CN110550236B - 一种自分式锁紧释放装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自分式锁紧释放装置，能够通过自身内部构件之间的相互约束关系实现，满足特殊场合下航天器被锁紧设备与航天器本体之间在无相对分离运动条件下刚性连接完全释放。该自分式锁紧释放装置包括：法兰A、法兰B、螺栓释放装置、连接螺栓、锁紧螺母、螺栓分离弹簧、螺栓分离弹簧压盖、锁紧销、锁紧销分离弹簧和锁紧销分离弹簧安装帽；该锁紧释放装置采用了轴向连接、横向释放的工作模式，且预紧载荷较小，因此，锁紧释放装置释放时对航天器设备的冲击载荷相对较小。

Description

一种自分式锁紧释放装置

技术领域

本发明涉及一种锁紧释放装置，具体涉及一种自分式锁紧释放装置，属于航天器机构技术领域。

背景技术

在航天工程中，为保证航天器设备在航天器发射段不发生破坏，通常通过锁紧装置将设备与航天器本体之间锁紧，入轨后锁紧装置解锁，航天器设备解锁后通常完成一定的动作，如定向天线、太阳翼展开机构解锁释放后展开。对于这类的航天器设备锁紧释放相关技术较为成熟、应用也较为广泛。

随着航天器技术及应用的不断发展，为了降低航天器扰动对航天器设备的影响、提高航天器设备在轨工作精度，往往需要在航天器设备与航天器本体之间安装隔振装置，而隔振装置的结构刚度往往较低，仅仅依靠隔振装置结构的刚度和强度难以保证航天器设备在发射段不发生破坏。因此，需要在这类航天器设备与航天器本体之间安装专门的锁紧释放装置，锁紧释放装置除了保证发射段保持航天器设备与航天器本体之间的刚性连接外不改变设备、隔振装置与航天器本体之间的相对位置，入轨解锁释放后应完全解除设备与航天器本体之间的刚性连接，同时不需要设备、隔振装置与航天器本体之间的相对位置发生改变。

而传统的航天器锁紧释放装置难以满足上述要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种自分式锁紧释放装置，能够通过自身内部构件之间的相互约束关系实现，满足特殊场合下航天器被锁紧设备与航天器本体之间在无相对分离运动条件下刚性连接完全释放。

所述的自分式锁紧释放装置，用于两个装置之间的锁紧和释放，包括：法兰A、法兰B、螺栓释放装置、连接螺栓、锁紧螺母、螺栓分离弹簧、螺栓分离弹簧压盖、锁紧销、锁紧销分离弹簧和锁紧销分离弹簧安装帽；

所述法兰A和法兰B分别与需锁紧和释放的两个装置相连；

所述螺栓释放装置安装在法兰A上，用于连接螺栓的连接及释放；

在所述法兰A的圆周面上，沿其周向分布有两个以上径向通孔；每个径向通孔内安装一个锁紧销，所述锁紧销和与之对应的径向通孔滑动配合，能够在径向通孔内沿其轴向滑动；所述锁紧销轴向两端中，一端为圆锥台，另一端加工有内凹的圆锥面，用于和锥形垫锥面配合；且所述锁紧销圆锥台端朝向所述法兰A外侧；

所述法兰B同轴套装在法兰A外部，在法兰B的外圆周面上，设置有与所述锁紧销一一对应的径向通孔，作为锁紧孔；所述法兰B的外圆周面上与每个锁紧孔对应的位置设置有锁紧销分离弹簧安装帽；所述锁紧孔包括锥形段和柱形段，所述锁紧销的圆锥台端伸入与之对应的锁紧孔的锥形段，与其锥面滑动配合；所述锁紧销分离弹簧位于所述锁紧孔柱形段内，一端与锁紧销圆锥台端面抵触，另一端与所述锁紧销分离弹簧安装帽的内底面抵触，该锁紧释放装置处于锁紧状态时，所述锁紧销分离弹簧处于压缩状态；

所述锥形垫同轴位于所述法兰A的中心孔，与两个以上所述锁紧销上内凹的圆锥面接触；所述连接螺栓与锁紧螺母螺纹连接后，底部穿过所述锥形垫后与所述螺栓释放装置相连；所述锁紧螺母压紧所述锥形垫，使所述锥形垫的锥面与所述锁紧销上内凹的圆锥面贴紧，锁紧销的圆锥台锥面与所述锁紧孔锥面贴紧；

