CN112027122A - 一种基于sma的锁紧释放装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种基于SMA的锁紧释放装置，包括中心体，第一推动体、第二推动体和收缩丝。所述第一推动体和第二推动体位于中心体上，第一推动体和第二推动体上的半圆形结构之间形成具有倒斜角结构的穿孔，锁紧体从穿孔穿过。一根收缩丝呈U形穿过第一推动体和中心体，另一根收缩丝呈U形穿过第二推动体和中心体。中心体和第一推动体、中心体和第二推动体间设有偏置弹簧。本申请中的收缩丝由SMA材料制成，可以通过温度控制收缩丝缩小或变大，使收缩丝对第一推动体和第二推动体产生拉力，当第一推动体和第二推动体分开时，穿孔变大，完成解锁。与传统的基于SMA的锁紧释放装置相比，在同等尺寸的情况下，提高了对空间的利用率，锁紧功能也更为牢固。

Description

一种基于SMA的锁紧释放装置

技术领域

本申请涉及锁紧释放装置技术领域，尤其涉及一种基于SMA的锁紧释放装置。

背景技术

锁紧释放装置分为火工锁紧释放装置和非火工锁紧释放装置。其中，最普遍的锁紧释放装置是火工锁紧释放装置，火工锁紧释放装置利用火药爆炸产生的气体膨胀，冲断连接部件，实现释放功能。但火工锁紧释放装置在释放过程中会产生污染物，且不能重复测试和使用，因此，非火工锁紧释放装置成为航天器装置领域的研究热点。

基于形状记忆合金(shape memory alloys，SMA)的锁紧释放装置是非火工锁紧释放装置的一种，通过利用SMA受热变回原形状产生的拉力，拉动锁紧部件解除锁紧约束，实现释放功能。与火工锁紧释放装置相比，基于SMA的锁紧释放装置具有冲击小，响应速度快等特点。

但是，现有的基于SMA的锁紧释放装置在与外部装置连接时，比其它具有同等尺寸的连接释放装置占用空间大。

发明内容

本申请提供了一种基于SMA的锁紧释放装置，以提高传统基于SMA的锁紧释放装置与外部装置连接时的空间利用率。

本申请提供一种基于SMA的锁紧释放装置，包括：

中心体，所述中心体中设有凹槽，所述凹槽上设有通孔；

第一推动体和第二推动体，所述第一推动体和所述第二推动体位于所述凹槽中，所述第一推动体和所述第二推动体上有半圆形结构,所述第一推动体和所述第二推动体的半圆形结构之间形成穿孔，所述穿孔与所述凹槽上的通孔同轴；

收缩丝，所述收缩丝由SMA材料制成；一根所述收缩丝呈U形穿过所述中心体和所述第一推动体，另一根所述收缩丝呈U形穿过所述中心体和所述第二推动体，所述收缩丝与外部电路连接；

偏置弹簧，所述偏置弹簧设置在所述第一推动体与所述中心体之间、以及所述第二推动体与所述中心体之间；

锁紧体，所述锁紧体穿过穿孔。

可选的，所述第一推动体和所述第二推动体所形成的穿孔的内径从接触所述中心体一端到远离接触所述中心体一端逐渐增大。

可选的，所述中心体上设有定位槽，所述定位槽中设有定位弹簧，所述定位弹簧一端与所述定位槽内壁连接，另一端与滚珠连接，所述第一推动体和所述第二推动体上设有与所述滚珠相互配合的弧形槽结构，所述滚珠位于所述弧形槽结构中。

