CN115231003A - 一种星箭连接分离机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种星箭连接分离机构，包括箭体端结构、卫星端结构和对接螺栓。所述箭体端结构具有电驱模块和锁定分离模块，所述锁定分离模块包括旋转盘、基座和多个分瓣螺母，各所述分瓣螺母均可滑动地连接于所述基座，所述旋转盘和各所述分瓣螺母传动连接，所述电驱模块和所述旋转盘传动连接，以驱动各所述分瓣螺母运动至合拢状态或分离状态，在所述合拢状态下，各所述分瓣螺母围合形成连接槽。所述卫星端结构上设置有连接孔，所述对接螺栓能一端穿过所述连接孔固定连接于所述连接槽，另一端限位于所述卫星端结构。本申请的星箭连接分离机构，实现电驱动箭体与卫星分离，降低分离冲击响应，对连接结构无损伤，可重复使用。

Description

一种星箭连接分离机构

技术领域

本发明涉及星箭连接分离技术领域，尤其涉及一种星箭连接分离机构。

背景技术

星箭分离机构作为星箭入轨后实现卫星释放分离的关键机构，关系到卫星发射任务的成败。目前，小卫星分离一般采用火工分离方案，以爆炸螺栓、分离螺母装置等火工分离。但是，以爆炸螺栓、分离螺母装置等火工分离装置为主的分离机构，存在如下缺点：

(1)使用之前性能及功能不可检测，只能以抽检的方式进行，考虑到火工药剂性能具有一定散差，抽检出来的产品性能及功能无法完全证明飞行产品的性能及功能；

(2)分离冲击环境较为恶劣，火工药剂能量在毫秒级的时间内完全释放，会给箭上电子设备及仪器产生较大的冲击环境，重则导致其功能失效；

(3)具有一定的安全隐患，由于使用了火工药剂，在其生产制造、运输、贮存及使用等阶段都具有一定的危险性。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明提供一种星箭连接分离机构。

本申请提供如下技术方案：

一种星箭连接分离机构，包括：

箭体端结构，所述箭体端结构具有电驱模块和锁定分离模块，所述锁定分离模块包括旋转盘、基座和多个分瓣螺母，各所述分瓣螺母均可滑动地连接于所述基座，所述旋转盘和各所述分瓣螺母传动连接，所述电驱模块和所述旋转盘传动连接，以驱动各所述分瓣螺母运动至合拢状态或分离状态，在所述合拢状态下，各所述分瓣螺母围合形成连接槽；

