CN113120259A - 一种热致熔断钢球锁分离机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热致熔断钢球锁分离机构，所述分离机构包括：外壳(1)、解锁柱(2)、解锁弹簧(3)、约束绳(4)、加热器(5)、钢球(6)、锁冒(7)、挡圈(8)、限位圈(9)和限位弹簧(10)；利用壳体、解锁柱和锁冒之间的相对位置关系实现锁冒的锁紧与释放，解锁柱与壳体之间安装有解锁弹簧，并绑扎约束绳；约束绳约束解锁柱和壳体之间的位置，使分离机构处于锁紧状态，并使弹簧呈压缩状态；约束绳上安装有加热器，给加热器通电，将约束绳熔断，解锁弹簧推动解锁柱运动一定距离，使分离机构由锁紧状态变为解锁释放状态。该分离机构具有结构简单、质量轻、低冲击、低成本、宽温度适应性、锁紧及解锁可靠性高等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种分离机构，尤其涉及一种非火工的分离机构。
背景技术
近年来微小卫星快速发展，其上的各类结构产品，如小型可展开太阳翼、天线等，在收拢状态下需要压紧，以便承受发射段载荷，入轨后需要实现分离释放，使产品能够展开到预定位置或形状。传统航天器上多采用火工分离装置，其具有承载能力大、分离可靠等特点，但同时具有重量大、成本高、解锁冲击大等缺点，不能很好适应微小卫星的使用需求。因此，有必要研制一种轻量化、低成本、高性能的分离机构。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷与不足，提供一种热致熔断钢球锁分离机构，结构简单、质量轻、解锁冲击小、成本低、温度适应范围广，解决了现有火工品重量大、冲击大以及记忆合金类分离机构温度适应性差、成本高的问题。
为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现：
一种热致熔断钢球锁分离机构，包括：外壳1、解锁柱2、解锁弹簧3、约束绳4、加热器5、钢球6、锁帽7以及挡圈8；其特征在于，
所述外壳1为两端中空的圆柱形空腔，上空腔直径小于下空腔；所述上空腔的外侧套设有锁帽7，所述上空腔与所述锁帽7相同的周向和轴向位置均开设有孔，用于存放所述钢球6；所述外壳1的下空腔的底部设置有挡圈8；
所述外壳1内设置有所述解锁柱2，贯穿所述外壳1的上、下空腔；
所述解锁柱2主体为圆柱状，顶端开设用于存放钢球6的凹槽，底部带有延伸出圆柱的平台，所述解锁柱2的主体外侧套设有解锁弹簧3，所述解锁弹簧3压缩状态时的两端分别抵在下壳体的顶端内侧面和平台的上端面，通过所述约束绳4贯穿所述下空腔的顶端以及平台进行所述解锁弹簧3的压缩；压缩时所述解锁柱2的平台与所述挡圈8间有距离；
所述约束绳4旁设有加热器5，用于熔断所述约束绳4；当所述约束绳4被熔断时，所述解锁弹簧3弹开，推动所述解锁柱2向下移动至所述挡圈8，所述锁帽7以及上空腔的孔内存放的所述钢球6离开所述锁帽7滑入至所述解锁柱2的凹槽内，完成了锁帽7与壳体1的分离。
优选地，所述壳体1的上空腔与下空腔之前设置有重叠区域，所述重叠区域有环形缝隙，所述环形缝隙位于上空腔的孔下方，所述环形缝隙内由下至上设置有限位弹簧10和限位圈9；当所述解锁柱2下移时，所述钢球6滑入至所述解锁柱2的凹槽内，所述限位弹簧10将所述限位圈9向上弹至所述上空腔的孔处，以免所述钢球6滑出壳体。
优选地，还包括，所述壳体1的上腔体开设的孔不小于3个，为圆柱形通孔。
