CN109026957A - 一种分离螺母 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分离螺母，包括壳体、至少两个分瓣螺母、环形连接件以及转环；环形连接件设于所述壳体内，转环竖直方向通过环形连接件或壳体限位；分瓣螺母周向上通过环形连接件限位，径向上的位移通过转环的旋转控制；在锁紧状态下，所有分瓣螺母共同形成完整的内螺纹，旋转转环，控制分瓣螺母向外移动，分离螺母进入解锁状态。本申请通过转环的旋转控制分离螺母的锁定状态与解锁状态，解锁分离螺母的过程对零部件之间不存在破坏性损伤，因此分离螺母可以重复使用，进而在应用前可对其力学性能进行检测。另外，壳体的上部设置有承受剪力的承剪锥台，解决了分离螺母不能承受剪力的问题。

Description

一种分离螺母

技术领域

本发明涉及航天航空的星箭点式连接解锁领域，特别涉及一种可重复使用的分离螺母。

背景技术

目前，随着航天事业的发展，基于火工分离螺母的点式解锁装置结构紧凑、可靠性高且技术成熟，已广泛应用于卫星和运载火箭间的连接解锁，同时，卫星对连接点的解锁也提出了越来越高的要求。其中，火工分离螺母连接于分离体上，通过主装药瞬时爆燃做功，结构间产生轴向的剧烈撞击，从而实现其解锁。

但是，首先，该方式导致分离螺母为一次性使用产品，因此其力学性能只能通过同批次其他产品的发火试验和产品本身的结构、装药质量等进行间接判断，无法在飞行前对该产品的解锁功能进行验证检测。

其次，传统火工分离螺母仅能承载轴向载荷，剪切载荷需要另外设计抗剪锥套等其他产品进行承载，因此分离螺母与分离体的连接接口较为复杂，且为避免影响到分离螺母的连接和解锁功能，对抗剪锥套等承载剪力的零部件的安装精度、设计间隙等均提出了较高的要求。

综上，传统火工分离螺母在星箭点式连接解锁领域的应用限制越来越多，存在不可重复使用、解锁方式冲击大、仅轴向承载、不可检测等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分离螺母，解决了上述技术问题。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是：

一种分离螺母，包括壳体、至少两个分瓣螺母、环形连接件以及转环；

所述环形连接件设于所述壳体内，所述转环竖直方向通过环形连接件或壳体限位；

所述分瓣螺母周向上通过环形连接件限位，径向上的位移通过转环的旋转控制，轴向上通过环形连接件和壳体限位；

在锁紧状态下，所有分瓣螺母共同形成完整的环形内螺纹，旋转转环，控制分瓣螺母向外移动，所述分离螺母进入解锁状态。

进一步的，所述滚子穿过环形连接件，其内、外方向上通过分瓣螺母和转环限位；所述转环通过向内推动所述滚子使分瓣螺母向内闭合锁紧。

更进一步的，所述转环包括上筒部，所述上筒部内部设有分离槽，外部设有分离凸起；

锁紧状态下，所述滚子在内、外方向上通过分瓣螺母和上筒部的内壁限位；

解锁状态下，所述滚子在内、外方向上通过分瓣螺母和分离槽限位。

更进一步的，所述分瓣螺母包括上侧水平部及设于所述上侧水平部上的内侧竖直弧段部和外侧竖直弧段部；

所述内侧竖直弧段部的内壁上设有螺纹，所述上侧水平部通过环形连接件进行周向限位；

进行解锁时，旋转转环，分离凸起首先开始接触所述外侧竖直弧段部的内壁，此时分离槽的边缘接触滚子；然后，所述分离凸起通过推动外侧竖直弧段部控制分瓣螺母向外移动，同时滚子落入分离槽中。