卫星端结构，所述卫星端结构上设置有连接孔；

对接螺栓，所述对接螺栓能一端穿过所述连接孔固定连接于所述连接槽，另一端限位于所述卫星端结构。

可选地，所述基座上设置多个条形槽，各所述条形槽沿所述旋转盘的旋转轴线的周向依次间隔设置；

所述旋转盘上沿周向间隔地设置有多个弧形驱动槽；

所述分瓣螺母上设置销轴，各所述分瓣螺母分别可滑动地连接于相应的条形槽，且各所述分瓣螺母的销轴分别延伸至相应的驱动条槽；

所述旋转盘旋转以通过所述弧形驱动槽驱动各分瓣螺母运动至合拢状态或分离状态。

可选地，所述电驱模块包括电机和轴齿轮，所述旋转盘沿周向设置凸齿，所述轴齿轮和所述凸齿相结合；

所述电机和所述轴齿轮传动连接，以驱动所述旋转盘旋转。

可选地，所述电机具有转轴，所述转轴和所述轴齿轮为一体成型件。

可选地，包括分离弹簧，所述分离弹簧固定连接于所述箭体端结构；

在所述对接螺栓连接于所述连接槽的状态下，所述分离弹簧处于弹性压缩状态，所述分离弹簧抵顶于所述对接螺栓。

可选地，还包括捕获器，所述捕获器连接于所述卫星端结构，所述捕获器具有导向套、捕获腔和防弹垫；

所述导向套具有导向腔，所述导向腔连通所述连接孔，所述防弹垫设置于所述导向腔和所述捕获腔之间；

所述对接螺栓包括柱体和连接柱体的栓头，所述柱体能贯穿所述连接孔固定连接于所述连接槽，所述栓头限位于所述导向腔内；

在所述分离状态下，所述分离弹簧弹性释放，驱动所述栓头沿所述导向腔移动至所述捕获腔内。

可选地，所述导向腔的横截面为多边形，所述栓头的横截面形状和所述导向腔的横截面形状相匹配。

可选地，所述捕获器还包括壳体，所述壳体具有空腔，所述空腔具有连通所述连接孔的连通口；

所述导向套安装于所述空腔内，所述导向套具有避让口，所述避让口边沿一周设置有垫圈；

在所述对接螺栓连接于所述连接槽的状态下，所述柱体贯穿所述避让口和连通口，所述垫圈压缩配置于所述栓头和壳体之间。

可选地，所述防弹垫包括多个瓣片，各所述瓣片均连接于所述导向套，各所述瓣片沿所述导向套周向依次设置，各所述瓣片共同封闭所述导向腔；

在所述分离状态下，所述对接螺栓抵顶各瓣片，各瓣片发生形变导通所述导向腔和所述捕获腔，在所述对接螺栓完全进入所述捕获腔的状态下，各所述瓣片恢复形变，封闭所述导向腔。

可选地，各所述瓣片背离所述导向腔的一侧设置外凸弧面。

可选地，所述箭体端结构包括箭体端法兰，所述箭体端法兰上设置两个第一不脱出螺栓安装孔；

所述卫星端结构包括卫星端法兰，卫星端法兰上设置两个第二不脱出螺栓安装孔；

两个所述第一不脱出螺栓安装孔之间的距离和两个所述第二不脱出螺栓安装孔之间的距离不相等。

可选地，所述箭体端结构包括箭体端法兰，所述箭体端法兰边沿一周设置多个第一弹簧安装孔；

所述卫星端结构包括卫星端法兰，所述卫星端法兰边沿一周设置多个第二弹簧安装孔；

各第一弹簧安装孔和各第二弹簧安装孔位置一一相对，相对的第一弹簧安装孔和第二弹簧安装孔之间设置有法兰弹簧。

通过采用上述技术方案，使得本申请具有如下有益效果：

本申请的星箭连接分离机构，实现电驱动箭体与卫星分离，降低分离冲击响应，对连接结构无损伤，可重复使用。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本申请的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：

图1示出本申请实施例提供的星箭连接分离机构的立体结构示意图；

图2示出了图1中局部放大透视图；

图3示出本申请实施例提供的星箭连接分离机构的立体结构剖视图；

图4示出了图3中局部放大图；

图5示出防弹垫局部放大图。

图中：电驱模块11、电机111、轴齿轮112、转轴113、锁定分离模块12、旋转盘121、弧形驱动槽1211、凸齿1212、基座122、条形槽1221、分瓣螺母123、销轴1231、连接槽124、箭体端法兰13、第一不脱出螺栓安装孔131、箭体端不脱出螺栓14、连接孔21、卫星端法兰22、第二不脱出螺栓安装孔221、卫星端不脱出螺栓23、对接螺栓3、柱体31、栓头32、分离弹簧4、导向套51、捕获腔52、防弹垫53、瓣片531、壳体54、垫圈55、法兰弹簧6。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语 “上”、“下”、 “内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见图1至图5所示, 本申请提供一种星箭连接分离机构，包括箭体端结构、卫星端结构和对接螺栓3。所述箭体端结构具有电驱模块11和锁定分离模块12，所述锁定分离模块12包括旋转盘121、基座122和多个分瓣螺母123，各所述分瓣螺母123均可滑动地连接于所述基座122，所述旋转盘121和各所述分瓣螺母123传动连接，所述电驱模块11和所述旋转盘121传动连接，以驱动各所述分瓣螺母123运动至合拢状态或分离状态，在所述合拢状态下，各所述分瓣螺母123围合形成连接槽124。所述卫星端结构上设置有连接孔21，所述对接螺栓3能一端穿过所述连接孔21固定连接于所述连接槽124，另一端限位于所述卫星端结构。当箭体与卫星连接的情况下分瓣螺母123运动至合拢状态，螺栓一端穿过所述连接孔21固定连接于所述连接槽124，各分瓣螺母123将螺栓夹紧；当箭体与卫星分离的过程中，各分瓣螺母123运动至分离状态，将螺栓松开，如此箭体与卫星失去连接脱离。本申请的星箭连接分离机构，实现电驱动箭体与卫星分离，缩短分离响应时间，降低分离冲击响应，对连接结构无损伤，可重复使用。

