一种适用于小空间的高可靠微型点式电驱分离机构的制作方法

本发明涉及一种适用于小空间的高可靠微型点式电驱分离机构，属于航天点式连接与分离。

背景技术：

1、在航天器和航天运载器领域，有效载荷连接分离、整流罩连接分离、舱段连接分离、太阳帆板压紧与释放等各类分离环节，均需用到分离机构。总装操作时一般需要先将两个被连接部段完成对接，然后采用分离机构进行连接锁定。航天器和航天运载器为减小飞行过程气动阻力，外表面一般为封闭的壳体；为提供分离机构的安装空间，一般需要在外壳体开操作口。但是受操作口处结构强度刚度或其他工艺因素限制，操作口尺寸一般较小，尤其是轴向尺寸被严格限制，使得结构尺寸偏大的分离机构安装操作极为不便，有时甚至没有尺寸合适的分离机构产品可供选用。

2、而现阶段常用的低冲击分离机构，如火工分离螺母装置、电驱分离螺母机构等，在结构上一般由触发解锁单元、解锁单元和承载单元三部分组成，且均为轴向布局，导致轴向尺寸偏大，在操作口尺寸较小时安装操作不便，有时甚至无法放进操作口，严重限制了使用范围。

技术实现思路

1、本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种适用于小空间的高可靠微型点式电驱分离机构，采用失电式电磁铁作为解锁触发装置，通过机构传动实现分瓣螺母解锁。

2、本发明的技术解决方案是：

3、一种适用于小空间的高可靠微型点式电驱分离机构，包括：基座、失电型电磁铁、铁磁吸盘、扭簧、解锁摆杆、分离螺母组件、第一支架、中心轴、第二支架、轴承、第三支架、永磁体、转动导向套和对接螺栓；

4、基座作为安装基础，失电型电磁铁、分离螺母组件、第一支架、第二支架、第三支架均固定在基座上，中心轴穿过第二支架、永磁体固定在第三支架上；两个失电型电磁铁对称分布在第三支架两侧；

5、铁磁吸盘上的轴套套装在中心轴上，可绕中心轴翻转，铁磁吸盘的下表面与失电型电磁铁配合，上表面上设置的通孔与安装在中心轴上的扭簧的一端钩连，扭簧的另一端固定在第二支架上；

6、转动导向套一端套装在中心轴上，可绕中心轴翻转，另一端被永磁体吸附在第三支架上；

7、解锁摆杆一端铰接固定在第一支架上，另一端连接有轴承，并套装在转动导向套的导向槽内；当解锁摆杆在转动导向套的导向槽内滑动时，轴承滚动将起到减阻的作用，避免滑动过程出现卡滞；解锁摆杆靠近分离螺母组件的一端固定有一个锁定销，用于锁定或者解锁分离螺母组件；分离螺母组件用于与对接螺栓配合实现机构的连接和分离。

8、进一步的，失电型电磁铁共有两个，采用箭上直流电源直接供电工作；不通电时失电型电磁铁具有磁性，吸附磁性材料，通电后磁性消失，吸附力消失。

9、进一步的，失电型电磁铁的上端吸合面表面进行防冷焊处理。。

10、进一步的，铁磁吸盘与失电型电磁铁吸合面相接触的区域为圆盘形，圆盘尺寸不小于失电型电磁铁吸合面尺寸。

11、进一步的，铁磁吸盘和转动导向套均采用铁磁性材料加工而成。

12、进一步的，当扭簧处于自由状态时，铁磁吸盘位于解锁后的位置；当把失电型电磁铁安装到基座后，在其自身磁性力的作用下吸引铁磁吸盘下翻并吸附在失电型电磁铁的吸合面上；铁磁吸盘下翻过程中将对扭簧进行扭转加载，将弹性力储存在扭簧中；失电型电磁铁通电后磁性力消失，无法继续吸附铁磁吸盘，铁磁吸盘将在扭簧储存的弹性力作用下再次上翻至自由状态。

13、进一步的，分离螺母组件包括分瓣螺母、旋转盘、壳体、轴承、轴承外挡圈和挡圈，其中壳体通过螺钉固定在基座上；

14、分瓣螺母坐落在基座上，由一个完整的螺母沿轴向均分为若干瓣，各瓣重新并紧成一个螺母后，对接螺栓旋入并施加螺栓预紧力，实现连接功能；当各瓣张开后，将与对接螺栓脱离啮合，并释放对接螺栓，实现分离功能；