可选的，所述滚珠的半径大于或等于所述弧形槽结构的深度。

可选的,所述锁紧释放装置还包括顶盖和底盖，所述中心体嵌入到所述底盖中，所述顶盖位于所述中心体顶部。

可选的，所述底盖外侧设有连接体，所述连接体上有斜面结构。

可选的，所述连接体位于螺栓上，所述螺栓上还设有两个固定压块和两个螺母，所述固定压块位于所述连接体两侧，所述螺母位于所述固定压块外侧，以固定所述固定压块。

可选的，呈U形的所述收缩丝包括两条相互平行的直线型结构，所述收缩丝的直线型结构位于所述连接体和所述固定压块之间，所述固定压块接触所述收缩丝。

可选的，所述顶盖、所述底盖上设有与所述中心体上的所述穿孔同轴的孔状结构。

由以上技术方案可知，本申请提供一种基于SMA的锁紧释放装置，包括中心体，第一推动体、第二推动体以及收缩丝。其中，第一推动体和第二推动体位于中心体上，第一推动体和第二推动体上有半圆形结构，第一推动体和第二推动体上的半圆形结构之间形成穿孔，锁紧体从穿孔穿过。一根收缩丝呈U形穿过第一推动体和中心体，另一根收缩丝呈U形穿过第二推动体和中心体。中心体和第一推动体、中心体和第二推动体间设有偏置弹簧。本申请提供的锁紧释放装置中的收缩丝由SMA材料制成，可以通过温度控制收缩丝缩小或变大，使得收缩丝对第一推动体和第二推动体产生拉力，当第一推动体和第二推动体分开时，穿孔变大，完成解锁动作。当第一推动体和第二推动体接触时，锁紧体被锁紧，完成锁紧动作。与传统的基于SMA的锁紧释放装置相比，在同等尺寸的情况下，提高了对空间的利用率，锁紧功能也更为牢固。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一种基于SMA的锁紧释放装置的结构示意图；

图2为本申请中心体的结构示意图；

图3为本申请锁紧释放装置的剖面图。

具体实施方式

下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。

SMA材料，是由两种以上金属元素所构成的具有形状记忆性能的材料。在一定温度下，SMA材料内部会发生热弹性马氏体相变，使得SMA材料发生变形。以SMA材料制成的金属丝为例。当温度升高时，这种金属丝长度会缩短，冷却后，它又会恢复原状。SMA材料可用于制备锁紧释放装置，这种基于SMA材料的锁紧释放装置与传统的火工释放装置相比，具有冲击小，环保，可以重复使用的优点。但是，传统的基于SMA的锁紧释放装置触发锁紧和释放功能的部件都位于所述锁紧释放装置与外部装置的连接方向上，这就使得在连接时需要占用一定的空间。本申请为基于SMA的锁紧释放装置提供了一种新的实现锁紧释放功能的方案，并将触发锁紧和释放功能的部件都设置在垂直于与外部设备连接方向的平面，提高了与外部设备连接时的空间利用率，且加入滚珠和定位弹簧组成的定位系统，使得这种基于SMA材料的锁紧释放装置在锁紧时更为牢固。

参见图1，为一种基于SMA的锁紧释放装置的结构示意图。如图1所示，本申请提供的一种基于SMA的锁紧释放装置包括顶盖12、中心体1、底盖13。其中，中心体1嵌入所述底盖13中，顶盖12位于中心体1顶部，将中心体1盖住，顶盖12和底盖13对中心体1起到保护作用。

参见图2，为本申请中心体的结构示意图。如图2所示，本申请提供的一种基于SMA的锁紧释放装置的中心体1上有凹槽2结构，所述凹槽2结构中设有第一推动体3和第二推动体4。所述第一推动体3和所述第二推动体4只能沿同一条直线方向发生位移，且由于凹槽2的存在，所述第一推动体3和所述第二推动体4能发生的位移有限，所述第一推动体3和所述第二推动体4上设有半圆形结构，所述第一推动体3上的半圆形结构和所述第二推动体4上的半圆形结构互为镜像结构，且从接触中心体1一端到远离接触中心体1一端的内径逐渐增大，两个半圆形结构之间形成穿孔5。第一推动体3和第二推动体4接触时，所述穿孔5是一个端口为完整的圆的孔。

第一推动体3和第二推动体4在可移动方向与中心体之间设有偏置弹簧7，需要说明的是，所述偏置弹簧7的具体位置和数量不限制，可根据实际需要进行选择。

锁紧体8由两部分结构组成，一部分为圆柱体结构，圆柱体的直径与第一推动体3和第二推动体4接触时产生的穿孔5的最小直径处相同。另一部分为圆柱台结构，圆柱台结构面积大的一侧端面与圆柱体结构连接，且直径大于圆柱体直径。