进一步地，对接螺栓3与分瓣螺母123配合一侧有限位结构，可为与分瓣螺母123配合的螺纹、卡凸或卡槽等。保证分瓣螺母123夹持住对接螺栓3时更稳固。

在一种可能的实施方案中，所述基座122上设置多个条形槽1221，各所述条形槽1221沿所述旋转盘121的旋转轴113线的周向依次间隔设置。所述旋转盘121上沿周向间隔地设置有多个弧形驱动槽1211。所述分瓣螺母123上设置销轴1231，各所述分瓣螺母123分别可滑动地连接于相应的条形槽1221，且各所述分瓣螺母123的销轴1231分别延伸至相应的驱动条槽。所述旋转盘121旋转以通过所述弧形驱动槽1211驱动各分瓣螺母123运动至合拢状态或分离状态。条形槽1221分别限制各分瓣螺母123的运行轨迹，保证分瓣螺母123受弧形驱动槽1211驱动后仅沿直径方向做张开或闭合的运动，从而可保证对对接螺栓3释放时顺畅，对对接螺栓3夹紧时分瓣螺母123的位置准确，夹持稳定。

在一种可能的实施方案中，所述电驱模块11包括电机111和轴齿轮112，所述旋转盘121沿周向设置凸齿1212，所述轴齿轮112和所述凸齿1212相结合。所述电机111和所述轴齿轮112传动连接，以驱动所述旋转盘121旋转。如此通过电机111旋转可带动旋转盘121转动，进一步驱动分瓣螺母123运动至合拢状态或分离状态。中间通过轴齿轮112传动，旋转盘121沿周向设置凸齿1212，如此通过齿传动，传动更精准和稳定。

在一种可能的实施方案中，所述电机111具有转轴113，所述转轴113和所述轴齿轮112为一体成型件。一体成型保证了结构的稳固，不会产生连接点断裂失效的情况，并且传动更加精准，无误差产生。

在一种可能的实施方案中，星箭连接分离机构还包括分离弹簧4，所述分离弹簧4固定连接于所述箭体端结构。在所述对接螺栓3连接于所述连接槽的状态下，所述分离弹簧4处于弹性压缩状态，所述分离弹簧4抵顶于所述对接螺栓3。当箭体与卫星分离时，分瓣螺母123松开对接螺栓3，弹簧分别向箭体端结构和卫星端结构施加弹力，弹力促进两者分离。并且对对接螺栓3施加弹力，便于对接螺栓3进行回收捕获。

在一种可能的实施方案中，星箭连接分离机构还包括捕获器，所述捕获器连接于所述卫星端结构，所述捕获器具有导向套51、捕获腔52和防弹垫53。所述导向套51具有导向腔，所述导向腔连通所述连接孔21，所述防弹垫53设置于所述导向腔和所述捕获腔52之间。所述对接螺栓3包括柱体31和连接柱体31的栓头32，所述柱体31能贯穿所述连接孔21固定连接于所述连接槽124，所述栓头32限位于所述导向腔内。在所述分离状态下，所述分离弹簧4弹性释放，驱动所述栓头32沿所述导向腔移动至所述捕获腔52内。当箭体与卫星分离时，分瓣螺母123松开对接螺栓3，弹簧向对接螺栓3施加弹力，对接螺栓3受到弹力的作用由导向套51滑动至捕获腔52内，对对接螺栓3记性捕获。如此可回收对接螺栓3，便于以后再次循环使用，并且防止对接螺栓3掉落在太空内形成太空垃圾。

