CN112407343B - 扭簧驱动楔块式低冲击可重复锁紧释放机构及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种扭簧驱动楔块式低冲击可重复锁紧释放机构及其工作方法，锁紧释放机构包括被动端和主动端，被动端包括收纳筒和被动连接组件，被动连接组件包括预紧螺母、脱出弹簧、连接螺杆、辅助驱动弹簧、弹簧盖和若干楔形块；推动连接螺杆使其进入主动端，脱出弹簧被压缩，转动驱动绳轮，使其带动传动组件旋转，推动解锁推杆伸入连接螺杆内并推动楔形块伸出卡紧外壳组件，预紧扭簧和压缩辅助驱动弹簧，实现被动端和主动端的锁紧；释放驱动绳轮约束，扭簧带动传动组件回转解除对解锁推杆的限位，辅助驱动弹簧回位驱动解锁推杆移出连接螺杆，脱出弹簧回位带动连接螺杆缩回至收纳筒内，实现被动端和主动端的释放。本发明解锁冲击力小，可靠性高。

Description

扭簧驱动楔块式低冲击可重复锁紧释放机构及其工作方法

技术领域

本发明属于锁紧释放机构技术领域，尤其是涉及一种扭簧驱动楔块式低冲击可重复锁紧释放机构及其工作方法。

背景技术

在航天技术日益发展的今天，锁紧释放装置在其中扮演着越来越重要的作用。由于航天器在发射过程中会产生极大的静载荷和振动冲击载荷，这种情况下，对航天器内搭载的设备会产生很大的影响。这时，就需要有锁紧释放机构对其进行固定，并在需要其工作时进行释放。

近年来，国内外常见的锁紧释放装置大部分还是使用爆炸螺栓来实现，即在用来连接的螺栓内部填充火药，在需要解锁时，通电点燃炸药，使螺栓在先前设定好的薄弱处断裂，以达到解锁的目的。但这种方式不可避免的会在爆炸时产生较大的冲击，从而影响被连接物的稳定性，尤其是一些精密仪器。同时，火工品的另一个缺点是无法重复使用，这也是其特点决定的。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种扭簧驱动楔块式低冲击可重复锁紧释放机构及其工作方法，采用预紧扭簧驱动的方式实现解锁，解锁冲击力小，对环境不产生污染；通过楔块的约束实现锁定，连接可靠性高。另外本发明还具有可重复使用，结构紧凑，锁紧和释放可靠性高等优点。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种扭簧驱动楔块式低冲击可重复锁紧释放机构，包括固定在被连接件二上的被动端和固定在连接件一上的主动端，所述的被动端包括收纳筒和被动连接组件，所述的收纳筒与被连接件二连接，所述的被动连接组件设置在被连接件二与收纳筒围成的空间内，所述的被动连接组件包括预紧螺母、脱出弹簧、连接螺杆、辅助驱动弹簧、弹簧盖和若干楔形块；所述的连接螺杆上端为螺纹段，下端为中空段，螺纹段与预紧螺母相配合，在预紧螺母与被连接件二之间的连接螺杆上套设脱出弹簧，在中空段上环设多个通槽，在每个通槽内设有一个楔形块，所有楔形块在对应的通槽中径向移动，在中空段内设有辅助驱动弹簧，所述辅助弹簧套设在弹簧盖上，且弹簧盖由多个楔形块轴向限位；

所述的主动端包括外壳组件和主动连接组件，所述外壳组件支撑主动连接组件，所述主动连接组件布置在外壳组件内，所述主动连接组件包括驱动绳轮、扭簧、传动组件和解锁推杆，所述驱动绳轮和扭簧均固定在传动组件上；

推动被动连接组件的连接螺杆使连接螺杆从被连接件二的开孔伸出后自被连接件一的开孔进入外壳组件内，同时带动预紧螺母压缩脱出弹簧，转动驱动绳轮带动传动组件转动从而带动解锁推杆移动伸入连接螺杆内推动楔形块径向伸出卡紧外壳组件，同时预紧扭簧和压缩辅助驱动弹簧，实现被动端和主动端的锁紧；释放驱动绳轮的约束，扭簧带动传动组件回转解除对解锁推杆的限位，辅助驱动弹簧回位驱动解锁推杆移出连接螺杆，脱出弹簧回位带动连接螺杆缩回至收纳筒内，且楔形块收至连接螺杆内部；实现被动端和主动端的释放。

