一种抱紧爪式锁紧分离机构发明专利

专利名称：一种抱紧爪式锁紧分离机构

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202111464747.9

专利申请（专利权）人：北京灵翼航宇科技有限公司
权利人地址：北京市朝阳区小关北里甲2号渔阳置业大厦B座602

专利发明（设计）人：付佳丽,白志兵,请求不公布姓名

专利摘要：本发明提供一种抱紧爪式锁紧分离机构，该机构包括压紧衬套、抱紧爪、被锁紧结构、外壳、转轴、脱开弹簧、拉簧、锁紧螺栓、分瓣螺母等。锁紧状态下，由于锁紧螺栓预紧力的作用，压紧衬套同时压紧抱紧爪和被锁紧结构；需要解锁时，分瓣螺母分离，锁紧螺栓失去约束而被脱开弹簧弹出，抱紧爪在拉簧的作用下向外翻转直至与外壳顶面所设的硬止动接触，压紧衬套在抱紧爪翻转力和脱开弹簧回复力的共同作用下向上弹起，分离后的被锁紧结构和抱紧爪之间存在一定的间隙，可确保被锁紧结构可靠运转；在轨运行过程中，拉簧会持续拉紧抱紧爪避免其向内翻转。本发明结构简单紧凑，实现分离后间隙可控，可用于航天器中旋转类结构的锁紧分离。

