CN107826271B - 卡爪式星箭连接分离机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卡爪式星箭连接分离机构，包括点式适配器、压紧杆、顶杆、凸轮杆、连杆组件、压盘、螺杆、火工品安装座、火工拔销器，其中：所述点式适配器为卫星的承载主结构，其四周设置有至少四个连接座，所述压紧杆通过压紧杆销轴连接在所述连接座上，所述压紧杆上部与所述连接座配合形成卡爪式连接部用于压紧卫星底座；所述凸轮杆、所述连杆组件与所述压盘组成摇杆滑块机构能通过所述凸轮杆转动对所述顶杆施加力而使带动所述压紧杆压紧或释放所述卫星底座。本发明采用一个火工品驱动，四个或更多连接模块联动解锁技术，具有冲击低、重量轻、成本低、结构紧凑等优点。

Description

卡爪式星箭连接分离机构

技术领域

本发明涉及星箭分离、级间分离等连接分离技术领域，尤其涉及卡爪式星箭连接分离机构。

背景技术

随着新型小卫星技术的成熟，巨大的市场潜力以及具有研制周期短、研制成本低等特点，吸引越来越多的公司和高校投身微小卫星领域，使微小卫星产业正呈现一种前所未有的繁荣景象，在此背景下，星箭分离机构作为实现星箭连接解锁的重要产品将备受重视。在考量成本的情况下，商用微小卫星选用工业级甚至商业级等低等级器件，对星箭分离机构产生冲击等力学环境有较高要求；同时商用微小卫星采用多星和搭载发射，受空间限制，对星箭分离机构重量、结构包络有一定要求。

目前针对商用微小卫星多星和搭载发射，分离机构产品主要有包带类连接锁紧装置，还有火工直接连接或钛杆-切割器方式的点式连接分离机构，但包带类连接锁紧装置具有研制周期长、分离包络偏大、机构占用空间大、卫星附加重量大等缺点；点式连接分离机构能够满足小卫星快速发射要求，但由于采用多个火工品直接导致可靠性降低并且冲击较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种星箭连接分离机构，具有冲击低、重量轻、成本低、结构紧凑等优点。

本发明的技术方案如下：

一种卡爪式星箭连接分离机构，包括点式适配器、压紧杆、顶杆、凸轮杆、连杆组件、压盘、螺杆、火工品安装座、火工拔销器，其中：

所述点式适配器为卫星的承载主结构；所述点式适配器上四周设置有至少四个连接座，所述压紧杆通过压紧杆销轴连接在所述连接座上，所述压紧杆上部与所述连接座配合形成卡爪式连接部用于压紧卫星底座，实现星箭连接；

所述点式适配器旋转中心处设置有所述压盘；所述压盘侧面沿周向通过第一销轴与所述连杆组件一端连接，所述连杆组件另一端与所述凸轮杆一端通过第二销轴连接，所述凸轮杆通过凸轮杆销轴连接所述点式适配器，所述凸轮杆另一端的凸轮杆凸轮与所述顶杆一端连接，所述顶杆另一端连接于所述压紧杆下部；所述凸轮杆、所述连杆组件与所述压盘组成摇杆滑块机构能通过凸轮杆顺时针转动支撑所述顶杆对所述压紧杆施加压紧力从而带动所述压紧杆转动压紧所述卫星底座，或所述凸轮杆逆时针转动，所述顶杆失去支撑，所述压紧杆在失去压紧力而复位转动，所述卫星底座失去约束；

所述点式适配器旋转中心处还固定设置有所述火工品安装座，所述火工品安装座内设置有竖直的导向孔；所述螺杆下端位于所述导向孔内，所述螺杆上端通过锁紧螺母与所述压盘固定连接，所述螺杆能带动所述压盘沿竖直方向上下运动；所述螺杆下部水平设置有螺杆销孔，所述火工品拔销器通过与所述螺杆销孔配合定位所述螺杆。

根据本发明的一个实施例，所述连接座上部设置有连接座凸台，所述连接座凸台与所述压紧杆上部配合实现对所述卫星底座的压紧作用，降低所述压紧杆的压紧力对卫星底板的横向载荷。

根据本发明的一个实施例，所述压紧杆上靠近与所述卫星底座连接处设置有扭簧，所述扭簧端部固定在所述压紧杆销轴上，在星箭解锁时，所述扭簧能够增强所述压紧杆的摆动，从而提高所述压紧杆摆动的可靠性与同步性。

根据本发明的一个实施例，所述顶杆与所述压紧杆通过加载螺母连接，所述加载螺母套沿水平方向内嵌于所述压紧杆下部，所述加载螺母外置，并与所述顶杆螺纹配合，在所述凸轮杆的反作用力下，通过对所述加载螺母的定力矩加载实现所述压紧杆的压紧力。

