CN112389684A - 一种形状记忆合金驱动的连接解锁结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种形状记忆合金驱动的连接解锁结构,包括壳体、限位弹簧、锁定销、锁定芯杆、钢球、连接杆、驱动弹簧和形状记忆合金丝;壳体为回转体结构,壳体上连接有一种需要分离的舱段或部件,壳体包括小轴段和大轴段,小轴段为中空的盲孔结构,在小轴段的侧壁开有对称设置的解锁孔,钢球可穿过解锁孔;在盲孔一侧小轴段的侧壁上开有通孔,大轴段设置在开有盲孔一侧小轴段的侧壁上,限位弹簧的一端连接在大轴段内壁上,限位弹簧的另一端与锁定销接触;锁定芯杆的一端侧壁上开有对称设置的解锁槽,另一端上开有锁定孔,锁定孔与通孔对应时,锁定销可穿入或穿出。本发明在初始解锁环节可以采用形状记忆合金丝提供驱动力,在确保可靠解锁的同时,可多次重复使用,并且解锁冲击小。

Description

一种形状记忆合金驱动的连接解锁结构
技术领域
本发明涉及一种形状记忆合金驱动的连接解锁结构,尤其适用于星箭分离或星星分离中的非火工点式分离。
背景技术
点式分离技术是宇航型号和战略型号各系统完成解锁分离的主要技术之一。传统的点式分离装置主要为火工分离装置,包含爆炸螺栓、解锁螺栓、分离螺母、绑带式分离装置等。传统火工点式分离装置结构简单、工作时间短、同步性高,因此在航天领域一直沿用至今。
随着航天技术的快速发展,新型有效载荷越来越多的在地外空间中得到广泛应用,尤其是日趋精密化、多样化和柔性化的敏感器件和光学设备等。此类有效载荷对冲击和振动环境较为敏感,需要采用低冲击的点式分离、解锁装置。而传统点式分离装置是基于火工药剂的爆炸或燃烧,分离时不可避免地产生较大冲击,对设备造成一定影响;另外由于火工产品属于一次性使用产品,实际性能在使用前不可检、不可测的特点。
相对于火工分离装置,非火工点式分离装置具备低冲击、高安全、可重复使用和可检、可测的优点,在一些宇航任务中还有着其自身不可替代的优势。基于形状记忆合金的低冲击点式分离装置作为该领域内的研究热点,材料技术较成熟,也已经取得了丰富的研究成果,同时,采用形状记忆合金作为驱动源的点式分离装置具有响应时间相对较短,可重复使用的优点。
现有技术的非火工点式分离装置结构承载力小,在实际应用中使用局限性很大。现今,基于形状记忆合金的非火工点式分离技术已经成为现今低冲击解锁分离技术发展的新方向,对于新型的连接解锁结构需求迫切。
发明内容
本发明解决的技术问题是:克服现有技术的不足,提出一种形状记忆合金驱动的连接解锁结构,采用钢球锁结构和锁定销结构相组合的形式,通过载荷的逐级传递,在确保可靠解锁的同时,可多次重复使用,并且解锁冲击小。
本发明解决技术的方案是:
一种形状记忆合金驱动的连接解锁结构,包括壳体、限位弹簧、锁定销、锁定芯杆、钢球、连接杆、驱动弹簧和形状记忆合金丝;
壳体为回转体结构,壳体上连接有一种需要分离的舱段或部件,壳体包括小轴段和大轴段,小轴段为中空的盲孔结构,在小轴段的侧壁开有对称设置的解锁孔,钢球可穿过解锁孔;在盲孔一侧小轴段的侧壁上开有通孔,大轴段设置在开有盲孔一侧小轴段的侧壁上,限位弹簧的一端连接在大轴段内壁上,限位弹簧的另一端与锁定销接触;
锁定芯杆的一端侧壁上开有对称设置的解锁槽,另一端上开有锁定孔,锁定孔与通孔对应时,锁定销可穿入或穿出;锁定芯杆置于壳体的小轴段中,锁定芯杆与小轴段之间设置有驱动弹簧;
连接杆为中空的回转体结构,其上连接有另一种需要分离的舱段或部件;在连接杆内壁上对称开有连接槽,锁定芯杆运动时,连接槽、解锁孔和解锁槽在某一时刻实现同轴,钢球可由连接槽和解锁孔中进入解锁槽中;
形状记忆合金丝连接在壳体的大轴段上,另一端连接在锁定销顶部上,形状记忆合金丝受热收缩可拉动锁定销运动;
初始状态,锁定芯杆将驱动弹簧压缩并对钢球的位置进行约束;壳体通过钢球对连接杆进行锁定;限位弹簧位于锁定销的顶部并处于压缩状态,其弹簧弹力使锁定销插入壳体与锁定芯杆的锁定孔,对锁定芯杆进行锁定。