主权利要求：
1.一种抱紧爪式锁紧分离机构，其包括：压紧衬套(1)、抱紧爪(2)、被锁紧结构(3)、外壳(4)、转轴(5)、脱开弹簧(6)、弹簧压盖(7)、拉簧(8)、锁紧螺栓(9)、分瓣螺母(10)；
压紧衬套(1)为带中心通孔的T型结构，中心通孔用于穿过锁紧螺栓(9)，压紧衬套上平面(103)用于压紧被锁紧结构(3)，压紧衬套下平面(104)用于压紧抱紧爪(2)，顶端中心设有用于和球面垫片(11)配合的球面凹槽；
抱紧爪(2)长臂一端设有锥面，用于和被锁紧结构(3)的球面配合；短臂一端为平面，用于和压紧衬套(1)配合；外侧上部连接预拉伸的拉簧(8)；抱紧爪(2)至少为2个，沿周向均布设置，以确保受力平衡；
外壳(4)为整个机构提供支撑，其顶部沿纵向设有多组成对的耳片，每对外壳耳片中间通过转轴(5)连接一个L型的抱紧爪(2)，外壳(4)顶面与抱紧爪(2)对应位置设有外壳硬止动(402)，用于控制抱紧爪(2)翻转的角度；外壳硬止动(402)的高度，决定了分离后抱紧爪(2)与被锁紧结构(3)之间的间隙大小；
锁紧螺栓(9)的螺杆穿过压紧衬套(1)并与分瓣螺母(10)螺纹配合，为压紧衬套(1)提供锁紧力；压紧衬套(1)顶部连接弹簧压盖(7)，预压缩的脱开弹簧(6)安装在弹簧压盖(7)的翻边和被锁紧结构(3)之间；
锁紧状态下，由于锁紧螺栓(9)预紧力的作用，压紧衬套(1)同时压紧抱紧爪(2)和被锁紧结构(3)；需要解锁时，分瓣螺母(10)分离，锁紧螺栓(9)失去约束而被脱开弹簧(6)弹出，抱紧爪(2)在拉簧(8)的作用下向外翻转，压紧衬套(1)在抱紧爪(2)翻转力和脱开弹簧(6)回复力的共同作用下向上弹起，分离后的被锁紧结构(3)和抱紧爪(2)之间存在间隙，可确保被锁紧结构(3)可靠运转；在轨运行过程中，拉簧(8)会持续拉紧抱紧爪(2)避免其向内翻转。
2.根据权利要求1所述的抱紧爪式锁紧分离机构，其特征在于，该机构还包括螺栓收纳罩(12)，可限制脱开弹簧(6)的回复长度，防止解锁时锁紧螺栓(9)和压紧衬套(1)向外飞出。
3.根据权利要求1所述的抱紧爪式锁紧分离机构，其特征在于，所述锁紧螺栓(9)头部与压紧衬套(1)之间设有球面垫片(11)，可降低锁紧螺栓(9)安装过程的对中性要求。
4.根据权利要求1所述的抱紧爪式锁紧分离机构，其特征在于，所述抱紧爪(2)长臂段内弧面直径大于压紧衬套(1)轴向段的外径。
5.根据权利要求1所述的抱紧爪式锁紧分离机构，其特征在于，所述抱紧爪(2)和被锁紧结构(3)的接触法线与被锁紧结构(3)接触球面的球心和转轴(5)的连线之间的夹角大于零，可避免抱紧爪(2)处于死点位置而无法翻转。
6.根据权利要求1所述的抱紧爪式锁紧分离机构，其特征在于，每个抱紧爪(2)采用2根拉簧(8)驱动，其中任1根拉簧均能驱动抱紧爪(2)翻转到指定位置，从而保证了抱紧爪(2)可靠翻转，以及翻转后被可靠拉紧。 说明书 : 一种抱紧爪式锁紧分离机构技术领域[0001] 本发明涉及航天器机构的技术领域，特别涉及一种空间锁紧分离机构。背景技术[0002] 航天器需要多种解锁装置实现连接与分离功能，然而目前的锁紧分离机构大多针对的是结构需要完全分离的场合，被锁紧结构在解锁之后成为两个独立运动的物体，例如多级运载火箭的分离、卫星与运载火箭之间的分离等。对于航天器上的旋转类结构，被锁紧结构在分离之后仍然连接在同一个基体上，且结构之间存在相对运动，现有的锁紧分离机构不能在结构之间产生可控间隙，从而导致分离后的结构之间可能发生碰撞或磨损，影响航天器的正常工作。发明内容[0003] 本发明主要解决现有技术中存在的分离后产生碰撞风险、结构复杂等问题，针对旋转类结构的锁紧分离需求，提供了一种分离后间隙可控、连接可靠、结构简单的锁紧分离机构。[0004] 本发明采用的技术方案为：一种抱紧爪式锁紧分离机构，其包括压紧衬套、抱紧爪、被锁紧结构、外壳、转轴、脱开弹簧、弹簧压盖、拉簧、锁紧螺栓和分瓣螺母等。