在一种可能的实施方案中，导向腔的横截面可为圆形、三角形或多边形等形状，所述栓头32的横截面形状和所述导向腔的横截面形状相匹配。若对接螺栓3与分瓣螺母123连接若是通过螺纹连接则导向腔的横截面为圆形，便于旋转对接螺栓3实现对接螺栓3与分瓣螺母123连接；若对接螺栓3与分瓣螺母123连接若是通过夹紧摩擦力或卡接的限位实现对接螺栓3与分瓣螺母123连接稳固，则导向腔的横截面为三角形或多边形，可防止对接螺栓3连接时晃动，并便于对对接螺栓3的回收使导向。

在一种可能的实施方案中，所述捕获器还包括壳体54，所述壳体54具有空腔，所述空腔具有连通所述连接孔21的连通口。所述导向套51安装于所述空腔内，所述导向套51具有避让口，所述避让口边沿一周设置有垫圈55。在所述对接螺栓3连接于所述连接槽124的状态下，所述柱体31贯穿所述避让口和连通口，所述垫圈55压缩配置于所述栓头32和壳体54之间。垫圈55承载对接螺栓3的力，增大受力面积，防止壳体54收到损伤。

进一步地，垫圈55与导向套51可采用一体化设计，导向套51可随螺栓旋转，则对接螺栓3与分瓣螺母123连接若是通过螺纹连接时，导向腔的横截面也可为三角形或多边形等形状。

在一种可能的实施方案中，所述防弹垫53包括多个瓣片531，各所述瓣片531均连接于所述导向套51，各所述瓣片531沿所述导向套51周向依次设置，各所述瓣片531共同封闭所述导向腔。在所述分离状态下，所述对接螺栓3抵顶各瓣片531，各瓣片531发生形变导通所述导向腔和所述捕获腔52，在所述对接螺栓3完全进入所述捕获腔52的状态下，各所述瓣片531恢复形变，封闭所述导向腔。防弹垫53即可使对接螺栓3由导向套51进入捕获腔52，又可防止对接螺栓3再由捕获腔52回到导向套51内。保证回收后对接螺栓3保持在捕获腔52内。

在一种可能的实施方案中，各所述瓣片531背离所述导向腔的一侧设置外凸弧面。如此使得瓣片531更易相捕获腔52方向弯折，不易向导向套51方向翻折。如此可保证对接螺栓3由导向套51相捕获腔52内进行捕获是很易穿过防弹垫53，大大提升了捕获的成功率，并且更好的防止对接螺栓3脱离捕获腔52进入太空中。

在一种可能的实施方案中，所述箭体端结构包括箭体端法兰13，所述箭体端法兰13上设置两个第一不脱出螺栓安装孔131。所述卫星端结构包括卫星端法兰22，卫星端法兰22上设置两个第二不脱出螺栓安装孔221。两个所述第一不脱出螺栓安装孔131之间的距离和两个所述第二不脱出螺栓安装孔221之间的距离不相等。第一不脱出螺栓安装孔131和第二不脱出螺栓安装孔221不等距设置便于区分箭体端法兰13和卫星端法兰22，防止安装错误。

所述箭体端结构包括箭体端法兰13，所述箭体端法兰13边沿一周设置多个第一弹簧安装孔。所述卫星端结构包括卫星端法兰22，所述卫星端法兰22边沿一周设置多个第二弹簧安装孔。各第一弹簧安装孔和各第二弹簧安装孔位置一一相对，相对的第一弹簧安装孔和第二弹簧安装孔之间设置有法兰弹簧6。法兰弹簧6的设置当箭体与卫星分离时，分瓣螺母123松开对接螺栓3，法兰弹簧6分别向箭体端结构和卫星端结构施加弹力，弹力进一步促进两者分离。

