CN113636110B - 一种起旋分离机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种起旋分离机构，包括：外壳、转筒、螺旋滑槽、滚轮组件、电缆筒、轴承、起旋弹簧和压紧组件；电缆筒固定在外壳内，且套装在主探测器上的电连接器外；初始时，起旋载荷与电连接器插接；转筒为双层套筒，其内层位于电缆筒之外，外层位于外壳之内；三个螺旋滑槽沿周向均匀固定在转筒的外层外表面上，滚轮组件固定在外壳上端，并与螺旋滑槽滚动配合；外壳与起旋载荷之间通过压紧组件锁紧或解锁，起旋载荷与外壳锁紧时，起旋载荷对转筒向上运动限位；轴承同轴固定在转筒内层的外表面上，起旋弹簧压紧在轴承和外壳内底面之间，起旋载荷与外壳解锁时，起旋弹簧释放弹性势能，轴承将起旋弹簧沿电缆筒轴向的平动转换为转筒的螺旋运动。

Description

一种起旋分离机构

技术领域

本发明涉及航天器机构技术领域，具体涉及一种起旋分离机构。

背景技术

随着我国航天技术的发展，深空探测任务的实施是空间技术的重要集成与体现。未来深空探测任务的实施过程中，需要在目标星体表面进行采样并返回地球，实现深空资源的勘探。

地外天体探测器采样成功后，按照任务规划返回地球大气层，由探测器将采样返回舱以预设姿态解锁分离。能否成功完成解锁分离，并以预设姿态成功返回大气层将会直接决定采样返回任务的成败。

现有技术中，航天器舱段间分离时，对分离时刻的姿态无严格要求，分离后的舱段可自主起控，对分离姿态偏差进行纠偏。但深空探测任务采样返回舱分离后，没有主动姿态控制能力，只能依靠分离时已经获得的绕自身回转轴的起旋角速度进行姿态稳定。因此，随着深空探测任务的全面部署，对起旋分离机构提出了高精度、高可靠的起旋分离需求。现有技术中，实现起旋的方式有螺旋滑槽起旋、电机起旋和小火箭起旋，但是由于深空探测任务采样返回舱重量指标苛刻，布局空间紧凑，国内现有地球大气再入返回飞行任务中采用的起旋技术，均不适用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种起旋分离机构，能够在探测器长期在轨飞行时为采样返回舱提供可靠压紧力；同时，在需要返回地球大气层时，提供可靠解锁作用，并控制采样返回舱以预设精度的姿态起旋，实现采样返回舱的再入返回。

本发明的技术方案为：一种起旋分离机构，包括：外壳、转筒、螺旋滑槽、滚轮组件、电缆筒、轴承、起旋弹簧和压紧组件；

所述外壳固定在外部的主探测器上，电缆筒固定在外壳内，且套装在主探测器上的电连接器之外；初始时，起旋载荷与电连接器插接；转筒为双层套筒，其内层位于电缆筒之外，外层位于外壳之内；三个螺旋滑槽沿周向均匀固定在转筒的外层外表面上，滚轮组件固定在外壳上端，并与螺旋滑槽滚动配合；

所述外壳与起旋载荷之间通过压紧组件锁紧或解锁，起旋载荷与外壳之间锁紧时，起旋载荷对转筒沿轴向向上运动限位；

所述轴承同轴固定在转筒内层的外表面上，起旋弹簧压紧在轴承和外壳内底面之间，起旋载荷与外壳之间解锁时，起旋弹簧释放弹性势能，轴承将起旋弹簧沿电缆筒轴向的平动转换为转筒的螺旋运动。

优选地，还包括：起旋拨动组件，所述转筒和起旋载荷之间设置了两组以上起旋拨动组件。

优选地，两组以上起旋拨动组件沿沿转筒的周向均匀分布。

优选地，所述起旋拨动组件由转臂和起旋拨杆组成，所述起旋拨杆一端通过转臂固定在转筒上，另一端与起旋载荷之间为面接触。

优选地，每个所述起旋拨杆与起旋载荷均具有两个面接触。

优选地，每个所述起旋拨杆为L型结构。

优选地，所述外壳包括：外筒、底盖和支撑筒；所述外筒紧固在主探测器上，外筒为两端开口的筒体，底盖固定在外筒的下端开口处；支撑筒同轴固定在底盖上开设的通孔中，电缆筒下端同轴固定在支撑筒中，上端伸入外筒内部。