所述螺栓分离弹簧压盖为具有螺纹中心孔以及与螺纹中心孔同轴的环形槽的筒形结构，其环形槽用于放置螺栓分离弹簧，螺纹中心孔用于将螺栓分离弹簧压盖螺纹连接在连接螺栓上，所述螺栓分离弹簧的一端与所述螺栓分离弹簧压盖上环形槽的内底面抵触，另一端与所述锥形垫端面抵触；该锁紧释放装置处于锁紧状态时，所述螺栓分离弹簧处于压缩状态。

在所述螺栓分离弹簧压盖上方套装有螺栓防逃帽，所述螺栓防逃帽为一端开口一端封闭的筒形结构，其开口端通过紧固件固定安装在法兰A上，用于容纳分离后的连接螺栓。

在所述锥形垫上端面的中心设置有用于放置球形垫的半球形孔，所述连接螺栓与锁紧螺母螺纹连接后，底部依次穿过球形垫和锥形垫后与螺栓释放装置相连。

有益效果：

(1)该自分式锁紧释放装置的锁紧及释放完全通过自身内部构件之间的相互约束关系实现，能够满足特殊场合下航天器被锁紧设备与航天器本体之间在无相对分离运动条件下刚性连接完全释放的应用需求。

(2)锁紧螺母仅需要较小的预紧载荷即可实现锁紧装置完全锁紧，由于锁紧装置预紧载荷较小，提高了锁紧装置在发射段载荷下结构强度裕度，保证了航天器设备锁紧的可靠性。

(3)区别于一般航天器锁紧装置轴向连接、轴向释放的工作模式，该锁紧释放装置采用了轴向连接、横向释放的工作模式，且预紧载荷较小，因此，锁紧释放装置释放时对航天器设备的冲击载荷相对较小。

(4)锁紧装置实现了模块化设计，接口简单，便于安装。

附图说明

图1为该自分式锁紧释放装置的整体结构示意图；

图2为该自分式锁紧释放装置的俯视图；

图3为该自分式锁紧释放装置的释放状态示意图。

其中：1-法兰A、2-法兰B、3-螺栓释放装置、4-连接螺栓、5-锁紧螺母、6-球形垫、7-锥形垫、8-螺栓分离弹簧、9-螺栓分离弹簧压盖、10-螺栓防逃帽、11-锁紧销、12-锁紧销分离弹簧、13-锁紧销分离弹簧安装帽

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例提供一种自分式锁紧释放装置，该锁紧释放装置通过自身的功能模块实现自身的锁紧，整体安装至航天器上后能够实现航天器设备与航天器本体之间的刚性连接即锁紧，同时将航天器设备与航天器本体隔离。入轨释放后，在航天器设备与航天器本体之间无相对分离运动的情况下，锁紧释放装置分离成分别与航天器设备和航天器本体相连的两部分，从而解除了航天器设备与航天器本体之间的刚性连接，满足航天器设备锁紧释放的特殊需要。

如图1和图2所示，该自分式锁紧释放装置包括：法兰A1、法兰B2、螺栓释放装置3、连接螺栓4、锁紧螺母5、螺栓分离弹簧8、螺栓分离弹簧压盖9、锁紧销11、锁紧销分离弹簧12和锁紧销分离弹簧安装帽13。

其中螺栓释放装置3沿轴向安装在法兰A1上，螺栓释放装置3用于连接螺栓4的连接及释放，即螺栓释放装置3一端伸入法兰A1的中心孔内，用于和连接螺栓4连接，当螺栓释放装置3动作后，断开其与连接螺栓4之间的连接，释放连接螺栓4。螺栓释放装置3不局限于具体的功能实现方式，采用火工和非火工释放装置均可，如火工分离螺母。

在法兰A1的圆周面上，沿其周向均匀分布有多个径向通孔；每个径向通孔内安装一个锁紧销11，锁紧销11中心轴沿法兰A1径向；锁紧销11和之对应的径向通孔滑动配合，能够在径向通孔内沿其轴向滑动。锁紧销11轴向两端中，一端加工有完整锥形斜面形成圆锥台，另一端加工有内凹的圆锥面，用于和锥形垫7锥面配合；且锁紧销11加工有圆锥台一端朝向法兰A1外侧。

