CN107504011A - 一种气动连接解锁装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种气动连接解锁装置，包括气缸体、活塞组件、锁紧螺母、螺杆、缸盖、复位弹性元件，所述的活塞组件包括活塞、密封圈、解锁和分离推杆、多功能弹性元件、压板，用于两个物品的强连接和弱解锁。装置解锁分离后拆除缸盖重新安装后可重复使用，实施本发明可解决需要连接力大、解锁力小的两物体连接解锁问题。

Description

一种气动连接解锁装置
技术领域
本发明属于航天器连接分离结构技术领域，具体涉及一种气动连接解锁装置。
背景技术
连接、解锁分离是航天器系统飞行过程中重要的动作，如级间分离、整流罩抛罩分离、尾罩分离、口盖分离、头体分离等等，卫星的太阳翼展开、天线展开等。
目前，航天器上使用的连接解锁装置主要有点式连接和线式连接两种，典型的点式连接解锁装置有爆炸螺栓、解锁螺栓、分离螺母等，典型的线性连接解锁装置有聚能炸药索、气囊炸药索、膨胀管等。这种连接解锁方式大多是通过火工系统驱动的，存在污染和较大冲击，承载能力、解锁能力和冲击响应都与火工系统的药量成比例关系，且该类连接解锁装置不能重复利用，成本高，特别是要进行大量的地面研制试验和可靠性试验时显著提高了成本和增加了风险。近些年发展的记忆合金连接解锁装置、电磁连接解锁装置等等，成本高居不下，承载能力受限，使用受到各种约束。
随着航天技术的发展、大型或重型运载火箭的应用需求，对分离体与被分离体之间的连接解锁能力有了新的要求，重复使用的强连接弱解锁连接分离装置必然成为一种新的发展思路。通过检索万方数据资源库、中国专利信息库、互联网资源及国内出版的部分专业期刊，没有完全同样的发明在国内外出版物上公开发表过。虽然国内有一种分离试验用气动解锁螺栓，但该螺栓承载能力小而解锁力大，适用范围窄，得不到广泛的应用。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种强连接弱解锁、可以重复使用的气动连接解锁分离装置，用于两物体之间的连接解锁。
本发明的为一种气动连接解锁装置，所述的气动连接解锁装置主要有连接、解锁功能，具体包括气缸体、在气缸体内活动的活塞组件、锁紧螺母、螺杆、缸盖、复位弹性元件，所述的活塞组件包括活塞、密封圈、解锁和分离推杆、多功能弹性元件、压板。
所述的气缸体有进气嘴和活塞组件直线运动的腔室，气缸体与缸盖之间有保证安装精度的定位销和连接成一体的连接螺钉。
所述的活塞组件的活塞有两段与气缸体相对运动的圆柱凸台，有一段限位锁紧螺母径向运动和周向转动的凸台和锁紧螺母限位解除后周向运动2～3mm的腔室，有多功能弹性元件、解锁和分离推杆的放置和导向运动的腔室。
所述的活塞与缸盖之间有复位弹性元件，复位弹性元件压缩、伸长使用缸盖和气缸体双向导向。
所述的锁紧螺母为分瓣螺母，由一个整体螺母对称分成3瓣或4瓣。
所述的复位弹性元件和多功能弹性元件优选端头磨平圆柱形弹簧，复位弹性元件的压缩行程约为活塞限位锁紧螺母行程的1.5～2倍，多功能弹性元件的压缩行程约为活塞限位锁紧螺母行程的1.2～1.5倍。
作为进一步优选地，所述的复位弹性元件和多功能弹性元件，复位弹性元件预压缩量均为活塞限位锁紧螺母行程的0.5～1倍，多功能弹性元件的预压缩行程为活塞限位锁紧螺母行程的1.0～1.2倍。复位弹性元件和多功能弹性元件的预压缩合弹力大于活塞在气缸体内运动的摩擦力和重力。
所述活塞组件的压板是将解锁和分离推杆、多功能弹性元件限位在活塞内腔式的结构，有解锁和分离推杆运动的导向孔为其运动导向。
所述的活塞与气缸体之间有两道0型密封圈进行双密封，气缸体与活塞之间小间隙配合，接触面涂润滑脂。