更进一步的，所述内侧竖直弧段部的外壁上设有定位槽，滚子通过所述定位槽与内侧竖直弧段部面接触。

更进一步的，所述环形连接件的上设有周向限位槽，所述上侧水平部设于所述周向限位槽中。

更进一步的，所述外侧竖直弧段部包括圆弧段和与所述圆弧段平滑过渡的渐开线段。

更进一步的，所述分离槽的一端与上筒部的内壁平滑过渡，另一端在解锁状态与滚子面接触，并通过滚子实现转换的周向限位。

更进一步的，所述转环还包括设于上筒部底面上、用于控制转环转动的圆柱部，所述圆柱部贯穿环形连接件。

更进一步的，所述环形连接件包括上环部，所述上环部上设有所述周向限位槽，所述上环部还设有通孔，所述滚子穿过所述通孔，所述滚子竖直方向通过通孔限位。

更进一步的，所述环形连接件还包括连接盘和下环部，所述上环部和所述下环部分别设于所述连接盘上，所述圆柱部贯穿连接盘；所述连接盘上设有共圆柱部旋转的导轨孔。

更进一步的，所述壳体的上端设有成锥台状的、用于承受剪力的承剪锥台，所述承剪锥台中部设有光孔。

相对于现有技术，本发明的有益效果是：

1、本申请通过转环的旋转控制分离螺母的锁定状态与解锁状态，解锁分离螺母的过程对零部件之间不存在破坏性损伤，因此分离螺母可以重复使用，进而在应用前可在正式任务前对其力学性能进行检测，包括冲击响应等，故可靠性更高。

2、壳体的上部设置有承受剪力的承剪锥台，解决了分离螺母不能承受剪力的问题，简化了分离螺母与分离体的连接。

3、本发明的星箭解锁冲击较低，分离螺母解锁动作均为周向旋转和径向张开，且为凸轮副渐变动作，无轴向剧烈撞击，传递到有效载荷侧的冲击较弱。另外，本发明还预留了解锁动力接口，可与电机、窝卷弹簧等低冲击装置组合使用。

4、本发明可同时进行轴向载荷和剪切载荷的双向承载，其中，分瓣螺母可承载轴向载荷，承剪锥台嵌入另一分离体中承受剪切载荷。

附图说明

图1为本申请主视方向的剖视图；

图2为本申请的仰视图；

图3为锁紧状态下图1的A-A向视图；

图4为图3逆时针旋转得到的解锁过程状态图；

图5为图3逆时针旋转得到的解锁状态图；

图6为图5顺时针旋转得到的锁紧过程状态图；

图7为本申请分瓣螺母的示意图；

图8为本申请环形连接件的示意图。

其中，1、壳体，11、承剪锥台，12、光孔，2、分瓣螺母，21、内侧竖直弧段部，211、定位槽，22、外侧竖直弧段部，221、圆弧段，222、渐开线段，23、上侧水平部，3、滚子，4、环形连接件，41、上环部，411、周向限位槽，412、通孔，42、连接盘，421、导轨孔，43、下环部，5、转环，51、上筒部，511、分离凸起，512、分离槽，52、圆柱部。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例加以详细说明。

如图1-图8所示，一种分离螺母，应用于点式解锁装置上，连接在分离体上，包括壳体1、分瓣螺母2、环形连接件4以及转环5。

环形连接件4设于壳体1内，其轴向和径向均固定，具体固定方式如：环形连接件1与壳体1过盈配合；但两者不仅限于该固定方式。转环5竖直方向通过环形连接件4或壳体1限位，即转环5轴向上的位移自由度被约束，但可以是实现周向转动；转环5周向转动时能够向内或向外推动分瓣螺母。分瓣螺母2至少有两个，各分瓣螺母围绕分离螺母的轴线成圆形均布；为便于表述，以下均已3个分瓣螺母为例对本申请进行阐述。分瓣螺母2周向上通过环形连接件4限位，径向上的位移通过转环5的旋转进行控制，轴向上通过壳体1和环形连接件4进行限位，该处所说的轴向理解为分离螺母的轴向，当然，也可以理解为环形连接件的轴向。换言之，分瓣螺母2周向上的旋转自由度以及轴向上的位移自由度均被约束住，径向上能够往复运动，且该往复运动通过转环5的正、反旋转来实现。