法兰B2同轴套装在法兰A1外部，在法兰B2的外圆周面上，设置有与锁紧销11一一对应的径向通孔，作为锁紧孔；法兰B2的外圆周面上与每个锁紧孔对应的位置设置有锁紧销分离弹簧安装帽13，锁紧孔包括锥形段和柱形段，锁紧销11的圆锥台端伸入与之对应的锁紧孔的锥形段，与其锥面滑动配合。安装时，先将锁紧销分离弹簧12装入锁紧销分离弹簧安装帽13中，然后将锁紧销分离弹簧安装帽13通过安装耳片安装在法兰B 2锁紧孔外侧面上，在安装过程中使得锁紧销分离弹簧12进入法兰B2锁紧孔并与锁紧销11圆锥台端面贴合，由此锁紧销分离弹簧12的一端与锁紧销11圆锥台端抵触(与圆锥台的小端抵触)，另一端与锁紧销分离弹簧安装帽13的内底面抵触。对锁紧销分离弹簧安装帽13施加一定的轴向力，使得锁紧销分离弹簧安装帽13安装面与法兰B2贴紧，然后用安装螺钉将锁紧销分离弹簧安装帽13安装固定；在安装锁紧销分离弹簧安装帽13过程中，锁紧销分离弹簧12应受轴向压力将发生一定的压缩变形，从而为锁紧销11释放时提供分离力。

锥形垫7位于多个锁紧销11所围成的空间内，与法兰A1同轴，且与多个锁紧销11所形成锥台形的内表面接触；锥形垫7上端面的中心设置有用于放置球形垫6的半球形孔，连接螺栓4与锁紧螺母5螺纹连接后，底部依次穿过球形垫6和锥形垫7后拧入螺栓释放装置3，连接螺栓4与锥形垫7以及法兰A1同轴，球形垫6用于修正连接螺栓4与法兰A1的同轴偏差，保证连接螺栓4与法兰A1的同轴度。在连接螺栓4拧入螺栓释放装置3的过程中对连接螺栓4施加一定的轴向力，使得球形垫6与锥形垫7上的球面贴紧、锥形垫7与锁紧销11上的内凹圆锥面贴紧，进而通过锥形垫7锥面横向分力将锁紧销11的圆锥台端与法兰B2的锥形孔贴紧。同时对锁紧螺母5施加一定的预紧力矩，预紧力矩不应过大，以消除各零部件之间的间隙为原则，以避免因施加预紧力矩过大导致锁紧装置结构强度裕度显著降低；施加预紧力矩后，在各零件相互约束下实现自锁紧；锁紧后，将螺栓分离弹簧8装入螺栓分离弹簧压盖9；螺栓分离弹簧压盖9为具有螺纹中心孔以及与螺纹中心孔同轴的环形槽的筒形结构，其环形槽用于放置螺栓分离弹簧8，螺纹中心孔用于将螺栓分离弹簧压盖9螺纹连接在连接螺栓4顶部；通过螺栓分离弹簧压盖9的螺纹中心孔将螺栓分离弹簧压盖9拧在连接螺栓4螺纹杆上后，螺栓分离弹簧8的一端与螺栓分离弹簧压盖9上环形槽的内底面抵触，另一端与锥形垫7上端面抵触。在拧入的过程中，由于螺栓分离弹簧8与锥形垫7端面接触，使螺栓分离弹簧8发生一定的压缩变形；待螺栓分离弹簧压盖9与连接螺栓4螺纹杆端面上端面平齐后螺栓分离弹簧压盖9安装到位。

在螺栓分离弹簧压盖9上方套装有螺栓防逃帽10，螺栓防逃帽10为一端开口一端封闭的筒形结构，其开口端通过紧固件固定安装在法兰A1上，用于容纳分离后的连接螺栓4。

该装置锁紧后自成一体，成为功能独立的结构模块，可作为承力结构安装至航天器上。安装时，该锁紧释放装置通过法兰A1安装在航天器本体上、通过法兰B2与航天器设备连接，从而实现了航天器设备与航天器本体的刚性连接。在航天器发射过程中，在发射载荷作用下，连接螺栓4始终承受拉伸载荷，且外部载荷越大无论方向如何连接螺栓4拉伸载荷越大、锁紧装置结构越紧，在外部载荷不超过锁紧装置承载极限的情况下锁紧装置结构刚度不会发生改变，即该锁紧装置在对航天器设备无初始预紧载荷的条件下锁紧螺母安装时的预紧力基本可忽略实现了航天器设备与航天器本体之间可靠的刚性连接。

