CN115649486B - 一种基于形状记忆材料的分瓣螺母锁紧释放装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航天技术领域，特别涉及一种基于形状记忆材料的分瓣螺母锁紧释放装置。该分瓣螺母锁紧释放装置包括螺栓和多个分瓣螺母，每个所述分瓣螺母均连接有一个所述锁紧释放单元；所述锁紧释放单元包括由形状记忆材料制成的变形件，所述变形件包括收缩的第一形状和伸展的第二形状，所述变形件为第一形状时，所述锁紧释放单元驱动所述分瓣螺母远离所述螺栓以实现释放功能，所述变形件为第二形状时，所述锁紧释放单元驱动所述分瓣螺母夹紧所述螺栓以实现锁紧功能。本发明提供了一种基于形状记忆材料的分瓣螺母锁紧释放装置，能够在避免使用爆炸螺栓等火工品的情况下锁紧、释放被锁紧机构，还能够多次测试其锁紧、释放效果。

Description

一种基于形状记忆材料的分瓣螺母锁紧释放装置

技术领域

本发明涉及航天技术领域，特别涉及一种基于形状记忆材料的分瓣螺母锁紧释放装置。

背景技术

卫星由运载火箭发射前，卫星上的一些机构(如整流罩，天线和太阳能阵列等)要进行收拢和锁紧以保证火箭发生过程中的安全和运载的体积。待发射到太空中则需要将这些机构从卫星主体释放，使其可以在轨道上执行操作。

相关技术中，现有的大多数释放装置使用火工品，具有最小的体积/重量，按需提供即时操作，需要很少的输入能量。然而，这些系统会产生高水平的冲击和污染物，而且由于它们的危险性质，需要昂贵的处理费用。同时这种火工品均为一次性使用，具有不可测试性。

发明内容

本发明提供了一种基于形状记忆材料的分瓣螺母锁紧释放装置，能够在避免使用爆炸螺栓等火工品的情况下锁紧、释放体形较大的机构，还能够多次测试其锁紧、释放效果。

本发明实施例提供了一种基于形状记忆材料的分瓣螺母锁紧释放装置，包括螺栓和多个分瓣螺母，每个所述分瓣螺母均连接有一个所述锁紧释放单元；

所述锁紧释放单元包括由形状记忆材料制成的变形件，所述变形件包括收缩的第一形状和伸展的第二形状，所述变形件为第一形状时，所述锁紧释放单元驱动所述分瓣螺母远离所述螺栓以实现释放功能，所述变形件为第二形状时，所述锁紧释放单元驱动所述分瓣螺母夹紧所述螺栓以实现锁紧功能。

在一种可能的设计中，所述锁紧释放单元还包括呈柱形的壳体，所述螺栓的螺杆穿入所述壳体，所述分瓣螺母设置在所述螺杆四周；

所述变形件沿收缩、伸展方向包括第一端和第二端，所述第一端与所述分瓣螺母连接，所述第二端连接在所述壳体内壁上。

在一种可能的设计中，所述第一端通过导向件与所述分瓣螺母连接，所述导向件沿所述螺杆径向设置有导向孔，所述壳体内壁连接有导向杆，所述导向杆穿入所述导向孔并可沿所述导向孔滑动，所述导向杆和所述导向孔配合使所述分瓣螺母在所述变形件的作用下沿所述螺杆的径向移动。

在一种可能的设计中，所述第二端通过预紧单元与所述壳体连接，所述预紧单元包括预紧件和预紧螺栓，所述预紧螺栓穿过所述壳体与所述预紧件连接，所述预紧件与所述第二端连接，所述预紧件包括顶板、底板以及连接所述顶板和底板的连接板，所述顶板和所述底板均沿所述螺杆径向设置有条形限位孔，限位螺栓穿过所述限位孔固定在所述壳体上，通过旋进所述预紧螺栓对所述分瓣螺母施加沿所述螺杆径向的预紧力。

