CN108180795A - 一种基于涡卷弹簧传动组件的电磁驱动非火工分离装置 - Google Patents

Abstract

一种基于涡卷弹簧传动组件的电磁驱动非火工分离装置，通过涡卷弹簧缓释结构对分瓣螺母进行限位，并在解锁时缓慢释放解锁，有效降低冲击响应；采用电磁铁作为驱动源，为整个机构提供解锁动力，实现无污染，可检可测。

Description

一种基于涡卷弹簧传动组件的电磁驱动非火工分离装置

技术领域

发明属于机械装置机构技术领域，涉及一种电磁驱动的涡卷弹簧分离螺母装置，该分离螺母装置是一种可检可测的分离装置，具有无污染、高可靠、环境适应性强，高承载和低冲击的优点。

背景技术

分离装置在航天飞行器中的主要功能是在分离动作进行之前把需要分离的两体可靠连接起来，在接到分离时序时能够迅速切断两分离体之间的连接。分离装置主要分为线式和点式两大种类，前者有聚能切割索、柔性导爆索、膨胀管、包带、气囊等，后者有爆炸螺栓、分离螺母、推冲器等。从使用特点上来看，线式分离装置的连接刚度较好、承载能力强、分离同步性高，但点式分离装置重量轻、冲击小、安装方便。

以往的分离螺母装置以及其他的点式分离装置或线式分离装置，都是通过电火工品作为驱动能源来实现分离功能，这就造成了装置存在不可检不可测的致命缺陷。另外，火工品作为驱动能源虽然工作速度快，但会带来较大的爆炸冲击，这就提高了对弹箭体设备的环境适应性要求。总之，无论何种类型的火工品驱动源，都避免不了不可检不可测和冲击大的缺点。

为提高分离结构的性能和安全性，国外已经开始发展非火工分离装置。但从调研到的资料来看，目前国外的分离装置存在着无法进行大载荷工况分离、装置的环境适应性较差等缺陷，应用范围和发展前景十分有限。经过充分的资料调研与各种分离装置方案构型的对比与分析，提出了以涡卷弹簧缓释机构为核心的电磁驱动非火工分离螺母装置，在实现非火工可检可测的基础上，降低工作时产生的冲击，并突破分离装置分离工况载荷限制大，环境适应性差的研究瓶颈。

发明内容

本发明的要点是针对现有火工品驱动分离螺母装置不可检不可测、具有一定的污染，冲击大，以及非火工驱动分离螺母装置分离工况载荷限制大，环境适应性差等问题，提出了一种以电磁铁作为驱动能源，基于涡卷弹簧缓释解锁机构的分离螺母装置。该装置通过设置分瓣螺母的接触面，既能保证装置的承载能力，又能在装置分离过程中产生一个较大的径向力，确保分离装置可靠分离；通过涡卷弹簧缓释结构对分瓣螺母进行限位，并在解锁时缓慢释放解锁，有效降低冲击响应；采用电磁铁作为驱动源，为整个机构提供解锁动力，实现无污染，可检可测。

本发明的目的是为了公开一种具有可重复使用、无污染、可检可测、承载能力强、分离冲击低的分离装置，采用如下技术方案：

本发明的分离螺母装置主要包括三个部分：分瓣螺母部分，涡卷弹簧缓释结构，以及电磁铁释放结构部分。分离螺母装置底板有两个M6的螺钉用于固定释放机构。分瓣螺母部分包括上挡块，分瓣螺母，螺母压簧，下档块，底板，螺栓；涡卷弹簧缓释结构包括涡卷弹簧，旋转盘；电磁铁释放结构部分包括旋转电磁铁，挡柱，释放压簧，释放销。

分瓣螺母结构其与底板上面接触，下端受下挡块的限制，上端受到上挡块的限制，使分瓣螺母只能沿径向移动，分瓣螺母之间安装有螺母压簧，使分瓣螺母是在保持释放状态，当有涡卷弹簧作用分瓣螺母时，螺母压簧受压，分瓣螺母与螺栓连接。

涡卷弹簧结构是内钩外钩的形式，涡卷弹簧内圈内钩插入分瓣螺母内，外圈挂在旋转盘上。加载时，手动顺时针旋转旋转盘，涡卷弹簧外圈随着旋转盘转动，涡卷弹簧的直径会随转动圈数的增加慢慢变小，最终会使所有的涡卷弹簧紧紧的缠绕在分瓣螺母上。当对螺栓进行加载时，分瓣螺母会对涡卷弹簧产生辐射力，涡卷弹簧内部即产生周向张力，由于涡卷弹簧各圈之间有摩擦力，该力会抵消张力，旋转盘只需克服涡卷弹簧自身的弹性力，作用力很小，最终使释放机构的驱动力也会很小。

