CN111216927A - 一种由形状记忆合金条驱动的锁紧释放结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种由形状记忆合金条驱动的锁紧释放结构，涉及锁紧释放机构领域。所述由形状记忆合金条驱动的锁紧释放结构还包括：支撑框架，其包括一套筒和与所述套筒连接的至少一支撑臂；顶出件，其可活动的设置于所述套筒内；锁紧组件，其适于在锁紧状态下限制所述顶出件沿轴向方向的运动，并在解锁状态下解除对所述顶出件的运动限制；形状记忆合金条，其适于在通电时使所述锁紧组件进入解锁状态，并在未通电时使所述锁紧组件进入锁紧状态。本发明所述的由形状记忆合金条驱动的平面挂钩锁紧释放结构，具有低冲击，解锁时间短，复位简单、运动精度高，低摩擦，无污染可重复使用优势。

Description

一种由形状记忆合金条驱动的锁紧释放结构

技术领域

本发明涉及锁紧释放机构的技术领域，具体涉及一种由形状记忆合金条驱动的锁紧释放结构。

背景技术

航天中常使用的传统火工分离装置虽然经历了多次在轨飞行验证，具有很高的可靠度，但其却有两个固有不足之处：一是解锁过程中伴随着剧烈的冲击与振动，二是只能实现单次的解锁与释放。一方面是较高的冲击载荷带来的不稳定和安全隐患，一方面是单次使用带来的不经济，同时由火工品引起的污染问题日趋严重。鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种由形状记忆合金条驱动的锁紧释放结构，包括支撑框架，所述由形状记忆合金条驱动的锁紧释放结构还包括：

支撑框架，其包括一套筒和与所述套筒连接的至少一支撑臂；

顶出件，其可活动的设置于所述套筒内；

锁紧组件，其适于在锁紧状态下限制所述顶出件沿轴向方向的运动，并在解锁状态下解除对所述顶出件的运动限制；

形状记忆合金条，其适于在通电时使所述锁紧组件进入解锁状态，并在未通电时使所述锁紧组件进入锁紧状态。

较佳的，所述锁紧组件包括：

第一挂钩，所述第一挂钩包括第一锁紧部，第一转动部和第一助推部；所述第一锁紧部与所述顶出件扣位配合连接，所述第一转动部与所述支撑臂活动连接，所述第一助推部适于推动所述第一转动部带动所述第一锁紧部锁紧和解锁所述顶出件；

第一复位压缩弹簧，所述第一复位弹簧位于所述第一挂钩的下方，且设置于所述支撑臂内。

较佳的，所述锁紧释放结构还包括弹性件，其在所述锁紧组件锁紧状态时，处于压缩状态，在所述弹性件释放时，用其存储的弹性能将所述顶出件顶出。

较佳的，所述第一锁紧部设有倒角。

较佳的，所述第一复位压缩弹簧与所述第一助推部贴合或者固定连接。

较佳的，所述支撑框架还包括底座；

所述套筒设置在所述底座上，其内设有所述弹性件；

所述顶出件设于所述弹性件的上方；

所述形状记忆合金条一端连接所述套筒，另一端驱动连接所述第一助推部。

较佳的，所述锁紧组件还包括第二复位压缩弹簧和第二挂钩，所述支撑框架包括两个支撑臂，且两个支撑臂关于所述套筒对称，所述由形状记忆合金条驱动的锁紧释放结构还包括第一滑轮和第二滑轮；

所述第二挂钩与所述第一挂钩关于所述顶出件呈镜像对称设置；

所述第二复位压缩弹簧与所述第一复位压缩弹簧关于所述顶出件对称设于所述支撑壁内，所述第二复位压缩弹簧位于所述第二挂钩的下方；

所述第一滑轮与所述第二滑轮关于所述套筒对称设于所述底座上；

所述形状记忆合金条依次绕设于所述第一滑轮与所述第二滑轮的外侧，其一端与所述第一挂钩连接，另一端与所述第二挂钩连接。

较佳的，所述第二挂钩包括第二锁紧部，第二转动部和第二助推部；所述第二锁紧部与所述顶出件扣位配合连接，所述第二转动部与所述支撑臂活动连接，所述第二助推部适于推动所述第二转动部带动所述第二锁紧部锁紧和解锁所述顶出件。