根据本发明的一个实施例，所述凸轮杆凸轮相对于所述顶杆偏置设置，即所述凸轮杆与所述顶杆接触弧面的轴线与凸轮杆销轴的轴线偏置，使得理论上所述凸轮杆在无约束的情况下自解锁，同时解锁过程中所述凸轮杆与所述顶杆的作用力和摩擦力越来越小，实现可靠解锁。

根据本发明的一个实施例，所述连杆组件包括两段分离的连杆以及调节螺母，每段所述连杆内设置有内螺纹，所述调节螺母两端分别设置有与所述连杆内螺纹配合的正反螺纹，所述调节螺母与所述连杆螺纹连接，所述调节螺母能补偿所述连接杆长误差及配合间隙，保证初始位置顶杆与凸轮杆无缝配合。

根据本发明的一个实施例，所述连杆组件与所述压盘通过关节轴承连接，利用所述关节轴承可转动抵消解锁机构装配所引起的误差，防止解锁机构在连接状态和解锁过程中机构憋住的情况发生。

根据本发明的一个实施例，所述螺杆与所述火工品安装座之间设置有压缩弹簧，所述螺杆、所述锁紧螺母、所述压缩弹簧、所述火工品安装座和所述火工品拔销器共同组成实现对压盘的锁紧或解锁，所述火工品拔销器起爆动作，所述螺杆在预紧力和所述压缩弹簧的作用下向上运动至所述连杆组件与所述凸轮杆共线的状态，在所述压缩弹簧的压缩残余力作用下限位。

根据本发明的一个实施例，所述加载螺母连接处、所述锁紧螺母连接处分别设置有球垫，所述球垫能自动调整位置使其连接处受力均匀。

根据本发明的一个实施例，所述加载螺母外设置有尾罩，所述尾罩能防止解锁分离时所述顶杆、所述加载螺母、所述球垫等产生太空多余物。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

采用单火工品控制解锁分离，降低了解锁时对卫星等有效载荷的冲击，同时相对多个火工品并联的点式连接解锁机构具有高可靠性的优点；采用摇杆滑块机构，压盘小位移直线运动实现凸轮杆的大转角摆动，可以减小分离机构的整体高度，并连杆组件与压紧杆共线时使得压盘限位；采用凸轮控制压紧杆解锁可以减小机构运动占用空间，同时使得解锁控制机构获得很好的受力环境，提高解锁运动可靠性；关节轴承、调节螺母的应用可以实现误差补偿调节；采用外置加载螺母的方式提高加载操作的便捷性。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1是本发明实施例的卡爪式星箭连接分离机构的结构示意图；

图2是本发明实施例的卡爪式星箭连接分离机构的剖面结构图。

图中标记说明：1-点式适配器；101-连接座；102-连接座凸台；2-卫星底座；3-压紧杆；4-压紧杆销轴；5-尾罩；6-加载螺母；7-顶杆；8-第一球垫； 9-凸轮杆；90-凸轮杆凸轮；10-凸轮杆销轴；11-第二销轴；12-连杆组件；121- 连杆；13-调节螺母；14-第一销轴；15-关节轴承；16-压盘；17-锁紧螺母；18- 第二球垫；19-压缩弹簧；20-扭簧；21-螺杆；210-螺杆销孔；22-火工品安装座；220-导向孔；23-火工拔销器。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限定本发明的保护范围。在实际应用中本领域技术人员根据本发明做出的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

为了更好的说明本发明，下方结合附图对本发明进行详细的描述。

参看图1和图2，一种卡爪式星箭连接分离机构，包括点式适配器1；压紧杆3；顶杆7；凸轮杆9；连杆组件12；压盘16；螺杆21；火工品安装座22；火工拔销器23，能用来实现运载火箭和卫星之间的连接；解锁分离，可适用于100kg卫星的连接分离，可解决冲击大；重量重；成本高；结构占用空间大等问题，具体的：

所述点式适配器1-卫星的承载主结构；所述点式适配器1上四周设置有至少四个连接座101，所述压紧杆3通过压紧杆销轴4连接在所述连接座101 上，所述压紧杆3上部与所述连接座101配合形成卡爪式连接部用于压紧卫星底座2，实现星箭连接；

