连接状态时，加载在上结构件1和下结构件2上的轴向力可通过上销轴109、接触齿102、锁钩101、转接轴104、连杆106和下销轴108互相接触传递，此时锁钩组件处于自锁稳定状态，且每一个连杆106通过中部的凸缘作用在相邻的锁钩101的弹性销103上，使弹性销203处于压缩状态，使上结构件1和下结构件2的连接更加稳定。此时转动释放组件4上的预紧调节螺母403，调节螺母406和预紧力座402之间的距离，调节作用在释放带5上的作用力，从而进一步调节作用在锁钩组件内部零件之间的作用力，以适应对连接力的不同需求。

如图7、图8、图9、图10所示，当本发明上结构件1、下结构件2需要解锁时，电机302工作，带动主动齿轮303转动，通过传动齿轮309和输出齿轮310带动丝杠304转动，使螺母305带动滑块306沿导轨307向上运动，则滚轮404离开滑块306斜面上的凹陷并沿斜面下降，从而带动滚轮轴405、预紧力座402、预紧调节螺母403、调节螺母406和释放座401一起运动，释放座401带动释放带5运动。释放带5通过转接件107带动连杆106绕下销轴108摆动，由图3中的位置同时摆动到图9中的位置。过程中，连杆106会在相邻弹性销103的作用下摆动，同时连杆106中部的凸缘作用相邻的限位销205，使n组锁钩组件产生联动。所有锁钩101的运动解除了接触齿102与上销轴109的连接，并摆动到图9中的解锁位置，实现上结构件1和下结构件2解锁。

本发明的基于锁钩机构联动的非火工分离装置的拓展运用。本发明的基于锁钩机构联动的非火工分离装置不仅可以运用于上下结构件为直线结构形式，也可运用与环形结构形式。上下结构件为环形结构形式时，锁钩组件依次排列，顺序耦合成为一个闭合机构，此时释放带也为环形带，电机释放装置只作用连接在环形带上的预紧调节机构即可实现对所有锁钩组件的连接和释放。当上下结构件的直径改变时，可改变锁钩组件的个数及释放带的直径即可适应不同直径的上下结构件的连接和释放。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。

Claims

1.一种基于锁钩机构联动的非火工分离装置，其特征在于：包括上结构件(1)、下结构件(2)、电机驱动组件(3)、释放组件(4)、释放带(5)、锁钩机构；上结构件(1)、下结构件(2)均为壳体，侧截面为“U”形，对接形成空腔；锁钩机构安装在空腔内，通过锁钩机构连接上结构件(1)和下结构件(2)；释放带(5)、电机驱动组件(3)均安装在下结构件(2)内侧，释放组件(4)安装在释放带(5)内侧，通过释放带(5)与锁钩机构连接，电机驱动组件(3)驱动释放组件(4)带动释放带(5)，释放带(5)带动锁钩机构实现上结构件(1)、下结构件(2)的连接与分离；

所述锁钩机构包括n组锁钩组件，上结构件(1)、下结构件(2)通过n组锁钩组件实现连接与分离；每组锁钩组件包括锁钩(101)、接触齿(102)、弹性销(103)、转接轴(104)、限位销(105)、连杆(106)、转接件(107)、下销轴(108)、上销轴(109)；连杆(106)位于下结构件(2)内，一端通过下销轴(108)安装在下结构件(2)U形槽上沿，另一端通过转接件(107)穿过下结构件(2)侧壁的长圆孔与释放带(5)连接；上销轴(109)安装在上结构件(1)U形槽下沿；锁钩(101)一端通过转接轴(104)连接连杆(106)中部，另一端为钩形结构，勾在上销轴(109)上；接触齿(102)安装在钩形结构内侧，通过弧面与上销轴(109)接触；弹性销(103)安装在锁钩(101)中部安装孔内，相邻的另一组锁钩组件的连杆(106)中部的凸缘位于弹性销(103)与限位销(105)之间；限位销(105)安装在锁钩(101)与连杆(106)连接的一端，通过与相邻的另一组锁钩组件的连杆(106)中部的凸缘接触限制连杆(106)的转动；其中，n为正整数。

2.根据权利要求1所述的一种基于锁钩机构联动的非火工分离装置，其特征在于：所述释放组件(4)包括释放座(401)、预紧力座(402)、滚轮(404)、滚轮轴(405)；释放座(401)安装在释放带(5)内侧；预紧力座(402)一端通过滚轮轴(405)安装滚轮(404)；预紧力座(402)两侧的滑槽与释放座(401)的滑轨配合实现滑动。

3.根据权利要求2所述的一种基于锁钩机构联动的非火工分离装置，其特征在于：所述释放组件(4)还包括调节螺母(406)、预紧调节螺母(403)；调节螺母(406)位于释放座(401)两滑轨之间，通过预紧调节螺母(403)安装在预紧力座(402)另一端端部，通过旋转预紧调节螺母(403)，调节释放座(401)、预紧力座(402)之间的距离。

4.根据权利要求2所述的一种基于锁钩机构联动的非火工分离装置，其特征在于：所述电机驱动组件(3)包括电机安装座(301)、电机(302)、主动齿轮(303)、丝杠(304)、螺母(305)、滑块(306)、导轨(307)、锁紧螺栓(308)、传动齿轮(309)、输出齿轮(310)；电机安装座(301)安装在下结构件(2)内侧；电机(302)安装在电机安装座(301)内，输出轴安装主动齿轮(303)；主动齿轮(303)通过传动齿轮(309)和输出齿轮(310)将电机(302)的转动传递到丝杠(304)上；主动齿轮(303)、传动齿轮(309)、输出齿轮(310)、丝杠(304)安装在电机安装座(301)上；螺母(305)套在丝杠(304)上，滑块(306)安装螺母(305)上；导轨(307)穿过滑块(306)的安装孔，两端分别固定在电机安装座(301)上，滑块(306)通过斜面与释放组件(4)的滚轮(404)接触；锁紧螺栓(308)安装在电机安装座(301)上，通过上下移动推动滑块(306)。

5.根据权利要求1或2所述的一种基于锁钩机构联动的非火工分离装置，其特征在于：所述上结构件(1)为直线形或环形。

6.根据权利要求1或2所述的一种基于锁钩机构联动的非火工分离装置，其特征在于：所述下结构件(2)为直线形或环形。

7.根据权利要求2所述的一种基于锁钩机构联动的非火工分离装置，其特征在于：所述接触齿(102)为块状，一侧侧面为弧形，接触齿(102) 材料为合金钢、钛合金或不锈钢。