当第一推动体3和第二推动体4接触时，锁紧体8由圆柱台结构的一端进入穿孔5，由于锁紧体8的圆柱台结构尺寸大于第一推动体3和第二推动体4接触时形成的穿孔5尺寸，因此会将第一推动体3和第二推动体4推向两侧，此时，偏置弹簧7将被压缩。当锁紧体8的圆柱台结构完全进入穿孔后，在偏置弹簧7弹力的作用下，将会推动第一推动体3和第二推动体4，使第一推动体3和第二推动体4再次接触，由于锁紧体8的圆柱体结构直径与此时穿孔5的最小直径相同，因此在第一推动体3和第二推动体4接触时，锁紧体8将会被固定在穿孔5中，实现锁紧。

需要说明的是，在所述第一推动体3和第二推动体4上，不局限于半圆形结构一种，也可为圆弧过渡结构等。与之对应的，锁紧体8的结构也不局限于本申请所给出的结构，只要保证所述锁紧体8的结构与所述第一推动体3和第二推动体4上的结构相互配合，能够实现锁紧功能即可。

本申请一种基于SMA的紧释放装置的中心体1上还设有定位槽0，定位槽0中设有定位弹簧11，所述定位弹簧11一端与定位槽0内壁连接，一端与滚珠10连接。第一推动体3和第二推动体4上设有与滚珠10相互配合的弧形槽9结构，所述滚珠10位于弧形槽9中。

需要注意的是，滚珠10的大小和材质可根据需求自行选择。弧形槽9的深度小于或等于所述滚珠10的半径，定位槽0的尺寸满足滚珠10能完全进入。

本申请一种基于SMA的紧释放装置还包括收缩丝6，所述收缩丝6呈U形结构，所述U形结构上有一段弧形结构和两条相互平行的直线型结构。第一推动体3和第二推动体4上有适应于所述收缩丝6上的弧形结构放入的通道槽。一根收缩丝6的弧形结构位于第一推动体3的通道槽中，且两条相互平行的直线型结构部分穿过中心体1和底盖13侧面；另一根收缩丝6的弧形结构位于第二推动体4的通道槽中，且两条相互平行的直线型结构部分穿过中心体1和底盖13侧面。所述收缩丝6穿出所述底盖13侧面的两条直线型结构部分与外部电路连接。

所述收缩丝6由SMA材料制成，具有形状记忆功能，在加热时会缩小，冷却后又恢复原状。目前，关于SMA材料的力-电-热耦合控制研究已经建立成熟的控制模型，在本申请一种基于SMA的锁紧释放装置中，通过对SMA材料通电可以精确控制SMA材料的温度，从而实现对锁紧或释放的响应时间以及能耗等方面的控制。

当对收缩丝6通电时，由于电流通过收缩丝6产生的焦耳热，使得收缩丝6温度升高，发生收缩。收缩丝6的收缩会对第一推动体3和第二推动体4产生力的作用，迫使第一推动体3和第二推动体4分开，向两侧移动，由第一推动体3和第二推动体4上的半圆形结构形成的穿孔5也将逐渐变大，对锁紧体8的锁定状态将会被解除，完成解锁。在此通电解锁过程中，不会产生任何有害物质，且对零件的损耗程度很低，可以重复使用。

断开电源后，由于不再有电流流过收缩丝6，收缩丝6上的温度会逐渐降低，使得收缩丝6逐渐恢复原状。在收缩丝6的恢复力和偏置弹簧7的弹力的共同作用下，第一推动体3和第二推动体4将会被推动，直至接触。这时，所述第一推动体3和第二推动体4上的半圆形结构形成的穿孔5重新变成一个完整的圆，实现对锁紧体8的重新锁紧。

本申请一种基于SMA的锁紧释放装置采用电励式控制，通电实现解锁，断电自动锁紧，提高锁紧可靠性。且由于仅在解锁时需要通电，与传统基于SMA的锁紧释放装置相比消耗的电能更少。

