CN106586040A - 一种非火工点式分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非火工点式分离装置，包括捕获端、分离端和贯穿二者的分离主轴，所述捕获端、分离端可在分离主轴上相对滑动；捕获器壳体上固连扭转弹簧支架，所述扭转弹簧支架固连扭转弹簧的一端，扭转弹簧的另一端位于分离主轴顶端的凹槽内，捕获器壳体与分离主轴之间设置若干滚珠，捕获器壳体内部设置用于滚珠滚动的环形凹槽，分离主轴上对应位置设置用于放置滚珠的半球形凹槽，该滚珠可在捕获器壳体与分离主轴之间滚动，捕获器壳体环形凹槽上开有若干均布的可供滚珠弹出的通孔，捕获器壳体上设置直推式电磁铁，圆销的另一端与直推式电磁铁相固连。本发明大大降低了对装置整体结构的冲击，同时具有易储存，不会产生有害气体、碎片等污染环境等优点。

Description

一种非火工点式分离装置

技术领域

本发明涉及一种分离装置，特别是一种非火工点式分离装置。

背景技术

分离装置在航天飞行器中的功能是在分离动作进行之前把需要分离的两个分离体可靠连接起来，在接到分离信号时能够可靠解除两个分离体之间的连接。点式分离装置能够应用于火箭级间分离、星箭连接的分离、卫星上大型天线的展开、太阳帆板展开等分布于分离的两体接触面上的装置或者设备，以实现连接及分离。

目前公知的点式分离装置主要使用火工品，如爆炸螺栓、火工螺母等产品。专利申请号为201420226491.7的发明专利“一种爆炸螺栓解锁装置”，为一款以爆炸螺栓为驱动源的解锁装置。在解锁前爆炸螺栓和普通螺栓一样起到连接两个待分离体的作用，在接到分离信号后，爆炸螺栓内的火药被引爆，爆炸螺栓断开实现分离。专利申请号为201220006086.5的发明专利“直推式火工螺母”，为一种以火工螺母为驱动源的分离机构。在解锁前，火工螺母与连接螺栓配合起到连接待分离体的作用。在接到分离信号后，壳体内的火药引爆，燃气推动活塞移动，使火工螺母胀开，从而实现螺母与连接螺栓之间的脱开。上述火工分离装置都能释放较大的爆炸能，从而保证待分离体成功地解锁分离，但上述火工分离装置均存在对结构的冲击载荷大，火药燃烧或爆炸会产生有害气体、碎片等污染空间环境，不可重复使用、不便进行实验验证，不易储存等的缺陷。

同时也可采用非火工分离装置，非火工分离装置多使用形状记忆合金丝作为触发源将分离螺母与螺栓驱动分离，如QWKNUT分离螺母，锁紧时卡销限制转轮旋转，滚柱在机架与分离螺母之间并与转轮内侧凹槽角度交错，滚柱约束分离螺母径向分离使其实现锁紧。分离时驱动源驱动卡销动作，解除转轮圆周方向限制，使其在其他外力作用下旋转一定的角度，滚柱落入转轮凹槽中，分离螺母失去径向约束，分离螺母分离并释放螺栓，完成解锁。但是基于记忆合金的分离装置多存在形状记忆合金丝自身电阻较小，响应时间长、结构复杂等缺陷。

发明内容

本发明的目的是要提供一种非火工点式分离装置，该分离装置具有结构简单、反应速度快及分离时间短等优点。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种非火工点式分离装置，其特征在于，包括捕获端、分离端和贯穿二者的分离主轴，所述捕获端、分离端可在分离主轴上相对滑动；

其中捕获端包括扭转弹簧支架、扭转弹簧、直推式电磁铁、捕获端压缩弹簧、捕获器壳体、圆销和捕获端连接框，捕获端连接框上固连捕获器壳体，捕获器壳体上固连扭转弹簧支架，所述扭转弹簧支架固连扭转弹簧的一端，扭转弹簧的另一端位于分离主轴顶端的凹槽内，扭转弹簧用于给分离主轴提供扭力，捕获器壳体套在分离主轴上，捕获器壳体与分离主轴之间设置若干滚珠，捕获器壳体内部设置用于滚珠滚动的环形凹槽，分离主轴上对应位置设置用于放置滚珠的半球形凹槽，该滚珠可在捕获器壳体与分离主轴之间滚动，捕获器壳体环形凹槽上开有若干均布的可供滚珠弹出的通孔，分离主轴上设置用于防止主轴扭动的圆销，捕获器壳体上设置直推式电磁铁，圆销的另一端与直推式电磁铁相固连；