进一步的，所述外壳组件包括连接筒、压盘和外筒，所述压盘与被连接件一连接，所述压盘将连接筒压紧在被连接件一上，所述的外筒与连接筒固定连接，在连接筒内壁的周向开有与楔形块相配合的环形槽，在连接筒内部设有与楔形块配合的斜面和限位解锁推杆的限位槽。

进一步的，所述传动组件包括滚珠、滚珠保持架、解锁盘、扭簧卡块和连接盖，所述的解锁推杆、滚珠保持架和解锁盘从上到下依次布置在连接筒和外筒围成的空腔中，滚珠保持架与外筒固定连接，在滚珠保持架内设置若干滚珠，通过解锁盘转动带动滚珠上下运动从而带动解锁推杆上下运动；所述扭簧卡块固定在解锁盘上，所述的扭簧套设在解锁盘上，扭簧的一端固定在扭簧卡块上，另一端卡在外筒的凹槽内，所述驱动绳轮通过连接盖与解锁盘固连。

进一步的，所述解锁盘包括盘体和轴体，所述的轴体固定安装在盘体的下部，所述轴体与盘体同轴线布置，在盘体端面上设置有环形轨道和若干球形凹坑，若干球形凹坑均匀分布在环形轨道上，轴体支承在外筒内，所述解锁盘通过推力轴承与外筒相对转动。

进一步的，滚珠位于解锁盘的环形轨道上时，所述被动端和主动端锁紧，滚珠位于解锁盘的球形凹坑上时，所述被动端和主动端释放。

进一步的，所述解锁推杆上端与弹簧盖接触，下端设置有与滚珠接触的环形凹槽，侧面设置有与楔形块相接触的斜面。

进一步的，所述收纳筒内部设有允许预紧螺母和连接螺杆轴向运动的导向凹槽，相应的，在预紧螺母上均匀设有若干导向块。

进一步的，所述外筒与连接筒螺纹连接，且在外筒内设有限制解锁盘和限制推力轴承轴向运动的限位台阶。

进一步的，在所述收纳筒表面开设有若干减重孔。

一种扭簧驱动楔块式低冲击可重复锁紧释放机构的工作方法，具体包括以下步骤：

步骤一、主动端和被动端的对接：推动连接螺杆使连接螺杆从被连接件二的开孔伸出后自被连接件一的开孔进入外壳组件内，同时脱出弹簧被压缩；

步骤二、主动端和被动端的锁紧：转动驱动绳轮带动解锁盘转动；同时，对扭簧施加预紧力；滚珠在解锁盘的转动下脱离球形凹坑，进入环形轨道，滚珠推动解锁推杆向上运动，解锁推杆挤压弹簧盖对辅助驱动弹簧施加预紧力，同时，楔形块在解锁推杆作用下沿径向向外插入连接筒的槽内，至此，即完成了机构的锁紧过程；

步骤三、主动端和被动端的释放：释放对驱动绳轮的周向约束，在扭簧的预紧力作用下，带动解锁盘回转带动滚珠落入解锁盘对应的球形凹坑中，解除对解锁推杆的轴向约束；在辅助驱动弹簧的预紧力作用下，推动解锁推杆向下运动，解除对楔形块的径向约束；此时，脱出弹簧的预紧力推动预紧螺母和连接螺杆向上运动，在连接筒作用下楔形块收入连接螺杆的内部，解除对连接螺杆的轴向约束；至此，机构的释放过程完成。

相对于现有技术，本发明所述的一种扭簧驱动楔块式低冲击可重复锁紧释放机构具有以下优势：

1.本发明的扭簧驱动楔块式低冲击可重复锁紧释放机构通过楔形块与连接筒和解锁推杆对应斜面之间的约束实现锁紧，这种方式锁紧力大，锁紧可靠。

2.本发明通过楔形块的横向移动解除连接螺杆的轴向限制，进而实现整个机构的释放，这种释放方式，运动平稳，冲击力小。

3.本发明通过机构之间的相互约束和运动实现锁紧和释放的功能，不存在结构的破坏；同时，设置有收纳结构，故可以达到重复使用的效果，与一次性的火工品相比，降低了使用的成本。

