CN106742081A - 一种基于旋转压环解锁的分离机构 - Google Patents

Abstract

一种基于旋转压环解锁的分离机构,其上对接环与被分离物体刚性固连，上下对接环均设有斜面法兰，通过带有压块的压环收紧使上下对接环紧压在一起，拧紧锁紧螺钉对压环施加预紧力实现对分离面的压紧。解锁时，拔销器的销子拔出，锁钩在锁钩片簧的推力作用下旋转，锁紧杠杆的一端被释放，锁紧杠杆在锁紧螺钉的拉力作用下转动，使得压环两端头均处于自由状态，预紧力消失，压环在压环片簧和旋转弹簧的作用下转动，上对接环处于自由状态，然后由分离弹簧推出，实现与下对接环的分离。本发明的分离机构，产品具有体积小、重量轻、解锁包络空间小、冲击小特别适用于重量只有几十甚至几公斤的微纳卫星的星箭、星星分离以及有效载荷释放等领域。

Description

一种基于旋转压环解锁的分离机构

技术领域

本发明涉及一种分离机构，特别是一种基于旋转压环解锁的分离机构。

背景技术

在航天器分离技术研究领域内，分离装置的研制占据着重要的地位。分离装置又称为分离器，是航天器之间用于连接和分离的机构，被广泛的应用于卫星和火箭分离、火箭级间分离、有效载荷释放等领域。分离装置作为航天器上的重要部件，在工作过程中完成两种不同功能：在分离前的飞行过程中，分离装置在一定载荷的作用下，把被连接的两部件连成一体；进行分离任务时，确保被连接的两个部件能够安全可靠地完成分离动作。

现今的航天领域中，航天器上所使用的分离装置大部分为火工分离装置，火工分离装置一般由发火元件、装药和机构组成。常用的火工分离装置主要有：爆炸螺栓、分离螺母、切割器、弹射筒、电爆阀门、拔销器等。主要应用于卫星释放、火箭级间分离、太阳帆板展开、有效载荷释放、降落伞释放和展开、各类舱盖弹射、气液管路切割等。若按照使用功能划分，可以分为：切割装置、解锁装置、作动装置。

对于100kg以下的微小卫星，传统的星箭接口方式存在重量体积大、火工品爆炸冲击大等问题。所以随着微小卫星的蓬勃发展，对微小卫星的星箭接口提出了新的需求，新型的微小卫星星箭接口技术得到很大的发展，国内外也研制了多种多样的微小卫星星箭连接与释放装置。

微小卫星星箭接口技术及解锁方式目前的研究主要在星箭连接锁紧及解锁方法两方面开展。星箭连接锁紧方面主要有螺栓式、包带式、箱盒式、压紧式等几种方式；解锁分离方面主要分为火工解锁装置和非火工解锁装置，火工解锁装置主要有爆炸螺栓、火工切割器、分离螺母、火工拔销器等，非火工解锁装置括聚合物驱动装置、热切割装置、电驱卷轴装置、电动驱动装置及形状记忆合金装置。不同的星箭连接锁紧方式与解锁方式可以组合在一起形成不同的星箭连接于分离技术。对于微小卫星领域虽然国内外也有采用小型包带与爆炸螺栓组合、压紧杆与火工切割组合、箱盒与火工切割器组合等方式进行连接与解锁，但是这些方法都存在着由火工装置带来的种种局限。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术不足，提供一重基于旋转压环解锁的分离机构，其解决了现有分离机构体积大、重量重、解锁包络空间大、冲击大的问题，使其特别适用于重量只有几十甚至几公斤的微纳卫星的星箭、星星分离以及有效载荷释放等领域。

