CN108341075A - 一种火工驱动分离机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火工驱动分离机构，属于飞行器分离技术领域。包括：火药拔销器、驱动簧、驱动轴、大压螺、钢球、锁定簧、锁定筒、小压螺、本体和压螺。本发明通过将直接驱动的火药拔销器设计为间接驱动机构，锁定簧、锁定筒和小压螺构成锁定机构和传递机构，通过与钢球配合，将驱动簧传递到火药拔销器的正压力进行衰减，提高整个机构的动作可靠性。本发明具有响应时间快、驱动力大、行程大、无磁性、冲击载荷小等优点。

Description

一种火工驱动分离机构

技术领域

本发明涉及飞行器分离技术领域，具体涉及一种火工驱动的分离机构。

背景技术

随着飞行器技术的飞速发展。飞行器承担的任务趋于多样化和复杂化，其中飞行器经常需要进行特殊有效载荷的释放。如何可靠地实现载荷与飞行器的分离是技术的关键。

目前用于飞行器的分离技术中，常用的是火药驱动的推销器，该推销器主要利用火药燃烧产生气体驱动活塞做功。要实现该推销器的可靠作用，必然要求其驱动力和行程均大，这样火药的含量必然增多，作用时的冲击载荷非常大，经常会出现损坏飞行器和待释放载荷的情况。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种火工驱动分离机构，具有响应时间快、驱动力大、行程大、无磁性、冲击载荷小等优点。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种火工驱动分离机构，其特征在于，包括：火药拔销器、驱动簧、驱动轴、大压螺、钢球、锁定簧、锁定筒、小压螺、本体和压螺。

火药拔销器为常用的利用火药燃烧产生气体驱动活塞做功的拔销器，在此不再赘述。

驱动簧置于驱动轴的一端，处于压缩状态，驱动簧的压缩量根据输出力和行程进行调节。

驱动轴为一阶梯状圆柱体构成，内部具有一个盲孔，驱动簧置于该盲孔内，沿大圆柱的外圆周具有一个环形凹槽。驱动轴的材料为40Cr，并进行热处理到40HRC～45HRC。如此设置，提高驱动轴的硬度和强度。

大压螺内部具有通孔，螺纹连接固定在本体上，用以对驱动轴和驱动簧进行限位，防止驱动轴和驱动簧弹出损伤飞行器或待释放载荷。大压螺螺纹连接固定在本体上时，螺纹部位涂抹虫胶漆并施加力矩。如此设置，是由于驱动簧的驱动力大，防止大压螺与本体连接不牢靠。

钢球的直径为3mm或3.5mm或4mm中的任意一种。

锁定簧置于锁定筒的一端，处于压缩状态，锁定簧的压缩量是钢球直径的1.5倍～2倍。如此设置，使得锁定簧通过锁定筒可靠驱动钢球运动到位。

锁定筒由三段圆柱构成。圆柱Ⅰ的一端具有圆孔，锁定簧置于该圆孔内，圆柱Ⅰ的另一端距离本体放置该锁定筒相对应端面的距离大于钢球的直径，圆柱Ⅱ置于中部，圆柱Ⅲ置于另一端，圆柱Ⅲ的直径是钢球的直径的1.1倍～1.2倍，且圆柱Ⅲ的直径与圆柱Ⅱ的直径的差值是钢球在驱动轴上的锁定量的2.2倍～2.4倍。如此设置，确保锁定筒可靠推动与火药拔销器相连接的钢球，并保证锁定筒与驱动轴相关联的两个钢球可靠解除对驱动轴的锁定。锁定筒的材料为40Cr，并进行热处理到40HRC～45HRC。如此设置，提高锁定筒的硬度和强度，防止钢球挤压锁定筒，损坏锁定筒。

小压螺用以固定锁定簧和锁定筒。

本体中部从上而下设置一阶梯状圆孔，用以放置火药拔销器，并用压螺固定火药拔销器。火药拔销器的引出线从压螺中部的通孔引出。沿本体中部的两侧从上而下对称设置两个圆孔，用以安装钢球。本体的两侧与放置火药拔销器关联的部位还对称设置两个相互贯通的通孔，该通孔用以依次放置钢球、锁定筒、锁定簧和小压螺。在该两个相互贯通的通孔下部还设置两个盲孔，用以放置驱动簧、驱动轴和大压螺。