优选地，所述外筒的上端开口处设有内翻边，转筒的下端外圆周面上设有凸起，当转筒向上运动到设定位置处时，外筒上端的内翻边对转筒上的凸起限位。

优选地，所述外筒和起旋载荷之间沿外筒的周向均匀设有三个以上压紧组件。

优选地，所述螺旋滑槽上端设有直线抬升段。

有益效果：

1、本发明的起旋分离机构总体来说实现了压紧、解锁、起旋、分离的一体化设计，压缩状态的起旋弹簧作为驱动源，起旋弹簧释放弹性势能后，轴承解除转筒绕轴转动的约束，通过螺旋滑槽的设计，使转筒带动起旋载荷可实现高精度的起旋；具体来说，第一方面，本发明采用单根起旋弹簧作为驱动源，三个运动副(即起旋弹簧的直线运动副、轴承的转动副和螺旋滑槽的螺旋运动副)相互配合实现起旋分离功能，该设计可实现驱动源稳定、结构简单、传力路径短、重量小等技术效果；第二方面，本发明采用三个均布的螺旋滑槽导向，由三点导向即可实现转筒的均匀受力，保证起旋运动平滑，分离姿态精度高；滚轮组件与螺旋滑槽间为滚动配合，可降低螺旋滑槽内的阻力。

2、本发明中起旋拨动组件的设计，能够将转筒的螺旋上升运动有效转化为对起旋载荷的起旋运动的推动力。

3、本发明中起旋拨杆与起旋载荷的面接触设计，为起旋载荷的起旋运动有效导向，可以使起旋载荷达到分离姿态要求后实现自由分离。

4、本发明中起旋拨杆与起旋载荷具有水平面和竖直面两个面接触的设计，水平面接触实现起旋载荷轴向驱动，竖直面接触实现起旋载荷周向驱动；转筒运动至被限位后，起旋拨杆与起旋载荷接触面分离，起旋载荷在惯性作用下以既定姿态继续做螺旋运动。

5、本发明中外壳的结构设计，既能够有效支撑电缆筒，又能够为转筒、螺旋滑槽等结构件的的设计提供安装空间。

6、本发明中外筒上端设计的内翻边与转筒上端外圆周面上设计的凸起之间的配合，能够实现外筒对转动的轴向限位。

7、本发明中外筒和起旋载荷之间沿外筒的周向均匀设置的三个以上压紧组件，能够将起旋载荷可靠压紧或解锁。

8、本发明中螺旋滑槽上端设计的直线抬升段，可以实现避让压紧组件的抗剪锥等周向干涉；并且在起旋弹簧驱动力的作用下，有利于实现电连接器的机械强脱。

附图说明

图1为本发明提供的起旋分离机构的一种实施方式下的压紧状态示意图。

图2为图1中外筒和转筒的俯视图。

图3为本发明提供的起旋分离机构的一种实施方式下的起旋分离后的状态示意图。

其中，1-外筒，2-转筒，3-螺旋滑槽，4-滚轮组件，5-底盖，6-支撑筒，7-电缆筒，8-电连接器，9-轴承，10-起旋弹簧，11-转臂，12-起旋拨杆，13-压紧组件，14-主探测器，15-起旋载荷。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例提供了一种起旋分离机构，该机构在任务再入返回段之前处于压紧状态，能够将起旋载荷压紧在主探测器上；需要将起旋载荷再入返回时，能够为起旋载荷提供稳定的初始转速，实现高可靠、高精度的起旋分离。