进一步地，箭体端法兰13、卫星端法兰22模块采用模块化、可调节设计，除不脱出螺栓安装孔作防差错设计不一样外，其余部分一致。两侧法兰中分别设置周向均布的16个法兰弹簧6安装孔，可对法兰弹簧6安装个数、类型和布局进行设计，以此可适应不同分离弹力及分离倾角的参数设计。

进一步，优选地，包括三个分瓣螺母123。

本申请的星箭连接分离机构提供一种新型的微冲击、模块化的小卫星电驱连接分离机构。该连接分离机构与其他已有分离机构相比，具有高安全、低冲击、模块化、高度集成、可检可测、响应时间短等优点，能适应一箭多星星箭接口匹配连接问题，具有可靠连接、解锁与分离卫星的功能。可以满足星箭分离微小冲击需求、星箭接口统型、模块化货架产品、降低研制成本的星箭分离机构，以期能在多型号广泛使用。

本申请的星箭连接分离机构的连接分离机构具体实施步骤如下：

连接过程：

①将电驱模块11、锁定分离模块12与箭体端法兰13连接；

②用箭体端不脱出螺栓14连接箭体端法兰13与箭体；

③将捕获器与卫星端法兰22连接；

④用卫星端不脱出螺栓23连接卫星端法兰22与卫星；

⑤箭体端法兰13、卫星端法兰22分别连接箭体、卫星；

⑥电机111反转带动轴齿轮112转动，旋转盘121转动带动销轴1231沿弧形驱动槽1211移动，销轴1231在条形槽1221的机械限位下将三个分瓣螺母123由外向内靠拢；

⑦三个分瓣螺母123靠拢完成后，将对接螺栓3由捕获器端穿入电机111端，先通过手带紧，最后用力矩扳手施加设计力矩后，此时完成连接过程。

分离过程：

①当收到分离信号时，电机111正传转动，由轴齿轮112带动旋转盘121转动；

②旋转盘121转动带动销轴1231沿弧形驱动槽1211移动，销轴1231在条形槽1221的机械限位下将三个分瓣螺母123由内向外脱开；

③三个分瓣螺母123脱开后，将释放对接螺栓3的螺纹啮合，对接螺栓3在分离弹簧4、法兰弹簧6的共同作用下，完成两个法兰模块的分离；

④对接螺栓3弹出后，经捕获器中八角导向套51导向、经防弹垫53缓冲与防回弹，最后对接螺栓3落入堵帽与 防弹垫53之间的空腔，对接螺栓3完成被捕获，此时，完成整个分离过程。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但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、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (12)

1.一种星箭连接分离机构，其特征在于，包括：

箭体端结构，所述箭体端结构具有电驱模块和锁定分离模块，所述锁定分离模块包括旋转盘、基座和多个分瓣螺母，各所述分瓣螺母均可滑动地连接于所述基座，所述旋转盘和各所述分瓣螺母传动连接，所述电驱模块和所述旋转盘传动连接，以驱动各所述分瓣螺母运动至合拢状态或分离状态，在所述合拢状态下，各所述分瓣螺母围合形成连接槽；