航天器入轨释放时，螺栓释放装置3解锁，将其与连接螺栓4之间的连接断开，即将连接螺栓4释放，连接螺栓4与球形垫6、锥形垫7、锁紧销11及法兰A1、法兰B2之间的相互约束解除，连接螺栓4在螺栓分离弹簧8的作用下从螺栓释放装置3中拔出并收纳在螺栓防逃帽10中；锁紧销11在失去约束的情况下，锁紧销分离弹簧12推动锁紧销11沿锁紧孔的轴向移动，使锁紧销11与法兰B2锁紧孔完全分离，从而解除法兰A1和法兰B2之间的刚性连接，即航天器设备与航天器本体之间的刚性连接完全释放，如图3所示。此过程不需要航天器设备与航天器本体之间产生相对分离运动，所有分离释放动作均在自锁紧释放装置内部构件之间完成。另外，由于该锁紧释放装置自锁紧时连接螺栓4初始预紧载荷较小，同时螺栓释放装置3安装在航天器本体一侧，且释放时锁紧销11为横向释放，故对航天器设备造成的释放冲击载荷相对较小。

综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种自分式锁紧释放装置，用于两个装置之间的锁紧和释放；其特征在于，包括：法兰A(1)、法兰B(2)、螺栓释放装置(3)、连接螺栓(4)、锁紧螺母(5)、螺栓分离弹簧(8)、螺栓分离弹簧压盖(9)、锁紧销(11)、锁紧销分离弹簧(12)和锁紧销分离弹簧安装帽(13)；

所述法兰A(1)和法兰B(2)分别与需锁紧和释放的两个装置相连；

所述螺栓释放装置(3)安装在法兰A(1)上，用于连接螺栓(4)的连接及释放；

在所述法兰A(1)的圆周面上，沿其周向分布有两个以上径向通孔；每个径向通孔内安装一个锁紧销(11)，所述锁紧销(11)和与之对应的径向通孔滑动配合，能够在径向通孔内沿其轴向滑动；所述锁紧销(11)轴向两端中，一端为圆锥台，另一端加工有内凹的圆锥面，用于和锥形垫(7)锥面配合；且所述锁紧销(11)圆锥台端朝向所述法兰A(1)外侧；

所述法兰B(2)同轴套装在法兰A(1)外部，在法兰B(2)的外圆周面上，设置有与所述锁紧销(11)一一对应的径向通孔，作为锁紧孔；所述法兰B(2)的外圆周面上与每个锁紧孔对应的位置设置有锁紧销分离弹簧安装帽(13)；所述锁紧孔包括锥形段和柱形段，所述锁紧销(11)的圆锥台端伸入与之对应的锁紧孔的锥形段，与其锥面滑动配合；所述锁紧销分离弹簧(12)位于所述锁紧孔柱形段内，一端与锁紧销(11)圆锥台端面抵触，另一端与所述锁紧销分离弹簧安装帽(13)的内底面抵触，该锁紧释放装置处于锁紧状态时，所述锁紧销分离弹簧(12)处于压缩状态；

所述锥形垫(7)同轴位于所述法兰A(1)的中心孔，与两个以上所述锁紧销(11)上内凹的圆锥面接触；所述连接螺栓(4)与锁紧螺母(5)螺纹连接后，底部穿过所述锥形垫(7)后与所述螺栓释放装置(3)相连；所述锁紧螺母(5)压紧所述锥形垫(7)，使所述锥形垫(7)的锥面与所述锁紧销(11)上内凹的圆锥面贴紧，锁紧销(11)的圆锥台锥面与所述锁紧孔锥面贴紧；

所述螺栓分离弹簧压盖(9)为具有螺纹中心孔以及与螺纹中心孔同轴的环形槽的筒形结构，其环形槽用于放置螺栓分离弹簧(8)，螺纹中心孔用于将螺栓分离弹簧压盖(9)螺纹连接在连接螺栓(4)上，所述螺栓分离弹簧(8)的一端与所述螺栓分离弹簧压盖(9)上环形槽的内底面抵触，另一端与所述锥形垫(7)端面抵触；该锁紧释放装置处于锁紧状态时，所述螺栓分离弹簧(8)处于压缩状态。

2.如权利要求1所述的自分式锁紧释放装置，其特征在于：在所述螺栓分离弹簧压盖(9)上方套装有螺栓防逃帽(10)，所述螺栓防逃帽(10)为一端开口一端封闭的筒形结构，其开口端通过紧固件固定安装在法兰A(1)上，用于容纳分离后的连接螺栓(4)。

3.如权利要求1或2所述的自分式锁紧释放装置，其特征在于：在所述锥形垫(7)上端面的中心设置有用于放置球形垫(6)的半球形孔，所述连接螺栓(4)与锁紧螺母(5)螺纹连接后，底部依次穿过球形垫(6)和锥形垫(7)后与螺栓释放装置(3)相连。

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