CN112340069A - 一种基于非连续螺纹副的分离解锁装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于非连续螺纹副的分离解锁装置，主要由限位触发销、盖板、向心调节球轴承、非连续螺母、主驱动弹簧、推力滚针轴承、壳体、上压紧板、下压紧板、非连续螺杆、限位座、分离弹簧、加载螺母和捕获帽等组成。本发明采用整体非连续螺母承载形式，连接预紧整体螺纹副承载时刚度大，并且安装简单，与分瓣螺母形式相比，缩小了螺母的限位机构，不仅提高了连接刚度和强度，也减小了装置触发和承载构型的包络尺寸，使得空间布局紧凑，实现了承载50～100kN能力级别装置的轻小型模块化设计目标，可满足大型复杂航天器的大承载连接需求，还可以实现快响应、低冲击、可重复使用的解锁分离的功能。

Description

一种基于非连续螺纹副的分离解锁装置

技术领域

本发明属于非火工解锁技术领域，尤其涉及一种基于非连续螺纹副的分离解锁装置。

背景技术

随着航天技术的不断发展，航天任务也越来越多样化复杂化，针对航天器连接分离系统中的关键部件解锁装置，也提出了更高的要求，不仅要连得住分得开，还要满足低冲击与可重复等要求，因此对于传统火工解锁装置具有分离冲击强烈、附加污染明显和不可重复使用等不可克服的缺点，新型非火工解锁装置也应运而生。

针对以上火工品解锁装置的不足，陆续出现了以记忆合金、石蜡、电磁作为驱动源的非火工解锁分离装置，但目前研制出的解锁装置虽然通过非火工触发使其分离冲击有所降低，但是与火工品相比，解锁装置中的机构设计复杂，解锁分离时间较长，对于航天领域分离窗口时间短的快响应需求就无法满足，也不利于多个解锁装置的分离一致性和同步性的性能保证，这样就提出了面向大型复杂航天器使用的能够快速解锁、大承载、低冲击的可重复使用解锁装置需求。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于非连续螺纹副的分离解锁装置，可以满足大型复杂航天器的大承载连接需求，还可以实现快响应、低冲击、可重复使用的解锁分离的功能。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于非连续螺纹副的分离解锁装置，包括：限位触发销、盖板、向心调节球轴承、非连续螺母、主驱动弹簧、推力滚针轴承、壳体、上压紧板、下压紧板、非连续螺杆、限位座、分离弹簧、加载螺母和捕获帽；

壳体通过螺钉与上压紧板连接；

非连续螺母与壳体内侧通过主驱动弹簧连接，非连续螺母下端与壳体中间安装有推力滚针轴承，非连续螺母上端与盖板之间安装有向心调节球轴承；

盖板通过螺钉与壳体上端面连接；

限位触发销穿过盖板上的孔插入非连续螺母的限位孔中；

非连续螺杆穿过下压紧板和上压紧板的中心孔后，与壳体内部安装的非连续螺母通过非自锁梯形螺纹连接到位；

限位座通过螺钉与下压紧板固连，并通过花键槽与非连续螺杆下端配合，限制非连续螺杆周向旋转方向；

分离弹簧套在限位座下端外侧，并通过加载螺母与非连续螺杆下端普通螺纹连接，将分离弹簧固定在加载螺母和限位座下端面之间；

捕获帽套在分离弹簧外侧，与限位座通过螺钉固连。

在上述基于非连续螺纹副的分离解锁装置中，

非连续螺杆穿过下压紧板和上压紧板的中心孔，实现对目标体的连接；

非连续螺母与非连续螺杆由非连续螺纹连接，构成非连续螺纹副，增加解锁分离的速度；其中，非连续螺纹为非自锁梯形螺纹。

在上述基于非连续螺纹副的分离解锁装置中，非连续螺母与非连续螺杆在圆周方向上有螺纹的区域小于无螺纹的区域，并且均匀布置；其中，非连续螺母与非连续螺杆在圆周方向上有螺纹的区域与无螺纹的区域的比例为4:5。

在上述基于非连续螺纹副的分离解锁装置中，

当分离解锁装置处于连接承载状态时，非连续螺母与非连续螺杆在圆周方向上有螺纹的区域紧密咬合连接；

当需要进行解锁时，非连续螺母旋转55°后与非连续螺杆的梯形螺纹错位分离，实现解锁目标体。

在上述基于非连续螺纹副的分离解锁装置中，向心调节球轴承通过对非连续螺母的旋转实现径向定位，推力滚针轴承用于支撑非连续螺母的回转，径向定位依靠非连续螺母的凸台与向心调节球轴承之间的过渡配合保证。