本发明的技术解决方案是：一种基于旋转压环解锁的分离机构，包括：端面设置有上对接环斜面法兰的上对接环、端面设置有下对接环斜面法兰的下对接环、压环、压块、锁紧杠杆、锁紧螺钉、锁钩、锁钩基座、压环片簧、锁钩片簧、拔销器、分离弹簧支架、分离弹簧、旋转弹簧；所述压环为开口环，所述锁紧螺钉穿过压环开口的两端头的锁紧孔锁紧所述压环；所述压环的内环设置有压块；所述锁钩基座固定设置在所述下对接环上，锁钩铰接在所述锁钩基座上，所述拔销器的销子穿过所述锁钩基座的销孔抵接在所述锁钩一端以限制所述锁钩相对于所述锁钩基座旋转运动；所述锁钩片簧一端与锁钩基座固定连接，另一端抵接在所述锁钩上；所述锁紧杠杆一端与所述锁紧螺钉铰接，另一端钩接在所述锁钩上；所述压环片簧一端与所述锁钩基座固定连接，另一端抵接在所述压环开口的一端头；所述旋转弹簧两端分别与压环和下对接环固定连接；所述分离弹簧一端通过分离弹簧支架与所述下对接环固定连接，另一端抵接在所述上对接环固定连接的被分离物体的底部；

压紧锁定时，所述上对接环和下对接环通过上对接环斜面法兰和下对接环斜面法兰的端面通过止口配合连接，拧紧锁紧螺钉向所述压环施加预紧力，设置在所述压环内的压块的斜面分别压紧上对接环斜面法兰和下对接环斜面法兰的斜面，进而将上对接环和下对接环压紧；解锁时，拔销器的销子拔出，锁钩在锁钩片簧的推力作用下旋转，锁紧杠杆一端被释放，锁紧杠杆在锁紧螺钉的拉力作用下转动，使得压环开口的两端头均处于自由状态，预紧力消失，压环在压环片簧和旋转弹簧的作用下转动，所述上对接环处于自由状态，所述分离弹簧通过推动上对接环固定连接的被分离物体将上对接环推出，实现上对接环与下对接环的分离。

进一步的，所述上对接环的压紧斜面设置有多个上对接环凸台和上对接环缺口，所述压块的压紧斜面设置有多个压块凸台和压块缺口；压紧锁定时，上对接环凸台与压块凸台一一对应压紧，解锁时，压环在压环片簧和旋转弹簧的作用下转动，带动压块旋转，压块凸台旋转到上对接环缺口中间，上对接环处于自由状态。

进一步的，所述压环外环设置有定位凸台，所述下对接环的外圆周设置有限位斜筋，解锁时，压环在压环片簧和旋转弹簧的作用下转动，带动压块旋转，定位凸台受到限位斜筋限位，压环停止转动时，压块凸台旋转到上对接环缺口中间，上对接环处于自由状态。

进一步的，所述下对接环与运载火箭或者卫星结构板刚性固定连接。

进一步的，所述拔销器为火工品拔销器或记忆合金拔销器。

进一步的，所述下对接环设置有定位短柱，所述上对接环设置有与所述定位短柱配合的定位孔，压紧锁定时，所述定位短柱插入所述定位孔，防止所述上对接环和下对接环相对转动。

进一步的，所述基于旋转压环解锁的分离机构包括用于分离弹簧导向的分离导向筒和分离导向杆，所述分离导向筒同轴设置在所述分离弹簧内，所述分离导向杆同轴设置在所述分离导向筒内；解锁时，分离导向杆从所述分离导向筒内伸出，实现所述分离弹簧的导向。

进一步的，所述基于旋转压环解锁的分离机构包括用于卫星分离后上电激活的卫星用分离开关和用于给出分离成功指示信号的测量用分离开关，所述卫星用分离开关固定设置在所述上对接环上，所述测量用分离开关固定设置在所述下对接环上。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)相对传统包带解锁的分离机构采取爆炸螺栓或者火工切割器解锁的方式，本发明的基于旋转压环解锁的分离机构采用只需几十牛力的拔销器解锁，解锁冲击大大降低；