在一种可能的设计中，所述锁紧释放单元还包括释放辅助单元，所述释放辅助单元包括固定在所述壳体内壁上的滑轨，所述滑轨上沿所述螺杆径向设置有弹簧，所述弹簧与滑块连接，所述滑块与所述分瓣螺母连接，所述变形件为第二状态时，所述弹簧为拉伸状态。

在一种可能的设计中，待锁紧释放装置呈板状，沿厚度方向依次包括第一层和第二层，所述壳体的顶部固定在所述第二层上，所述待锁紧释放装置夹于所述螺栓头部和所述壳体之间，所述分瓣螺母分散时，释放所述待锁紧释放装置，所述第一层和所述第二层之间释放分离，所述分瓣螺母聚集夹紧所述螺栓时，锁紧所述待锁紧释放装置，所述第一层和所述第二层之间锁紧贴合。

在一种可能的设计中，所述形状记忆材料为形状记忆聚合物复合材料，所述形状记忆聚合物复合材料包括聚合物基体和增强体。

在一种可能的设计中，所述聚合物基体包括形状记忆环氧树脂、形状记忆氰酸酯和形状记忆苯乙烯中的至少一种。

在一种可能的设计中，所述增强体包括碳纤维、玻璃纤维、凯夫拉纤维及芳纶纤维中的至少一种。

在一种可能的设计中，所述变形件设置有加热膜，所述加热膜用于为所述变形件提供热量以驱动变形。

本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：

在本实施例中，通过锁紧释放单元实现锁紧释放功能，锁紧释放单元包括形状记忆材料制成的变形件，当变形件收缩形成第一形状时，变形件拉动分瓣螺母远离螺栓，进而多个分瓣螺母分散，释放位于多个分瓣螺母之间的螺栓；当变形件伸展形成第二形状时，变形件推动分瓣螺母靠近螺栓，进而多个分瓣螺母汇聚，夹紧位于多个分瓣螺母之间的螺栓。

在本实施例中，利用形状记忆材料的变形功能来实现锁紧释放功能，既能避免使用火工品，又可以通过多次改变变形件的形状来多次测试锁紧释放装置的锁紧、释放效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。

图1是本发明实施例提供的一种基于形状记忆材料的锁紧释放装置的剖面结构示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种基于形状记忆材料的锁紧释放装置的剖面结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种基于形状记忆材料的锁紧释放装置的俯视结构示意图；

图4是本发明实施例提供的另一种基于形状记忆材料的锁紧释放装置的俯视结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种基于形状记忆材料的锁紧释放装置的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的另一种基于形状记忆材料的锁紧释放装置的俯视结构示意图。

图中：

1-螺栓；

2-分瓣螺母；

3-变形件；

4-壳体；

5-导向件；

6-导向杆；

7-预紧件；

71-条形限位孔；

8-预紧螺栓；

9-滑轨；

10-弹簧；

11-滑块；

12-待锁紧释放装置。

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，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；除非另有规定或说明，术语“多个”是指两个或两个以上；术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本说明书的描述中，需要理解的是，本发明实施例所描述的“上”、“下”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本发明实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。

如图1至图6所示，本发明实施例提供了一种基于形状记忆材料的分瓣螺母2锁紧释放装置，包括螺栓1和多个分瓣螺母2，每个分瓣螺母2均连接有一个锁紧释放单元；

锁紧释放单元包括由形状记忆材料制成的变形件3，变形件3包括收缩的第一形状和伸展的第二形状，变形件3为第一形状时，锁紧释放单元驱动分瓣螺母2远离螺栓1以实现释放功能，变形件3为第二形状时，锁紧释放单元驱动分瓣螺母2夹紧螺栓1以实现锁紧功能。

在本实施例中，通过锁紧释放单元实现锁紧释放功能，锁紧释放单元包括形状记忆材料制成的变形件3，当变形件3收缩形成第一形状时，变形件3拉动分瓣螺母2远离螺栓1，进而多个分瓣螺母2分散，释放位于多个分瓣螺母2之间的螺栓1；当变形件3伸展形成第二形状时，变形件3推动分瓣螺母2靠近螺栓1，进而多个分瓣螺母2汇聚，夹紧位于多个分瓣螺母2之间的螺栓1。

