CN110920940B - 一种立方星分离开舱锁紧机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种立方星分离开舱锁紧机构，包括半圆锁紧块、翻盖限位长板、限位挡块、翻盖、分离机构顶框、长板转轴、限位拉簧垫块、拉簧以及其他紧固附件。在立方星装入分离机构内部与运载火箭对接处于发射阶段时，翻盖限位长板在半圆锁紧块、长板转轴以及拉簧作用下处于静止状态，当火箭进入预定轨道立方星分离机构会接收到火箭分离信号，分离机构的舱盖会打开，半圆锁紧块与舱盖一同运动，当到达最大限位位置后，翻盖限位长板在拉簧的作用下绕长板转轴旋转，进入到锁紧位置，从而实现对半圆锁紧块的限位锁紧，防止翻盖回弹影响立方星从分离机构内弹出的正常入轨。

Description

一种立方星分离开舱锁紧机构
技术领域
本发明属于卫星发射技术领域，特别是一种立方星分离开舱锁紧机构。
背景技术
近年来，由于我国对于民营航天的开放政策，使得越来越多除了高校以外的民营资本逐步走入航天领域，特别是在立方星的研发上，存在在开发周期、制造成本低等优势，立方星的研发能力在不断提高。随着立方星发射需求的增长，各种立方星分离机构不断涌现，但普遍存在开舱盖后无限位、限位机构复杂、冗余度低、或限位超差影响舱门开启的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种立方星分离开舱锁紧机构，该机构结构简单、可靠性高、控制方便、对称布置后可实现冗余限位设计。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种立方星分离开舱锁紧机构，包括半圆锁紧块、翻盖限位长板、限位挡块、翻盖、分离机构顶框、长板转轴、限位拉簧垫块、拉簧以及其他附件。将立方星装入分离机构内部，且运载火箭对接完成处于发射阶段时，翻盖限位长板在半圆锁紧块、长板转轴以及拉簧作用下处于静止状态，运载火箭进入预定轨道立方星分离机构会接收到运载火箭的分离信号，分离机构的舱盖会打开，半圆锁紧块与舱盖一同运动，当到达最大限位位置后，翻盖限位长板在拉簧的作用下绕长板转轴旋转，进入到锁紧位置，从而实现对半圆锁紧块的限位锁紧，防止翻盖回弹影响立方星从分离机构内弹出正常入轨。
半圆锁紧块为带有设计角度的凸形半圆，半圆锁紧块与翻盖固定，并随翻盖一同动作；翻盖限位长板绕长板转轴旋转；限位挡块起到限制翻盖限位长板转动范围，防止拉簧损坏；长板转轴贯穿翻盖限位长板与分离机构顶框紧定连接；限位拉簧垫块与分离机构顶框固定，并连接拉簧；在分离机构锁紧时翻盖限位长板处于半圆锁紧块上部，当翻盖打开后，翻盖限位长板在拉簧的拉力作用下跟随半圆锁紧块内部轮廓滑动；当翻盖打开一定角度时，翻盖限位长板滑入半圆锁紧块内部直面，形成直角结构，限制翻盖回弹，对分离立方星起到保护作用。
进一步地，所述半圆锁紧块为弧形结构，半圆锁紧块的圆心位于旋转中心位置，半圆锁紧块内部的弧形轨迹使得在开舱过程中半圆锁紧块一直与翻盖限位长板相接触。
进一步地，所述半圆锁紧块外侧对称设有凸耳，使分离机构在发射过程中翻盖限位长板一直位于半圆锁紧块内部，不脱出。
进一步地，所述半圆锁紧块在与翻盖限位长板可接触的直面部分设有直纹滚花结构，增大相互间的摩擦力。
所述半圆锁紧块侧面有两个定位销孔，起到定位作用。