在锁紧状态下，所有分瓣螺母2围合在一起，并共同形成完整的环形的内螺纹，且相邻分瓣螺母2之间形成紧密的面接触关系，以更好地分散应力。解锁时旋转转环5，转环5向外推动分瓣螺母2，从而控制分瓣螺母2向外移动，即分离螺母进入解锁状态。

本申请通过转环5的旋转动作控制分瓣螺母2的锁定状态与解锁状态，解锁与解锁分离螺母的过程对相关零部件之间不存在破坏性损伤，因此分离螺母可以重复使用，进而在应用前可对其力学性能进行检测。

进一步的，壳体1可采用一面开口的、中空的环形体，壳体1的另一面界定一孔，连接分瓣螺母2的外部零件通过该孔进入壳体1。

具体的，请继续参阅图1和图3-6，分离螺母还包括与分瓣螺母2一一对应的滚子3，滚子3穿过环形连接件4，其内、外方向上通过分瓣螺母2和转环5限位，该处所述的内、外方向分别等同于指向分离螺母的轴线的方向和远离分离螺母轴线的方向；滚子3的竖直方向可通过分瓣螺母2和环形连接件4限位，例如，滚子3的上端由分瓣螺母2限位，其下端通过环形连接件限位；滚子3在圆周方向可通过环形连接件4或者分瓣螺母2进行限位，如，滚子3穿过环形连接件4的时候，其两侧通过环形连接件4挡住，再如，分瓣螺母2与滚子之间采用某种连接关系，使滚子3不能在圆周方向上转动；该处所说的圆周方向上转动理解为滚子绕分离螺母中心转动。当转环5向一个方向旋转时，其推动滚子3向内运动，从而推动各分瓣螺母2闭合锁紧。

进一步的，滚子3可选用圆柱体或者球体，圆柱体的滚子3可与分瓣螺母2或者环形连接件4形成面连接或线连接关系，其优点是受力较为均匀；成球体的滚子3可与分瓣螺母2或者环形连接件4形成点连接关系，其优点是摩擦力相对较小。本实施例更侧重考虑滚子的3安全性和耐用性，因此选用圆柱体。

具体的，请继续参阅图1-6，滚子3和转环5滑动连接或滚动连接，为实现转环5对滚子3的推动动作，可在转环5的内表面设置凹槽或凸起，则在转动过程中可通过滚子3与凹槽或者凸起的接触或不接触来调整转环5内表面和分瓣螺母2的距离。但作为一个优选实施例，如图1所示，转环5包括上筒部51，上筒部51内部设有分离槽512，外部设有分离凸起511。更进一步的，分离槽512的一端与上筒部51的内壁平滑过渡，另一端在解锁状态与滚子3面接触，并在解锁状态下对滚子3进行周向限位。详细来说，分离槽512与上筒部51内壁平滑过渡的一端的水平投影为与上筒部51的内壁相切的渐开线，以便于解锁或者锁紧过程中，滚子3稳定地与分离槽512接触或者脱离。在锁紧状态下，滚子3不与分离槽512接触，其内、外方向上通过分瓣螺母2和上筒部51的内壁限位；解锁状态下，滚子3置于分离槽512内，并与分离槽512的一端面接触，在内、外方向上通过分瓣螺母2和分离槽512进行限位。

进一步的，分离凸起511可为球面，也可为柱面，本申请不对其具体形状作限定，作为优选的，本实施例中选用柱面的分离凸起，主要考虑因素是：球面的分离凸起与分瓣螺母2为可能会点接触，应力较为集中，而柱面的分离凸起与分瓣螺母2至少是线接触，受力相对均匀。解锁过程中，转环5通过分离凸起511推动分瓣螺母2，使分瓣螺母2径向移动。

作为优选的，本实施例中，转环5还包括设于上筒部51底面上、用于控制转环5转动的圆柱部52，圆柱部52贯穿环形连接件4，用于连接旋转动力源，如窝卷弹簧、旋转电机等。圆柱部52的个数可为多个，本实施例中以两个圆柱部52为例进行说明。在旋转动力源的作用下，圆柱部52绕分离螺母的轴心旋转，从而通过上筒部51驱动分离螺母。