较佳的，所述第二转动部与所述支撑臂铰接。

较佳的，所述第二复位压缩弹簧与所述第二助推部贴合或者固定连接。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：

(1)、本实施例公开的由形状记忆合金条驱动的锁紧释放结构，具有低冲击，解锁时间短，运动精度高，低摩擦，无污染可重复使用优势；该锁紧释放结构通过形状记忆合金条变形带动锁紧组件对顶出件实现解锁和锁紧，由于形状记忆合金条具有高阻尼特性，可以有效吸收外来冲击力，使机构具有良好的抗冲击性能；同时形状记忆合金条的形变是可恢复的，保证了锁紧释放结构可重复性使用，稳定性好，具有较长的使用寿命。

(2)、本实施例公开的由形状记忆合金条驱动的锁紧释放结构，该锁紧释放结构通过第一挂钩和第二挂钩对顶出件实现锁紧和解锁。

附图说明

为了更清楚地说明本发明各实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本发明所述的由形状记忆合金条驱动的锁紧释放结构锁紧状态的结构示意图；

图2是图1的剖视图；

图3本发明所述的由形状记忆合金条驱动的锁紧释放结构解锁状态的剖视图。

附图标记说明：

1-支撑框架、2-顶出件、3-锁紧组件、4-形状记忆合金条、5-弹性件、6-第一滑轮、7-第二滑轮、11-底座、12-套筒、13-支撑臂、31-第一挂钩、32-第一复位弹簧、33-第二挂钩、34-第二复位弹簧、311-第一通孔、331-第二通孔

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

实施例一

结合图1、图2和图3所示，图1是本发明所述的由形状记忆合金条驱动的锁紧释放结构锁紧状态的结构示意图；图2是图1的剖视图；图3是本发明所述的由形状记忆合金条驱动的锁紧释放结构解锁状态的剖视图。为了解决传统火工分离装置解锁过程中只能实现单次的解锁与释放的技术问题，本实施例公开了一种由形状记忆合金条驱动的锁紧释放结构。所述由形状记忆合金条驱动的锁紧释放结构包括支撑框架，所述支撑框架包括：支撑框架1，其包括一套筒12和与套筒12连接的至少一支撑臂13；顶出件2，其可活动的设置于套筒12内；锁紧组件3，其适于在锁紧状态下限制顶出件2沿轴向方向的运动，并在解锁状态下解除对顶出件2的运动限制；形状记忆合金条4，其适于在通电时使锁紧组件3进入解锁状态，并在未通电时使锁紧组件3进入锁紧状态。

锁紧组件3包括：第一挂钩31，第一挂钩31包括第一锁紧部，第一转动部和第一助推部；第一锁紧部与顶出件2扣位配合连接，第一转动部与支撑臂13活动连接，第一助推部适于推动第一转动部带动第一锁紧部锁紧和解锁顶出件2；第一复位压缩弹簧32，第一复位弹簧32位于第一挂钩31的下方，且设置于支撑臂13内。

锁紧释放结构还包括弹性件5，其在锁紧组件3锁紧状态时，处于压缩状态，在弹性件5释放时，用其存储的弹性能将顶出件2顶出。

支撑框架1还包括底座11；套筒12设置在底座11上，其内设有弹性件5；顶出件2设于弹性件5的上方；形状记忆合金条31一端连接套筒12，另一端驱动连接第一助推部。

其中，在锁紧状态时，顶出件2位于弹性件5的上方，顶出件2上设有可用于第一挂钩31插接的凹槽，第一挂钩31插进该凹槽时，顶出件2压缩位于下方的弹性件5。第一挂钩31与支撑臂13活动连接，位于第一挂钩31下方的第一复位压缩弹簧32处于压缩状态，处于压缩状态下的第一复位压缩弹簧32给予第一挂钩31垂直第一挂钩31方向向上的恢复力，使得第一挂钩31与顶出件2活动插接的一端向顶出件2挤压，将顶出件2锁紧。位于第一挂钩2下方的与其固定连接的形状记忆合金条4具有刚性，可以用来约束第一复位压缩弹簧32过大的恢复力。