15、旋转盘通过轴承固定在壳体上，可环向旋转；轴承的外圈通过轴承外挡圈固定，轴承的内圈通过挡圈固定；旋转盘上沿环向分布有一定数量的齿。

16、进一步的，当锁定销位于相邻两个齿之间时，旋转盘将被环向限位，无法旋转。

17、进一步的，对失电型电磁铁通电消磁，铁磁吸盘失去吸附力后，在扭簧储存的弹性力作用下向上翻起，并带动转动导向套同步上翻，转动导向套继续带动解锁摆杆上翻，使锁定销与齿脱离；当锁定销脱离齿时，旋转盘被解除环向限位，并随轴承快速旋转，带动分瓣螺母由锁紧时的并紧状态逐渐转化为张开状态，失去与对接螺栓的螺纹啮合，释放对接螺栓的螺栓预紧力，实现电驱分离机构解锁分离。

18、进一步的，当供电系统或失电型电磁铁出现故障，导致仅有一个失电型电磁铁正常工作，该侧的铁磁吸盘失去吸附力后，将在该侧扭簧储存的弹性力作用下向上翻起；任何一个铁磁吸盘上翻均可带动解锁摆杆上翻，使锁定销与齿脱离，触发分离机构解锁。

19、本发明的工作原理为：通过时序控制，当航天器或航天运载器要执行分离动作时，飞行器上直流电源对失电型电磁铁2通电消磁，铁磁吸盘3失去吸附力后，在扭簧4储存的弹性力作用下向上翻起，并带动转动导向套13同步上翻，转动导向套13继续带动解锁摆杆5上翻，使锁定销5-1与齿6-2-1脱离，从而解除对旋转盘6-2的环向限位，使旋转盘6-2快速旋转，带动分瓣螺母6-1由锁紧时的并紧状态逐渐转化为张开状态，并释放对接螺栓14，实现电驱分离机构解锁分离。当仅有一个失电型电磁铁工作时，该侧的扭簧4仍可拉动该侧的铁磁吸盘3上翻，进一步带动解锁摆杆5上翻，实现冗余解锁功能。

20、本发明与现有技术相比的有益效果是：

21、传统的航天分离机构轴向尺寸相对较大，经常面临操作口轴向尺寸受限导致分离机构安装不便，有时甚至无法安装的问题。

22、与传统的分离机构相比，本发明的优点在于：

23、(1)设计了一种触发解锁单元、承载单元并列布局的机构构型，整体结构更为紧凑，可将分离机构轴向尺寸缩短至一半以上，在安装空间受限、对电驱分离机构外形尺寸要求更为严格的场合具有突出应用优势，提升了分离机构的通用性。

24、(2)解锁摆杆为杠杆机构形式，可通过增加力臂的长度实现对解锁力需求的进一步降低，提高了解锁的动力裕度；同时也减少了对触发电磁铁输出功率的要求，达到了降低失电型电磁铁尺寸的效果。

25、(3)采用失电型电磁铁直接吸附杠杆机构转动完成解锁功能，失电型电磁铁通过磁力控制解锁摆杆的释放，失电型电磁铁本身无动作，实现了仅需一个传动环节即可触发分离机构解锁的效果，减少了分离机构解锁传动链路的环节数量和零件数量，解锁可靠性更高、产品环境适应性更强。

26、(4)采用冗余解锁设计方案，当一个失电型电磁铁故障时仍可以保证分离机构顺利解锁，进一步提升了产品解锁的可靠性和安全性。

技术特征：

1.一种适用于小空间的高可靠微型点式电驱分离机构，其特征在于包括：基座(1)、失电型电磁铁(2)、铁磁吸盘(3)、扭簧(4)、解锁摆杆(5)、分离螺母组件(6)、第一支架(7)、中心轴(8)、第二支架(9)、轴承(10)、第三支架(11)、永磁体(12)、转动导向套(13)和对接螺栓(14)；

2.根据权利要求1所述的一种适用于小空间的高可靠微型点式电驱分离机构，其特征在于：失电型电磁铁(2)共有两个，采用箭上直流电源直接供电工作；不通电时失电型电磁铁(2)具有磁性，吸附磁性材料，通电后磁性消失，吸附力消失。