(2)相对传统包带解锁的包带断裂后向四周散开的方式，本发明的基于旋转压环解锁的分离机构，包带只需旋转一定角度，解锁运动空间大大降低，减少了空间使用的限制。

附图说明：

图1为本发明基于旋转压环解锁的分离机构的整体结构示意图；

图2为本发明基于旋转压环解锁的分离机构的整体剖切示意图；

图3为本发明基于旋转压环解锁的分离机构的压块的凸台和缺口示意图；

图4为本发明基于旋转压环解锁的分离机构的上对接环的凸台和缺口示意图；

图5为本发明基于旋转压环解锁的分离机构的解锁原理示意图；

图6为本发明基于旋转压环解锁的分离机构的分离状态整体结构示意图。

具体实施方式

如图1-6所示，一种基于旋转压环解锁的分离机构，包括：上对接环1、下对接环2、压环3、压块4、锁紧杠杆5、锁紧螺钉7、锁钩9、锁钩基座10、压环片簧11、锁钩片簧12、拔销器13、分离弹簧支架17、分离导向筒18、分离弹簧19、分离导向杆20、旋转弹簧23；所述上对接环1一端面设置有上对接环斜面法兰24，另一端面设置有法兰，所述上对接环1通过法兰与被分离物体刚性固定连接，所述上对接环1的压紧斜面设置有多个上对接环凸台30和上对接环缺口31；所述下对接环2一端面设置有下对接环斜面法兰25，另一端面设置有法兰，所述下对接环2通过法兰与运载火箭或者卫星结构板刚性固定连接，所述下对接环2的外圆周设置有限位斜筋27；所述压环3为开口环，所述压环3开口的两端头的锁紧孔内设置有锁紧螺套6，所述锁紧螺钉7穿过所述锁紧螺套6锁紧所述压环3；所述压环3的内环设置有压块4；所述压块4的压紧斜面设置有多个压块凸台28和压块缺口29；所述压环3外环设置有定位凸台26，所述上对接环1和下对接环2通过设置有压块4的压环的收紧而紧压在一起；所述锁钩基座10固定设置在所述下对接环2上，锁钩9通过轴螺钉8铰接在所述锁钩基座10上，所述拔销器13的销子穿过所述锁钩基座10的销孔抵接在所述锁钩9一端以限制所述锁钩9相对于所述锁钩基座10旋转运动；所述锁钩片簧12一端与锁钩基座10固定连接，另一端抵接在所述锁钩9上；优选的，所述锁钩片簧12可以根据需要安装多片；所述锁紧杠杆5一端通过轴螺钉8与所述锁紧螺钉7铰接，另一端钩接在所述锁钩9上；所述压环片簧11一端与所述锁钩基座10固定连接，另一端抵接在所述压环3开口的一端头；所述旋转弹簧23一端与压环3固定连接，另一端与插入到所述下对接环2法兰孔的拉簧螺柱22固定连接；优选的，所述旋转弹簧23为多个；所述分离弹簧19一端通过分离弹簧支架17与所述下对接环2固定连接，另一端抵接在所述上对接环1固定连接的被分离物体的底部；所述分离导向筒18同轴设置在所述分离弹簧19内，所述分离导向杆20同轴设置在所述分离导向筒18内，所述分离导向杆顶端设置有分离顶盖21，所述的分离导向筒18和分离导向杆20用于保证分离推力的方向，一个分离弹簧的分离方式有利于保证被分离物体分离后的姿态稳定。

优选的，所述压块4与上对接环1和下对接环2的压紧斜面倾角α为30°，所述倾角越小越有利于压紧，但出现自锁的风险也越大。优选的，在压块的压紧斜面上涂覆润滑膜以减小摩擦系数，降低出现自锁的风险，同时降低压环旋转的摩擦力。

优选的，所述拔销器13为火工品拔销器或记忆合金拔销器，其拔销力只需要几十牛

优选的，所述上对接环1与下对接环2有一个圆形台阶的配合，以用于承受横向的剪切力；所述下对接环2设置有定位短柱32，所述上对接环1设置有与所述定位短柱32配合的定位孔33，压紧锁定时，所述定位短柱32插入所述定位孔33，防止所述上对接环1和下对接环2相对转动。