所述翻盖限位长板靠近斜面端的窄面凸起设有螺纹孔，用于安装螺钉固定拉簧，在开舱到限定位置处时，在拉簧的拉力作用下向下位移至半圆锁紧块直面部分。
进一步地，由于翻盖限位长板转轴及斜面的布置位置，使其不会脱出半圆锁紧块内部。
进一步地，翻盖限位长板宽面对称面均设置减重槽口。
所述限位挡块为L形结构，与分离机构顶框固定。在完成地面分离测试后，需将翻盖限位长板复位，此时，翻盖限位长板受到限位挡块限制，从而避免与翻盖限位长板相连的拉簧因其拉伸长度过大而产生屈服变形损坏。
所述分离机构顶框设有侧面凸起，起到增强顶框刚度的作用，同时能够安装长板转轴。
进一步地，长板转轴孔为梯形沉头螺纹孔，避免由于长板转轴螺钉端加工不到根部而影响装配精度的原因。
所述长板转轴由台阶轴与外螺纹组成。台阶轴用于定位，能够有效限制翻盖限位长板的轴向移动，而且不会因拧紧长板转轴而锁死。
进一步地，长板转轴台阶轴与翻盖限位长板的通孔配合加工，使其能够灵活转动。
所述限位拉簧垫块为品字形结构，与分离机构顶框紧固，对称于分离机构布置，其端部设有螺钉与拉簧固定。
本发明的优点及有益效果是：
1.结构简单、限位可靠性高、控制方便。
2.限位角度调节方便，除立方星分离机构外也可适用于多种其他场合。
3.所有部件均为对称结构，对称布置后可实现冗余限位设计。
附图说明
图1为本发明爆炸示意图。
图2为本发明在发射过程中示意图。
图3为本发明在开舱盖过程中示意图。
图4为本发明在开舱盖到达限位处示意图。
图5为本发明的结构受力分析示意图。
图6为本发明半圆锁紧块示意图。
图7为本发明翻盖限位长板示意图。
图8为本发明限位挡块示意图。
图9为本发明长板转轴示意图。
图10为本发明限位拉簧垫块示意图。
其中：1-半圆锁紧块、2-翻盖限位长板、3-限位挡块、4-翻盖、5-分离机构顶框、6-长板转轴、7-限位拉簧垫块、8-拉簧、9-翻盖转轴
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
所述一种立方星分离开舱锁紧机构如图1-9所示，本发明包括：翻盖限位长板(2)、限位挡块(3)、翻盖(4)、分离机构顶框(5)、长板转轴(6)、限位拉簧垫块(7)、拉簧(8)、翻盖转轴(9)及其他附件。
进一步地，结合图1所述半圆锁紧块(1)通过第一螺钉(1-1)与翻盖(4)紧固，并能够随翻盖(4)一同动作；翻盖限位长板(2)绕长板转轴(6)旋转，用第二螺钉(2-1)与拉簧(8)紧固；限位挡块(3)与分离机构顶框(5)用第三螺钉(3-1)紧固；长板转轴(6)贯穿翻盖限位长板(2)与分离机构顶框(5)紧定连接；限位拉簧垫块(7)与分离机构顶框用第四螺钉(7-1)紧固，其上由第四螺钉(7-2)与拉簧(8)连接。
实施例一，所述一种立方星分离开舱锁紧机构在发射阶段。
如图2，为发射阶段示意图，立方星锁紧在分离机构内部，翻盖限位长板(2)在半圆锁紧块(1)、拉簧(8)及长板转轴(6)共同作用下处于静止状态。
实施例二，所述一种立方星分离开舱锁紧机构的锁紧过程。
如图3-5，当分离机构接收到分离信号后，翻盖(4)打开，到达设定角度后，拉簧(8)收缩，带动翻盖限位长板(2)绕着长板转轴(6)旋转，从而沿着半圆锁紧块(1)竖直内面下滑，实现对半圆锁紧块(1)的卡紧。