在本实施例中，利用形状记忆材料的变形功能来实现锁紧释放功能，既能避免使用火工品，又可以通过多次改变变形件3的形状来多次测试锁紧释放装置的锁紧、释放效果。

需要说明的是，可以通过改变变形件3的温度来切换变形件3两种形状。

可以理解的是，螺杆设置有螺纹，分瓣螺母2设置有与螺杆螺纹相匹配的螺纹。

在本发明的一些实施例中，锁紧释放单元还包括呈柱形的壳体4，螺栓1的螺杆穿入壳体4，分瓣螺母2设置在螺杆四周；

变形件3沿收缩、伸展方向包括第一端和第二端，第一端与分瓣螺母2连接，第二端连接在壳体4内壁上。

在本实施例中，螺栓1穿入壳体4，壳体4中的分瓣螺母2设置在螺杆的四周，变形件3的第一端与分瓣螺母2连接，变形件3的第二端与壳体4的内壁连接，壳体4内壁不动，当变形件3收缩时，第二端不动，拉动第一端向第二端靠近以完成收缩，进而固定在第一端的分瓣螺母2向壳体4靠近，远离螺杆，最终释放螺栓1；当变形件3伸展时，变形件3第二端固定在壳体4上，第二端不动，变形件3伸展推动第一端远离第二端以完成伸展，进而固定在第一端的分瓣螺母2远离壳体4，靠近螺栓1，最终锁紧螺栓1。

可以理解的是，为了方便在壳体4内安装连接各个部件，壳体4为可拆装结构，具体地，拆开并分离壳体4，安装完成各个部件后合并壳体4。壳体4可以通过螺纹配合连接，可以通过轴销连接，还可以插接。

在本发明的一些实施例中，第一端通过导向件5与分瓣螺母2连接，导向件5沿螺杆径向设置有导向孔，壳体4内壁连接有导向杆6，导向杆6穿入导向孔并可沿导向孔滑动，导向杆6和导向孔配合使分瓣螺母2在变形件3的作用下沿螺杆的径向移动。

在本实施例中，为了避免分瓣螺母2在聚合过程上发生竖直方向的位移偏差导致分瓣螺母2的螺纹无法与螺栓1的螺纹贴合，为了快速控制分瓣螺母2远离螺栓1，避免分瓣螺母2一端分离另一端仍然与螺栓1贴合导致螺栓1无法完全释放，本发明通过设置导向件5和导向杆6以规避上述缺陷。具体地，导向件5与分瓣螺母2紧密贴合连接，导向件5上设置径向导向孔，壳体4内壁设置有导向杆6，导向杆6插入导向孔中，如此设置，在导向杆6和导向孔的配合下，分瓣螺母2只能沿导向杆6的方向移动，即螺杆沿径向移动，既能快速分离分瓣螺母2和螺栓1，也能在汇聚分瓣螺母2时，精确地使分瓣螺母2和螺栓1完美贴合。

在本发明的一些实施例中，第二端通过预紧单元与壳体4连接，预紧单元包括预紧件7和预紧螺栓8，预紧螺栓8穿过壳体4与预紧件7连接，预紧件7与第二端连接，预紧件7包括顶板、底板以及连接顶板和底板的连接板，顶板和底板均沿螺杆径向设置有条形限位孔71，限位螺栓穿过限位孔固定在壳体4上，通过旋进预紧螺栓8对分瓣螺母2施加沿螺杆径向的预紧力。

在本实施例中，预紧螺栓8穿过壳体4与预紧件7连接，预紧件7连接变形件3的第二端，预紧件7包括顶板和底板，顶板和底板沿螺栓1径向设置有限位螺孔，限位螺栓穿过限位螺孔将预紧件7限位固定在壳体4上，同时允许预紧件7沿螺栓1径向移动。旋进预紧螺栓8推动预紧件7沿径向移动，从而沿径向推动变形件3、导向件5和分瓣螺母2，对分瓣螺母2施加预紧力，使锁紧状态下的分瓣螺母2夹紧螺栓1。