卫星端结构，所述卫星端结构上设置有连接孔；

对接螺栓，所述对接螺栓能一端穿过所述连接孔固定连接于所述连接槽，另一端限位于所述卫星端结构。

2.根据权利要求1所述的星箭连接分离机构，其特征在于，所述基座上设置多个条形槽，各所述条形槽沿所述旋转盘的旋转轴线的周向依次间隔设置；

所述旋转盘上沿周向间隔地设置有多个弧形驱动槽；

所述分瓣螺母上设置销轴，各所述分瓣螺母分别可滑动地连接于相应的条形槽，且各所述分瓣螺母的销轴分别延伸至相应的驱动条槽；

所述旋转盘旋转以通过所述弧形驱动槽驱动各分瓣螺母运动至合拢状态或分离状态。

3.根据权利要求2所述的星箭连接分离机构，其特征在于，所述电驱模块包括电机和轴齿轮，所述旋转盘沿周向设置凸齿，所述轴齿轮和所述凸齿相结合；

所述电机和所述轴齿轮传动连接，以驱动所述旋转盘旋转。

4.根据权利要求3所述的星箭连接分离机构，其特征在于，所述电机具有转轴，所述转轴和所述轴齿轮为一体成型件。

5.根据权利要求1所述的星箭连接分离机构，其特征在于，包括分离弹簧，所述分离弹簧固定连接于所述箭体端结构；

在所述对接螺栓连接于所述连接槽的状态下，所述分离弹簧处于弹性压缩状态，所述分离弹簧抵顶于所述对接螺栓。

6.根据权利要求5所述的星箭连接分离机构，其特征在于，还包括捕获器，所述捕获器连接于所述卫星端结构，所述捕获器具有导向套、捕获腔和防弹垫；

所述导向套具有导向腔，所述导向腔连通所述连接孔，所述防弹垫设置于所述导向腔和所述捕获腔之间；

所述对接螺栓包括柱体和连接柱体的栓头，所述柱体能贯穿所述连接孔固定连接于所述连接槽，所述栓头限位于所述导向腔内；

在所述分离状态下，所述分离弹簧弹性释放，驱动所述栓头沿所述导向腔移动至所述捕获腔内。

7.根据权利要求6所述的星箭连接分离机构，其特征在于，所述导向腔的横截面为多边形，所述栓头的横截面形状和所述导向腔的横截面形状相匹配。

8.根据权利要求6所述的星箭连接分离机构，其特征在于，所述捕获器还包括壳体，所述壳体具有空腔，所述空腔具有连通所述连接孔的连通口；

所述导向套安装于所述空腔内，所述导向套具有避让口，所述避让口边沿一周设置有垫圈；

在所述对接螺栓连接于所述连接槽的状态下，所述柱体贯穿所述避让口和连通口，所述垫圈压缩配置于所述栓头和壳体之间。

9.根据权利要求6所述的星箭连接分离机构，其特征在于，所述防弹垫包括多个瓣片，各所述瓣片均连接于所述导向套，各所述瓣片沿所述导向套周向依次设置，各所述瓣片共同封闭所述导向腔；

在所述分离状态下，所述对接螺栓抵顶各瓣片，各瓣片发生形变导通所述导向腔和所述捕获腔，在所述对接螺栓完全进入所述捕获腔的状态下，各所述瓣片恢复形变，封闭所述导向腔。

10.根据权利要求9所述的星箭连接分离机构，其特征在于，各所述瓣片背离所述导向腔的一侧设置外凸弧面。

11.根据权利要求1所述的星箭连接分离机构，其特征在于，所述箭体端结构包括箭体端法兰，所述箭体端法兰上设置两个第一不脱出螺栓安装孔；

所述卫星端结构包括卫星端法兰，卫星端法兰上设置两个第二不脱出螺栓安装孔；

两个所述第一不脱出螺栓安装孔之间的距离和两个所述第二不脱出螺栓安装孔之间的距离不相等。

12.根据权利要求1所述的星箭连接分离机构，其特征在于，所述箭体端结构包括箭体端法兰，所述箭体端法兰边沿一周设置多个第一弹簧安装孔；

所述卫星端结构包括卫星端法兰，所述卫星端法兰边沿一周设置多个第二弹簧安装孔；

各第一弹簧安装孔和各第二弹簧安装孔位置一一相对，相对的第一弹簧安装孔和第二弹簧安装孔之间设置有法兰弹簧。

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