进一步的，所述驱动轴的大圆柱上的环形凹槽有两个对称的倾斜的斜坡构成，两个斜坡组成的角度为90°～150°。优选地，两个斜坡组成的角度为120°，且斜坡与圆周面交汇处圆弧过渡。如此设置，是因为在飞行器执行空中任务时，通常会经受剧烈的振动环境，由于驱动簧的驱动力大，在振动环境下，钢球与驱动轴接触的部位通常会出现压痕或凹坑。出现这种情况，钢球极易被锁死。为了避免钢球与驱动轴接触的部位出现压痕或凹坑，将钢球与驱动轴的接触面设置在驱动轴远离斜坡与圆周面交汇处，设置在驱动轴环形凹槽的斜坡上，这样在振动环境下，钢球沿着驱动轴环形凹槽的斜坡滚动，而不是固定点受力，则钢球与驱动轴接触的部位在振动环境下可避免大的凹坑出现，从而防止钢球被锁死。驱动轴的斜坡与圆周面交汇处圆弧过渡的设置也是为了防止钢球被卡死。同时，驱动轴两个斜坡组成的角度越大越有利于钢球沿着驱动轴环形凹槽的斜坡滚动，但是两个斜坡组成的角度越大，驱动簧驱动力通过钢球传递到锁定筒的正压力就会越大，必然导致锁定簧的输出力增大，从而使得火药拔销器的驱动力相应增大。因此综合考虑，两个斜坡组成的角度为90°～150°。优选地，两个斜坡组成的角度为120°。

进一步的，钢球嵌入驱动轴的大圆柱上的环形凹槽内的锁定量为0.5mm～1mm。优选地，钢球嵌入驱动轴的大圆柱上的环形凹槽内的锁定量为0.6mm。如此设置，是因为在飞行器执行空中任务时，通常会经受剧烈的振动环境，由于驱动簧的驱动力大，在振动环境下，钢球与驱动轴接触的部位通常会出现压痕或凹坑。若钢球的锁定量太小，有可能会出现钢球锁不住驱动轴的情况，若钢球的锁定量太大，有时候也会出现钢球不能可靠解除对驱动轴锁定的情况。通过对10发子样进行过载量为500m/s²、持续时间3s的模拟振动试验，钢球嵌入驱动轴的大圆柱上的环形凹槽内的锁定量为0.5mm～1mm时，钢球对驱动轴的锁定和解除锁定的工作可靠性是最好的，可靠性为100％。在锁定量为0.3mm时，振动过程中出现1发意外作用的情况，在锁定量为1.2mm时，振动后的作用可靠性试验，出现1发未作用的情况。随着锁定量的增加，作用时的响应时间相应延长，考虑到装配和加工误差，锁定量优选0.6mm。

进一步的，火药拔销器锁定两个钢球的伸出轴的直径是钢球直径的2.2倍～2.5倍，优选地，火药拔销器锁定两个钢球的伸出轴的直径是钢球直径的2.2倍。如此设置，便于火药拔销器解除对钢球的约束。

本发明的有益技术效果体现在：

平时，火药拔销器处于原始状态，火药拔销器两侧的钢球限定锁定筒和锁定簧运动，从而锁定筒的圆柱Ⅲ圆周面与钢球接触，钢球卡在驱动轴的环形凹槽内，使得驱动簧和驱动轴被锁定在原始位置。这样，整个机构处于原始状态。由于钢球与驱动轴以及锁定筒表面属于钢—钢的滚动摩擦，摩擦系数较小，通常最高取0.15，这样锁定簧驱动锁定筒的驱动力比驱动簧的驱动力的15％稍大即可。同理，火药拔销器驱动力比锁定簧驱动力的30％稍大即可(由于火药拔销器受到两个锁定簧的锁定力)。通过设置锁定簧和锁定筒，火药拔销器可以用很小的驱动力和行程就可以驱动输出力很大和行程很大的驱动簧和驱动轴。