如图1所示，该起旋分离机构布置在深空探测器的主探测器14(相对于本实施例中的起旋分离机构，主探测器14为外部结构)上，主探测器14为起旋分离机构提供接口；

所述起旋分离机构包括：外筒1、转筒2、螺旋滑槽3、滚轮组件4、底盖5、支撑筒6、电缆筒7、轴承9、起旋弹簧10、转臂11、起旋拨杆12和压紧组件13；

外筒1紧固在主探测器14上，外筒1为两端开口的筒体，底盖5固定在外筒1的下端开口处；支撑筒6同轴固定在底盖5上开设通孔中，电缆筒7下端同轴固定在支撑筒6中，上端伸入外筒1内部，且套装在主探测器14上的电连接器8之外，电连接器8在电缆筒7内部与起旋载荷15插接(起旋分离机构处于初始状态时)，实现二者之间的数据信息传递和供电，有效地利用了起旋分离机构的结构空间；转筒2为双层套筒，其内层套装在电缆筒7之外，外层套装在外筒1之内；三个螺旋滑槽3沿周向均匀固定在转筒2的外层外表面上，滚轮组件4固定在外筒1上，并与螺旋滑槽3滚动配合，能够实现外筒1和转筒2之间的相对螺旋转动；

外筒1的上端沿周向均匀设置两个以上压紧组件13的插座部分，起旋载荷15上对应位置处设有两个以上压紧组件13的插头部分，压紧组件13的两部分(本实施例中为插头部分和插座部分)之间可通过销轴锁紧或解锁，从而实现起旋载荷15与外筒1之间的锁紧或解锁，起旋载荷15与外筒1之间锁紧时，起旋载荷15对转筒2沿轴向向上运动限位；

轴承9同轴固定在转筒2内层的外表面上，其运动轨迹通过转筒2上的螺旋滑槽3的螺旋轨迹来约束；起旋弹簧10压紧在轴承9和底盖5之间(起旋弹簧10为压簧，初始时具有设定量的弹性势能)，用于提供起旋驱动力，起旋载荷15与外筒1之间解锁时，起旋弹簧10的弹性势能释放，起旋弹簧10沿电缆筒7的轴向平动伸长，轴承9将起旋弹簧10的平动转换为转筒2的螺旋运动。

本实施例中，转筒2和起旋载荷15之间设置了两组以上起旋拨动组件，用于将转筒2的螺旋上升运动转化为对起旋载荷15的起旋运动(沿预设轨迹螺旋运动)的推动力；其中，两组以上起旋拨动组件沿转筒2的周向均匀分布。

本实施例中，如图2所示，起旋拨动组件由转臂11和起旋拨杆12组成，起旋拨杆12一端通过转臂11固定在转筒2上(即转臂11一端固定在转筒2上，起旋拨杆12一端连接在转臂11的另一端)；起旋拨杆12的另一端与起旋载荷15之间为面接触，用于为起旋载荷15的起旋运动导向。

本实施例中，每个起旋拨杆12与起旋载荷15均能实现两个面接触，优选，每个起旋拨杆12为L型结构，起旋拨杆12与起旋载荷15之间的水平面接触有利于转筒2对起旋载荷15进行轴向驱动，起旋拨杆12与起旋载荷15之间的竖直面接触有利于转筒2对起旋载荷15进行周向驱动。

本实施例中，外筒1的上端开口处设有内翻边，转筒2的下端外圆周面上设有凸起，当转筒2向上运动到设定位置处时，转筒2上的凸起被外筒1上端的内翻边限位，从而实现外筒1对转筒2的限位。

本实施例中，所述螺旋滑槽3上端设有一段直线抬升段，既能够避让压紧组件13上抗剪锥等结构的周向干涉，又能够保证起旋载荷15在螺旋滑槽3的直线抬升段过程中与电连接器8实现机械强脱，电连接器8与起旋载荷15脱离后，仍约束在电缆筒7内，能够有效避免电连接器8对后续起旋运动产生干扰作用。

