CN115140320A - 一种气动分离解锁装置及系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种气动分离解锁装置及系统，该解锁装置包括：外壳、芯座、芯轴、锁紧机构和气动分离推力机构；芯座与被分离部件固定连接，芯座设置在外壳内，并与外壳固定连接；芯轴插入芯座内，芯轴位于芯座外部的一端与分离部件固定连接；锁紧机构设置在外壳内，且锁紧机构卡入芯座和芯轴内，以使芯轴和芯座锁紧连接；气动分离推力机构连接在外壳内，并顶紧连接在芯轴的顶端；气动分离推力机构用于推动芯轴从芯座内移出，以解锁锁紧机构。本申请结构简单，解锁分离时间短，多个解锁装置可实现较好的分离一致性和同步性。

Description

一种气动分离解锁装置及系统

技术领域

本申请涉及分离解锁装置技术领域，尤其涉及一种气动分离解锁装置及系统。

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和复杂化，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、电磁等作为驱动源的非火工解锁分离装置。

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，现有解锁装置包括解锁分离控制机构、锁紧机构和推力机构，其机构设计复杂，通过锁分离控制机构解锁锁紧机构，通过推力机构推动解锁装置连接的两物体分离，解锁分离时间较长，无法满足航天领域分离窗口时间短的快响应需求，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。

因此，目前亟需提供一种组成零件少，结构简单，解锁分离时间短，多个解锁装置可实现较好的分离一致性和同步性的分离解锁装置。

发明内容

本申请的目的在于提供一种气动分离解锁装置及系统，具有组成零件少，结构简单，解锁分离时间短，多个解锁装置可实现较好的分离一致性和同步性。

为达到上述目的，本申请提供一种气动分离解锁装置，包括：外壳、芯座、芯轴、锁紧机构和气动分离推力机构；所述芯座与被分离部件固定连接，所述芯座设置在所述外壳内，并与所述外壳固定连接；所述芯轴插入所述芯座内，所述芯轴位于所述芯座外部的一端与分离部件固定连接；所述锁紧机构设置在所述外壳内，且所述锁紧机构卡入所述芯座和所述芯轴内，以使所述芯轴和所述芯座锁紧连接；所述气动分离推力机构连接在所述外壳内，并顶紧连接在所述芯轴的顶端；气动分离推力机构用于推动所述芯轴从所述芯座内移出，以解锁所述锁紧机构。

如上的，其中，所述锁紧机构包括:缸体、压缩弹簧和钢球；所述缸体设置在所述外壳内，并套设在所述芯座外部；所述缸体的一端抵接所述芯座，另一端抵接所述压缩弹簧，所述压缩弹簧远离所述缸体的一端抵接在所述外壳内壁，所述压缩弹簧用于将所述缸体顶紧在所述芯座的端部；所述缸体的内壁开设有沟槽和释放槽，所述沟槽的开设深度小于所述释放槽的深度，所述沟槽和所述释放槽通过圆弧过渡连接；所述芯座的侧壁开设有通孔；所述芯轴的外壁开设有弧形沟槽；所述锁紧机构在锁紧状态下，所述钢球穿过所述通孔，所述钢球的一端限位在所述芯轴的弧形沟槽内，另一端限位在所述缸体的沟槽内。

如上的，其中，所述气动分离推力机构包括：活塞、活塞杆、第一密封圈和第二密封圈；所述活塞杆从所述外壳顶部穿入所述外壳和所述缸体内，所述活塞杆通过所述第一密封圈与所述缸体密封连接；所述活塞设置在所述缸体内，并固定在所述活塞杆的端部，所述活塞通过所述第二密封圈与所述缸体密封连接，所述活塞远离所述活塞杆的一端抵接在所述芯座的端部；所述活塞、所述缸体、所述第一密封圈和所述第二密封圈围绕成密闭腔体；所述活塞杆沿其长度方向开设有用于通入气体的气体通道；所述活塞杆侧壁开设有开孔；所述气体通道通过所述开孔与所述密闭腔体连通。

如上的，其中，所述气体通道内通入气体后，气体从所述开孔进入所述密闭腔体，所述缸体向远离所述芯座的方向移动，所述钢球从所述沟槽内移入所述释放槽内，所述钢球从所述芯轴的弧形沟槽内移出，所述芯轴与所述芯座分离。

如上的，其中，所述钢球包括至少一排钢球，每一排钢球包括多个沿着所述芯座的圆周方向均匀间隔开分布的钢球。

如上的，其中，所述芯轴对应于每一排所述钢球处设置一个弧形沟槽，所述弧形沟槽沿所述芯轴的圆周方向内凹；所述芯座对应于每一个所述钢球开设有一个通孔；所述缸体对应于每一排所述钢球处开设有一个沟槽和一个释放槽，所述沟槽和所述释放槽均沿着所述缸体的内壁圆周方向内凹。