4.本发明通过调节预紧螺母和连接螺杆的相对位置可以实现预紧力的调节，同时也可以适应不同厚度的被连接件。

5.本发明采用预紧扭簧作为驱动源，与传统火工的驱动源相比，冲击力较小，且不会产生烟雾等多余物；与形状记忆合金等驱动源相比，释放时间快。

6.本发明通过机构之间力的转化和斜面的运用，实现了大连接力和小解锁力，降低了对驱动源的要求。

7.本发明整体结构紧凑，包络体积小，适合于多种工作场合，在复杂环境下依然能保持良好的工作特性，具有良好的工业应用前景。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的一种扭簧驱动楔块式低冲击可重复锁紧释放机构的结构示意图(未包含被连接件一和被连接件二)；

图2为本发明实施例所述的一种扭簧驱动楔块式低冲击可重复锁紧释放机构的锁紧状态下的剖视图；

图3为本发明实施例所述的一种扭簧驱动楔块式低冲击可重复锁紧释放机构的释放状态下的剖视图；

图4为连接螺杆的结构示意图

图5为预紧螺母的结构示意图；

图6为解锁盘的结构示意图；

图7为解锁盘、滚珠和滚珠保持架的安装关系示意图；

图8为机构解锁状态下，滚珠的位置示意图；

图9为机构锁紧状态下，滚珠的位置示意图；

图10为扭簧与扭簧卡块及外筒的正面连接示意图；

图11为扭簧与扭簧卡块及外筒的侧面连接示意图。

附图标记说明：

1-收纳筒，2-预紧螺母，3-脱出弹簧，4-连接螺杆，5-压盘，6-辅助驱动弹簧，7-连接筒，8-滚珠，9-解锁盘，10-扭簧，11-驱动绳轮，12-连接盖，13-扭簧卡块，14-外筒，15-推力轴承，16-滚珠保持架，17-解锁推杆，18-楔形块，19-弹簧盖，20-被连接件一，21-被连接件二，22-通槽，23-盘体，24-轴体，25-环形轨道，26-球形凹坑。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1-图11所示，一种扭簧驱动楔块式低冲击可重复锁紧释放机构，包括固定在被连接件二21上的被动端和固定在连接件一20上的主动端，所述的被动端包括收纳筒1和被动连接组件，所述的收纳筒1与被连接件二21连接，所述的被动连接组件设置在被连接件二21与收纳筒1围成的空间内，所述的被动连接组件包括预紧螺母2、脱出弹簧3、连接螺杆4、辅助驱动弹簧6、弹簧盖19和若干楔形块18；所述的连接螺杆4上端为螺纹段，下端为中空段，螺纹段与预紧螺母2相配合，在预紧螺母2与被连接件二21之间的连接螺杆4上套设脱出弹簧3，在中空段上环设多个通槽22，在每个通槽22内设有一个楔形块18，所有楔形块18在对应的通槽中径向移动，在中空段内设有辅助驱动弹簧6，所述辅助弹簧6套设在弹簧盖19上，且弹簧盖19由多个楔形块18轴向限位；

所述的主动端包括外壳组件和主动连接组件，所述外壳组件支撑主动连接组件，所述主动连接组件布置在外壳组件内，所述主动连接组件包括驱动绳轮11、扭簧10、传动组件和解锁推杆17，所述驱动绳轮11和扭簧10均固定在传动组件上；