旋转电磁铁释放结构加载状态时，旋转电磁铁掉电，与旋转电磁铁连接的挡柱在释放销的正上方限制其移动，释放销下端插入旋转盘内限制旋转盘的转动；当需要释放时，对旋转电磁铁加电，挡柱随着电磁铁轴转动，当挡柱不再释放销的正上方时，释放销即在释放压簧的作用下向上移动，当释放销不限制旋转盘后，旋转盘即在涡卷弹簧的作用下转动，其直径慢慢变大，分瓣螺母随着径向移动，螺栓从分瓣螺母中脱出，完成释放。

本装置的工作过程为：加载时，由于涡卷弹簧的内圈固定在分瓣螺母上，外圈固定在旋转盘上，通过旋转旋转盘可以实现涡卷弹簧直径的缩小，直至涡卷弹簧抱紧分瓣螺母。此时，螺栓与分瓣螺母连接，螺栓即可承受较大的外部载荷，释放销下端限制旋转盘的转动，上面由与旋转电磁铁连接的挡柱限制，使整个装置锁死。释放过程中，旋转电磁铁转动，释放销在释放压簧的作用下向上移动，即可解除释放销对旋转盘的周向限制，涡卷弹簧外圈随着旋转盘在涡卷弹簧的作用下旋转，随着旋转盘的转动，其直径慢慢变大，分瓣螺母随着径向移动，螺栓从分瓣螺母中脱出，完成释放。

本发明的分离螺母装置具有可重复使用、可检可测、承载能力强，分离冲击低的特点。通过电磁铁产生的驱动力旋转挡柱，拔起释放销，实现了可检可测的要求；通过电磁铁作为驱动能源，而且使用的涡卷弹簧释放结构具有缓慢释放冲击的作用，相比于火工品驱动，产生的冲击大幅减小；通过涡卷弹簧层与层之间摩擦力逐步分解分瓣螺母向外张力的结构提高分瓣螺母的承载上限；通过拨动挡块，旋紧旋转盘轻松便捷的实现复位功能。

附图说明

图1为基于涡卷弹簧传动组件的电磁驱动分离螺母装置组成图

图2分瓣螺母结构示意图

图3为涡卷弹簧结构示意图

图4为电磁铁释放结构示意图

图中，1旋转电磁铁 2挡柱 3释放压簧 4释放销 5涡卷弹簧 6分瓣螺母 7底板 8螺栓 9转盘 10上挡块 11下挡块 12螺母压簧。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行进一步说明。

实施例1

如图1-4所示，一种基于涡卷弹簧传动组件的电磁驱动非火工分离装置，分离装置包括三个部分：分瓣螺母部分，涡卷弹簧缓释结构，以及电磁铁释放结构部分，其特征在于，分瓣螺母部分包括上挡块10、分瓣螺母6、螺母压簧12、下档块11、底板7、螺栓8；涡卷弹簧缓释结构包括涡卷弹簧5、旋转盘9；电磁铁释放结构部分包括旋转电磁铁1、挡柱2、释放压簧3、释放销4。

所述分瓣螺母与底板7上面接触，下端受下挡块11的限制，上端受到上挡块10的限制，使分瓣螺母6只能沿径向移动，分瓣螺母6之间安装有螺母压簧12，使分瓣螺母6是在保持释放状态，当有涡卷弹簧5作用分瓣螺母6时，螺母压簧12受压，分瓣螺母6与螺栓8连接。

所述涡卷弹簧5是内钩外钩的形式，涡卷弹簧内圈内钩插入分瓣螺母6内，外圈挂在旋转盘9上，加载时，手动顺时针旋转旋转盘9，涡卷弹簧5外圈随着旋转盘9转动，涡卷弹簧5的直径会随转动圈数的增加慢慢变小，最终会使所有的涡卷弹簧5紧紧的缠绕在分瓣螺母6上，当对螺栓8进行加载时，分瓣螺母6会对涡卷弹簧5产生辐射力，涡卷弹簧内部即产生周向张力，由于涡卷弹簧各圈之间有摩擦力，该力会抵消张力，旋转盘9只需克服涡卷弹簧自身的弹性力，作用力很小，最终使释放机构的驱动力也会很小。

所述旋转电磁铁释放结构加载状态时，旋转电磁铁1掉电，与旋转电磁铁1连接的挡柱2在释放销的正上方限制其移动，释放销4下端插入旋转盘9内限制旋转盘的转动；当需要释放时，对旋转电磁铁1加电，挡柱2随着电磁铁轴转动，当挡柱2不再释放销4的正上方时，释放销4即在释放压簧3的作用下向上移动，当释放销4不限制旋转盘9后，旋转盘9即在涡卷弹簧5的作用下转动，其直径慢慢变大，分瓣螺母6随着径向移动，螺栓8从分瓣螺母6中脱出，完成释放。