具体的，第一挂钩31为“Z”字形结构，包括第一连接面、第二连接面、第三连接面，第一连接面与第二连接面垂直，第二连接面与第三连接面垂直，第一连接面即为第一助推部，第三连接面即为第一锁紧部，第二连接面与第一连接面的连接处即为第一转动部。第一助推部与第一复位压缩弹簧32连接；第一转动部与支撑臂13活动连接，即第一转动部可以带动第一挂钩31绕第一转动部与支撑臂13的连接处转动；第一锁紧部可活动插入顶出件2的凹槽内以实现对顶出件2沿套筒12轴线方向的位移的限制；第一转动部的设置可以提高解锁的速度。形状记忆合金条4一端连接套筒12，另一端驱动连接第一助推部。

其中，在解锁状态时，给形状记忆合金条4通电，形状记忆合金条4通电之后可收缩，收缩后的形状记忆合金条4给予第一挂钩31向下的拉力，第一挂钩31在形状记忆合金条4的拉力作用下，以与支撑臂13连接处为旋转中心，朝向远离顶出件2的方向旋转，即第一助推部被形状记忆合金条4带动逆时针旋转，第一转动部带动第一锁紧部向远离顶出件2的方向逆时针转动；此时顶出件2失去了第一挂钩31对其施加的约束力，在弹性件5的的弹力作用下被顶出，完成解锁。

停止通电后，形状记忆合金条4恢复原来长度，然后手动给顶出件2施加沿套筒12的轴线方向向下的力，弹性件5被再次压缩回复锁紧状态时的状态，第一挂钩31再次插入顶出件2的凹槽内，实现了对顶出件2的再次锁紧，可恢复最初的锁紧状态。

本实施例公开的由形状记忆合金条驱动的锁紧释放结构，具有低冲击，解锁时间短，复位简单、运动精度高，低摩擦，无污染可重复使用优势；该锁紧释放结构通过形状记忆合金条4变形带动锁紧组件3对顶出件2实现解锁和锁紧，由于形状记忆合金条4具有高阻尼特性，可以有效吸收外来冲击力，使机构具有良好的抗冲击性能；同时形状记忆合金条4的形变是可恢复的，保证了锁紧释放结构可重复性使用，稳定性好，具有较长的使用寿命。

较佳的，第一挂钩31与支撑臂13通过轴孔铰接，即第一转动部设置有第一通孔311，支撑臂13与之对应的位置同样设置有通孔，通过铰轴贯穿二者的通孔将第一挂钩31与支撑臂13连接在一起，第一挂钩31可以沿铰接处自由旋转。

较佳的，第一挂钩31与顶出件2适配处为倒角，即第一锁紧部与顶出件2的凹槽的插接处设置有倒角，倒角设置便于第一挂钩31与顶出件2的凹槽的配合更加方便，同时也减少了第一挂钩31与顶出件2之间反复插接引起的摩檫力，有效的延长了该平面挂钩锁紧机构的使用寿命。另外也可以在第一锁紧部与顶出件2的凹槽的插接处涂抹润滑油来减少摩擦引起的耗损来延长该平面挂钩锁紧机构的使用寿命。