所述的螺杆为双头螺纹螺杆，一端与锁紧螺母连接锁紧，一端为被用于两物体连接螺母的接口。
作为进一步优选地，所述的的解锁和分离推杆与锁紧螺母通过锥面配合，锁紧螺母锥面的锥度为5°～30°，优选10°，解锁和分离推杆锥面的锥度大于锁紧螺母锥面的锥度1°～2°；锁紧螺母解锁前，解锁和分离推杆锥面对锁紧螺母有20N～50N的预紧推力，用于防止螺杆与锁紧螺母对接时螺母轴向移动。
作为进一步优选地，所述的锁紧螺母和缸盖之间通过锥面配合接触，锥面锥角相同，为110°～135°，根据所需要的承载能力，锥角大小可以调整。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：本发明的连接解锁分离装置通过螺母与螺杆锁紧提供承载力，承载能力大；通过接触径向限位、轴向力转化为侧向力解锁锁紧螺母，解锁力小；解锁后，没有受到破坏能重复使用；根据承载能力需求，方便调整相关尺寸进行设计。
附图说明
图1为本发明的一种连接解锁分离装置剖面结构示意图；
图2为本发明的一种连接解锁分离装置活塞组件剖面结构示意图；
图3为本发明的一种连接解锁分离装置A-A截面剖面结构示意图；
图4为本发明的一种连接解锁分离装置B-B截面剖面结构示意图；
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
一种气动连接解锁装置，用于两个物体的连接、解锁，包括：气缸体(1)、活塞组件(2)、锁紧螺母(3)、复位弹性元件(4)、缸盖(5)、连接过渡的螺杆(6)、螺钉(7)、螺钉(8)、定位销(9)；
所述的气缸体(1)包括：进气嘴(1.1)和活塞组件直线运动的腔室(1.2)；
所述的活塞组件(2)包括：活塞(2a)、密封圈(2b.1)、密封圈(2b.2)、多功能弹性元件(2c)、解锁和分离推杆(2d)、压板(2e)；其中活塞(2a)包含：圆柱凸台(2a.1)、腔室(2a.6)、腔室(2a.4)、圆柱凸台(2a.2)、内凸台(2a.5)；圆柱凸台(2a.1)和圆柱凸台(2a.2)外柱面有环形凹槽，密封圈(2b.1)嵌在圆柱凸台(2a.1)环形凹槽内，密封圈(2b.2)嵌在圆柱凸台(2a.2)环形凹槽内；多功能弹性元件(2c)和解锁和分离推杆(2d)依次位于腔室(2a.6)内，压板(2e)中央有解锁和分离推杆(2d)运动的导向孔，位于腔室(2a.4)内、通过4个螺钉(7)将压板(2e)、多功能弹性元件(2c)和解锁和分离推杆(2d)轴向约束在活塞(2a)内；
所述的活塞组件(2)、锁紧螺母(3)、复位弹性元件(4)依次位于气缸体(1)的腔室(1.2)内，缸盖(5)与气缸体(1)轴向有2个定位销(9)进行定位、通过4个螺钉(8)进行连接固定，将活塞组件(2)、锁紧螺母(3)、复位弹性元件(4)约束在气缸体(1)内；
所述的连接过渡的螺杆(6)为双头螺纹螺杆一头位于锁紧螺母(3)和缸盖(5)的中心孔内，一端与锁紧螺母(3)连接锁紧，一端为被用于两物体连接螺母的接口。
所述的复位弹性元件(4)和多功能弹性元件(2c)，优选端头磨平圆柱形弹簧，复位弹性元件(4)的压缩行程约为活塞(2a)限位锁紧螺母(3)行程的1.5～2倍，多功能弹性元件(2c)的压缩行程约为活塞(2a)限位锁紧螺母(3)行程的1.2～1.5倍。
所述的解锁和分离推杆(2d)与锁紧螺母(3)通过锥面配合，锁紧螺母(3)锥面的锥度α为5°～30°，优选10°，解锁和分离推杆(2d)锥面的锥度大于锁紧螺母(3)锥面的锥度1°～2°；锁紧螺母(3)解锁前，解锁和分离推杆(2d)锥面对锁紧螺母(3)有20N～50N的预紧推力。
所述的锁紧螺母(3)与缸盖(5)之间通过锥面配合接触，锥面锥角β相同为110°～135°，根据所需要的承载能力，锥角大小可以调整，优选120°。