如上的，其中，所述芯座具有外螺纹；所述外壳的端部具有内螺纹；所述外壳为圆筒状，所述外壳套设在所述芯座的外部后，通过所述内螺纹与所述芯座的外螺纹连接。

如上的，其中，所述缸体为圆筒状，所述缸体的一端为开口端，另一端具有用于围绕成所述密闭腔体的顶壁；所述缸体通过所述开口端套设在所述芯座的上；所述顶壁开设有用于穿过所述活塞杆的第一开口；所述活塞杆与所述第一开口的内壁之间通过所述第一密封圈密封连接。

如上的，其中，所述外壳开设有用于穿过所述活塞杆的第二开口。

本申请还提供一种气动分离解锁系统，包括多个气动分离解锁装置，每一个气动分离解锁装置的气动分离推力机构包括一个气体通道，所有气动分离解锁装置的气体通道连接在同一个管路内，通过所述管路向多个气动分离解锁装置的气体通道内通入气体，多个所述气动分离解锁装置同时动作。

本申请实现的有益效果如下：

(1)本申请采用多个钢球周向布置形式对分离部件进行锁紧，多个钢球卡入缸体内壁沟槽、芯座的通孔和芯轴外壁弧形沟槽，以多个钢球的截面作为剪切受力面来保证芯轴和芯座的可靠连接，本申请锁紧机构承载能力大。

(2)本申请缸体内壁沟槽、芯轴外壁弧形沟槽和芯座的通孔构成了钢球的保持架，与分离部件连接的芯轴可在与芯座可靠连接的同时，实现自由转动，即分离件可相对于被分离件自由转动。

(3)本申请解锁分离时，高压气体的压力克服压缩弹簧的弹性力，可实现较低的分离冲击响应。

(4)本申请解锁分离时，由于连接多个气动分离解锁装置的管路内气压相等，多个气动分离解锁装置同时动作，保证多个气动分离解锁装置分离一致性和同步性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的一种气动分离解锁装置的锁紧状态下的剖视图。

图2为本申请实施例的一种气动分离解锁装置的分解结构示意图。

图3为本申请实施例的一种气动分离解锁装置的分离状态下的剖视图。

附图标记：1-芯座；2-芯轴；3-缸体；4-外壳；5-活塞杆；6-钢球；7-压缩弹簧；8-第一密封圈；9-第二密封圈；10-活塞；11-芯轴插入孔；12-外螺纹；13-通孔；14-连接耳板；15-螺栓孔；16-凸台；21-弧形沟槽；31-沟槽；32-释放槽；33-顶壁；34-限位壁；41-内螺纹；51-气体通道；52-开孔；53-密闭腔体。

具体实施方式

下面结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例一

如图1-3所示，本申请提供一种气动分离解锁装置，包括：外壳4、芯座1、芯轴2、锁紧机构和气动分离推力机构；芯座1与被分离部件固定连接，芯座1设置在外壳4内，并与外壳4固定连接；芯座1具有芯轴插入孔11，芯轴插入孔11的开口端位于芯座1远离外壳4的一端；芯轴2插入芯轴插入孔11内，从而实现插入芯座1内。芯轴2位于芯座1外部的一端与分离部件固定连接；锁紧机构设置在外壳4内，且锁紧机构卡入芯座1和芯轴2内，以使芯轴2和芯座1锁紧连接。气动分离推力机构连接在外壳4内，并顶紧连接在芯轴2的顶端；气动分离推力机构用于推动芯轴2从芯座1内移出，以解锁锁紧机构，锁紧机构解锁后，芯轴2和芯座1分离，则芯轴2连接的分离部件与芯座1连接的被分离部件分离。

作为本发明的具体实施例，芯座1具有连接耳板14，连接耳板14上具有螺栓孔15；芯座1通过连接耳板14与被分离部件固定连接。具体的，通过螺栓插入螺栓孔15内后，螺栓再插入被分离部件的安装孔，以实现芯座1与被分离部件的固定连接。芯轴2与分离部件的固定连接方式可以是销轴连接或螺栓固定连接等，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。