转环5竖直方向的位移自由度可通过壳体1或者连接件对上筒部51或者圆柱部52进行约束，在一个实施例中，如图1所示，上筒部51的底面与连接件贴合，从而约束了转环5竖直方向的位移自由度，同时，上筒部的顶部又对分瓣螺母形成限位。

具体的，如图7所示，分瓣螺母2包括上侧水平部23及设于所述上侧水平部23上的内侧竖直弧段部21和外侧竖直弧段部22。其中，内侧竖直弧段部21的内壁上设有螺纹，锁紧状态下，该处螺纹一般用于连接点式锁紧装置中的螺杆；内侧竖直弧段部21的外壁上设有定位滚子3的定位槽211，内侧竖直弧段部21通过定位槽211与滚子3面接触。当滚子3为球面时，定位槽211亦为球面，此时滚子3的内外方向的位移自由度同时通过内侧竖直弧段部21和转环5进行约束，竖直方向和圆周方向的位移自由度通过内侧竖直弧段部21约束；当滚子3为柱面时，定位槽211亦为柱面，此时滚子3竖直方向的位移自由度可通过定位槽211的两端部约束，也可通过环形连接件4约束。由于本实施例选用圆柱体的滚子3，因此定位槽211为圆柱面，且滚子3竖直方向的自由度通过环形连接件4约束。

进一步的，外侧竖直弧段部22包括平滑过渡的圆弧段221和渐开线段222，圆弧段221的截面包括圆弧，渐开线段222的截面包括渐开线。本实施例中，渐开线段222的内壁与圆弧段221的内壁相切，以便于分离凸起511平稳地推动或脱离外侧竖直弧段部22。上侧水平部23通过环形连接件4进行周向限位，从而防止分瓣螺母2旋转。

以下以图3-图5为例解释解锁过程。如图3展示了分离螺母的锁紧状态，上筒部51的内壁与滚子3接触，三个分瓣螺母2紧密贴合；在图3的基础上逆时针旋转转环5，分离凸起511接触外侧竖直弧段部22时，分离槽512的一端开始与滚子3接触，继续转动发转环5，分离凸起511通过推动外侧竖直弧段部22控制分瓣螺母2向外移动，滚子3逐渐进入分离槽512，内侧竖直弧段部21的外壁逐渐与上筒部51的内壁贴合，如图4所示。当分离槽512的另一端与滚子3贴合，分离槽512对滚子3内外方向进行限位的同时，滚子3对分离槽512的周向进行限位，即上筒部51逆时针转动到极限位置，分离螺母为完全分离状态，如图5所示。

以下以图5和图6为例进一步解释锁紧过程。在图5的基础上顺时针旋转转环5，分离槽512逐渐与滚子3脱离，并在脱离的过程中向内挤压滚子3，使分瓣螺母2沿径向向轴心运动，同时外侧竖直弧段部22与分离凸起511逐渐脱离，如图6所示。

具体的，如图8所示，环形连接件4包括连接盘42及设于连接盘42上的上环部41和下环部43，本实施例中，上环部41、下环部43及连接盘42一体成型。上环部41的顶部设置有安装上侧水平部23的周向限位槽411，上侧水平部23的两个侧面与周向限位槽411的侧面贴合，上侧水平部23可在限位操中径向移动，但不能周向运动。上环部41上还设有置有通孔412，滚子3穿过该通孔412。本实施例中，滚子3的上、下面分别与上述通孔412的上、下面贴合，以约束滚子3竖直方向的位移自由度，滚子3周向的自由度也通过通孔412约束。

下环部43用于连接壳体1，本实施例中选用螺纹连接的方式，以便于拆卸。连接盘42上设有导轨孔421，上述圆柱部52从导轨孔421处贯穿连接盘42，并在导轨孔421内旋转。在另一个实施例中，环形连接件4有上环部41和连接盘42组成，其中连接盘42连接壳体1，但是该实施例中，连接盘42与壳体1的连接面积小，因此连接处的应力相对本实施例的较大。