所述点式适配器1旋转中心处设置有所述压盘16；所述压盘16侧面沿周向通过第一销轴14与所述连杆组件12一端连接，所述连杆组件12另一端与所述凸轮杆9一端通过第二销轴11连接，所述凸轮杆9通过凸轮杆销轴10 连接所述点式适配器1，所述凸轮杆另一端的凸轮杆凸轮与所述顶杆7一端连接，所述顶杆7另一端连接于所述压紧杆3下部；所述凸轮杆9；所述连杆组件12与所述压盘16组成摇杆滑块机构通过凸轮杆9顺时针转动支撑所述顶杆7对所述压紧杆3施加压紧力从而带动所述压紧杆3转动压紧所述卫星底座2，或凸轮杆9逆时针转动，顶杆7失去支撑，压紧杆3在失去压紧力而复位转动，卫星底座2失去约束；

所述点式适配器1旋转中心处还固定设置有所述火工品安装座22，所述火工品安装座22内设置有竖直的导向孔220；所述螺杆21下端位于所述导向孔220内，所述螺杆21上端通过锁紧螺母17与所述压盘16固定连接，所述螺杆21能带动所述压盘16沿竖直方向上下运动；所述螺杆21下部水平设置有螺杆销孔210，所述火工品拔销器23通过与所述螺杆销孔210配合定位所述螺杆21。

在一个实施例中，所述连接座101上部设置有连接座凸台102，所述连接座凸台102与所述压紧杆3上部配合实现对所述卫星底座2的压紧作用，降低所述压紧杆3的压紧力对卫星底板的横向载荷。

在一个实施例中，所述压紧杆3上靠近与所述卫星底座2连接处设置有扭簧20，所述扭簧20端部固定在所述压紧杆销轴4上，在星箭解锁时，所述扭簧20能够增强所述压紧杆3的摆动，从而提高所述压紧杆3摆动的可靠性与同步性。

在一个实施例中，所述顶杆7与所述压紧杆3通过加载螺母连接6，所述加载螺母6沿水平方向内嵌于所述压紧杆3下部，所述加载螺母6外置，并与所述顶杆7螺纹配合，在所述凸轮杆9的反作用力下，通过对所述加载螺母6的定力矩加载实现所述压紧杆3的压紧力。

在一个实施例中，所述凸轮杆凸轮90相对于所述顶杆7偏置设置，即所述凸轮杆9与所述顶杆7接触弧面的轴线与凸轮杆销轴10的轴线偏置，使得理论上所述凸轮杆9在无约束的情况下自解锁，同时解锁过程中所述凸轮杆9 与所述顶杆3的作用力和摩擦力越来越小，实现可靠解锁。

在一个实施例中，所述连杆组件12包括两段分离的连杆121以及调节螺母13，每段所述连杆121内设置有内螺纹，所述调节螺母13两端分别设置有与所述连杆内螺纹配合的正反螺纹，所述调节螺母13与所述连杆121螺纹连接，所述调节螺母13能补偿所述连杆12杆长误差及配合间隙，保证初始位置顶杆7与凸轮杆9无缝配合。

在一个实施例中，所述连杆组件12与所述压盘16通过关节轴承15连接，利用所述关节轴承15可转动抵消解锁机构装配所引起的误差，防止解锁机构在连接状态和解锁过程中机构憋住的情况发生。

在一个实施例中，所述螺杆21与所述火工品安装22在之间设置有压缩弹簧19，所述螺杆21、所述锁紧螺母17、所述压缩弹簧19、所述火工品安装座22和所述火工品拔销器23共同组成实现对压盘16的锁紧或解锁，所述火工品拔销器23起爆动作，所述螺杆21在预紧力和所述压缩弹簧19的作用下向上运动至所述连杆组件12与所述凸轮杆9共线的状态，在所述压缩弹簧 19的压缩残余力作用下限位。

在一个实施例中，所述加载螺母6连接处设置有第一球垫8，所述第一球垫8能自动调整位置使加载螺母6连接处受力均匀；同样，所述锁紧螺母17 连接处设置有第二球垫18，所述第一球垫18能自动调整位置使锁紧螺母17 连接处受力均匀。

在一个实施例中，所述加载螺母6外设置有尾罩5，所述尾罩5能防止解锁分离时所述顶杆7、所述加载螺母6、所述球垫8等产生太空多余物。

星箭连接状态时，参看图2，火工拔销器23处于拉紧螺杆21状态，在凸轮杆9顺时针转动的反作用力下，通过对加载螺母6施加定力矩实现压紧杆3 压紧力，此时，卫星底座2与卫星(图中未示出)底部螺接，整体与点式适配器1对接，压紧杆3转轴4作用在点式适配器1上，通过对压紧杆3一端施加作用力实现压紧杆3对所述卫星底座2在点式适配器1上固定，实现星箭可靠连接。