所述的锁紧螺母(3)为分瓣螺母，由一个整体螺母对称分成3瓣或4瓣。
所述的一种气动连接解锁装置，进一步优选地复位弹性元件(4)预压缩量均为活塞(2a)限位锁紧螺母(3)行程的0.5～1倍，多功能弹性元件(2c)的预压缩行程为活塞(2a)限位锁紧螺母(3)行程的1.0～1.2倍，复位弹性元件(4)和多功能弹性元件(2c)的预压缩合弹力大于活塞在气缸体内运动的摩擦力和重力。
本发明也可以是如下所述的具体实施例：
如图1所示，本发明的一种连接解锁分离装置包括气缸体(1)、活塞组件(2)、锁紧螺母(3)、复位弹性元件(4)、缸盖(5)、螺杆(6)。气缸体(1)有进气嘴(1.1)和活塞组件直线运动的腔室(1.2)。复位弹性元件(4)为两端头磨平圆柱形弹簧，置于活塞(2)与缸盖(5)之间的气缸体内，压缩行程约为活塞(2a)限位锁紧螺母(3)行程的1.5倍，预压缩行程为锁紧螺母(3)行程的0.5倍。螺杆(6)为双头螺纹螺杆，一端与锁紧螺母(3)连接锁紧，一端为被用于两物体连接螺母的接口。
如图1所示，解锁和分离推杆(2d)、锁紧螺母(3)通过锥面配合，锁紧螺母(3)锥面的锥度α为10°，解锁和分离推杆(2d)锥面的锥度大于锁紧螺母(3)锥面的锥度2°。锁紧螺母(3)与缸盖(5)之间通过锥面配合接触，锥面锥角β相同为120°。
图2为本发明的一种连接解锁分离装置活塞组件剖面结构示意图，如图2所示，活塞组件包括活塞(2a)，O型密封圈(2b)，多功能弹性元件(2c)，解锁和分离推杆(2d)，压板(2e)。活塞(2a)有两段与气缸体(1)相对运动的圆柱凸台(2a.1)、(2a.2)，有一段限位锁紧螺母(3)径向运动和周向转动的凸台(2a.5)和锁紧螺母(3)限位解除后周向运动2.5mm的腔室(2a.4)，有多功能弹性元件(2c)、解锁和分离推杆(2d)的放置和导向运动的腔室(2a.6)。活塞(2a)的两段圆柱凸台(2a.1)、(2a.2)与气缸体(1)通过两道O型密封圈(2b.1)、(2b.2)进行双密封，为减小运动阻力，滑动面使用润滑脂润滑。
如图1和图2所示。多功能弹性元件(2c)为圆柱形弹簧，置于活塞(2a)内腔，通过活塞(2a)内腔进行运动限位，锁紧和分离推杆(2d)通过压板与活塞(2a)组成一个整体，压板有解锁和分离推杆(2d)运动的导向孔。多功能弹性元件(2c)的压缩行程约为活塞(2a)限位锁紧螺母(3)行程的1.2倍，连接解锁分离装置解锁前处于压缩状态，预压缩量为锁紧螺母(3)行程的1倍。保证压紧锁紧和分离推杆(2d)并给予锁紧螺母(3)一定推力，防止螺杆(6)与锁紧螺母(3)连接时轴向移动，该实施例的多功能弹性元件(2c)提供锁紧和分离推杆(2d)约24N的推力。
图3为本发明的一种连接解锁分离装置A-A截面剖面结构示意图，从图3可以看出，缸盖(5)与气缸体(1)之间有2个定位销(9)进行定位，有4个螺钉(8)进行连接固定。
图4为本发明的一种连接解锁分离装置B-B截面剖面结构示意图，从图4可以看出，活塞组件(2)的压板(2e)与活塞(2a)通过4个螺钉(7)连接，对多功能弹性元件(2c)、锁紧和分离推杆(2d)进行限位。
本发明的工作原理是这样的：锁紧时，复位弹性元件(4)和多功能弹性元件(2c)的推力作用下，活塞(2a)对锁紧螺母(3)进行圆周方向限位；螺杆(6)通过缸盖(5)与锁紧螺母(3)锁紧，限制螺杆(6)的轴向运动。解锁时，气体从气缸体入口进入，推动活塞组件(2)轴向运动；多功能弹性元件(2c)进一步压缩储能，通过锁紧和分离推杆(2d)施加锁紧螺母(3)轴向力和侧向涨力；当活塞(2a)运动到一定行程后，锁紧螺母(3)圆周方向约束解除；在锁紧和分离推杆(2d)的推力下，锁紧螺母(3)侧向分离，螺杆(6)失去锁紧螺母(3)的锁紧作用，解锁完成；活塞(2a)继续运动，并通过功能弹性元件(2c)带动锁紧和分离推杆(2d)轴向推动螺杆(6)分离，分离完成。