较佳的，第一挂钩31与第一复位压缩弹簧32贴合或者固定连接，第一复位压缩弹簧32的作用是使得第一挂钩31锁紧顶出件2，限制顶出件2沿套筒12轴线方向的位移。

较佳的，弹性件5为压缩弹簧，可以减少外界荷载对顶出件2的冲击。

较佳的，通过调节弹性件5和第一复位弹簧32的刚度可以改变对顶出件2的锁紧力度。

实施例二

结合图1、图2和图3所示，如上所述的由形状记忆合金条驱动的锁紧释放结构，本实施例与上述实施例的不同之处在于，所述由形状记忆合金条驱动的锁紧释放结构还包括：锁紧组件3还包括第二复位压缩弹簧33和第二挂钩34，支撑框架1包括两个支撑臂13，且两个支撑臂13关于套筒12对称，由形状记忆合金条驱动的锁紧释放结构还包括第一滑轮6和第二滑轮7；第二挂钩34与第一挂钩31关于顶出件2呈镜像对称设置；第二复位压缩弹簧34与第一复位压缩弹簧32关于顶出件2对称设于支撑臂13内，第二复位压缩弹簧34位于第二挂钩33的下方；第一滑轮6与第二滑轮7关于套筒12对称设于底座11上；形状记忆合金条4依次绕设于第一滑轮6与第二滑轮7的外侧，其一端与第一挂钩31连接，另一端与第二挂钩33连接。

第二挂钩33包括第二锁紧部，第二转动部和第二助推部；第二锁紧部与顶出件2扣位配合连接，第二转动部与支撑臂13活动连接，第二助推部适于推动第二转动部带动第二锁紧部锁紧和解锁所述顶出件2。

其中，本实施例中锁紧和解锁的原理及过程为：

锁紧过程：顶出件2上设置有两个凹槽，第一挂钩31与第二挂钩33分别插进两个凹槽中，第一复位压缩弹簧32与第二复位压缩弹簧34处于压缩状态，第一复位压缩弹簧32的恢复力与第二复位压缩弹簧34的恢复力分别作用在第一挂钩31和第二挂钩33上，使得第一挂钩31与第二挂钩33同时向中间挤压顶出件2，限制顶出件2沿套筒12轴线方向的位移；同时顶出件2压缩下方的弹性件5。此时形状记忆合金条4可防止第一复位压缩弹簧32和第二复位压缩弹簧34的恢复力过大而起到一定的约束作用。

解锁过程：给形状记忆合金条4通电，形状记忆合金条4收缩，收缩后的形状记忆合金条4同时给予第一挂钩31和第二挂钩33向下的拉力，第一挂钩31在形状记忆合金条4的拉力作用下，以与支撑臂13连接处为旋转中心，朝向远离顶出件2的方向旋转，即第一助推部被形状记忆合金条4带动逆时针旋转，第一转动部带动第一锁紧部向远离顶出件2的方向逆时针转动；第二挂钩33在形状记忆合金条4的拉力作用下，以与支撑臂13连接处为旋转中心，朝向远离顶出件2的方向旋转，即第二助推部被形状记忆合金条4带动顺时针旋转，第二转动部带动第二锁紧部向远离顶出件2的方向顺时针转动。此时顶出件2失去了第一挂钩31和第二挂钩33对其施加的约束力，在弹性件5的的弹力作用下被顶出，完成解锁。

由解锁恢复锁紧过程：停止通电后，形状记忆合金条4恢复原来长度，然后给顶出件2施加沿套筒12的轴线方向向下的力，弹性件5被再次压缩，第一挂钩31和第二挂钩33再次插入顶出件2的凹槽内，实现了对顶出件2的再次锁紧，可恢复最初的锁紧状态。

本实施例公开的由形状记忆合金条驱动的锁紧释放结构，具有低冲击，解锁时间短，运动精度高，低摩擦，无污染可重复使用优势；该锁紧释放结构通过第一挂钩31和第二挂钩33对顶出件2锁紧，形状记忆合金条4变形实现解锁和锁紧，由于形状记忆合金条4具有高阻尼特性，可以有效吸收外来冲击力，使机构具有良好的抗冲击性能；同时形状记忆合金条4的形变是可恢复的，保证了锁紧释放结构可重复性使用，稳定性好，具有较长的使用寿命。