星箭解锁状态时，火工拔销器23拔销动作，压盘16在压缩弹簧19的作用下，同时压缩弹簧19和螺杆在预紧力作用在火工品安装座22上，螺杆21、压盘16等沿火工品安装座22的导向孔220直线运动，螺杆21在预紧力和压缩弹簧19的作用下向上运动至连杆组件12与凸轮杆9共线的状态，在压缩弹簧19的压缩残余力作用下限位，此时凸轮杆9逆时针旋转运动，压紧杆3 在扭簧20作用下摆动至凸轮杆9位置并锁定，实现星箭解锁。

下面进一步对本发明实施例的卡爪式星箭连接分离机构的操作过程进行描述：

(1)在火工品安装座22上安装火工拔销器23，并在点式适配器1底部安装火工品安装座22；

(2)安装压缩弹簧19；压盘16等零件，借助工装拧紧锁紧螺母17压缩压缩弹簧19；

(3)安装连杆组件12；凸轮杆9等零件，调节调节螺母13使凸轮杆至规定位置(定位销定位，图2中在凸轮杆上示出定位销孔)；

(4)安装压紧杆3；加载螺母6；顶杆7；扭簧20等零件；

(5)在卫星底板安装卫星底座2，并将组合体置于点式适配器1上；

(6)加载加载螺母6至指定的拧紧力矩，拧紧尾罩5 。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅-所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是-了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种卡爪式星箭连接分离机构，其特征在于，包括点式适配器、压紧杆、顶杆、凸轮杆、连杆组件、压盘、螺杆、火工品安装座、火工拔销器，其中：

所述点式适配器为卫星的承载主结构；所述点式适配器上四周设置有至少四个连接座，所述压紧杆通过压紧杆销轴连接在所述连接座上，所述压紧杆上部与所述连接座配合形成卡爪式连接部用于压紧卫星底座；

所述点式适配器旋转中心处设置有所述压盘；所述压盘侧面沿周向通过第一销轴与所述连杆组件一端连接，所述连杆组件另一端与所述凸轮杆一端通过第二销轴连接，所述凸轮杆通过凸轮杆销轴连接所述点式适配器，所述凸轮杆另一端的凸轮杆凸轮与所述顶杆一端连接，所述顶杆另一端连接于所述压紧杆下部；所述凸轮杆、所述连杆组件与所述压盘组成摇杆滑块机构能通过所述顶杆对所述压紧杆施加力从而带动所述压紧杆转动压紧或释放所述卫星底座；

所述点式适配器旋转中心处还固定设置有所述火工品安装座，所述火工品安装座内设置有竖直的导向孔；所述螺杆下端位于所述导向孔内，所述螺杆上端通过锁紧螺母与所述压盘固定连接，所述螺杆能带动所述压盘沿竖直方向上下运动；所述螺杆下部水平设置有螺杆销孔，所述火工品拔销器通过与所述螺杆销孔配合定位所述螺杆。

2.如权利要求1所述的卡爪式星箭连接分离机构，其特征在于，所述连接座上部设置有连接座凸台，所述连接座凸台与所述压紧杆上部配合实现对所述卫星底座的压紧作用。

3.如权利要求1所述的卡爪式星箭连接分离机构，其特征在于，所述压紧杆上靠近与所述卫星底座连接处设置有扭簧，所述扭簧端部固定在所述压紧杆销轴上。

4.如权利要求1所述的卡爪式星箭连接分离机构，其特征在于，所述顶杆与所述压紧杆通过加载螺母连接，所述加载螺母沿水平方向内嵌于所述压紧杆下部，所述加载螺母外置，并与所述顶杆螺纹配合。

5.如权利要求1所述的卡爪式星箭连接分离机构，其特征在于，所述凸轮杆凸轮相对于所述顶杆偏置设置，即所述凸轮杆与所述顶杆接触弧面的轴线与凸轮杆销轴的轴线偏置。

6.如权利要求1所述的卡爪式星箭连接分离机构，其特征在于，所述连杆组件包括两段分离的连杆以及调节螺母，每段所述连杆内设置有内螺纹，所述调节螺母两端分别设置有与所述连杆内螺纹配合的正反螺纹，所述调节螺母与所述连杆螺纹连接。

7.如权利要求1所述的卡爪式星箭连接分离机构，其特征在于，所述连杆组件与所述压盘通过关节轴承连接。

8.如权利要求1所述的卡爪式星箭连接分离机构，其特征在于，所述螺杆与所述火工品安装座之间设置有压缩弹簧。

9.如权利要求4所述的卡爪式星箭连接分离机构，其特征在于，所述加载螺母连接处、所述锁紧螺母连接处分别设置有球垫。

10.如权利要求4所述的卡爪式星箭连接分离机构，其特征在于，所述加载螺母外设置有尾罩。

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