分离端包括分离端连接框、推力球轴承、分离端压缩弹簧和锁紧螺母，分离端连接框的底部设置推力球轴承，推力球轴承的底部与分离端压缩弹簧的顶端相连，分离端压缩弹簧套在分离主轴上，分离端压缩弹簧的底端通过锁紧螺母锁紧，锁紧螺母连接在分离主轴的底端；

分离端连接框位于捕获端连接框的下方，直推式电磁铁通电时，将与其相连的圆销从分离主轴的通孔内抽出，分离主轴在扭转弹簧扭转力的带动下转动，滚珠沿着捕获器壳体内部环形凹槽滚动后，从通孔中弹出，分离主轴轴向的限制消失，并在分离端压缩弹簧的带动下向下运动。

本发明有现有技术相比,其显著优点为：1)本装置不需要火工品，大大降低了对装置整体结构的冲击，同时具有易储存，不会产生有害气体、碎片等污染环境等优点；2)本装置直推式电磁铁作为控制装置，反应灵敏，通电极短时间内便可完成对分离主轴的释放，且所需的电压仅为24V；3)本装置使用扭转弹簧作为驱动源，相比于形状记忆，不需加热，反应速度快，产生的驱动力大使得分离装置更容易克服零件间存在的摩擦力；4)本装置以分离主轴的旋转方式实现解锁，利用滚珠只需要很小扭矩就能转动的特点，当扭簧提供很小的扭矩就能使连接螺栓转动到所需位置，在预紧力和载荷的作用下将分离主轴拉出，从而使捕捉器与分离部分分离。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明的一种非火工点式分离装置整体装配图。

图2为本发明的一种非火工点式分离装置中分离主轴的结构图。

图3为本发明的一种非火工点式分离装置中显示圆销与分离主轴位置关系的剖面图。

图4为本发明的一种非火工点式分离装置中显示捕获端壳体内壁上的凹槽以及捕获端壳体上通孔结构的剖面图。

图5为本发明的一种非火工点式分离装置中显示分离主轴圆周分布的球形凹槽与捕获端壳体内壁的半圆形凹槽以及捕获端壳体上的通孔的位置关系的剖面图。

图6为本发明的一种非火工点式分离装置中具有容纳推力球轴承凹槽的分离端连接框的结构图。

具体实施方式

结合附图，本发明的一种非火工点式分离装置，包括捕获端、分离端和贯穿二者的分离主轴15，所述捕获端、分离端可在分离主轴15上相对滑动；

其中捕获端包括扭转弹簧支架1、扭转弹簧2、直推式电磁铁3、捕获端压缩弹簧4、捕获器壳体5、圆销6和捕获端连接框7，捕获端连接框7上固连捕获器壳体5，捕获器壳体5上固连扭转弹簧支架1，所述扭转弹簧支架1固连扭转弹簧2的一端，扭转弹簧2的另一端位于分离主轴15顶端的凹槽内，扭转弹簧2用于给分离主轴15提供扭力，捕获器壳体5套在分离主轴15上，捕获器壳体5与分离主轴15之间设置若干滚珠16，捕获器壳体5内部设置用于滚珠16滚动的环形凹槽，分离主轴15上对应位置设置用于放置滚珠16的半球形凹槽，该滚珠可在捕获器壳体5与分离主轴15之间滚动，捕获器壳体5环形凹槽上开有若干均布的可供滚珠16弹出的通孔，分离主轴15上设置用于防止主轴扭动的圆销6，捕获器壳体5上设置直推式电磁铁3，圆销6的另一端与直推式电磁铁3相固连；

分离端包括分离端连接框8、推力球轴承9、分离端压缩弹簧12和锁紧螺母13，分离端连接框8的底部设置推力球轴承9，推力球轴承9的底部与分离端压缩弹簧12的顶端相连，分离端压缩弹簧12套在分离主轴15上，分离端压缩弹簧12的底端通过锁紧螺母13锁紧，锁紧螺母13连接在分离主轴15的底端；

分离端连接框8位于捕获端连接框7的下方，直推式电磁铁3通电时，将与其相连的圆销6从分离主轴15的通孔内抽出，分离主轴15在扭转弹簧2扭转力的带动下转动，滚珠16沿着捕获器壳体5内部环形凹槽滚动后，从通孔中弹出，分离主轴15轴向的限制消失，并在分离端压缩弹簧12的带动下向下运动。

所述分离端连接框8的下方固连分离端壳体11，分离端壳体11的底部设置缓冲橡胶垫14。

所述捕获器壳体5上环形凹槽的数量为两个，分离主轴15上对应位置设置两排用于放置滚珠16的半球形凹槽，一个半球形凹槽内设置一个滚珠，每排半球形凹槽内设置8个滚珠；每个环形凹槽上开有8个通孔。