如图1-3所示，锁紧机构包括:缸体3、压缩弹簧7和钢球6；缸体3设置在外壳4内，并套设在芯座1外部；缸体3和外壳4的形状为圆筒状，外壳4套设在缸体3的外部，缸体3通过压缩弹簧7限位在外壳4的内部；缸体3的一端抵接芯座1的凸台16，另一端抵接压缩弹簧7，压缩弹簧7远离缸体3的一端抵接在外壳4内壁，压缩弹簧7用于将缸体3顶紧在芯座1的凸台16上，压缩弹簧7被压缩后，缸体3可在外壳4内沿其轴线方向朝向远离凸台16的方向移动；缸体3的内壁开设有沟槽31和释放槽32，沟槽31的开设深度小于释放槽32的深度，可以理解的是，释放槽32的槽底面距离芯座1外壁的距离大于沟槽31的槽底面距离芯座1外壁的距离。钢球6卡入沟槽31内时，恰好可以卡紧连接在芯轴2的弧形沟槽21内，当钢球6卡入释放槽32内时，钢球6恰好可以从芯轴2的弧形沟槽21内移出，以使得芯轴2与芯座1分离。优选的，沟槽31和释放槽32通过圆弧面过渡连接，以使得钢球能顺利的从沟槽31滑入释放槽32内。芯座1的侧壁开设有通孔13，通孔13用于限位钢球6，使得钢球只能沿着通孔13的中心线方向移动，限制钢球6其他方向的自由度；芯轴2的外壁开设有弧形沟槽21；锁紧机构在锁紧状态下，缸体3被压缩弹簧7压紧在芯座1的凸台16上，钢球6穿过芯座1的通孔13，钢球6的一端限位在芯轴2的弧形沟槽21内，另一端限位在缸体3的沟槽31内，实现芯轴2与芯座1的锁紧连接。

可以理解的是，缸体3内壁的沟槽31、芯轴2外壁的弧形沟槽21和芯座1的通孔13构成了钢球6的保持架，使得钢球6限位连接在芯轴2和芯座1内，实现芯轴2和芯座1的锁紧连接。由于芯轴2和芯座1之间为钢球连接方式，芯轴2可相对于芯座1转动，因此，与分离部件连接的芯轴2可在与芯座1可靠连接的同时，实现自由转动，进而使得分离部件和被分离部件之间可以实现相对自由转动。

如图1-3所示，气动分离推力机构包括：活塞10、活塞杆5、第一密封圈8和第二密封圈9；活塞杆5沿着垂直于外壳4顶面的方向从外壳4顶部穿入外壳4和缸体3内，活塞杆5通过第一密封圈8与缸体3密封连接；活塞10设置在缸体3内，并固定在活塞杆5的端部，活塞10垂直于活塞杆5设置。活塞10不动，缸体3可相对于活塞10沿着活塞杆5的长度方向上下移动。活塞10通过第二密封圈9与缸体3密封连接，活塞10远离活塞杆5的一端抵接在芯座1的端部；活塞10、缸体3、第一密封圈8和第二密封圈9围绕成密闭腔体53；活塞杆5沿其长度方向开设有用于通入气体的气体通道51；活塞杆5侧壁开设有开孔52，开孔52设置在活塞杆5的底端(连接活塞10的一端)，开孔52垂直于活塞杆5的侧壁开设，开孔52的一端与气体通道51连通，另一端与密闭腔体53连通；气体通道51的一端开口露出于活塞杆5的外部，用于连接管路，管路连接气源，气体通道51通过开孔52与密闭腔体53连通。气动分离推力机构结构简单，解锁分离时间短，冲击响应低，性能可靠。

作为本发明的一个具体实施例，气源将气体通入管路内，气体进入管路内，管路向气体通道51内通入气体后，气体从开孔52进入密闭腔体53，密闭腔体53内部气压变大，活塞10不动，活塞10远离活塞杆5的端面抵接在芯座1的顶端面；缸体3的顶壁33在气压作用下向上(朝向压缩弹簧7的方向)挤压压缩弹簧7，缸体3向远离芯座1的方向移动，卡入钢球6的沟槽31跟随缸体3向上(远离芯座1的方向)移动，释放槽32移动到与通孔13(或钢球6)在一条直线的方向；钢球6从沟槽31内移入释放槽32内，由于释放槽32槽底面直径大于沟槽31的槽底面直径，钢球6被释放至释放槽32内，因此，钢球6不能卡紧在芯轴2的弧形沟槽21内，钢球6从芯轴2的弧形沟槽21内移出，实现芯轴2与芯座1分离，芯轴2与芯座1分离后，停止向气体通道51内通入气体。

作为本发明的一个具体实施例，当不再向气体通道51内通入气体，则缸体1在压缩弹簧7的弹力作用下恢复初始位置(即缸体1底端与芯座1的凸台16贴合，钢球6从释放槽32移入沟槽31内)，安装芯轴2时，直接将芯轴2插入芯座1的芯轴插入孔11，钢球6卡入芯轴2的弧形沟槽21内，实现芯轴2与芯座1的锁紧连接，该安装方式方便快捷，稳定可靠。