在上述基于非连续螺纹副的分离解锁装置中，

布置在非连续螺母下端的主驱动弹簧用于对非连续螺母施加初始扭矩；

加载螺母与非连续螺杆下端采用普通自锁螺纹连接，用于对结构施加初始预紧力。

在上述基于非连续螺纹副的分离解锁装置中，非连续螺母在回转过程中，限位座的花键套与非连续螺杆下端的花键配合，以限制非连续螺杆的回转，非连续螺杆不可旋转。

在上述基于非连续螺纹副的分离解锁装置中，上压紧板与下压紧板采用抗剪套布置保证了整个结构能够承受剪切力的作用。

在上述基于非连续螺纹副的分离解锁装置中，

分离弹簧的设置为非连续螺杆提供轴向分离力，确保分离解锁装置的轴向脱开；

在完成解锁分离后，加载螺母、非连续螺杆由捕获帽收纳。

在上述基于非连续螺纹副的分离解锁装置中，

当接收到火工或非火工电控分离指令时，限位触发销被拔出，从而解除对非连续螺母的旋转限位，非连续螺母预紧力释放，将储存的势能转化成驱动力使自身旋转，同时，由于非连续螺母螺纹自身的非自锁特性以及主驱动弹簧的扭转作用，非连续螺母旋转；

当非连续螺杆上的螺纹牙与非连续螺母上的螺纹牙完全错开时，非连续螺母顶部环槽与盖板的限位圆柱接触，限制了非连续螺母旋转角度，确保非连续螺母与非连续螺杆在脱出前的相对位置，不会再重新咬合；

最后，非连续螺杆在轴向力和分离弹簧驱动力共同作用下从非连续螺母中脱出，实现解锁分离。

本发明具有以下优点：

(1)本发明公开了一种基于非连续螺纹副的分离解锁装置，采用整体非连续螺母承载形式，连接预紧整体螺纹副承载时刚度大，并且安装简单，与分瓣螺母形式相比，缩小了螺母的限位机构，不仅提高了连接刚度和强度，也减小了装置触发和承载构型的包络尺寸，使得空间布局紧凑，实现了承载50～100kN能力级别装置的轻小型模块化设计目标。

(2)本发明公开了一种基于非连续螺纹副的分离解锁装置，与传统承载连接机构的全螺纹承载相比，创新设计将螺纹副中的螺母和螺杆均设计为非连续螺纹形式，即旋合的一周被切割为间隔为60°的三部分螺纹连接，因此螺纹副连接时有180°梯形螺纹承载连接，分离时只需旋转60°即可解除锁定实现分离，比较传统的分瓣螺母和全螺纹螺母方式，不仅提高了连接承载能力，还实现了快速分离的目标，相比全螺纹承载同类产品分离时间可以提高50％，这不仅对于单点使用提升了快响能力，还对于多点同时使用提升了同步性控制的能力保证。

(3)本发明公开了一种基于非连续螺纹副的分离解锁装置，设计原理是依靠预紧力加载产生的弹性变形储能方式作为驱动能量，同时也创新设计了螺母驱动弹簧储能方式来提供螺母旋转地动能，以此来作为提升装置分离的可靠性，尤其是针对空间机构特殊力学环境和高低温交变环境的特殊性，当预紧力在空间环境衰变的情况下，依然有螺母主驱动弹簧和螺杆的分离弹簧使其旋转解锁螺纹副的连接，这对于单点故障来说是最可靠的保障。

(4)本发明公开了一种基于非连续螺纹副的分离解锁装置，计中采用插销/挡块形式限位，结构简单可靠，适用火工/非火工各种拔销器接口，通电后即可解除限位，实现装置功能，满足标准通用化的系列化产品要求，可多次重复使用并能保证高寿命，实现单点产品的可测试性，为航空航天工程应用提供了优先选择资源。

附图说明

图1是本发明实施例中一种基于非连续螺纹副的分离解锁装置的结构组成图；

图2是发明实施例中一种非连续螺纹副连接状态示意图；

图3是发明实施例中一种非连续螺纹副分离状态示意图；

图4是发明实施例中一种非连续螺纹副分离解锁装置装配立体分解图；

图5是发明实施例中一种非连续螺母连接状态限位示意图；

图6是发明实施例中一种非连续螺母解锁状态限位示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。

如图1，在本实施例中，该基于非连续螺纹副的分离解锁装置，包括：限位触发销1、盖板2、向心调节球轴承3、非连续螺母4、主驱动弹簧5、推力滚针轴承6、壳体7、上压紧板8、下压紧板9、非连续螺杆10、限位座11、分离弹簧12、加载螺母13和捕获帽14。