3.根据权利要求2所述的一种适用于小空间的高可靠微型点式电驱分离机构，其特征在于：失电型电磁铁(2)的上端吸合面表面进行防冷焊处理。。

4.根据权利要求1所述的一种适用于小空间的高可靠微型点式电驱分离机构，其特征在于：铁磁吸盘(3)与失电型电磁铁(2)吸合面相接触的区域为圆盘形，圆盘尺寸不小于失电型电磁铁(2)吸合面尺寸。

5.根据权利要求4所述的一种适用于小空间的高可靠微型点式电驱分离机构，其特征在于：铁磁吸盘(3)和转动导向套(13)均采用铁磁性材料加工而成。

6.根据权利要求1所述的一种适用于小空间的高可靠微型点式电驱分离机构，其特征在于：当扭簧(4)处于自由状态时，铁磁吸盘(3)位于解锁后的位置；当把失电型电磁铁(2)安装到基座(1)后，在其自身磁性力的作用下吸引铁磁吸盘(3)下翻并吸附在失电型电磁铁(2)的吸合面上；铁磁吸盘(3)下翻过程中将对扭簧(4)进行扭转加载，将弹性力储存在扭簧(4)中；失电型电磁铁(2)通电后磁性力消失，无法继续吸附铁磁吸盘(3)，铁磁吸盘(3)将在扭簧(4)储存的弹性力作用下再次上翻至自由状态。

7.根据权利要求1所述的一种适用于小空间的高可靠微型点式电驱分离机构，其特征在于：分离螺母组件(6)包括分瓣螺母(6-1)、旋转盘(6-2)、壳体(6-3)、轴承(6-4)、轴承外挡圈(6-5)和挡圈(6-6)，其中壳体(6-3)通过螺钉固定在基座(1)上；

8.根据权利要求7所述的一种适用于小空间的高可靠微型点式电驱分离机构，其特征在于：当锁定销(5-1)位于相邻两个齿(6-2-1)之间时，旋转盘(6-2)将被环向限位，无法旋转。

9.根据权利要求8所述的一种适用于小空间的高可靠微型点式电驱分离机构，其特征在于：对失电型电磁铁(2)通电消磁，铁磁吸盘(3)失去吸附力后，在扭簧(4)储存的弹性力作用下向上翻起，并带动转动导向套(13)同步上翻，转动导向套(13)继续带动解锁摆杆(5)上翻，使锁定销(5-1)与齿(6-2-1)脱离；当锁定销(5-1)脱离齿(6-2-1)时，旋转盘(6-2)被解除环向限位，并随轴承(6-4)快速旋转，带动分瓣螺母(6-1)由锁紧时的并紧状态逐渐转化为张开状态，失去与对接螺栓(14)的螺纹啮合，释放对接螺栓(14)的螺栓预紧力，实现电驱分离机构解锁分离。

10.根据权利要求9所述的一种适用于小空间的高可靠微型点式电驱分离机构，其特征在于：当供电系统或失电型电磁铁(2)出现故障，导致仅有一个失电型电磁铁(2)正常工作，该侧的铁磁吸盘(3)失去吸附力后，将在该侧扭簧(4)储存的弹性力作用下向上翻起；任何一个铁磁吸盘(3)上翻均可带动解锁摆杆(5)上翻，使锁定销(5-1)与齿(6-2-1)脱离，触发分离机构解锁。

技术总结本发明提出一种适用于小空间的高可靠微型点式电驱分离机构，通过时序控制，当航天器执行分离动作时，直流电源对失电型电磁铁通电消磁，铁磁吸盘失去吸附力后，在扭簧储存的弹性力作用下向上翻起，并带动转动导向套同步上翻，转动导向套继续带动解锁摆杆上翻，使锁定销与齿脱离，从而解除对旋转盘的环向限位，使旋转盘快速旋转，带动分瓣螺母由锁紧时的并紧状态逐渐转化为张开状态，并释放对接螺栓，实现电驱分离机构解锁分离。本发明机构具有冗余解锁、解锁动力裕度高、解锁动作环节少、解锁可靠性高的优点。技术研发人员：潘忠文,周天送,于兵,张宏剑,陈华伟,马红鹏,王辰,乐晨,郭嘉,谢珏帆,张毅博,石玉红,吴会强,王会平,刘德博,杨帆,佟文敏,胡勇,边旭,金含玉受保护的技术使用者：北京宇航系统工程研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/30