如图3所述，翻盖在在未到达最大限制角度时翻盖限位长板(2)提前进入冗余区域，使翻盖转板向下移动，实现限位，冗余区域的设计使得减小了所需加工精度。
如图4所述，拉簧(8)拉动翻盖限位长板(2)进入限位锁定区域，由于翻盖限位长板(2)转动轴心与半圆锁紧块(1)转动轴心的偏心设计使得翻盖限位长板(2)活动轨迹为图中的点画线的部分轨迹，从而不会滑出半圆锁紧块(1)边缘。
如图6所述，半圆锁紧块(1)上的突出支耳(1-2)起到限位的作用，位于半圆锁紧块(1)的一个角上；半圆锁紧块(1)侧面上设有定位销安装孔(1-3)用于与分离机构顶框(5)相连；半圆锁紧块(1)侧面上设有圆柱孔(1-4)，翻盖转轴(9)可绕圆柱孔(1-4)转动；半圆锁紧块(1)的另一侧面设有直面(1-5)与翻盖限位长板(2)接触，实现限位锁紧。
进一步地，所述直面(1-5)上设有直纹滚花，以增加摩擦力。
所述如图7，翻盖限位长板(2)，通孔(2-3)用于与长板转轴(6)配合，通孔(2-3)与长板转轴(6)之间为间隙配合；凸台螺纹孔(2-1)用以连接拉簧(8)，侧面(2-4)为锁紧接触面，因其上部设有拐点，故不会越过半圆锁紧块(1)，行程只能至与结合面成90度夹角，减重槽(2-2)为对称式机构，用于减重。
进一步地，所述翻盖限位长板(2)的侧面(2-4)上设有直纹滚花，以增大摩擦力，为可选项。
所述如图9，长板转轴(6)由螺纹连接段(6-1)、定位面(6-2)、旋转轴段(6-3)、限制翻盖限位长板端面侧(6-4)以及螺丝刀开槽(6-5)组成；相连顺序依次为螺纹连接段(6-1)、定位面(6-2)、旋转轴段(6-3)、限制翻盖限位长板端面侧(6-4)、螺丝刀开槽(6-5)；螺纹连接段(6-1)与旋转轴段(6-3)、同轴，定位面(6-2)与限制翻盖限位长板端面侧(6-4)平行，定位面(6-2)、限制翻盖限位长板端面侧(6-4)都与螺纹连接段(6-1)的轴心垂直；螺丝刀开槽(6-5)平面与限制翻盖限位长板端面侧(6-4)平行的相对外侧面。
如图10所述，限位拉簧垫块(7)主要用途为连接拉簧(8)，使两端处于同一竖直面上，为减重起见，设计为品子形，即利于减重又可实现固定可靠。
进一步地，如图5所述，半圆锁紧块(1)内部直面可与翻盖限位长板(2)接合面配合设计合适角度，在卡紧后，保持90度夹角，图5为其受力简图，其中对翻盖限位长板(2)进行受力分析，F1为拉簧(8)的拉力，F2为半圆锁紧块(1)对翻盖限位长板(2)的压力，F3为F1和F2的合力，Fx和Fy为支点O对翻盖限位长板(2)的x方向和y方向的反力，M为支点O的弯矩，由力学平衡条件分析得到，此时无论半圆锁紧块(1)的反力有多大，都可以达到平衡，可实现锁紧的目的。
实施例三，所述一种立方星分离开舱锁紧机构在地面测试结束后的恢复阶段。
地面操作人员在完成开舱盖测试后，双手中指抬起分离机构两侧的翻盖限位长板(2)，然后用双手食指共同按压舱盖(4)完成合盖动作。
进一步地，翻盖限位长板(2)抬起后会与限位挡块(3)如图7中的面(3-2)接触，从而限制其过大位移，保护拉簧(8)，使其免于误操作而损坏。
进一步地，如图8，限位挡块(3)由(3-1)的两通孔用螺钉与分离机构顶框(5)定位。
本发明的工作原理是：