优选的，所述分离机构包括用于卫星分离后上电激活的卫星用分离开关15和用于给出分离成功指示信号的测量用分离开关16，所述卫星用分离开关15通过螺栓直接固定在所述上对接环1上，所述测量用分离开关16通过分离开关安装块14固定设置在所述下对接环2上。

优选的，所述锁钩9有两个耳片34，以用于防止锁紧杠杆5绕锁紧螺套6的轴向旋转。

优选的，所述的分离弹簧支架17与下对接环2、分离导向筒18与分离弹簧支架17之间均采用圆形台阶同轴配合，以保证分离顶盖21推力作用于被分离物体的中心。

本发明所述基于旋转压环解锁的分离机构的压紧锁定和解锁流程包括如下步骤：

压紧锁定：在地面总装和发射阶段，将所述上对接环1和下对接环2通过上对接环斜面法兰24和下对接环斜面法兰25的端面通过止口配合连接，所述定位短柱32插入所述定位孔33，防止所述上对接环1和下对接环2相对转动，所述上对接环1与下对接环2通过圆形台阶配合，以用于承受横向的剪切力；锁紧杠杆5将压环3开口的一端头压住，锁紧螺钉7将压环3开口的另一端头压住，拧紧锁紧螺钉7向所述压环3施加预紧力，锁紧杠杆5的一端被锁紧螺套6拉紧，另外一端被锁钩9钩住，所述锁钩9是安装在锁钩基座10的上的一个可转动部件，锁钩9的一端有一个凹槽，当拔销器13的销子插入锁钩9的凹槽时，限制了锁钩9的转动，分离机构处于锁定状态，设置在所述压环3内的压块4的斜面分别压紧上对接环斜面法兰24和下对接环斜面法兰25的斜面，进而将上对接环1和下对接环2压紧；上对接环凸台30与压块凸台28一一对应压紧，保证卫星与运载之间具有足够的连接刚度，完成了压紧锁定；

解锁时，拔销器13的销子拔出，锁钩9在锁钩片簧12的推力作用下旋转，锁紧杠杆5一端被释放，锁紧杠杆5在锁紧螺钉7的拉力作用下转动，使得压环3开口的两端头均处于自由状态，预紧力消失，然后压环3在压环片簧11和旋转弹簧23的作用下转动，压环3在压环片簧11和旋转弹簧23的作用下转动，带动压块4旋转，压环3转动一定角度后，定位凸台26受到限位斜筋27限位，压环3停止转动，此时，压块凸台28旋转到上对接环缺口31中间，上对接环1处于自由状态，受压的分离弹簧19弹出，同时，分离导向杆20从所述分离导向筒18内伸出，对所述分离弹簧19导向，所述分离弹簧19通过推动上对接环1固定连接的被分离物体将上对接环1推出，实现上对接环1与下对接环2的分离。

本发明说明书中未详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (8)

1.一种基于旋转压环解锁的分离机构，其特征在于：包括端面设置有上对接环斜面法兰(24)的上对接环(1)、端面设置有下对接环斜面法兰(25)的下对接环(2)、压环(3)、压块(4)、锁紧杠杆(5)、锁紧螺钉(7)、锁钩(9)、锁钩基座(10)、压环片簧(11)、锁钩片簧(12)、拔销器(13)、分离弹簧支架(17)、分离弹簧(19)、旋转弹簧(23)；所述压环(3)为开口环，所述锁紧螺钉(7)穿过压环(3)开口的两端头的锁紧孔锁紧所述压环(3)；所述压环(3)的内环设置有压块(4)；所述锁钩基座(10)固定设置在所述下对接环(2)上，锁钩(9)铰接在所述锁钩基座(10)上，所述拔销器(13)的销子穿过所述锁钩基座(10)的销孔抵接在所述锁钩(9)一端以限制所述锁钩(9)相对于所述锁钩基座(10)旋转运动；所述锁钩片簧(12)一端与锁钩基座(10)固定连接，另一端抵接在所述锁钩(9)上；所述锁紧杠杆(5)一端与所述锁紧螺钉(7)铰接，另一端钩接在所述锁钩(9)上；所述压环片簧(11)一端与所述锁钩基座(10)固定连接，另一端抵接在所述压环(3)开口的一端头；所述旋转弹簧(23)两端分别与压环(3)和下对接环(2)固定连接；所述分离弹簧(19)一端通过分离弹簧支架(17)与所述下对接环(2)固定连接，另一端抵接在所述上对接环(1)固定连接的被分离物体的底部；