较佳的，第二挂钩33与第一挂钩31一样可设置为“Z”字形,包括第四连接面、第五连接面、第六连接面，第四连接面与第五连接面垂直，第五连接面与第六连接面垂直，即第四连接面为第二助推部，第六连接面为第二锁紧部，第四连接部与第五连接部相连接处为第二转动部。第二转动部与支撑臂13活动连接，第二助推部与第二复位压缩弹簧34连接，第二锁紧部可活动插入顶出件2的凹槽内以实现对顶出件2沿套筒12轴线方向的位移的限制；形状记忆合金条4一端驱动连接第一助推部，另一端驱动连接第二助推部。第二挂钩33与第一挂钩31结构相同且关于顶出件2对称，二者的配合作用，可以实现对顶出件2更好的锁紧。

较佳的，第二转动部与所述支撑臂13铰接，即第二挂钩33与支撑臂13通过轴孔铰接，第一转动部设置有第二通孔331，支撑臂13与之对应的位置同样设置有通孔，通过铰轴贯穿二者的通孔将第二挂钩33与支撑臂13连接在一起，第二挂钩33可以沿铰接处自由旋转；第一转动部与第二转动部的设置可以提高解锁的速度。

较佳的，第二挂钩33与顶出件2适配处为倒角，即第二锁紧部与顶出件2的凹槽的插接处设置有倒角，倒角设置便于第二挂钩33之间反复插接引起的摩擦力，有效的延长了该平面挂钩锁紧机构的使用寿命。另外也可以在第二锁紧部与顶出件2的凹槽的插接处涂抹润滑油来减少摩擦引起的耗损来延长该平面挂钩锁紧机构的使用寿命。

较佳的，第二挂钩33与第二复位压缩弹簧34贴合或者固定连接，第二复位压缩弹簧34的作用是使得第二挂钩33锁紧顶出件2，限制顶出件2沿套筒12轴线方向的位移。

较佳的，套筒12的设置，一方面保护其内部的结构，另一方面提高整体的美观性。在套筒12上设有用于形状记忆合金条4穿过的通孔。

较佳的，第一滑轮6与第二滑轮7的设置用来承载形状记忆合金条4，形状记忆合金条4可绕第一滑轮6与第一滑轮7滑动。

较佳的，形状记忆合金条4具有独特的形状记忆性能，较大的输出应变，在变形条件下，当温度超过其相应相变温度时，能够恢复其原始形状，在一定条件下这种恢复变形能够重复，最大恢复应变能够达到8％，而且冲击载荷较小会大大减小安全隐患，因此可以作为驱动源使用。因此，本发明使用的SMA驱动的平面挂钩锁紧机构具有低冲击，解锁时间短，运动精度高，低摩擦，无污染可重复使用优势。

较佳的，本实施例公开的由形状记忆合金条驱动的锁紧释放结构的锁紧和解锁的过程可以用计算机来控制。

较佳的，底座11为轻质合金，减轻了该锁紧释放结构的重量，使用更加方便。

较佳的，形状记忆合金条4的变形方式还可以为点刺激、光刺激、热刺激或者磁刺激。

较佳的，筒内的弹性件能减少再接载荷对螺栓的冲击。

较佳的，可以通过调整弹簧的刚度改变锁紧力的大小，同时筒内的弹簧刚度也可以改变，转动副驱动，响应快，低摩擦。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种由形状记忆合金条驱动的锁紧释放结构，其特征在于，包括：