半圆锁紧块与翻盖固定，并随翻盖一同动作，翻盖限位长板绕长板转轴旋转，限位挡块起到限制翻盖限位长板转动范围，防止拉簧损坏的作用。长板转轴贯穿翻盖限位长板与分离机构顶框紧定连接，限位拉簧垫块与分离机构顶框固定，并连接拉簧；在分离机构锁紧时翻盖限位长板处于半圆锁紧块上部，当翻盖打开后，翻盖限位长板在拉簧的拉力作用下绕长板转轴旋转，并跟随半圆锁紧块内部轮廓滑动，当翻盖打开一定角度时翻盖限位长板滑入半圆锁紧块内部直面，形成直角结构，限制翻盖回弹，对分离卫星起到保护作用。

Claims (8)

1.一种立方星分离开舱锁紧机构，其特征在于：将立方星装入分离机构内部，且运载火箭对接完成处于发射阶段时，翻盖限位长板在半圆锁紧块、长板转轴以及拉簧作用下处于静止状态，运载火箭进入预定轨道立方星分离机构会接收到运载火箭的分离信号，分离机构的舱盖会打开，半圆锁紧块与舱盖一同运动，当到达最大限位位置后，翻盖限位长板在拉簧的作用下绕长板转轴旋转，进入到锁紧位置，从而实现对半圆锁紧块的限位锁紧；
半圆锁紧块为带有设计角度的凸形半圆，半圆锁紧块与翻盖固定，并随翻盖一同动作；翻盖限位长板绕长板转轴旋转；限位挡块起到限制翻盖限位长板转动范围，防止拉簧损坏；长板转轴贯穿翻盖限位长板与分离机构顶框紧定连接；限位拉簧垫块与分离机构顶框固定，并连接拉簧；在分离机构锁紧时翻盖限位长板处于半圆锁紧块上部，当翻盖打开后，翻盖限位长板在拉簧的拉力作用下跟随半圆锁紧块内部轮廓滑动；当翻盖打开一定角度时，翻盖限位长板滑入半圆锁紧块内部直面，形成直角结构，限制翻盖回弹，对分离立方星起到保护作用；
所述半圆锁紧块为弧形结构，半圆锁紧块的圆心位于旋转中心位置，半圆锁紧块内部的弧形轨迹使得在开舱过程中半圆锁紧块一直与翻盖限位长板相接触。
2.根据权利要求1所述的一种立方星分离开舱锁紧机构，其特征在于：所述半圆锁紧块外侧对称设有凸耳，使分离机构在发射过程中翻盖限位长板一直位于半圆锁紧块内部，不脱出；
所述半圆锁紧块在与翻盖限位长板可接触的直面部分设有直纹滚花结构，增大相互间的摩擦力；
所述半圆锁紧块侧面有两个定位销孔，起到定位作用。
3.根据权利要求1所述的一种立方星分离开舱锁紧机构，其特征在于：所述翻盖限位长板靠近斜面端的窄面凸起设有螺纹孔，用于安装螺钉固定拉簧，在开舱到限定位置处时，在拉簧的拉力作用下向下位移至半圆锁紧块直面部分；
由于翻盖限位长板转轴及斜面的布置位置，使其不会脱出半圆锁紧块内部；
翻盖限位长板宽面对称面均设置减重槽口。
4.根据权利要求1所述的一种立方星分离开舱锁紧机构，其特征在于：所述限位挡块为L形结构，与分离机构顶框固定；在完成地面分离测试后，需将翻盖限位长板复位，此时，翻盖限位长板受到限位挡块限制，从而避免与翻盖限位长板相连的拉簧因其拉伸长度过大而产生屈服变形损坏。
5.根据权利要求1所述的一种立方星分离开舱锁紧机构，其特征在于：所述分离机构顶框设有侧面凸起，起到增强顶框刚度的作用，同时能够安装长板转轴。
6.根据权利要求1所述的一种立方星分离开舱锁紧机构，其特征在于：长板转轴孔为梯形沉头螺纹孔。
7.根据权利要求1所述的一种立方星分离开舱锁紧机构，其特征在于：所述长板转轴由台阶轴与外螺纹组成；台阶轴用于定位，能够有效限制翻盖限位长板的轴向移动。
8.根据权利要求1所述的一种立方星分离开舱锁紧机构，其特征在于：长板转轴台阶轴与翻盖限位长板的通孔配合加工。
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