所述的电磁驱动非火工分离装置的工作原理，其特征在于，加载时，由于涡卷弹簧5的内圈固定在分瓣螺母6上，外圈固定在旋转盘9上，通过旋转旋转盘9可以实现涡卷弹簧5直径的缩小，直至涡卷弹簧5抱紧分瓣螺母6，此时，螺栓8与分瓣螺母6连接，螺栓8即可承受较大的外部载荷，释放销4下端限制旋转盘9的转动，上面由与旋转电磁铁1连接的挡柱2限制，使整个装置锁死，释放过程中，旋转电磁铁1转动，释放销4在释放压簧3的作用下向上移动，即可解除释放销4对旋转盘9的周向限制，涡卷弹簧5外圈随着旋转盘9在涡卷弹簧5的作用下旋转，随着旋转盘9的转动，其直径慢慢变大，分瓣螺母6随着径向移动，螺栓8从分瓣螺母6中脱出，完成释放。

Claims (5)

1.一种基于涡卷弹簧传动组件的电磁驱动非火工分离装置，分离装置包括三个部分：分瓣螺母部分，涡卷弹簧缓释结构，以及电磁铁释放结构部分，其特征在于，分瓣螺母部分包括上挡块(10)、分瓣螺母(6)、螺母压簧(12)、下档块(11)、底板(7)、螺栓(8)；涡卷弹簧缓释结构包括涡卷弹簧(5)、旋转盘(9)；电磁铁释放结构部分包括旋转电磁铁(1)、挡柱(2)、释放压簧(3)、释放销(4)。

2.根据权利要求1所述的电磁驱动非火工分离装置，其特征在于，所述分瓣螺母与底板(7)上面接触，下端受下挡块(11)的限制，上端受到上挡块(10)的限制，使分瓣螺母(6)只能沿径向移动，分瓣螺母(6)之间安装有螺母压簧(12)，使分瓣螺母(6)是在保持释放状态，当有涡卷弹簧(5)作用分瓣螺母(6)时，螺母压簧(12)受压，分瓣螺母(6)与螺栓(8)连接。

3.根据权利要求1所述的电磁驱动非火工分离装置，其特征在于，所述涡卷弹簧(5)是内钩外钩的形式，涡卷弹簧内圈内钩插入分瓣螺母(6)内，外圈挂在旋转盘(9)上，加载时，手动顺时针旋转旋转盘(9)，涡卷弹簧(5)外圈随着旋转盘(9)转动，涡卷弹簧(5)的直径会随转动圈数的增加慢慢变小，最终会使所有的涡卷弹簧(5)紧紧的缠绕在分瓣螺母(6)上，当对螺栓(8)进行加载时，分瓣螺母(6)会对涡卷弹簧(5)产生辐射力，涡卷弹簧内部即产生周向张力，由于涡卷弹簧各圈之间有摩擦力，该力会抵消张力，旋转盘(9)只需克服涡卷弹簧自身的弹性力，作用力很小，最终使释放机构的驱动力也会很小。

4.根据权利要求1所述的电磁驱动非火工分离装置，其特征在于，所述旋转电磁铁释放结构加载状态时，旋转电磁铁(1)掉电，与旋转电磁铁(1)连接的挡柱(2)在释放销的正上方限制其移动，释放销(4)下端插入旋转盘(9)内限制旋转盘的转动；当需要释放时，对旋转电磁铁(1)加电，挡柱(2)随着电磁铁轴转动，当挡柱(2)不再释放销(4)的正上方时，释放销(4)即在释放压簧(3)的作用下向上移动，当释放销(4)不限制旋转盘(9)后，旋转盘(9)即在涡卷弹簧(5)的作用下转动，其直径慢慢变大，分瓣螺母(6)随着径向移动，螺栓(8)从分瓣螺母(6)中脱出，完成释放。

5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的电磁驱动非火工分离装置的工作原理，其特征在于，加载时，由于涡卷弹簧(5)的内圈固定在分瓣螺母(6)上，外圈固定在旋转盘(9)上，通过旋转旋转盘(9)可以实现涡卷弹簧(5)直径的缩小，直至涡卷弹簧(5)抱紧分瓣螺母(6)，此时，螺栓(8)与分瓣螺母(6)连接，螺栓(8)即可承受较大的外部载荷，释放销(4)下端限制旋转盘(9)的转动，上面由与旋转电磁铁(1)连接的挡柱(2)限制，使整个装置锁死，释放过程中，旋转电磁铁(1)转动，释放销(4)在释放压簧(3)的作用下向上移动，即可解除释放销(4)对旋转盘(9)的周向限制，涡卷弹簧(5)外圈随着旋转盘(9)在涡卷弹簧(5)的作用下旋转，随着旋转盘(9)的转动，其直径慢慢变大，分瓣螺母(6)随着径向移动，螺栓(8)从分瓣螺母(6)中脱出，完成释放。