优选地，所述锁冒7为圆柱形空腔结构，上端面留有分离载荷的安装接口。
优选地，所述解锁柱2的平台上开有凹槽，对称分布，用于布置约束绳。
优选地，所述约束绳4为高模量纤维材料绳索，；所述分离机构采用一根约束绳首位相连，形成一个闭合的回路，回路上任意一处断裂，即可实现机构的解锁分离。
优选地，所述约束绳回路上布置2个加热器互为备份，其中任意一个工作，将绳索熔断即可实现机构的解锁。
优选地，所述解锁柱的解锁行程留有余量，保证在约束绳绑扎误差及其长期贮存蠕变下，分离机构仍能够可靠锁定。
优选地，所述解锁柱的解锁行程通过外壳底部的挡圈8控制，当解锁柱2的平台到达挡圈8位置时停止运动，此时解锁柱2的凹槽正对外壳1的上空腔壁的孔，保证解锁的可靠性。
本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
1、本发明提供的一种热致熔断钢球锁分离机构，结构简单，质量更轻、成本低。
2、本发明提供的一种热致熔断钢球锁分离机构，相对于火工品，解锁冲击更低、解锁电流小。
3、本发明提供的一种热致熔断钢球锁分离机构，相对于形状记忆合金类分离机构，具有更宽的温度适应性。
4、本发明提供的一种热致熔断钢球锁分离机构，利用钢球锁实现锁紧，采用熔断绳索的方式触发分离，对绳索绑扎及其蠕变性能要求低，锁紧和解锁可靠性高。
附图说明
结合附图，通过下文的述详细说明，可更清楚地理解本发明的上述及其他特征和优点，其中：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明收拢状态的剖视图；
图3为本发明绳索绑扎示意图；
图4为本发明释放状态的剖视图。
1-外壳、2-解锁柱、3-解锁弹簧、4-约束绳、5-加热器、6-钢球、7-锁冒、8-挡圈、9-限位圈、10-限位弹簧。
具体实施方式
参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。
本发明提供了一种热致熔断钢球锁分离机构，包括：外壳1、解锁柱2、解锁弹簧3、约束绳4、加热器5、钢球6、锁帽7以及挡圈8；其特征在于，
所述外壳1为两端中空的圆柱形空腔，上空腔直径小于下空腔；所述上空腔的外侧套设有锁帽7，所述上空腔与所述锁帽7相同的周向和轴向位置均开设有孔，用于存放所述钢球6；所述外壳1的下空腔的底部设置有挡圈8；
所述外壳1内设置有所述解锁柱2，贯穿所述外壳1的上、下空腔；
所述解锁柱2主体为圆柱状，顶端开设用于存放钢球6的凹槽，底部带有延伸出圆柱的平台，所述解锁柱2的主体外侧套设有解锁弹簧3，所述解锁弹簧3压缩状态时的两端分别抵在下壳体的顶端内侧面和平台的上端面，通过所述约束绳4贯穿所述下空腔的顶端以及平台进行所述解锁弹簧3的压缩；压缩时所述解锁柱2的平台与所述挡圈8间有距离；
所述约束绳4旁设有加热器5，用于熔断所述约束绳4；当所述约束绳4被熔断时，所述解锁弹簧3弹开，推动所述解锁柱2向下移动至所述挡圈8，所述锁帽7以及上空腔的孔内存放的所述钢球6离开所述锁帽7滑入至所述解锁柱2的凹槽内，完成了锁帽7与壳体1的分离。
根据本发明的一个实施例，所述壳体1的上空腔与下空腔之前设置有重叠区域，所述重叠区域有环形缝隙，所述环形缝隙位于上空腔的孔下方，所述环形缝隙内由下至上设置有限位弹簧10和限位圈9；当所述解锁柱2下移时，所述钢球6滑入至所述解锁柱2的凹槽内，所述限位弹簧10将所述限位圈9向上弹至所述上空腔的孔处，以免所述钢球6滑出壳体。