当火药拔销器通电拔回后，解除对钢球的约束，锁定簧驱动锁定筒运动，将钢球推入本体放置火药拔销器的相应孔内。此时锁定筒由圆柱Ⅲ的圆周面与钢球接触解除，此时驱动簧推动驱动轴运动，挤压钢球向上运动，钢球与锁定筒圆柱Ⅱ的圆周面接触。两个驱动轴在驱动簧的驱动下，均运动到位，实现对飞行器和待释放载荷的分离。

总的来说，本发明一种火工驱动分离机构具有响应时间快、驱动力大、行程大、无磁性、冲击载荷小等优点。在飞行器领域有着广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明一种火工驱动分离机构初始状态示意图；

图2为本发明一种火工驱动分离机构到位状态示意图。

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，以下结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细说明。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。

本发明的一种火工驱动分离机构较佳实施方式，组成如图1所示，包括：火药拔销器1、驱动簧2、驱动轴3、大压螺4、钢球5、锁定簧6、锁定筒7、小压螺8、本体9和压螺10。

火药拔销器1为常用的利用火药燃烧产生气体驱动活塞做功的拔销器，在此不再赘述。火药拔销器1锁定两个钢球5的伸出轴的直径是钢球5直径的2.2倍。

驱动簧2置于驱动轴3的一端，处于压缩状态，驱动簧2的压缩量根据输出力和行程进行调节。

驱动轴3为一阶梯状圆柱体构成，内部具有一个盲孔，驱动簧2置于该盲孔内，沿大圆柱的外圆周具有一个环形凹槽，所述环形凹槽有两个对称的倾斜的斜坡构成，两个斜坡组成的角度为120°，且斜坡与圆周面交汇处圆弧过渡。

驱动轴3的材料为40Cr，并进行热处理到40HRC。

大压螺4内部具有通孔，螺纹连接固定在本体9上，大压螺4螺纹连接固定在本体9上时，螺纹部位涂抹虫胶漆并施加力矩。

钢球5直径为3mm，钢球5嵌入驱动轴3的大圆柱上的环形凹槽内的锁定量为0.6mm。

锁定簧6置于锁定筒7的一端，处于压缩状态，锁定簧6的压缩量是钢球5直径的1.5倍。

锁定筒7由三段圆柱构成。圆柱Ⅰ的一端具有圆孔，锁定簧6置于该圆孔内，圆柱Ⅰ的另一端距离本体9放置该锁定筒7相对应端面的距离大于钢球5的直径，圆柱Ⅱ置于中部，圆柱Ⅲ置于另一端，圆柱Ⅲ的直径是钢球5的直径的1.2倍，且圆柱Ⅲ的直径与圆柱Ⅱ的直径的差值是钢球5在驱动轴3上的锁定量的2.2倍。锁定筒7的材料为40Cr，并进行热处理到40HRC。

小压螺8用以固定锁定簧6和锁定筒7。

本体9中部从上而下设置一阶梯状圆孔，用以放置火药拔销器1，并用压螺10固定火药拔销器1。火药拔销器的引出线从压螺10中部的通孔引出。沿本体9中部的两侧从上而下对称设置两个圆孔，用以安装钢球5。本体9的两侧与放置火药拔销器1关联的部位还对称设置两个相互贯通的通孔，该通孔用以依次放置钢球5、锁定筒7、锁定簧6和小压螺8。在该两个相互贯通的通孔下部还设置两个盲孔，用以放置驱动簧2、驱动轴3和大压螺4。

本发明的工作原理如下：

平时，火药拔销器1处于原始状态，火药拔销器1两侧的钢球5限定锁定筒7和锁定簧6运动，从而锁定筒7的圆柱Ⅲ圆周面与钢球5接触，钢球5卡在驱动轴3的环形凹槽内，使得驱动簧2和驱动轴3被锁定在如图1所示的原始位置。