外壳为整个锁紧分离机构提供支撑，其顶部沿纵向设有多组成对的耳片，每对耳片中间通过转轴连接一个抱紧爪；外壳底部侧面设有法兰，用于锁紧分离机构在航天器舱板上的固定。L型的抱紧爪长臂一端和被锁紧结构配合，短臂一端和压紧衬套配合，外侧上部连接预拉伸的拉簧。锁紧螺栓的头部压住压紧衬套，螺杆穿过压紧衬套后与分瓣螺母螺纹配合，为压紧衬套提供锁紧力。压紧衬套顶部连接弹簧压盖，弹簧压盖的上端设置有翻边结构，预压缩的脱开弹簧安装在翻边和被锁紧结构之间。[0005] 锁紧状态下，由于锁紧螺栓预紧力的作用，压紧衬套同时压紧抱紧爪和被锁紧结构，抱紧爪的转动自由度被限制，其空间位置固定，起到承力锁紧的作用；需要解锁时，分瓣螺母分离，解除与锁紧螺栓的配合，锁紧螺栓被脱开弹簧弹出，抱紧爪在拉簧的作用下向外翻转，压紧衬套在抱紧爪翻转力和脱开弹簧回复力的共同作用下向上弹起，分离后的被锁紧结构和抱紧爪之间存在一定的间隙，可确保被锁紧结构可靠运转；在轨运行过程中，拉簧会持续拉紧抱紧爪，避免其向内翻转而影响被锁紧结构的正常工作。[0006] 进一步地，该机构还包括螺栓收纳罩，可限制脱开弹簧的回复长度，防止解锁时锁紧螺栓和压紧衬套向外飞出。[0007] 进一步地，所述锁紧螺栓头部与压紧衬套之间设置球面垫片，降低锁紧螺栓安装过程的对中性要求。[0008] 进一步地，所述压紧衬套为带中心通孔的T型结构，中心通孔用于穿过锁紧螺栓，上端用于压紧被锁紧结构，下端用于压紧抱紧爪，顶端中心设有用于和球面垫片配合的球面凹槽。[0009] 进一步地，通过精确控制压紧衬套轴向段的长度，可保证其能够同时压紧抱紧爪和被锁紧结构。[0010] 进一步地，所述抱紧爪的结构为L型，长臂一端设有锥面，用于和被锁紧结构的球面配合，短臂一端为平面，用于和压紧衬套配合。[0011] 进一步地，抱紧爪至少为2个，沿周向均布设置，以确保受力平衡，抱紧爪的数目可根据实际尺寸和需要设置。[0012] 进一步地，抱紧爪长臂段内弧面直径大于压紧衬套轴向段的外径，保证锁紧状态下两者之间有足够间隙，从而确保分离过程压紧衬套的顺利弹出。[0013] 进一步地，抱紧爪和被锁紧结构的接触法线与被锁紧结构之间球面球心和转轴的连线具有一定夹角，可避免抱紧爪处于死点位置而无法翻转的可能。[0014] 进一步地，每个抱紧爪采用2根拉簧驱动，其中任1根拉簧均能驱动抱紧爪翻转到指定位置，保证即使1根拉簧断裂后，抱紧爪也能可靠翻转，且翻转后抱紧爪能够被可靠拉紧从而维持其空间位置。[0015] 进一步地，抱紧爪和外壳耳片之间预留有一定的间隙，减小抱紧爪翻转过程的阻力。[0016] 进一步地，所述外壳上还设有硬止动部分，用于控制抱紧爪翻转的角度，进而控制抱紧爪翻转后与被锁紧结构之间的间隙，该间隙的大小取决于外壳硬止动的高度，根据实际需求来设计外壳硬止动的高度即可控制上述间隙。[0017] 本发明与现有的锁紧分离技术相比，具有分离后间隙可控、可靠性高、结构简单等优点，具体表现在以下两个方面：[0018] (1)本发明所提供的抱紧爪式锁紧分离机构，分离后抱紧爪能够翻转到指定的位置，与被锁紧结构之间产生可控间隙，从而避免了分离之后产生碰撞。[0019] (2)本发明采用了两根冗余拉簧来驱动抱紧爪翻转，保证了机构的分离可靠性。附图说明[0020] 图1为本发明在锁紧状态的剖视图；[0021] 图2为本发明在分离状态的剖视图；[0022] 图3为本发明的压紧衬套的剖视图；[0023] 图4为本发明的抱紧爪的剖视图；[0024] 图5为本发明的抱紧爪与被锁紧结构的传力路径示意图；[0025] 图6为本发明的抱紧爪、转轴以及外壳的配合示意图，其中图6(a)为三维视图，图6(b)为剖视图；[0026] 图7为本发明的抱紧爪解锁前后的位置示意图，其中图7(a)为解锁前，图7(b)为解锁后。[0027] 附图标号说明：1.压紧衬套；2.抱紧爪；3.被锁紧结构；4.外壳；5.转轴；6.脱开弹簧；7.弹簧压盖；8.拉簧；9.锁紧螺栓；10.分瓣螺母；11.球面垫片；12.螺栓收纳罩；101.