可以理解的是，导向杆6设置在连接板上。

在本发明的一些实施例中，锁紧释放单元还包括释放辅助单元，释放辅助单元包括固定在壳体4内壁上的滑轨9，滑轨9上沿螺杆径向设置有弹簧10，弹簧10与滑块11连接，滑块11与分瓣螺母2连接，变形件3为第二状态时，弹簧10为拉伸状态。

在本实施例中，锁紧状态下分瓣螺母2夹紧螺栓1，而变形件3变形产生的力有限，为了防止变形件3的拉力无法将分瓣螺母2与螺栓1分离，设置释放辅助单元。具体地，在壳体4设置滑轨9，滑轨9上沿螺栓1径向设置有弹簧10，弹簧10与滑块11连接，滑块11固定在分瓣螺母2上，弹簧10呈拉伸状态，在释放分瓣螺母2时，变形件3形变力和弹簧10拉力共同拉动分瓣螺母2运动，避免单一变形件3无法拉动分瓣螺母2的情况。

在本发明的一些实施例中，待锁紧释放装置12呈板状，沿厚度方向依次包括第一层和第二层，壳体4的顶部固定在第二层上，待锁紧释放装置12夹于螺栓1头部和壳体4之间，分瓣螺母2分散时，释放待锁紧释放装置12，第一层和第二层之间释放分离，分瓣螺母2聚集夹紧螺栓1时，锁紧待锁紧释放装置12，第一层和第二层之间锁紧贴合。

在本实施例中，待锁紧释放装置12为板体，包括第一层和第二层。待锁紧释放装置12夹于螺栓1头部和壳体4顶板之间。分瓣螺母2锁紧螺栓1时，待锁紧释放装置12被锁紧在螺栓1头部和壳体4顶板之间；分瓣螺母2释放螺栓1时，第一层和第二层之间失去夹持力的限制，二者可分离释放。

需要说明的是，第一层可以固定在螺栓1头部，也可以不固定在螺栓1头部。

在本发明的一些实施例中，形状记忆材料为形状记忆聚合物复合材料，形状记忆聚合物复合材料包括聚合物基体和增强体。

在本实施例中，形状记忆材料可以是形状记忆金属，可以是形状记忆聚合物，也可以是形状记忆聚合物复合材料。形状记忆聚合物复合材料的变形程度优于形状记忆金属，形状记忆聚合物复合材料的强度优于形状记忆聚合物。

需要说明的是，当形状记忆材料为形状记忆聚合物复合材料或形状记忆聚合物时，变形件3变形的温度为玻璃化转变温度。

在本实施例中，形状记忆聚合物复合材料具有比刚度高、比强度高、变形能力大和可控变形，同时形状记忆复合材料集锁紧和释放一体，与传统的机械结构相比可有效降低结构的复杂度。

在本发明的一些实施例中，聚合物基体包括形状记忆环氧树脂、形状记忆氰酸酯和形状记忆苯乙烯中的至少一种。

在本实施例中，形状记忆环氧树脂、形状记忆氰酸酯和形状记忆苯乙烯为变形性能优异的形状记忆聚合物。

在本发明的一些实施例中，增强体包括碳纤维、玻璃纤维、凯夫拉纤维及芳纶纤维中的至少一种。

在本实施例中，碳纤维、玻璃纤维、凯夫拉纤维及芳纶纤维为可变形程度大的增强材料。

在本发明的一些实施例中，变形件3设置有加热膜，加热膜用于为变形件3提供热量以驱动变形。

在本实施例中，加热膜为变形件3提供热量以驱动变形。当然，也可通过其他手段控制变形件3的温度以控制其变形，例如，可以内置加热丝，也可以在外部设置供热装置。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种基于形状记忆材料的分瓣螺母紧释放装置，其特征在于，包括螺栓（1）和多个分瓣螺母（2），每个所述分瓣螺母（2）均连接有一个锁紧释放单元；