需要说明的是，所述收缩丝6的结构不局限于U形结构，可以是半封闭的长方形结构或折线形结构等。与第一推动体3和中心体1、第二推动体4和中心体1的连接方式不局限与本申请中提供的方案，所述收缩丝6的根数也不局限于两根，如可以由多根呈直线型结构的收缩丝粘在第一推动体3和中心体1之间。实际应用中，可以根据需要选择合适的连接方式和收缩丝6的根数，只要满足收缩丝6中能流过电流且收缩时产生的驱动力能够克服偏置弹簧7压缩时产生的弹力以及所述滚珠10和定位弹簧11组成的定位系统产生的锁紧力即可。

此外，为了保证电流在收缩丝6中流过时不发生能量耗散，对收缩丝6和各个与收缩丝6直接连接的零件之间做绝缘处理工艺可以加快收缩丝6的升温，使得解锁动作完成的更快，同时减少电能的损耗。

现有的基于SMA的锁紧释放装置中，为了保证固定效果，对于由SMA材料制成的收缩丝6与基体之间的固定方法，多采用绕线固定方法，即把收缩丝6绕在螺栓16上。但是，采用这种结构的收缩丝6在驱动力的作用下容易发生拉断，原因是这种连接方式使得收缩丝6主要承受的力是剪切力，而剪切力很容易对收缩丝6造成破坏。

参见图3，为本申请锁紧释放装置的剖面图。如图3所示，底盖13外侧设有连接体14，连接体14上有斜面结构。所述连接体14被螺栓16穿过，螺栓16上还设有固定压块15和两个螺母17。两个所述固定压块15位于连接体14两侧，收缩丝6的两条直线型结构部分位于所述连接体14和所述固定压块15之间。所述固定压块15接触收缩丝6，从而限制收缩丝6，使得收缩丝6只能沿一条直线发生位移。螺母17位于所述固定压块15两侧，以固定固定压块15的位置。

本申请锁紧释放装置采用固定压块15加斜面的固定方法，使得收缩丝6在锁紧和解锁过程中仅会受到与所述第一推动体3和第二推动体4之间相互作用的力以及系统的摩擦力，减小了每次锁紧和解锁时对收缩丝6造成的损伤，提高收缩丝6的使用寿命和所述锁紧释放装置的锁紧可靠性。

需要说明的是，本申请锁紧释放装置的连接体14的斜面倾角为15°-20°，在实际应用中，斜面的具体参数可根据不同的SMA丝以及压紧块的表面粗糙度或者材料而定。此外，为了减少在解锁或锁紧过程中所述固定压块15与收缩丝6之间的应力集中，可以根据实际需要选取固定压块15的形态，例如本申请采用将所述固定压块15与收缩丝6接触的一面设置为斜面，斜面的角度与所述连接体14上的斜面角度一致。

本申请所述的锁紧释放装置的顶盖12和底盖13上设有和所述中心体上的穿孔5同轴的通孔，锁紧体8通过所述顶盖12、中心体1以及底盖13上的孔贯穿于本申请所述的锁紧释放装置，从而实现锁紧释放功能。

此外，本申请所述的锁紧释放装置的顶盖12、中心体1以及底盖13上还设有同轴的连接孔，所述锁紧释放装置可通过连接孔固定在外部装置上，所述连接孔的位置、大小以及形状不限，在实际应用中，可根据需求自行选择。

由以上技术方案可知，本申请提供一种基于SMA的锁紧释放装置，包括中心体1，第一推动体3、第二推动体4以及收缩丝6。其中，第一推动体3和第二推动体4位于中心体1上，第一推动体3和第二推动体4上有半圆形结构，第一推动体3和第二推动体4上的半圆形结构之间形成穿孔5，锁紧体8从穿孔5穿过。一根收缩丝6呈U形穿过第一推动体3和中心体1，另一根收缩丝6呈U形穿过第二推动体4和中心体1。中心体1和第一推动体3、中心体1和第二推动体4间设有偏置弹簧7。本申请提供的锁紧释放装置中的收缩丝6由SMA材料制成，可以通过温度控制收缩丝6缩小或变大，使得收缩丝6对第一推动体3和第二推动体4产生拉力，当第一推动体3和第二推动体4分开时，穿孔5变大，完成解锁动作。当第一推动体3和第二推动体4接触时，锁紧体8被锁紧，完成锁紧动作。与传统的基于SMA的锁紧释放装置相比，在同等尺寸的情况下，提高了对空间的利用率。