当火药拔销器1通电拔回后，解除对钢球5的约束，锁定簧6驱动锁定筒7运动，将钢球5推入本体9放置火药拔销器1的相应孔内。此时锁定筒7由圆柱Ⅲ的圆周面与钢球5接触解除，此时驱动簧2推动驱动轴3运动，挤压钢球5向上运动，钢球5与锁定筒7圆柱Ⅱ的圆周面接触。两个驱动轴3在驱动簧2的驱动下，均运动到如图2所示的状态。实现对飞行器和待释放载荷的分离。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种火工驱动分离机构，其特征在于，包括：火药拔销器(1)、驱动簧(2)、驱动轴(3)、大压螺(4)、钢球(5)、锁定簧(6)、锁定筒(7)、小压螺(8)、本体(9)和压螺(10)；

火药拔销器(1)为常用的利用火药燃烧产生气体驱动活塞做功的拔销器；

驱动簧(2)置于驱动轴(3)的一端，处于压缩状态，驱动簧(2)的压缩量根据输出力和行程进行调节；

驱动轴(3)为一阶梯状圆柱体构成，内部具有一个盲孔，驱动簧(2)置于该盲孔内，沿大圆柱的外圆周具有一个环形凹槽，驱动轴(3)的材料为40Cr，并进行热处理到40HRC～45HRC；

大压螺(4)内部具有通孔，螺纹连接固定在本体(9)上，大压螺(4)螺纹连接固定在本体(9)上时，螺纹部位涂抹虫胶漆并施加力矩；

钢球(5)直径为3mm或3.5mm或4mm中的任意一种；

锁定簧(6)置于锁定筒(7)的一端，处于压缩状态，锁定簧(6)的压缩量是钢球(5)直径的1.5倍～2倍；

锁定筒(7)由三段圆柱构成，圆柱Ⅰ的一端具有圆孔，锁定簧(6)置于该圆孔内，圆柱Ⅰ的另一端距离本体(9)放置该锁定筒(7)相对应端面的距离大于钢球(5)的直径，圆柱Ⅱ置于中部，圆柱Ⅲ置于另一端，圆柱Ⅲ的直径是钢球(5)的直径的1.1倍～1.2倍，且圆柱Ⅲ的直径与圆柱Ⅱ的直径的差值是钢球(5)在驱动轴(3)上的锁定量的2.2倍～2.4倍，锁定筒(7)的材料为40Cr，并进行热处理到40HRC～45HRC；

小压螺(8)用以固定锁定簧(6)和锁定筒(7)；

本体(9)中部从上而下设置一阶梯状圆孔，用以放置火药拔销器(1)，并用压螺(10)固定火药拔销器(1)，火药拔销器(1)的引出线从压螺(10)中部的通孔引出，沿本体(9)中部的两侧从上而下对称设置两个圆孔，用以安装钢球(5)，本体(9)的两侧与放置火药拔销器(1)关联的部位还对称设置两个相互贯通的通孔，该通孔用以依次放置钢球(5)、锁定筒(7)、锁定簧(6)和小压螺(8)，在该两个相互贯通的通孔下部还设置两个盲孔，用以放置驱动簧(2)、驱动轴(3)和大压螺(4)。

2.根据权利要求1所述的一种火工驱动分离机构，其特征在于：所述驱动轴(3)的大圆柱上的环形凹槽由两个对称的倾斜的斜坡构成，两个斜坡组成的角度为90°～150°。

3.根据权利要求1或2所述的一种火工驱动分离机构，两个斜坡组成的角度为120°，且斜坡与圆周面交汇处圆弧过渡。

4.根据权利要求1所述的一种火工驱动分离机构，其特征在于：钢球(5)嵌入驱动轴(3)的大圆柱上的环形凹槽内的锁定量为0.5mm～1mm。

5.根据权利要求1或4所述的一种火工驱动分离机构，其特征在于：钢球(5)嵌入驱动轴(3)的大圆柱上的环形凹槽内的锁定量为0.6mm。

6.根据权利要求1所述的一种火工驱动分离机构，其特征在于：火药拔销器(1)锁定两个钢球(5)的伸出轴的直径是钢球(5)直径的2.2倍～2.5倍。

7.根据权利要求1或6所述的一种火工驱动分离机构，其特征在于：火药拔销器(1)锁定两个钢球(5)的伸出轴的直径是钢球(5)直径的2.2倍。