具体连接如下：壳体7通过螺钉与上压紧板8连接；非连续螺母4与壳体7内侧通过主驱动弹簧5连接，非连续螺母4下端与壳体7中间安装有推力滚针轴承6，非连续螺母4上端与盖板2之间安装有向心调节球轴承3；盖板2通过螺钉与壳体7上端面连接；限位触发销1穿过盖板2上的孔插入非连续螺母4的限位孔中；非连续螺杆10穿过下压紧板9和上压紧板8的中心孔后，与壳体7内部安装的非连续螺母4通过非自锁梯形螺纹连接到位；限位座11通过螺钉与下压紧板9固连，并通过花键槽与非连续螺杆10下端配合，限制非连续螺杆10周向旋转方向；分离弹簧12套在限位座11下端外侧，并通过加载螺母13与非连续螺杆10下端普通螺纹连接，将分离弹簧12固定在加载螺母13和限位座11下端面之间；捕获帽14套在分离弹簧12外侧，与限位座11通过螺钉固连。

在本实施例中，如图2和图3所示，非连续螺母4与非连续螺杆10由非连续螺纹连接，构成非连续螺纹副，增加解锁分离的速度；其中，非连续螺纹为非自锁梯形螺纹。非连续螺母4与非连续螺杆10在圆周方向上有螺纹的区域小于无螺纹的区域，并且均匀布置；其中，非连续螺母4与非连续螺杆10在圆周方向上有螺纹的区域与无螺纹的区域的比例为4:5。如图2所示，当分离解锁装置处于连接承载状态时，非连续螺母4与非连续螺杆10在圆周方向上有螺纹的区域紧密咬合连接。如图3所示，当需要进行解锁时，非连续螺母4旋转55°后与非连续螺杆10的梯形螺纹错位分离，实现解锁目标体。

在本实施例中，如图1和图4所示，非连续螺杆10穿过下压紧板9和上压紧板8的中心孔，实现对目标体的连接。非连续螺杆10与非连续螺母4由非连续螺纹连接，增加解锁分离的速度。向心调节球轴承3通过对非连续螺母4的旋转实现径向定位，推力滚针轴承6用于支撑非连续螺母4的回转，径向定位依靠非连续螺母4的凸台与向心调节球轴承3之间的过渡配合保证。布置在非连续螺母4下端的主驱动弹簧5用于对非连续螺母4施加初始扭矩。加载螺母13与非连续螺杆10下端采用普通自锁螺纹连接，用于对结构施加初始预紧力。上压紧板8与下压紧板9采用抗剪套布置保证了整个结构能够承受剪切力的作用。非连续螺母4在回转过程中，限位座11的花键套与非连续螺杆10下端的花键配合，以限制非连续螺杆10的回转，非连续螺杆10不可旋转。分离弹簧12的设置为非连续螺杆10提供轴向分离力，确保分离解锁装置的轴向脱开；在完成解锁分离后，加载螺母13、非连续螺杆10由捕获帽14收纳。当接收到火工或非火工电控分离指令时，限位触发销1被拔出，从而解除对非连续螺母4的旋转限位，非连续螺母4预紧力释放，将储存的势能转化成驱动力使自身旋转，同时，由于非连续螺母4螺纹自身的非自锁特性以及主驱动弹簧5的扭转作用，非连续螺母4旋转。

如图5和图6所示，当非连续螺杆10上的螺纹牙与非连续螺母4上的螺纹牙完全错开时，非连续螺母4顶部环槽与盖板2的限位圆柱接触，限制了非连续螺母4旋转角度，确保非连续螺母4与非连续螺杆10在脱出前的相对位置，不会再重新咬合；最后，非连续螺杆10在轴向力和分离弹簧12驱动力共同作用下从非连续螺母4中脱出，实现解锁分离。

由上可知，本实施例所述的基于非连续螺纹副的分离解锁装置的动作原理如下：该分离解锁装置中采用一种非连续螺纹副实现对上下压紧板的连接和解锁分离，由于非连续螺纹副是梯形非自锁螺纹，因此在连接锁紧时采用限位触发销对非连续螺母进行限制旋转，来实现螺纹副不会相对运动。当连接时会对螺杆加载预紧力从而产生弹性变形，通过力传递也是螺母有个解锁方向的旋转趋势。当限位触发销被驱动拔出并脱离非连续螺母的销孔后，非连续螺母就会在主驱动弹簧的作用下产生旋转60°后，非连续螺杆的梯形螺纹与非连续螺母的螺纹牙错开，非连续螺杆在分离弹簧的拉力作用下，沿着与限位座配合的花键槽沿轴向运动，实现与非连续螺母的连接，最后收纳在捕获帽中。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种基于非连续螺纹副的分离解锁装置，其特征在于，包括：限位触发销(1)、盖板(2)、向心调节球轴承(3)、非连续螺母(4)、主驱动弹簧(5)、推力滚针轴承(6)、壳体(7)、上压紧板(8)、下压紧板(9)、非连续螺杆(10)、限位座(11)、分离弹簧(12)、加载螺母(13)和捕获帽(14)；