支撑框架(1)，其包括一套筒(12)和与所述套筒(12)连接的至少一支撑臂(13)；

顶出件(2)，其可活动的设置于所述套筒(12)内；

锁紧组件(3)，其适于在锁紧状态下限制所述顶出件(2)沿轴向方向的运动，并在解锁状态下解除对所述顶出件(2)的运动限制；

形状记忆合金条(4)，其适于在通电时使所述锁紧组件(3)进入解锁状态，并在未通电时使所述锁紧组件(3)进入锁紧状态。

2.如权利要求1所述的由形状记忆合金条驱动的锁紧释放结构锁紧释放结构，其特征在于，所述锁紧组件(3)包括：

第一挂钩(31)，所述第一挂钩(31)包括第一锁紧部，第一转动部和第一助推部；所述第一锁紧部与所述顶出件(2)扣位配合连接，所述第一转动部与所述支撑臂(13)活动连接，所述第一助推部适于推动所述第一转动部带动所述第一锁紧部锁紧和解锁所述顶出件(2)；

第一复位压缩弹簧(32)，所述第一复位弹簧(32)位于所述第一挂钩(31)的下方，且设置于所述支撑臂(13)内。

3.如权利要求2所述的由形状记忆合金条驱动的锁紧释放结构，其特征在于，所述锁紧释放结构还包括弹性件(5)，其在所述锁紧组件(3)锁紧状态时，处于压缩状态，在所述弹性件(5)释放时，用其存储的弹性能将所述顶出件(2)顶出。

4.如权利要求2所述的由形状记忆合金条驱动的锁紧释放结构锁紧释放结构，其特征在于，所述第一锁紧部设有倒角。

5.如权利要求2所述的由形状记忆合金条驱动的锁紧释放结构锁紧释放结构，其特征在于，所述第一复位压缩弹簧(32)与所述第一助推部贴合或者固定连接。

6.如权利要求3所述的由形状记忆合金条驱动的锁紧释放结构锁紧释放结构，其特征在于，所述支撑框架(1)还包括底座(11)；

所述套筒(12)设置在所述底座(11)上，其内设有所述弹性件(5)；

所述顶出件(2)设于所述弹性件(5)的上方；

所述形状记忆合金条合金条(4)一端连接所述套筒(12)，另一端驱动连接所述第一助推部。

7.如权利要求6所述的由形状记忆合金条驱动的锁紧释放结构，其特征在于，所述锁紧组件(3)还包括第二复位压缩弹簧(34)和第二挂钩(33)，所述支撑框架(1)包括两个支撑臂(13)，且两个支撑臂(13)关于所述套筒(12)对称，所述由形状记忆合金条驱动的锁紧释放结构还包括第一滑轮(6)和第二滑轮(7)；

所述第二挂钩(33)与所述第一挂钩(31)关于所述顶出件(2)呈镜像对称设置；

所述第二复位压缩弹簧(34)与所述第一复位压缩弹簧(32)关于所述顶出件(2)对称设于所述支撑壁(13)内，所述第二复位压缩弹簧(34)位于所述第二挂钩(33)的下方；

所述第一滑轮(6)与所述第二滑轮(7)关于所述套筒(12)对称设于所述底座(11)上；

所述形状记忆合金条合金条(4)依次绕设于所述第一滑轮(6)与所述第二滑轮(7)的外侧，其一端与所述第一挂钩(31)连接，另一端与所述第二挂钩(33)连接。

8.如权利要求7所述的由形状记忆合金条驱动的锁紧释放结构，其特征在于，所述第二挂钩(33)包括第二锁紧部，第二转动部和第二助推部；所述第二锁紧部与所述顶出件(2)扣位配合连接，所述第二转动部与所述支撑臂(13)活动连接，所述第二助推部适于推动所述第二转动部带动所述第二锁紧部锁紧和解锁所述顶出件(2)。

9.如权利要求8所述的由形状记忆合金条驱动的锁紧释放结构锁紧释放结构，其特征在于，所述第二转动部与所述支撑臂(13)铰接。

10.如权利要求8所述的由形状记忆合金条驱动的锁紧释放结构锁紧释放结构，其特征在于，所述第二复位压缩弹簧(34)与所述第二助推部贴合或者固定连接。

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