所述捕获器壳体5上通过螺栓螺母固连扭转弹簧支架1。

所述分离端压缩弹簧12的两端均设置垫圈10。

或者，所述捕获器壳体5上环形凹槽的数量为一个，环形凹槽上均布8个通孔，分离主轴15上对应位置设置一排用于放置滚珠16的半球形凹槽，一个半球形凹槽内设置一个滚珠，该排半球形凹槽内共设置8个滚珠。

本装置不需要火工品，大大降低了对装置整体结构的冲击，同时具有易储存，不会产生有害气体、碎片等污染环境等优点。

下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述。

实施例

结合图1图2和图3，本发明是一种新型的非火工点式分离装置，包括扭转弹簧支架1、扭转弹簧2、直推式电磁铁3、捕获端压缩弹簧4、捕获器壳体5、圆销6、捕获端连接框7、分离端连接框8、推力球轴承9、垫圈10、分离端壳体11、分离端压缩弹簧12、锁紧螺母13、缓冲橡胶垫14、分离主轴15、滚珠16；

其中所述的扭转弹簧2的一端固定在扭转弹簧支架1圆台处的通孔内，另一端置于分离主轴15上端的半圆形凹槽内，分离前扭转弹簧通过半圆形凹槽给分离主轴施加一个预转矩，分离前上述圆销6贯穿捕获端壳体5上的对应圆孔并且端部伸到分离主轴上对应的圆孔限制分离主轴圆周方向转动，上述捕获端压缩弹簧4一端抵在圆销6上的圆台上，另一端抵在分离端壳体5的外表面，为解锁时圆销6收缩提供助力。

结合图2图4和图5，上述分离主轴15表面留有两排圆周方向均匀分布的半圆球形凹槽，上述滚珠16置于分离主轴15表面圆周方向分布的半球形凹槽内，且滚珠16可以沿捕获端壳体5内表面的半圆形凹槽滚动，解锁前分离主轴15外表面上的半球形凹槽与捕获端壳体5上对应的通孔相互错开，滚珠在捕获端壳体5内表面的半圆形凹槽内限制分离主轴的轴向位移，解锁时分离主轴15外表面上的半球形凹槽与捕获端壳体5上对应的通孔相对，上述分离主轴15外表面的半球形凹槽内的滚珠将被挤到捕获端壳体5上的通孔里，上述分离主轴将失去上述滚珠的轴向位移限制，从而实现分离，上述直推式电磁铁3在通电时给圆销6一个吸力，圆销6将在捕获端压缩弹簧4的助推下从分离主轴15上对应的圆孔中脱离，从而圆销6失去对分离主轴15圆周方向转动的限制；

上述捕获端连接框7一端与捕获端壳体5连接，另一端与所要分离的两体的任意一体连接，上述分离端连接框8一端与所要分离的两体的另外一体连接，另一端留有能与推力球轴承9相配合的凹槽，上述推力球轴承9一端置于分离端连接框8的凹槽内，另一端靠着垫圈10的其中一块，在分离过程过程中有利于分离主轴15的圆周方向转动，上述两块垫圈10之间压缩着一个分离端压缩弹簧12，在分离过程中分离主轴15失去轴向限制时能给分离主轴15提供轴向移动的弹力，上述另一块垫圈10的一端压着分离端压缩弹簧12，另一端靠着锁紧螺母13，上述锁紧螺母13通过螺纹与上述分离主轴15连接，锁紧螺母13可以压缩分离端压缩弹簧12来施加预紧力让分离主轴15解锁后顺利弹出；

上述分离端壳体11与上述分离端分离框8连接，上述缓冲橡胶垫14置于上述分离端壳体的底部，在分离主轴15解锁弹出时起缓冲的作用，降低分离主轴15对壳体的冲击。

本发明的非火工点式分离装置的工作过程如下：首先将分离主轴15表面圆周方向分布的半球形凹槽与捕获端壳体5表面上的两排通孔对齐，然后依次将滚珠16由捕获端壳体5表面的通孔放入到分离主轴15表面圆周方向分布的半球形凹槽内，并将分离主轴转过22.5度使滚珠16处于捕获端壳体5内壁的凹槽内，这样滚珠16能够限制分离主轴15轴向的移动，然后将圆销6穿过捕获端外壳5上的通孔插入到分离主轴15上对应的圆孔内，这样圆销6将限制分离主轴15的圆周方向转动，接着将扭转弹簧2的一端固定到扭转弹簧支架1上的通孔内，另一端放置在分离主轴15上端的凹槽内，这样扭转弹簧2将给分离主轴15预加一个转矩，旋转分离主轴15下端的锁紧螺母13，这样将压缩分离端压缩弹簧12给分离主轴15一个向下的轴向力。