壳体(7)通过螺钉与上压紧板(8)连接；

非连续螺母(4)与壳体(7)内侧通过主驱动弹簧(5)连接，非连续螺母(4)下端与壳体(7)中间安装有推力滚针轴承(6)，非连续螺母(4)上端与盖板(2)之间安装有向心调节球轴承(3)；

盖板(2)通过螺钉与壳体(7)上端面连接；

限位触发销(1)穿过盖板(2)上的孔插入非连续螺母(4)的限位孔中；

非连续螺杆(10)穿过下压紧板(9)和上压紧板(8)的中心孔后，与壳体(7)内部安装的非连续螺母(4)通过非自锁梯形螺纹连接到位；

限位座(11)通过螺钉与下压紧板(9)固连，并通过花键槽与非连续螺杆(10)下端配合，限制非连续螺杆(10)周向旋转方向；

分离弹簧(12)套在限位座(11)下端外侧，并通过加载螺母(13)与非连续螺杆(10)下端普通螺纹连接，将分离弹簧(12)固定在加载螺母(13)和限位座(11)下端面之间；

捕获帽(14)套在分离弹簧(12)外侧，与限位座(11)通过螺钉固连。

2.根据权利要求1所述的基于非连续螺纹副的分离解锁装置，其特征在于，

非连续螺杆(10)穿过下压紧板(9)和上压紧板(8)的中心孔，实现对目标体的连接；

非连续螺母(4)与非连续螺杆(10)由非连续螺纹连接，构成非连续螺纹副，增加解锁分离的速度；其中，非连续螺纹为非自锁梯形螺纹。

3.根据权利要求1所述的基于非连续螺纹副的分离解锁装置，其特征在于，非连续螺母(4)与非连续螺杆(10)在圆周方向上有螺纹的区域小于无螺纹的区域，并且均匀布置；其中，非连续螺母(4)与非连续螺杆(10)在圆周方向上有螺纹的区域与无螺纹的区域的比例为4:5。

4.根据权利要求3所述的基于非连续螺纹副的分离解锁装置，其特征在于，

当分离解锁装置处于连接承载状态时，非连续螺母(4)与非连续螺杆(10)在圆周方向上有螺纹的区域紧密咬合连接；

当需要进行解锁时，非连续螺母(4)旋转55°后与非连续螺杆(10)的梯形螺纹错位分离，实现解锁目标体。

5.根据权利要求1所述的基于非连续螺纹副的分离解锁装置，其特征在于，向心调节球轴承(3)通过对非连续螺母(4)的旋转实现径向定位，推力滚针轴承(6)用于支撑非连续螺母(4)的回转，径向定位依靠非连续螺母(4)的凸台与向心调节球轴承(3)之间的过渡配合保证。

6.根据权利要求1所述的基于非连续螺纹副的分离解锁装置，其特征在于，

布置在非连续螺母(4)下端的主驱动弹簧(5)用于对非连续螺母(4)施加初始扭矩；

加载螺母(13)与非连续螺杆(10)下端采用普通自锁螺纹连接，用于对结构施加初始预紧力。

7.根据权利要求1所述的基于非连续螺纹副的分离解锁装置，其特征在于，非连续螺母(4)在回转过程中，限位座(11)的花键套与非连续螺杆(10)下端的花键配合，以限制非连续螺杆(10)的回转，非连续螺杆(10)不可旋转。

8.根据权利要求1所述的基于非连续螺纹副的分离解锁装置，其特征在于，上压紧板(8)与下压紧板(9)采用抗剪套布置保证了整个结构能够承受剪切力的作用。

9.根据权利要求1所述的基于非连续螺纹副的分离解锁装置，其特征在于，

分离弹簧(12)的设置为非连续螺杆(10)提供轴向分离力，确保分离解锁装置的轴向脱开；

在完成解锁分离后，加载螺母(13)、非连续螺杆(10)由捕获帽(14)收纳。

10.根据权利要求1所述的基于非连续螺纹副的分离解锁装置，其特征在于，

当接收到火工或非火工电控分离指令时，限位触发销(1)被拔出，从而解除对非连续螺母(4)的旋转限位，非连续螺母(4)预紧力释放，将储存的势能转化成驱动力使自身旋转，同时，由于非连续螺母(4)螺纹自身的非自锁特性以及主驱动弹簧(5)的扭转作用，非连续螺母(4)旋转；

当非连续螺杆(10)上的螺纹牙与非连续螺母(4)上的螺纹牙完全错开时，非连续螺母(4)顶部环槽与盖板(2)的限位圆柱接触，限制了非连续螺母(4)旋转角度，确保非连续螺母(4)与非连续螺杆(10)在脱出前的相对位置，不会再重新咬合；

最后，非连续螺杆(10)在轴向力和分离弹簧(12)驱动力共同作用下从非连续螺母(4)中脱出，实现解锁分离。

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