此外，由于本申请一种基于SMA的锁紧释放装置的凹槽2结构，以及所述滚珠10和定位弹簧11组成的定位系统结构，对所述中心体1形成了力封闭结构，减少了由于锁紧释放装置发生高速旋转产生的离心力导致所述第一推动体3和第二推动体4分开而出现的误解锁情况，提高了所述锁紧释放装置可承受旋转的最大转速，增加了锁紧可靠性。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于SMA的锁紧释放装置，其特征在于，包括：

中心体(1)，所述中心体(1)中设有凹槽(2)，所述凹槽(2)上设有通孔；

第一推动体(3)和第二推动体(4)，所述第一推动体(3)和所述第二推动体(4)位于所述凹槽(2)中，所述第一推动体(3)和所述第二推动体(4)上有半圆形结构,所述第一推动体(3)和所述第二推动体(4)的半圆形结构之间形成穿孔(5)，所述穿孔(5)与所述凹槽(2)上的通孔同轴；

收缩丝(6)，所述收缩丝(6)由SMA材料制成；一根所述收缩丝(6)呈U形穿过所述中心体(1)和所述第一推动体(3)，另一根所述收缩丝(6)呈U形穿过所述中心体(1)和所述第二推动体(4)，所述收缩丝(6)与外部电路连接；

偏置弹簧(7)，所述偏置弹簧(7)设置在所述第一推动体(3)与所述中心体(1)之间、以及所述第二推动体(4)与所述中心体(1)之间；

锁紧体(8)，所述锁紧体(8)穿过所述穿孔(5)。

2.根据权利要求1所述的一种基于SMA的锁紧释放装置，其特征在于，所述第一推动体(3)和所述第二推动体(4)所形成的所述穿孔(5)的内径从接触所述中心体(1)一端到远离接触所述中心体(1)一端逐渐增大。

3.根据权利要求1所述的一种基于SMA的锁紧释放装置，其特征在于，所述中心体(1)上设有定位槽(0)，所述定位槽(0)中设有定位弹簧(11)，所述定位弹簧(11)一端与所述定位槽(0)内壁连接，另一端与滚珠(10)连接，所述第一推动体(3)和所述第二推动体(4)上设有与所述滚珠(10)相互配合的弧形槽(9)结构，所述滚珠(10)位于所述弧形槽(9)结构中。

4.根据权利要求3所述的一种基于SMA的锁紧释放装置,其特征在于，所述滚珠(10)的半径大于或等于所述弧形槽(9)结构的深度。

5.根据权利要求1所述的一种基于SMA的锁紧释放装置，其特征在于,所述锁紧释放装置还包括顶盖(12)和底盖(13)，所述中心体(1)嵌入到所述底盖(13)中，所述顶盖(12)位于所述中心体(1)顶部。

6.根据权利要求5所述的一种基于SMA的锁紧释放装置，其特征在于，所述底盖(13)外侧设有连接体(14)，所述连接体(14)上有斜面结构。

7.根据权利要求6所述的一种基于SMA的锁紧释放装置，其特征在于，所述连接体(14)位于螺栓(16)上，所述螺栓(16)上还设有两个固定压块(15)和两个螺母(17)，所述固定压块(15)位于所述连接体(14)两侧，所述螺母(17)位于所述固定压块(15)外侧，以固定所述固定压块(15)。

8.根据权利要求7所述的一种基于SMA的锁紧释放装置，其特征在于，呈U形的所述收缩丝(6)包括两条相互平行的直线型结构，所述收缩丝(6)的直线型结构位于所述连接体(14)和所述固定压块(15)之间，所述固定压块(15)接触所述收缩丝(6)。

9.根据权利要求5所述的一种基于SMA的锁紧释放装置，其特征在于，所述顶盖(12)、所述底盖(13)上设有与所述中心体(1)上的所述穿孔(5)同轴的孔状结构。

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