进一步的,形状记忆合金丝的直径为Φ0.2mm~Φ1mm。
进一步的,解锁时,形状记忆合金丝通电升温,达到相变温度后变形收缩,带动锁定销压缩限位弹簧运动,从锁定芯杆的锁定孔内退出,解除对锁定芯杆的约束。
进一步的,锁定芯杆在驱动弹簧的弹力作用下运动,锁定芯杆上的解锁槽与钢球对正后,钢球在连接杆的压力作用下进入锁定芯杆的解锁槽内,从而解除对连接杆的锁定,实现解锁功能。
进一步的,连接槽为梯形槽,梯形槽底角度数为90°-180°。
进一步的,形状记忆合金丝的受热收缩量大于锁定销伸入锁定芯杆的距离。
进一步的,形状记忆合金丝的收缩率大于3%。
进一步的,形状记忆合金丝的回复力大于100MPa。
进一步的,形状记忆合金丝连接在壳体的大轴段上,另一端连接在锁定销顶部上,形状记忆合金丝中间搭在滑轮组上,受热收缩可拉动锁定销运动。
进一步的,连接槽、解锁孔和解锁槽数量一致,至少两个。
本发明与现有技术相比的有益效果是:
(1)本发明采用钢球锁结构和锁定销结构相组合的形式,通过载荷的逐级传递,具有“强连接、弱解锁”功能,在具备较大承载力的同时初始解锁力小;
(2)本发明在初始解锁环节可以采用形状记忆合金丝提供驱动力,在确保可靠解锁的同时,可多次重复使用,并且解锁冲击小。
附图说明
图1为本发明结构简图;
图2为本发明解锁后结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
一种形状记忆合金驱动的连接解锁结构,如图1、2所示,包括壳体1、限位弹簧2、锁定销3、锁定芯杆4、钢球5、连接杆6、驱动弹簧7和形状记忆合金丝8;
壳体1为回转体结构,壳体1上连接有一种需要分离的舱段或部件,壳体1包括小轴段和大轴段,小轴段为中空的盲孔结构,在小轴段的侧壁开有对称设置的解锁孔,钢球5可穿过解锁孔;在盲孔一侧小轴段的侧壁上开有通孔,大轴段设置在开有盲孔一侧小轴段的侧壁上,限位弹簧2的一端连接在大轴段内壁上,限位弹簧2的另一端与锁定销3接触;
锁定芯杆4的一端侧壁上开有对称设置的解锁槽,另一端上开有锁定孔,锁定孔与通孔对应时,锁定销3可穿入或穿出;锁定芯杆4置于壳体1的小轴段中,锁定芯杆4与小轴段之间设置有驱动弹簧7;
连接杆6为中空的回转体结构,其上连接有另一种需要分离的舱段或部件;在连接杆6内壁上对称开有连接槽,锁定芯杆4运动时,连接槽、解锁孔和解锁槽在某一时刻实现同轴,钢球5可由连接槽和解锁孔中进入解锁槽中;
形状记忆合金丝8连接在壳体1的大轴段上,另一端连接在锁定销3顶部上,形状记忆合金丝8受热收缩可拉动锁定销3运动;形状记忆合金丝的直径为Φ0.2mm~Φ1mm,优选钛镍记忆合金。
如图1所示,初始状态,锁定芯杆4将驱动弹簧7压缩并对钢球5的位置进行约束;壳体1通过钢球5对连接杆6进行锁定;限位弹簧2位于锁定销3的顶部并处于压缩状态,其弹簧弹力使锁定销3插入壳体1与锁定芯杆4的锁定孔,对锁定芯杆4进行锁定。
如图2所示,解锁时,形状记忆合金丝8通电升温,达到相变温度后变形收缩,带动锁定销3压缩限位弹簧2运动,从锁定芯杆4的锁定孔内退出,解除对锁定芯杆4的约束。
锁定芯杆4在驱动弹簧7的弹力作用下运动,锁定芯杆4上的解锁槽与钢球5对正后,钢球5在连接杆6的压力作用下进入锁定芯杆4的解锁槽内,从而解除对连接杆6的锁定,实现解锁功能。
连接槽为梯形槽,梯形槽底角度数为90°-180°,形状记忆合金丝8的受热收缩量大于锁定销3伸入锁定芯杆4的距离。形状记忆合金丝8的收缩率大于3%,形状记忆合金丝8的回复力大于100MPa。
形状记忆合金丝8连接在壳体1的大轴段上,另一端连接在锁定销3顶部上,形状记忆合金丝8中间搭在滑轮组上,受热收缩可拉动锁定销3运动。
连接槽、解锁孔和解锁槽数量一致,至少两个。