压紧衬套球面；102.压紧衬套轴段；103.压紧衬套上平面；104.压紧衬套下平面；201.抱紧爪锥面；202.抱紧爪平面；203.配合孔；401.外壳耳片；402.外壳硬止动。具体实施方式[0028] 下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。[0029] 如图1、2所示，本发明提供了一种抱紧爪式锁紧分离机构，其包括：压紧衬套1、抱紧爪2、被锁紧结构3、外壳4、转轴5、脱开弹簧6、弹簧压盖7、拉簧8、锁紧螺栓9、分瓣螺母10、球面垫片11、螺栓收纳罩12。[0030] 其中，外壳4为整个机构提供支撑，其顶部沿纵向设有多组成对的外壳耳片401，每对耳片中间通过转轴5连接一个抱紧爪2(本实施例中沿周向均布设置3对外壳耳片和3个抱紧爪)。抱紧爪2呈L型，其长臂一端和被锁紧结构3配合，短臂一端和压紧衬套1配合，外侧上部连接预拉伸的拉簧8。锁紧螺栓9的下端的螺纹段与分瓣螺母10配合，为压紧衬套1提供锁紧力。压紧衬套1顶部连接弹簧压盖7，弹簧压盖的上端设置有翻边结构，预压缩的脱开弹簧6安装在该翻边和被锁紧结构3之间。[0031] 锁紧状态下，在锁紧螺栓9预紧力作用下，压紧衬套1同时压紧抱紧爪2和被锁紧结构3，抱紧爪2的转动自由度被限制。需要解锁时，分瓣螺母10分离，锁紧螺栓9失去约束而被脱开弹簧6弹出，抱紧爪2在拉簧8的作用下向外翻转直至与外壳顶面上的硬止动部分接触，压紧衬套1在抱紧爪2翻转力和脱开弹簧6回复力的共同作用下向上弹起，和弹起的锁紧螺栓9一同被螺栓收纳罩12收纳。分离后的被锁紧结构3和抱紧爪2之间存在一定的间隙，可确保被锁紧结构3可靠运转；在轨运行过程中，拉簧6会持续拉紧抱紧爪8，避免其向内翻转。[0032] 本发明压紧衬套1的结构如图3所示，其为带有中心通孔的T型结构，锁紧螺栓9从该通孔穿过，顶端中心为球面101，用于和球面垫片11配合，从而传递锁紧螺栓9的预紧力，精确控制压紧衬套轴段102的长度，可以确保压紧衬套上平面103和压紧衬套下平面104能够分别压紧被锁紧结构3和抱紧爪2。[0033] 本发明抱紧爪2的结构如图4所示，其为L型结构，长臂一端设有锥面201，用于和被锁紧结构3的球面配合；短臂一端为平面202，用于和压紧衬套1的下平面104配合；抱紧爪2上还设有1个圆孔203，用于和转轴5配合，分离时，抱紧爪2绕转轴5翻转。[0034] 本发明抱紧爪2与被锁紧结构3的传力路径如图5所示，锁紧状态下，抱紧爪2和被锁紧结构3接触法线OA与被锁紧结构3球面的球心和转轴5的连线OB之间具有一定夹角∠AOB，且∠AOB>0，可避免抱紧爪2处于死点位置导致其无法翻转的可能。[0035] 本发明抱紧爪2、转轴5以及外壳4配合方式如图6(a)和图6(b)所示，抱紧爪2与外壳耳片401之间预留有一定的间隙δ，可以减小分离时抱紧爪2的翻转阻力，保证拉簧8的回复力足够将抱紧爪2驱动到其与外壳硬止动402接触。[0036] 本发明抱紧爪2解锁前后的位置如图7(a)和图7(b)所示，外壳硬止动402用于控制分离时抱紧爪2翻转的角度，抱紧爪2翻转后，与被锁紧结构3之间脱离接触，并产生一定的间隙，从而避免分离之后与被锁紧结构产生碰撞。[0037] 此外，需要说明的是，上述实施方式中，压紧衬套1与弹簧端盖7的连接方式可以采用附图所示的螺栓连接，也可采用卡扣、管螺纹、过盈配合、焊接或者粘接等连接方式，或将二者做成一体式结构。[0038] 本发明未详细公开的部分，如脱开弹簧6、拉簧8和分瓣螺母10，均属于本领域的现有技术。[0039] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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。

专利地区：北京

专利申请日期：2021-12-03

专利公开日期：2024-06-18

专利公告号：CN114194421B