对两个被连接物体使用多个气动连接解锁装置连接时，只需在气缸体入口接入同一气源，多个气动连接解锁装置同步解锁分离。地面试验时，没有收到破坏，拆卸缸盖重新组装，可重复使用。
本发明的连接解锁装置的承载能力为50KN，解锁气压为0.3MPa。
本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种气动连接解锁装置，用于两个物体的连接、解锁，包括：气缸体(1)、活塞组件(2)、锁紧螺母(3)、复位弹性元件(4)、缸盖(5)、连接过渡的螺杆(6)、螺钉(7)、螺钉(8)、定位销(9)；
所述的气缸体(1)包括：进气嘴(1.1)和活塞组件直线运动的腔室(1.2)；
所述的活塞组件(2)包括：活塞(2a)、密封圈(2b.1)、密封圈(2b.2)、多功能弹性元件(2c)、解锁和分离推杆(2d)、压板(2e)；其中活塞(2a)包含：圆柱凸台(2a.1)、腔室(2a.6)、腔室(2a.4)、圆柱凸台(2a.2)、内凸台(2a.5)；圆柱凸台(2a.1)和圆柱凸台(2a.2)外柱面有环形凹槽，密封圈(2b.1)嵌在圆柱凸台(2a.1)环形凹槽内，密封圈(2b.2)嵌在圆柱凸台(2a.2)环形凹槽内；多功能弹性元件(2c)和解锁和分离推杆(2d)依次位于腔室(2a.6)内，压板(2e)中央有解锁和分离推杆(2d)运动的导向孔，位于腔室(2a.4)内、通过4个螺钉(7)将压板(2e)、多功能弹性元件(2c)和解锁和分离推杆(2d)轴向约束在活塞(2a)内；
所述的活塞组件(2)、锁紧螺母(3)、复位弹性元件(4)依次位于气缸体(1)的腔室(1.2)内，缸盖(5)与气缸体(1)轴向有2个定位销(9)进行定位、通过4个螺钉(8)进行连接固定，将活塞组件(2)、锁紧螺母(3)、复位弹性元件(4)约束在气缸体(1)内；
所述的连接过渡的螺杆(6)为双头螺纹螺杆一头位于锁紧螺母(3)和缸盖(5)的中心孔内，一端与锁紧螺母(3)连接锁紧，一端为被用于两物体连接螺母的接口。
2.根据权利要求1所述的一种气动连接解锁装置，复位弹性元件(4)和多功能弹性元件(2c)，优选端头磨平圆柱形弹簧，复位弹性元件(4)的压缩行程约为活塞(2a)限位锁紧螺母(3)行程的1.5～2倍，多功能弹性元件(2c)的压缩行程约为活塞(2a)限位锁紧螺母(3)行程的1.2～1.5倍。
3.根据权利要求1所述的一种气动连接解锁装置，解锁和分离推杆(2d)与锁紧螺母(3)通过锥面配合，锁紧螺母(3)锥面的锥度α为5°～30°，优选10°，解锁和分离推杆(2d)锥面的锥度大于锁紧螺母(3)锥面的锥度1°～2°；锁紧螺母(3)解锁前，解锁和分离推杆(2d)锥面对锁紧螺母(3)有20N～50N的预紧推力。
4.根据权利要求1所述的一种气动连接解锁装置，锁紧螺母(3)与缸盖(5)之间通过锥面配合接触，锥面锥角β相同为110°～135°，根据所需要的承载能力，锥角大小可以调整，优选120°。
5.根据权利要求1所述的一种气动连接解锁装置，锁紧螺母(3)为分瓣螺母，由一个整体螺母对称分成3瓣或4瓣。
6.根据权利要求1所述的一种气动连接解锁装置，进一步优选地复位弹性元件(4)预压缩量均为活塞(2a)限位锁紧螺母(3)行程的0.5～1倍，多功能弹性元件(2c)的预压缩行程为活塞(2a)限位锁紧螺母(3)行程的1.0～1.2倍，复位弹性元件(4)和多功能弹性元件(2c)的预压缩合弹力大于活塞在气缸体内运动的摩擦力和重力。
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