推动被动连接组件的连接螺杆4，使其从被连接件二21的开孔伸出后自被连接件一20的开孔进入外壳组件内，同时带动预紧螺母2向下移动，压缩脱出弹簧3，转动驱动绳轮11带动传动组件旋转从而带动解锁推杆17移动伸入连接螺杆4内推动楔形块18径向伸出卡紧外壳组件，同时预紧扭簧10和压缩辅助驱动弹簧6，实现被动端和主动端的锁紧；释放驱动绳轮11的约束，扭簧10带动传动组件回转解除对解锁推杆17的限位，辅助驱动弹簧6回位驱动解锁推杆17移出连接螺杆4，脱出弹簧3回位带动连接螺杆4缩回至收纳筒1内，且楔形块18收至连接螺杆4内部；实现被动端和主动端的释放。

外壳组件包括连接筒7、压盘5和外筒14，所述压盘5与被连接件一20连接，所述压盘5将连接筒7压紧在被连接件一20上，所述的外筒14与连接筒7固定连接，在连接筒7内壁的周向开有与楔形块18相配合的环形槽，在连接筒7内部设有与楔形块18配合的斜面和限位解锁推杆17的限位槽。

传动组件包括滚珠8、滚珠保持架16、解锁盘9、扭簧卡块13和连接盖12，所述的解锁推杆17、滚珠保持架16和解锁盘9从上到下依次布置在连接筒7和外筒14围成的空腔中，滚珠保持架16与外筒14固定连接，在滚珠保持架16内设置若干滚珠8，通过解锁盘9转动带动滚珠8上下运动从而带动解锁推杆17上下运动；所述扭簧卡块13固定在解锁盘9上，所述的扭簧10套设在解锁盘9上，扭簧10的一端固定在扭簧卡块13的缺口内，另一端卡在外筒14的凹槽内。由于外筒14相对位置固定，故当解锁盘9转动时，便可以带动扭簧卡块13对扭簧10施加预紧力；所述驱动绳轮11通过连接盖12与解锁盘9固连。

解锁盘9包括盘体23和轴体24，所述的轴体24固定安装在盘体23的下部，所述轴体24与盘体23同轴线布置，在盘体23端面上设置有环形轨道25和若干球形凹坑26，若干球形凹坑26均匀分布在环形轨道25上，轴体24支承在外筒14内，所述解锁盘9通过推力轴承15与外筒14相对转动。

滚珠8位于解锁盘9的环形轨道25上时，所述被动端和主动端锁紧，滚珠8位于解锁盘9的球形凹坑26上时，所述被动端和主动端释放。

解锁推杆17上端与弹簧盖19接触，下端设置有与滚珠6接触的环形凹槽，侧面设置有与楔形块18相接触的斜面。

收纳筒1内部设有允许预紧螺母2和连接螺杆4轴向运动的导向凹槽，相应的，在预紧螺母2上均匀设有若干导向块，并在机构释放后起收纳作用。

外筒14与连接筒7螺纹连接，且在外筒14内设有限制解锁盘9和限制推力轴承15轴向运动的限位台阶。解锁推杆约束：在释放状态时，解锁推杆一端受到滚珠的约束，另一端受到连接筒的约束。锁紧状态时，一端与滚珠接触，另一端受到楔形块的约束。

在所述收纳筒1表面开设有若干减重孔。扭簧驱动楔块式低冲击可重复锁紧释放机构在锁紧状态下，脱出弹簧3和辅助驱动弹簧6均处于压缩状态；在释放状态时，两弹簧分别为连接螺杆4和解锁推杆17的运动提供动力源；楔形块18受到连接筒7和解锁推杆17上对应的斜面的约束；释放状态时，楔形块18径向运动与连接筒7和解锁推杆17脱离；滚珠8位于解锁盘9的环形轨道上；释放状态时，滚珠8落入解锁盘9的对应凹槽中，同时解除对解锁推杆17的位置限制；锁紧状态下，扭簧10处于预紧状态；释放状态时，扭簧10为解锁盘9和外筒14之间相对转动提供动力源。

一种扭簧驱动楔块式低冲击可重复锁紧释放机构的工作方法，具体包括以下步骤：

步骤一、主动端和被动端的对接：推动连接螺杆4使连接螺杆4从被连接件二21的开孔伸出后自被连接件一20的开孔进入连接筒7内，同时脱出弹簧3被压缩；

步骤二、主动端和被动端的锁紧：转动驱动绳轮11通过连接盖12带动解锁盘9转动；同时，和解锁盘9固连的扭簧卡块13对扭簧10施加预紧力；滚珠8在解锁盘9的转动下脱离球形凹坑26，进入环形轨道25，滚珠8推动解锁推杆17向上运动，解锁推杆17挤压弹簧盖19对辅助驱动弹簧6施加预紧力，同时，楔形块18由于受到解锁推杆17斜面的挤压，沿径向向外插入连接筒7的槽内，至此，即完成了机构的锁紧过程；