可以理解的是，通过管路在活塞杆5的气体通道51中充入高压气体，气体压力作用在活塞10上表面和缸体3的顶壁33下表面。由于活塞10下部与芯轴2接触，密闭腔体52的腔内气体压力克服压缩弹簧7的弹性力，将使缸体3相对于整体装置向上移动。当缸体3与钢球6紧密接触的沟槽31上移，与钢球6脱离接触时，钢球6在径向方向向外移动，钢球6进入释放槽32，此时，芯轴2和分离部件相对于整体装置向下移动，与被分离部件分离。

作为本发明的一个具体实施例，钢球6包括至少一排钢球，每一排钢球包括多个沿着芯座1的圆周方向均匀间隔开分布的钢球。

优选的，钢球6采用双排钢球，第一排钢球和第二排钢球沿着缸体3的长度方向间隔开排列，单排8个钢球周向布置形式，即每一排钢球沿着缸体3的圆周方向间隔开布置，以总共16个钢球的截面作为剪切受力面来保证分离部件和被分离部件的可靠连接，且锁紧机构承载能力大。

如图1-3所示，芯轴2对应于每一排钢球处设置一个弧形沟槽21，弧形沟槽21沿芯轴2的圆周方向内凹；芯座1对应于每一个钢球开设有一个通孔13；缸体3对应于每一排钢球处开设有一个沟槽31和一个释放槽32，沟槽31和释放槽32均沿着缸体3的内壁圆周方向内凹。

如图1和3所示芯座1的凸台16沿着凸出在连接耳板14的顶面，且凸台16沿着芯座1的外筒壁向外凸出，凸台16的侧壁具有外螺纹12，外螺纹12用于连接外壳4。

如图2和3所示，芯座1具有外螺纹12；外壳4的端部具有内螺纹41；外壳4为圆筒状，外壳4套设在芯座1的外部后，通过内螺纹41与芯座1的外螺纹12连接。

如图3所示，缸体3为圆筒状，缸体3的一端为开口端，另一端具有用于围绕成密闭腔体53的顶壁33；缸体3通过开口端套设在芯座1的上；顶壁33开设有用于穿过活塞杆5的第一开口；活塞杆5与第一开口的内壁之间通过第一密封圈8密封连接。外壳4开设有用于穿过活塞杆5的第二开口。

如图3所示，缸体3与压缩弹簧7连接的一端具有限位壁34，限位壁34位于压缩弹簧7的外侧，且限位壁34平行于压缩弹簧7的压缩方向设置，当压缩弹簧7压缩到一定长度后，限位壁34限位在外壳4的内壁，从而使得缸体3停止对压缩弹簧7施加压力，防止压缩弹簧7被压缩变形导致无法恢复。

如图3所示，压缩弹簧7套设在活塞杆5的外侧，且位于限位壁34的内侧，顶端抵接外壳4的顶壁下表面，底端抵接缸体3的顶面。

实施例二

本申请提供一种气动分离解锁系统，包括多个气动分离解锁装置，每一个气动分离解锁装置的气动分离推力机构包括一个气体通道，所有气动分离解锁装置的气体通道连接在同一个管路内，通过管路向多个气动分离解锁装置的气体通道内通入气体，多个气动分离解锁装置同时动作，多个气动分离解锁装置可实现较好的分离一致性和同步性。

本申请实现的有益效果如下：

(1)本申请采用多个钢球周向布置形式对分离部件进行锁紧，多个钢球卡入缸体内壁沟槽、芯座的通孔和芯轴外壁弧形沟槽，以多个钢球的截面作为剪切受力面来保证芯轴和芯座的可靠连接，本申请锁紧机构承载能力大。

(2)本申请缸体内壁沟槽、芯轴外壁弧形沟槽和芯座的通孔构成了钢球的保持架，与分离部件连接的芯轴可在与芯座可靠连接的同时，实现自由转动，即分离件可相对于被分离件自由转动。

(3)本申请解锁分离时，高压气体的压力克服压缩弹簧的弹性力，可实现较低的分离冲击响应。

(4)本申请解锁分离时，由于连接多个气动分离解锁装置的管路内气压相等，多个气动分离解锁装置同时动作，保证多个气动分离解锁装置分离一致性和同步性。

以上所述仅为本发明的实施方式而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种气动分离解锁装置，其特征在于，包括：外壳、芯座、芯轴、锁紧机构和气动分离推力机构；