根据本发明的一个实施例，还包括，所述壳体1的上腔体开设的孔不小于3个，为圆柱形通孔。
根据本发明的一个实施例，所述锁冒7为圆柱形空腔结构，上端面留有分离载荷的安装接口。
根据本发明的一个实施例，所述解锁柱2的平台上开有凹槽，对称分布，用于布置约束绳。
根据本发明的一个实施例，所述约束绳4为高模量纤维材料绳索，；所述分离机构采用一根约束绳首位相连，形成一个闭合的回路，回路上任意一处断裂，即可实现机构的解锁分离。
根据本发明的一个实施例，所述约束绳回路上布置2个加热器互为备份，其中任意一个工作，将绳索熔断即可实现机构的解锁。
根据本发明的一个实施例，所述解锁柱的解锁行程留有余量，保证在约束绳绑扎误差及其长期贮存蠕变下，分离机构仍能够可靠锁定。
根据本发明的一个实施例，所述解锁柱的解锁行程通过外壳底部的挡圈8控制，当解锁柱2的平台到达挡圈8位置时停止运动，此时解锁柱2的凹槽正对外壳1的上空腔壁的孔，保证解锁的可靠性。
下面结合图1-图4，具体说明本发明的实现方案。如附图1、图2，本发明提供了一种热致熔断钢球锁分离机构，包括：外壳1、解锁柱2、解锁弹簧3、约束绳4、加热器5、钢球6、锁冒7、挡圈8、限位圈9和限位弹簧10。
所述外壳为圆柱形空腔结构，以及安装法兰翻边，圆柱段由截面大小不同的两段组成，小圆柱段周向均布不小于3个钢球孔，钢球孔为圆柱形通孔，孔中放置钢球，保证钢球在孔中径向顺畅运动；小圆柱段外部套装锁冒，内部空腔插入解锁柱的圆柱端，利用壳体、解锁柱和锁冒之间的相对位置关系实现锁冒的锁紧与释放。
所述锁冒为圆柱形空腔结构，靠近下端的位置周向均布与外壳相同数目的钢球孔，钢球孔为球孔，公称球径与钢球相同；上端面留有分离载荷的安装接口。
所述解锁柱由圆柱段和法兰端面组成，圆柱段周向和轴向开有球形凹槽，周向凹槽提供解锁时钢球的避让空间，轴向凹槽其导向作用，并减小锁定载荷下的应力集中；解锁柱法兰端面上开有穿绳孔和绳索凹槽，两组对称分布，用于布置约束绳。
所述解锁柱与壳体之间安装有解锁弹簧，并绑扎约束绳；约束绳约束解锁柱和壳体之间的位置，使分离机构处于锁紧状态，并使弹簧呈压缩状态；约束绳上安装有加热器，给加热器通电，将约束绳熔断，解除对解锁弹簧的约束，解锁弹簧推动解锁柱运动一定距离，使分离机构由锁紧状态变为解锁释放状态。
所述约束绳为高模量纤维材料绳索，例如大力马线或凯夫拉线等。其绑扎方式参考图3，分离机构采用一根绳索首位相连，形成一个闭合的回路，回路上任意一处断裂，即可实现机构的解锁分离。
所述约束绳相对形状记忆合金，具有更宽的温度适应性。
所述约束绳回路上布置2个加热器互为备份，其中任意一个工作，将绳索熔断即可实现机构的解锁。
所述解锁柱的解锁行程通过外壳底部的挡圈控制，当解锁柱的法兰端面到达挡圈位置时停止运动，此时其球形凹槽正对外壳的球孔，保证解锁的可靠性。
所述解锁柱的解锁行程留有较大余量，可以保证在约束绳绑扎误差及其长期贮存蠕变下，分离机构仍能够可靠锁定。
所述限位弹簧和限位圈套装在外壳的小圆柱段，解锁以后，限位弹簧将限位套弹起到钢球孔的位置，防止解锁后钢球脱离分离机构。
所述分离机构通过外壳上的安装法兰与航天器本体连接，通过锁冒与分离载荷连接，解锁后，锁冒与外壳脱离，实现分离载荷的释放任务。
结合附图2、图4，本发明的工作过程：
给加热器通电，加热器将约束绳熔断，解锁弹簧向下将解锁柱推到挡圈处，钢球在锁冒处的锁紧载荷作用下，向内运动到解锁柱的凹槽中，解除对锁冒的锁紧作用，锁冒在外力作用下与外壳分离，限位圈在限位弹簧的推动下，向上运动至钢球孔处，防止钢球脱离。