步骤三、主动端和被动端的释放：释放对驱动绳轮11的周向约束，在扭簧10的预紧力作用下，带动解锁盘9回转带动滚珠8落入解锁盘9对应的球形凹坑26中，解除对解锁推杆17的轴向约束；在辅助驱动弹簧6的预紧力作用下，推动解锁推杆17向下运动，解除对楔形块18的径向约束；此时，脱出弹簧3的预紧力推动预紧螺母2和连接螺杆4向上运动，在连接筒7的斜面导向下楔形块18收入连接螺杆4的内部，解除对连接螺杆4的轴向约束；至此，机构的释放过程完成。

另外，本申请的锁紧释放机构的主动端也可以位于上方，被动端位于下方，工作原理相似，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种扭簧驱动楔块式低冲击可重复锁紧释放机构，其特征在于：包括固定在被连接件二（21）上的被动端和固定在被连接件一（20）上的主动端，所述的被动端包括收纳筒（1）和被动连接组件，所述的收纳筒（1）与被连接件二（21）连接，所述的被动连接组件设置在被连接件二（21）与收纳筒（1）围成的空间内，所述的被动连接组件包括预紧螺母（2）、脱出弹簧（3）、连接螺杆（4）、辅助驱动弹簧（6）、弹簧盖（19）和若干楔形块（18）；所述的连接螺杆（4）上端为螺纹段，下端为中空段，螺纹段与预紧螺母（2）相配合，在预紧螺母（2）与被连接件二（21）之间的连接螺杆（4）上套设脱出弹簧（3），在中空段上环设多个通槽（22），在每个通槽（22）内设有一个楔形块（18），所有楔形块（18）在对应的通槽中径向移动，在中空段内设有辅助驱动弹簧（6），所述辅助驱动弹簧（6）套设在弹簧盖（19）上，且弹簧盖（19）由多个楔形块（18）轴向限位；

所述的主动端包括外壳组件和主动连接组件，所述外壳组件支撑主动连接组件，所述主动连接组件布置在外壳组件内，所述主动连接组件包括驱动绳轮（11）、扭簧（10）、传动组件和解锁推杆（17），所述驱动绳轮（11）和扭簧（10）均固定在传动组件上；

推动被动连接组件的连接螺杆（4）使连接螺杆（4）从被连接件二（21）的开孔伸出后自被连接件一（20）的开孔进入外壳组件内，同时带动预紧螺母（2）压缩脱出弹簧（3），转动驱动绳轮（11）带动传动组件转动从而带动解锁推杆（17）移动伸入连接螺杆（4）内推动楔形块（18）径向伸出卡紧外壳组件，同时预紧扭簧（10）和压缩辅助驱动弹簧（6），实现被动端和主动端的锁紧；释放驱动绳轮（11）的约束，扭簧（10）带动传动组件回转解除对解锁推杆（17）的限位，辅助驱动弹簧（6）回位驱动解锁推杆（17）移出连接螺杆（4），脱出弹簧（3）回位带动连接螺杆（4）缩回至收纳筒（1）内，且楔形块（18）收至连接螺杆（4）内部；实现被动端和主动端的释放；

所述外壳组件包括连接筒（7）、压盘（5）和外筒（14），所述压盘（5）与被连接件一（20）连接，所述压盘（5）将连接筒（7）压紧在被连接件一（20）上，所述的外筒（14）与连接筒（7）固定连接，在连接筒（7）内壁的周向开有与楔形块（18）相配合的环形槽，在连接筒（7）内部设有与楔形块（18）配合的斜面和限位解锁推杆（17）的限位槽；