所述芯座与被分离部件固定连接，所述芯座设置在所述外壳内，并与所述外壳固定连接；

所述芯轴插入所述芯座内，所述芯轴位于所述芯座外部的一端与分离部件固定连接；

所述锁紧机构设置在所述外壳内，且所述锁紧机构卡入所述芯座和所述芯轴内，以使所述芯轴和所述芯座锁紧连接；

所述气动分离推力机构连接在所述外壳内，并顶紧连接在所述芯轴的顶端；气动分离推力机构用于推动所述芯轴从所述芯座内移出，以解锁所述锁紧机构。

2.根据权利要求1所述的气动分离解锁装置，其特征在于，所述锁紧机构包括:缸体、压缩弹簧和钢球；

所述缸体设置在所述外壳内，并套设在所述芯座外部；

所述缸体的一端抵接所述芯座，另一端抵接所述压缩弹簧，所述压缩弹簧远离所述缸体的一端抵接在所述外壳内壁，所述压缩弹簧用于将所述缸体顶紧在所述芯座的端部；

所述缸体的内壁开设有沟槽和释放槽，所述沟槽的开设深度小于所述释放槽的深度，所述沟槽和所述释放槽通过圆弧过渡连接；

所述芯座的侧壁开设有通孔；

所述芯轴的外壁开设有弧形沟槽；

所述锁紧机构在锁紧状态下，所述钢球穿过所述通孔，所述钢球的一端限位在所述芯轴的弧形沟槽内，另一端限位在所述缸体的沟槽内。

3.根据权利要求2所述的气动分离解锁装置，其特征在于，所述气动分离推力机构包括：活塞、活塞杆、第一密封圈和第二密封圈；

所述活塞杆从所述外壳顶部穿入所述外壳和所述缸体内，所述活塞杆通过所述第一密封圈与所述缸体密封连接；

所述活塞设置在所述缸体内，并固定在所述活塞杆的端部，所述活塞通过所述第二密封圈与所述缸体密封连接，所述活塞远离所述活塞杆的一端抵接在所述芯座的端部；

所述活塞、所述缸体、所述第一密封圈和所述第二密封圈围绕成密闭腔体；

所述活塞杆沿其长度方向开设有用于通入气体的气体通道；所述活塞杆侧壁开设有开孔；

所述气体通道通过所述开孔与所述密闭腔体连通。

4.根据权利要求3所述的气动分离解锁装置，其特征在于，所述气体通道内通入气体后，气体从所述开孔进入所述密闭腔体，所述缸体向远离所述芯座的方向移动，所述钢球从所述沟槽内移入所述释放槽内，所述钢球从所述芯轴的弧形沟槽内移出，所述芯轴与所述芯座分离。

5.根据权利要求2所述的气动分离解锁装置，其特征在于，所述钢球包括至少一排钢球，每一排钢球包括多个沿着所述芯座的圆周方向均匀间隔开分布的钢球。

6.根据权利要求5所述的气动分离解锁装置，其特征在于，

所述芯轴对应于每一排所述钢球处设置一个弧形沟槽，所述弧形沟槽沿所述芯轴的圆周方向内凹；

所述芯座对应于每一个所述钢球开设有一个通孔；

所述缸体对应于每一排所述钢球处开设有一个沟槽和一个释放槽，所述沟槽和所述释放槽均沿着所述缸体的内壁圆周方向内凹。

7.根据权利要求1所述的气动分离解锁装置，其特征在于，所述芯座具有外螺纹；所述外壳的端部具有内螺纹；

所述外壳为圆筒状，所述外壳套设在所述芯座的外部后，通过所述内螺纹与所述芯座的外螺纹连接。

8.根据权利要求3所述的气动分离解锁装置，其特征在于，所述缸体为圆筒状，所述缸体的一端为开口端，另一端具有用于围绕成所述密闭腔体的顶壁；

所述缸体通过所述开口端套设在所述芯座的上；

所述顶壁开设有用于穿过所述活塞杆的第一开口；所述活塞杆与所述第一开口的内壁之间通过所述第一密封圈密封连接。

9.根据权利要求8所述的气动分离解锁装置，其特征在于，所述外壳开设有用于穿过所述活塞杆的第二开口。

10.一种气动分离解锁系统，包括多个气动分离解锁装置，其特征在于，所述气动分离解锁装置为权利要求1-9任意一项的所述气动分离解锁装置，每一个气动分离解锁装置的气动分离推力机构包括一个气体通道，所有气动分离解锁装置的气体通道连接在同一个管路内，通过所述管路向多个气动分离解锁装置的气体通道内通入气体，多个所述气动分离解锁装置同时动作。

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