压紧锁定时，所述上对接环(1)和下对接环(2)通过上对接环斜面法兰(24)和下对接环斜面法兰(25)的端面通过止口配合连接，拧紧锁紧螺钉(7)向所述压环(3)施加预紧力，设置在所述压环(3)内的压块(4)的斜面分别压紧上对接环斜面法兰(24)和下对接环斜面法兰(25)的斜面，进而将上对接环(1)和下对接环(2)压紧；解锁时，拔销器(13)的销子拔出，锁钩(9)在锁钩片簧(12)的推力作用下旋转，锁紧杠杆(5)一端被释放，锁紧杠杆(5)在锁紧螺钉(7)的拉力作用下转动，使得压环(3)开口的两端头均处于自由状态，预紧力消失，压环(3)在压环片簧(11)和旋转弹簧(23)的作用下转动，所述上对接环(1)处于自由状态，所述分离弹簧(19)通过推动上对接环(1)固定连接的被分离物体将上对接环(1)推出，实现上对接环(1)与下对接环(2)的分离。

2.根据权利要求1所述的分离机构，其特征在于：所述上对接环(1)的压紧斜面设置有多个上对接环凸台(30)和上对接环缺口(31)，所述压块(4)的压紧斜面设置有多个压块凸台(28)和压块缺口(29)；压紧锁定时，上对接环凸台(30)与压块凸台(28)一一对应压紧，解锁时，压环(3)在压环片簧(11)和旋转弹簧(23)的作用下转动，带动压块(4)旋转，压块凸台(28)旋转到上对接环缺口(31)中间，上对接环(1)处于自由状态。

3.根据权利要求2所述的分离机构，其特征在于：所述压环(3)外环设置有定位凸台(26)，所述下对接环(2)的外圆周设置有限位斜筋(27)，解锁时，压环(3)在压环片簧(11)和旋转弹簧(23)的作用下转动，带动压块(4)旋转，定位凸台(26)受到限位斜筋(27)限位，压环(3)停止转动时，压块凸台(28)旋转到上对接环缺口(31)中间，上对接环(1)处于自由状态。

4.根据权利要求1所述的分离机构，其特征在于：所述下对接环(2)与运载火箭或者卫星结构板刚性固定连接。

5.根据权利要求1所述的分离机构，其特征在于：所述拔销器(13)为火工品拔销器或记忆合金拔销器。

6.根据权利要求1所述的分离机构，其特征在于：所述下对接环(2)设置有定位短柱(32)，所述上对接环(1)设置有与所述定位短柱(32)配合的定位孔(33)，压紧锁定时，所述定位短柱(32)插入所述定位孔(33)，防止所述上对接环(1)和下对接环(2)相对转动。

7.根据权利要求1所述的分离机构，其特征在于：包括用于分离弹簧(19)导向的分离导向筒(18)和分离导向杆(20)，所述分离导向筒(18)同轴设置在所述分离弹簧(19)内，所述分离导向杆(20)同轴设置在所述分离导向筒(18)内；解锁时，分离导向杆(20)从所述分离导向筒(18)内伸出，实现所述分离弹簧(19)的导向。

8.根据权利要求1所述的分离机构，其特征在于：包括用于卫星分离后上电激活的卫星用分离开关(15)和用于给出分离成功指示信号的测量用分离开关(16)，所述卫星用分离开关(15)固定设置在所述上对接环(1)上，所述测量用分离开关(16)固定设置在所述下对接环(2)上。