所述传动组件包括滚珠（8）、滚珠保持架（16）、解锁盘（9）、扭簧卡块（13）和连接盖（12），所述的解锁推杆（17）、滚珠保持架（16）和解锁盘（9）从上到下依次布置在连接筒（7）和外筒（14）围成的空腔中，滚珠保持架（16）与外筒（14）固定连接，在滚珠保持架（16）内设置若干滚珠（8），通过解锁盘（9）转动带动滚珠（8）上下运动从而带动解锁推杆（17）上下运动；所述扭簧卡块（13）固定在解锁盘（9）上，所述的扭簧（10）套设在解锁盘（9）上，扭簧（10）的一端固定在扭簧卡块（13）上，另一端卡在外筒（14）的凹槽内，所述驱动绳轮（11）通过连接盖（12）与解锁盘（9）固连；

所述解锁盘（9）包括盘体（23）和轴体（24），所述的轴体（24）固定安装在盘体（23）的下部，所述轴体（24）与盘体（23）同轴线布置，在盘体（23）端面上设置有环形轨道（25）和若干球形凹坑（26），若干球形凹坑（26）均匀分布在环形轨道（25）上，轴体（24）支承在外筒（14）内，所述解锁盘（9）通过推力轴承（15）与外筒（14）相对转动；

滚珠（8）位于解锁盘（9）的环形轨道（25）上时，所述被动端和主动端锁紧，滚珠（8）位于解锁盘（9）的球形凹坑（26）上时，所述被动端和主动端释放。

2.根据权利要求1所述的扭簧驱动楔块式低冲击可重复锁紧释放机构，其特征在于：所述解锁推杆（17）上端与弹簧盖（19）接触，下端设置有与滚珠（8）接触的环形凹槽，侧面设置有与楔形块（18）相接触的斜面。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的扭簧驱动楔块式低冲击可重复锁紧释放机构，其特征在于：所述收纳筒（1）内部设有允许预紧螺母（2）和连接螺杆（4）轴向运动的导向凹槽，相应的，在预紧螺母（2）上均匀设有若干导向块。

4.根据权利要求1-2中任一项所述的扭簧驱动楔块式低冲击可重复锁紧释放机构，其特征在于：所述外筒（14）与连接筒（7）螺纹连接，且在外筒（14）内设有限制解锁盘（9）和限制推力轴承（15）轴向运动的限位台阶。

5.根据权利要求1所述的扭簧驱动楔块式低冲击可重复锁紧释放机构，其特征在于：在所述收纳筒（1）表面开设有若干减重孔。

6.根据权利要求1-2中任一项所述的扭簧驱动楔块式低冲击可重复锁紧释放机构的工作方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

步骤一、主动端和被动端的对接：推动连接螺杆（4）使连接螺杆（4）从被连接件二（21）的开孔伸出后自被连接件一（20）的开孔进入外壳组件内，同时脱出弹簧（3）被压缩；

步骤二、主动端和被动端的锁紧：转动驱动绳轮（11）带动解锁盘（9）转动；同时，对扭簧（10）施加预紧力；滚珠（8）在解锁盘（9）的转动下脱离球形凹坑（26），进入环形轨道（25），滚珠（8）推动解锁推杆（17）向上运动，解锁推杆（17）挤压弹簧盖（19）对辅助驱动弹簧（6）施加预紧力，同时，楔形块（18）在解锁推杆（17）作用下沿径向向外插入连接筒（7）的槽内，至此，即完成了机构的锁紧过程；

步骤三、主动端和被动端的释放：释放对驱动绳轮（11）的周向约束，在扭簧（10）的预紧力作用下，带动解锁盘（9）回转带动滚珠（8）落入解锁盘（9）对应的球形凹坑（26）中，解除对解锁推杆（17）的轴向约束；在辅助驱动弹簧（6）的预紧力作用下，推动解锁推杆（17）向下运动，解除对楔形块（18）的径向约束；此时，脱出弹簧（3）的预紧力推动预紧螺母（2）和连接螺杆（4）向上运动，在连接筒（7）作用下楔形块（18）收入连接螺杆（4）的内部，解除对连接螺杆（4）的轴向约束；至此，机构的释放过程完成。

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