当接收到解锁信号时，在捕获端压缩弹簧12的助力下直推式电磁铁3通电将吸引圆销6从分离主轴15对应的圆孔中抽出，这样分离主轴15将获得圆周方向转动的自由度，分离主轴15将在扭转弹簧2提供的转矩下转动，装入分离主轴15表面半球形凹槽的滚珠将随分离主轴15一起转动，当分离主轴15转过22.5度时，滚珠16将在分离端压缩弹簧12提供的预紧力下从捕获端壳体5表面的通孔中挤出，这样滚珠16将失去对分离主轴15的轴向位移限制，在分离端压缩弹簧12的预紧力下分离主轴15将弹向分离端，这样就实现了捕获端与分离端的分离。同时弹向分离端的分离主轴15将受到缓冲橡胶垫14的缓冲作用，这样减小了对分离体的冲击。

上述设计的分离装置整体结构简单，质量小约0.64kg,分离时间短通过实验验证，从供给电信号到实现分离仅需240ms左右。

本发明能够替代传统火工分离装置应用于火箭级间分离、星箭连接的分离、卫星上大型天线展开、太阳帆板展开等领域，以使得分布于分离的两体接触面上的装置或者设备能够实现连接及分离。

Claims (6)

1.一种非火工点式分离装置，其特征在于，包括捕获端、分离端和贯穿二者的分离主轴(15)，所述捕获端、分离端可在分离主轴(15)上相对滑动；

其中捕获端包括扭转弹簧支架(1)、扭转弹簧(2)、直推式电磁铁(3)、捕获端压缩弹簧(4)、捕获器壳体(5)、圆销(6)和捕获端连接框(7)，捕获端连接框(7)上固连捕获器壳体(5)，捕获器壳体(5)上固连扭转弹簧支架(1)，所述扭转弹簧支架(1)固连扭转弹簧(2)的一端，扭转弹簧(2)的另一端位于分离主轴(15)顶端的凹槽内，扭转弹簧(2)用于给分离主轴(15)提供扭力，捕获器壳体(5)套在分离主轴(15)上，捕获器壳体(5)与分离主轴(15)之间设置若干滚珠(16)，捕获器壳体(5)内部设置用于滚珠(16)滚动的环形凹槽，分离主轴(15)上对应位置设置用于放置滚珠(16)的半球形凹槽，该滚珠可在捕获器壳体(5)与分离主轴(15)之间滚动，捕获器壳体(5)环形凹槽上开有若干均布的可供滚珠(16)弹出的通孔，分离主轴(15)上设置用于防止主轴扭动的圆销(6)，捕获器壳体(5)上设置直推式电磁铁(3)，圆销(6)的另一端与直推式电磁铁(3)相固连；

分离端包括分离端连接框(8)、推力球轴承(9)、分离端压缩弹簧(12)和锁紧螺母(13)，分离端连接框(8)的底部设置推力球轴承(9)，推力球轴承(9)的底部与分离端压缩弹簧(12)的顶端相连，分离端压缩弹簧(12)套在分离主轴(15)上，分离端压缩弹簧(12)的底端通过锁紧螺母(13)锁紧，锁紧螺母(13)连接在分离主轴(15)的底端；

分离端连接框(8)位于捕获端连接框(7)的下方，直推式电磁铁(3)通电时，将与其相连的圆销(6)从分离主轴(15)的通孔内抽出，分离主轴(15)在扭转弹簧(2)扭转力的带动下转动，滚珠(16)沿着捕获器壳体(5)内部环形凹槽滚动后，从通孔中弹出，分离主轴(15)轴向的限制消失，并在分离端压缩弹簧(12)的带动下向下运动。

2.根据权利要求1所述的非火工点式分离装置，其特征在于，分离端连接框(8)的下方固连分离端壳体(11)，分离端壳体(11)的底部设置缓冲橡胶垫(14)。

3.根据权利要求1所述的非火工点式分离装置，其特征在于，捕获器壳体(5)上环形凹槽的数量为两个，分离主轴(15)上对应位置设置两排用于放置滚珠(16)的半球形凹槽，一个半球形凹槽内设置一个滚珠，每排半球形凹槽内设置8个滚珠；每个环形凹槽上开有8个通孔。

4.根据权利要求1所述的非火工点式分离装置，其特征在于，捕获器壳体(5)上通过螺栓螺母固连扭转弹簧支架(1)。

5.根据权利要求1所述的非火工点式分离装置，其特征在于，分离端压缩弹簧(12)的两端均设置垫圈(10)。

6.根据权利要求1所述的非火工点式分离装置，其特征在于，捕获器壳体(5)上环形凹槽的数量为一个，环形凹槽上均布8个通孔，分离主轴(15)上对应位置设置一排用于放置滚珠(16)的半球形凹槽，一个半球形凹槽内设置一个滚珠，该排半球形凹槽内共设置8个滚珠。