如图3所示，所述起旋分离机构的工作过程为：

主探测器14调整到预设姿态后，压紧组件13收到解锁指令解锁，解除起旋载荷15和转筒2之间的约束；起旋弹簧10在弹性势能作用下推动转筒2向上运动，轴承9解除转筒2的绕自身轴向的转动约束；转筒2在螺旋滑槽3和滚轮组件4组成的螺旋运动副约束下，相对于外筒1做螺旋运动；转筒2通过转臂11和起旋拨杆12驱动起旋载荷15做螺旋运动；当起旋载荷15向上运动到设定位置处，电连接器8在电缆筒7内与起旋载荷15强制脱开；起旋载荷15做加速螺旋运动直至转筒2被外筒1上端的翻边限位；起旋载荷15以既定姿态实现与主探测器14的分离；

其中，所述起旋分离机构在初始状态时，通过压紧组件13将起旋载荷15可靠压紧在外筒1上。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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 (10)

1.一种起旋分离机构，其特征在于，包括：外壳、转筒(2)、螺旋滑槽(3)、滚轮组件(4)、电缆筒(7)、轴承(9)、起旋弹簧(10)和压紧组件(13)；

所述外壳固定在外部的主探测器(14)上，电缆筒(7)固定在外壳内，且套装在主探测器(14)上的电连接器(8)之外；初始时，起旋载荷(15)与电连接器(8)插接；转筒(2)为双层套筒，其内层位于电缆筒(7)之外，外层位于外壳之内；三个螺旋滑槽(3)沿周向均匀固定在转筒(2)的外层外表面上，滚轮组件(4)固定在外壳上端，并与螺旋滑槽(3)滚动配合；

所述外壳与起旋载荷(15)之间通过压紧组件(13)锁紧或解锁，起旋载荷(15)与外壳之间锁紧时，起旋载荷(15)对转筒(2)沿轴向向上运动限位；

所述轴承(9)同轴固定在转筒(2)内层的外表面上，起旋弹簧(10)压紧在轴承(9)和外壳内底面之间，起旋载荷(15)与外壳之间解锁时，起旋弹簧(10)释放弹性势能，轴承(9)将起旋弹簧(10)沿电缆筒(7)轴向的平动转换为转筒(2)的螺旋运动。

2.如权利要求1所述的起旋分离机构，其特征在于，还包括：起旋拨动组件，所述转筒(2)和起旋载荷(15)之间设置了两组以上起旋拨动组件。

3.如权利要求2所述的起旋分离机构，其特征在于，两组以上起旋拨动组件沿沿转筒(2)的周向均匀分布。

4.如权利要求2或3所述的起旋分离机构，其特征在于，所述起旋拨动组件由转臂(11)和起旋拨杆(12)组成，所述起旋拨杆(12)一端通过转臂(11)固定在转筒(2)上，另一端与起旋载荷(15)之间为面接触。

5.如权利要求4所述的起旋分离机构，其特征在于，每个所述起旋拨杆(12)与起旋载荷(15)均具有两个面接触。

6.如权利要求5所述的起旋分离机构，其特征在于，每个所述起旋拨杆(12)为L型结构。

7.如权利要求1-3和5-6中任意一项所述的起旋分离机构，其特征在于，所述外壳包括：外筒(1)、底盖(5)和支撑筒(6)；所述外筒(1)紧固在主探测器(14)上，外筒(1)为两端开口的筒体，底盖(5)固定在外筒(1)的下端开口处；支撑筒(6)同轴固定在底盖(5)上开设的通孔中，电缆筒(7)下端同轴固定在支撑筒(6)中，上端伸入外筒(1)内部。

8.如权利要求7所述的起旋分离机构，其特征在于，所述外筒(1)的上端开口处设有内翻边，转筒(2)的下端外圆周面上设有凸起，当转筒(2)向上运动到设定位置处时，外筒(1)上端的内翻边对转筒(2)上的凸起限位。

9.如权利要求7所述的起旋分离机构，其特征在于，所述外筒(1)和起旋载荷(15)之间沿外筒(1)的周向均匀设有三个以上压紧组件(13)。

10.如权利要求1-3、5-6和8-9中任意一项所述的起旋分离机构，其特征在于，所述螺旋滑槽(3)上端设有直线抬升段。

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