所述锁紧释放单元包括由形状记忆材料制成的变形件（3），所述变形件（3）包括收缩的第一形状和伸展的第二形状，所述变形件（3）为第一形状时，所述锁紧释放单元驱动所述分瓣螺母（2）远离所述螺栓（1）以实现释放功能，所述变形件（3）为第二形状时，所述锁紧释放单元驱动所述分瓣螺母（2）紧密配合所述螺栓（1）以实现锁紧功能；

所述锁紧释放单元还包括呈柱形的壳体（4），所述螺栓（1）的螺杆穿入所述壳体（4），所述分瓣螺母（2）设置在所述螺杆四周；

所述变形件（3）沿收缩、伸展方向包括第一端和第二端，所述第一端与所述分瓣螺母（2）连接，所述第二端连接在所述壳体（4）内壁上；

所述第一端通过导向件（5）与所述分瓣螺母（2）连接，所述导向件（5）沿所述螺杆径向设置有导向孔，所述壳体（4）内壁连接有导向杆（6），所述导向杆（6）穿入所述导向孔并可沿所述导向孔滑动，所述导向杆（6）和所述导向孔配合使所述分瓣螺母（2）在所述变形件（3）的作用下沿所述螺杆的径向移动；

所述第二端通过预紧单元与所述壳体（4）连接，所述预紧单元包括预紧件（7）和预紧螺栓（8），所述预紧螺栓（8）穿过所述壳体（4）与所述预紧件（7）连接，所述预紧件（7）与所述第二端连接，所述预紧件（7）包括顶板、底板以及连接所述顶板和底板的连接板，所述顶板和所述底板均沿所述螺杆径向设置有条形限位孔（71），限位螺栓穿过所述限位孔固定在所述壳体（4）上，通过旋进所述预紧螺栓（8）对所述分瓣螺母（2）施加沿所述螺杆径向的预紧力，同时允许预紧件（7）沿螺栓（1）径向移动。

2.根据权利要求1所述的分瓣螺母锁紧释放装置，其特征在于，所述锁紧释放单元还包括释放辅助单元，所述释放辅助单元包括固定在所述壳体（4）内壁上的滑轨（9），所述滑轨（9）上沿所述螺杆径向设置有弹簧（10），所述弹簧（10）与滑块（11）连接，所述滑块（11）与所述分瓣螺母（2）连接，所述变形件（3）为第二状态时，所述弹簧（10）为拉伸状态。

3.根据权利要求1所述的分瓣螺母锁紧释放装置，其特征在于，待锁紧释放装置（12）呈板状，沿厚度方向依次包括第一层和第二层，所述壳体（4）的顶部固定在所述第二层上，所述待锁紧释放装置（12）夹于所述螺栓（1）头部和所述壳体（4）之间，所述分瓣螺母（2）分散时，释放所述待锁紧释放装置（12），所述第一层和所述第二层之间释放分离，所述分瓣螺母（2）聚集夹紧所述螺栓（1）时，锁紧所述待锁紧释放装置（12），所述第一层和所述第二层之间锁紧贴合。

4.根据权利要求1所述的分瓣螺母锁紧释放装置，其特征在于，所述形状记忆材料为形状记忆聚合物复合材料，所述形状记忆聚合物复合材料包括聚合物基体和增强体。

5.根据权利要求4所述的分瓣螺母锁紧释放装置，其特征在于，所述聚合物基体包括形状记忆环氧树脂、形状记忆氰酸酯和形状记忆苯乙烯中的至少一种。

6.根据权利要求4所述的分瓣螺母锁紧释放装置，其特征在于，所述增强体包括碳纤维、玻璃纤维、凯夫拉纤维及芳纶纤维中的至少一种。

7.根据权利要求6所述的分瓣螺母锁紧释放装置，其特征在于，所述变形件（3）设置有加热膜，所述加热膜用于为所述变形件（3）提供热量以驱动变形。