本发明已以技术方案的形式公开如上，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 (9)
1.一种热致熔断钢球锁分离机构，其特征在于，包括：外壳(1)、解锁柱(2)、解锁弹簧(3)、约束绳(4)、加热器(5)、钢球(6)、锁帽(7)以及挡圈(8)；其特征在于，
所述外壳(1)为两端中空的圆柱形空腔，上空腔直径小于下空腔；所述上空腔的外侧套设有锁帽(7)，所述上空腔与所述锁帽(7)相同的周向和轴向位置均开设有孔，用于存放所述钢球(6)；所述外壳(1)的下空腔的底部设置有挡圈(8)；
所述外壳(1)内设置有所述解锁柱(2)，贯穿所述外壳(1)的上、下空腔；
所述解锁柱(2)主体为圆柱状，顶端开设用于存放钢球(6)的凹槽，底部带有延伸出圆柱的平台，所述解锁柱(2)的主体外侧套设有解锁弹簧(3)，所述解锁弹簧(3)压缩状态时的两端分别抵在下壳体的顶端内侧面和平台的上端面，通过所述约束绳(4)贯穿所述下空腔的顶端以及平台进行所述解锁弹簧(3)的压缩；压缩时所述解锁柱(2)的平台与所述挡圈(8)间有距离；
所述约束绳(4)旁设有加热器(5)，用于熔断所述约束绳(4)；当所述约束绳(4)被熔断时，所述解锁弹簧(3)弹开，推动所述解锁柱(2)向下移动至所述挡圈(8)，所述锁帽(7)以及上空腔的孔内存放的所述钢球(6)离开所述锁帽(7)滑入至所述解锁柱(2)的凹槽内，完成了锁帽(7)与壳体(1)的分离。
2.如权利要求1所述的热致熔断钢球锁分离机构，其特征在于，所述壳体(1)的上空腔与下空腔之前设置有重叠区域，所述重叠区域有环形缝隙，所述环形缝隙位于上空腔的孔下方，所述环形缝隙内由下至上设置有限位弹簧(10)和限位圈(9)；当所述解锁柱(2)下移时，所述钢球(6)滑入至所述解锁柱(2)的凹槽内，所述限位弹簧(10)将所述限位圈(9)向上弹至所述上空腔的孔处，以免所述钢球(6)滑出壳体。
3.如权利要求2所述的热致熔断钢球锁分离机构，其特征在于，还包括，所述壳体(1)的上腔体开设的孔不小于3个，为圆柱形通孔。
4.如权利要求3所述的一种热致熔断钢球锁分离机构，其特征在于，所述锁冒(7)为圆柱形空腔结构，上端面留有分离载荷的安装接口。
5.如权利要求4所述的一种热致熔断钢球锁分离机构，其特征在于，所述解锁柱(2)的平台上开有凹槽，对称分布，用于布置约束绳。
6.据权利要求5所述的一种热致熔断钢球锁分离机构，其特征在于，所述约束绳(4)为高模量纤维材料绳索，；所述分离机构采用一根约束绳首位相连，形成一个闭合的回路，回路上任意一处断裂，即可实现机构的解锁分离。
7.根据权利要求6所述的一种热致熔断钢球锁分离机构，其特征在于，所述约束绳回路上布置2个加热器互为备份，其中任意一个工作，将绳索熔断即可实现机构的解锁。
8.根据权利要求7所述的一种热致熔断钢球锁分离机构，其特征在于，所述解锁柱的解锁行程留有余量，保证在约束绳绑扎误差及其长期贮存蠕变下，分离机构仍能够可靠锁定。
9.根据权利要求8所述的一种热致熔断钢球锁分离机构，其特征在于，所述解锁柱的解锁行程通过外壳底部的挡圈(8)控制，当解锁柱(2)的平台到达挡圈(8)位置时停止运动，此时解锁柱(2)的凹槽正对外壳(1)的上空腔壁的孔，保证解锁的可靠性。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210716 |