本发明采用钢球锁结构和锁定销结构相组合的形式,通过载荷的逐级传递,具有“强连接、弱解锁”功能,在具备较大承载力的同时初始解锁力小,因此在初始解锁环节可以采用形状记忆合金丝提供驱动力,在确保可靠解锁的同时,可多次重复使用,并且解锁冲击小。
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。

Claims (11)

1.一种形状记忆合金驱动的连接解锁结构,其特征在于,包括壳体(1)、限位弹簧(2)、锁定销(3)、锁定芯杆(4)、钢球(5)、连接杆(6)、驱动弹簧(7)和形状记忆合金丝(8);
壳体(1)为回转体结构,壳体(1)上连接有一种需要分离的舱段或部件,壳体(1)包括小轴段和大轴段,小轴段为中空的盲孔结构,在小轴段的侧壁开有对称设置的解锁孔,钢球(5)可穿过解锁孔;在盲孔一侧小轴段的侧壁上开有通孔,大轴段设置在开有盲孔一侧小轴段的侧壁上,限位弹簧(2)的一端连接在大轴段内壁上,限位弹簧(2)的另一端与锁定销(3)接触;
锁定芯杆(4)的一端侧壁上开有对称设置的解锁槽,另一端上开有锁定孔,锁定孔与通孔对应时,锁定销(3)可穿入或穿出;锁定芯杆(4)置于壳体(1)的小轴段中,锁定芯杆(4)与小轴段之间设置有驱动弹簧(7);
连接杆(6)为中空的回转体结构,其上连接有另一种需要分离的舱段或部件;在连接杆(6)内壁上对称开有连接槽,锁定芯杆(4)运动时,连接槽、解锁孔和解锁槽在某一时刻实现同轴,钢球(5)可由连接槽和解锁孔中进入解锁槽中;
形状记忆合金丝(8)连接在壳体(1)的大轴段上,另一端连接在锁定销(3)顶部上,形状记忆合金丝(8)受热收缩可拉动锁定销(3)运动。
2.根据权利要求1所述的一种形状记忆合金驱动的连接解锁结构,其特征在于,形状记忆合金丝的直径为Φ0.2mm~Φ1mm。
3.根据权利要求1所述的一种形状记忆合金驱动的连接解锁结构,其特征在于,解锁时,形状记忆合金丝(8)通电升温,达到相变温度后变形收缩,带动锁定销(3)压缩限位弹簧(2)运动,从锁定芯杆(4)的锁定孔内退出,解除对锁定芯杆(4)的约束。
4.根据权利要求3所述的一种形状记忆合金驱动的连接解锁结构,其特征在于,锁定芯杆(4)在驱动弹簧(7)的弹力作用下运动,锁定芯杆(4)上的解锁槽与钢球(5)对正后,钢球(5)在连接杆(6)的压力作用下进入锁定芯杆(4)的解锁槽内,从而解除对连接杆(6)的锁定,实现解锁功能。
5.根据权利要求1所述的一种形状记忆合金驱动的连接解锁结构,其特征在于,连接槽为梯形槽,梯形槽底角度数为90°-180°。
6.根据权利要求1所述的一种形状记忆合金驱动的连接解锁结构,其特征在于,形状记忆合金丝(8)的受热收缩量大于锁定销(3)伸入锁定芯杆(4)的距离。
7.根据权利要求1所述的一种形状记忆合金驱动的连接解锁结构,其特征在于,形状记忆合金丝(8)的收缩率大于3%。
8.根据权利要求1所述的一种形状记忆合金驱动的连接解锁结构,其特征在于,形状记忆合金丝(8)的回复力大于100MPa。
9.根据权利要求1所述的一种形状记忆合金驱动的连接解锁结构,其特征在于,形状记忆合金丝(8)连接在壳体(1)的大轴段上,另一端连接在锁定销(3)顶部上,形状记忆合金丝(8)中间搭在滑轮组上,受热收缩可拉动锁定销(3)运动。
10.根据权利要求1所述的一种形状记忆合金驱动的连接解锁结构,其特征在于,连接槽、解锁孔和解锁槽数量一致,至少两个。
11.根据权利要求1所述的一种形状记忆合金驱动的连接解锁结构,其特征在于,初始状态,锁定芯杆(4)将驱动弹簧(7)压缩并对钢球(5)的位置进行约束;壳体(1)通过钢球(5)对连接杆(6)进行锁定;限位弹簧(2)位于锁定销(3)的顶部并处于压缩状态,其弹簧弹力使锁定销(3)插入壳体(1)与锁定芯杆(4)的锁定孔,对锁定芯杆(4)进行锁定。
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