具体的，壳体1的上端设置有成锥台状的、用于承受剪力的承剪锥台11，所述承剪锥台11中部设有光孔12。详细来说，承剪锥台11替代了抗剪锥套，嵌入分离体中以承受剪力，该方式简化了连接关系，并且本申请中，承剪锥台11与壳体1一体成型，因而承受剪切应力的能力更强。本实施例中，承剪锥台11通过一中空的圆柱段连接在壳体1上，以便于兼容现有的连接分离螺母接口的尺寸。分离螺母通常通过螺杆连接其它零部件，使用时，螺杆穿过光孔12并与锁紧状态下的分瓣螺母2连接。

以上结合具体实施例对分离螺母进行了详细说明，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (12)

1.一种分离螺母，其特征在于，包括壳体、至少两个分瓣螺母、环形连接件以及转环；

所述环形连接件设于所述壳体内，所述转环竖直方向通过环形连接件或壳体限位；

所述分瓣螺母周向上通过环形连接件限位，径向上的位移通过转环的旋转控制，轴向上通过环形连接件和壳体限位；

在锁紧状态下，所有分瓣螺母共同形成完整的环形内螺纹；旋转转环，控制分瓣螺母向外移动，所述分离螺母进入解锁状态。

2.如权利要求1所述的分离螺母，其特征在于，还包括滚子，所述滚子穿过环形连接件，其内、外方向上通过分瓣螺母和转环限位；

所述转环通过向内推动所述滚子使各分瓣螺母向内闭合锁紧。

3.如权利要求2所述的分离螺母，其特征在于，所述转环包括上筒部，所述上筒部内部设有分离槽，外部设有分离凸起；

锁紧状态下，所述滚子在内、外方向上通过分瓣螺母和上筒部的内壁限位；

解锁状态下，所述滚子在内、外方向上通过分瓣螺母和分离槽限位。

4.如权利要求3所述的分离螺母，其特征在于，所述分瓣螺母包括上侧水平部及设于所述上侧水平部上的内侧竖直弧段部和外侧竖直弧段部；

所述内侧竖直弧段部的内壁上设有螺纹，所述上侧水平部通过环形连接件进行周向限位；

进行解锁时，旋转转环，所述分离凸起首先接触所述外侧竖直弧段部的内壁，此时分离槽的边缘接触滚子；然后所述分离凸起通过推动外侧竖直弧段部控制分瓣螺母向外移动，同时滚子落入分离槽中。

5.如权利要求4所述的分离螺母，其特征在于，所述内侧竖直弧段部的外壁上设有定位槽，滚子通过所述定位槽与内侧竖直弧段部面接触。

6.如权利要求4所述的分离螺母，其特征在于，所述环形连接件的上设有周向限位槽，所述上侧水平部设于所述周向限位槽中。

7.如权利要求4-6所述的分离螺母，其特征在于，所述外侧竖直弧段部包括圆弧段和与所述圆弧段平滑过渡的渐开线段。

8.如权利要求3-6任一项所述的分离螺母，其特征在于，所述分离槽的一端与上筒部的内壁平滑过渡，另一端在解锁状态与滚子面接触，并通过滚子实现转换的周向限位。

9.如权利要求3-6任一项所述的分离螺母，其特征在于，所述转环还包括设于上筒部底面上、用于控制转环转动的圆柱部，所述圆柱部贯穿环形连接件。

10.如权利要求9所述的分离螺母，其特征在于，所述环形连接件包括上环部，所述上环部上设有所述周向限位槽，所述上环部还设有通孔，所述滚子穿过所述通孔，所述滚子竖直方向通过通孔限位。

11.如权利要求10所述的分离螺母，其特征在于，所述环形连接件还包括连接盘和下环部，所述上环部和所述下环部分别设于所述连接盘上，所述圆柱部贯穿连接盘；所述连接盘上设有共圆柱部旋转的导轨孔。

12.如权利要求1-6任一项所述的分离螺母，其特征在于，所述壳体的上端设有成锥台状的、用于承受剪力的承剪锥台，所述承剪锥台中部设有光孔。