SMA絲驅動的連接與解鎖機構制造技術

一種SMA絲驅動的連接與解鎖機構，其設置有：分瓣螺母，用于與一螺栓螺紋連接，其完全分割成若干瓣，其外側面上形成有凸臺；分瓣螺母的約束裝置，設置在分瓣螺母外側，其內側面上形成有可與凸臺相配合的凹槽，在連接狀態下，凸臺抵靠在凹槽之外的約束裝置部分上，從而維持了對分瓣螺母的徑向約束，在解鎖狀態下，凸臺進入凹槽中，從而放松對分瓣螺母的徑向約束；約束裝置的驅動裝置，包括：SMA絲，當其受熱收縮時拉動約束裝置軸向向下運動而進入解鎖狀態，復位彈簧，設置在約束裝置下方。在一種可選方案中，當SMA絲不再受熱時，推動約束裝置軸向向上復位而重新進入連接狀態。所述連接與解鎖機構解鎖徹底、成功率高、可靠性高。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種形狀記憶合金(SMA)絲驅動的分瓣螺母連接與解鎖機構。
技術介紹
很多機構或系統(如航天器)需要多種連接一分離機構實現連接與解鎖功能，如多級運載火箭的分離、衛星或者宇宙飛船上太陽翼的展開等等。目前這種解鎖裝置多為火工品螺栓(又稱爆炸螺栓)。隨著技術的發展，尤其是新一代小型衛星的出現，火工品所引起的沖擊和污染問題日趨嚴重，解決這一問題的一個主要焦點集中在應用形狀記憶合金(SMA)發展新型的解鎖機構?！ぴ诶肧MA研制新型連接與解鎖機構上，國內外都有了一定的進展，提出了多種以SMA絲為驅動的設計方案，如美國Hi Shear科技公司提出的以SMA柱作為驅動的設計方案，國內提出的“微型大載荷SMA空間同步解鎖機構”(中國專利申請號200610011626. 8)。其中“微型大載荷SMA空間同步解鎖機構”中采用SMA絲作為驅動元件，其結構如圖I所示，由SMA絲2、彈簧3、分瓣螺母4、螺栓5、定位環7、底座8組成，通過螺紋固定在下連接件I上，分瓣螺母4下部通過螺紋與底座8連接，上部由定位環7進行周向定位，并通過螺栓5與上連接件9固定，由此完成相鄰兩個部件的連接。分瓣螺母4，如圖I所示，由沿周向均分分布的三部分組成，底部連接，內有膨脹螺釘6，可以通過膨脹螺釘6調整分瓣螺母4張開的尺寸。彈簧3下端與底座8接觸，上端與定位環7接觸，處于壓縮狀態，壓緊定位環7，保證定位環7對分瓣螺母4的周向定位，使分瓣螺母4在裝配狀態下閉合。SMA絲2上端與定位環7相連，下端固定于底座8上，在彈簧力的作用下處于張緊狀態。在通電加熱SMA絲2實現解鎖功能時，考慮到SMA絲2的絕緣問題，定位環7為絕緣材料，SMA絲2與底座8的連接采用絕緣材料機械止動的方式。圖I所示狀態為鎖緊狀態，當需要解鎖時，對SMA絲2通電，SMA絲2收縮，帶動定位環7下移，壓縮彈簧3，解除對分瓣螺母4的約束，釋放螺栓5，從而完成解鎖?！拔⑿痛筝d荷SMA空間同步解鎖機構”雖然具有解鎖載荷大、同步性好等優點，但其也具有致命的缺點(I)鎖定的主要作用方向是該機構的徑向方向，但在該機構在其解鎖一鎖定過程中卻沒有提供沿著該主要作用方向的收緊/放開，而鎖定裝置只是單純地沿著軸向移動。結果，分瓣螺母4難以充分分瓣，底部仍連成一體，從而造成了其解鎖不充分，成功率低，可靠性差。(2)機械壓緊方式容易造成SMA絲損傷，從而造成SMA絲在使用過程中斷裂。(3) SMA絲長度較短，使得機構的設計裕度較小。(4) SMA絲和導線連接部分在殼體內部，不便于操作。
技術實現思路
本專利技術主要解決現有技術中存在的解鎖不徹底的問題，提供了一種解鎖徹底、成功率高、可靠性高的SMA絲驅動的空間連接與解鎖機構。根據本專利技術的一個方面，所述的SMA絲驅動的連接與解鎖機構設置有分瓣螺母，用于與一螺栓螺紋連接，其完全分割成若干瓣，其外側面上形成有凸臺；所述分瓣螺母的約束裝置，設置在所述分瓣螺母外側，其內側面上形成有可與所述凸臺相配合的凹槽，在連接狀態下，所述凸臺抵靠在所述凹槽之外的約束部分上，從而維持了對所述分瓣螺母的徑向約束，在解鎖狀態下，所述凸臺進入所述凹槽中，從而放松對所述分瓣螺母的徑向約束；所述約束裝置的驅動裝置，所述驅動裝置包括=SMA絲，當其受熱收縮時拉動所述約束裝置軸向向下運動而進入所述解鎖狀態；復位彈性元件，設置在所述約束裝置下方，當所述SMA絲不再受熱時，推動所述約束裝置軸向向上復位而進入所述連接狀態，并拉伸所述SMA絲。 根據本專利技術的一個實施方式，所述分瓣螺母的上下兩端分別以錐面與一端蓋、一頂塊相配合，一預壓縮的分離彈簧設置在所述頂塊下方，用于驅動所述頂塊向上頂開所述分瓣螺母。根據本專利技術的另一個實施方式，所述SMA絲依次繞過滑輪、絕緣軸承，兩端緊固于陶瓷支座上，所述滑輪與所述約束裝置固定連接。優選的，所述絕緣軸承是在普通軸承上套有陶瓷外圈。優選的，所述SMA絲與所述陶瓷支座的緊固是通過采用不銹鋼管套住SMA絲并壓扁，然后再穿過其上有直徑大于SMA絲直徑但遠小于壓扁后的不銹鋼管的寬度的孔的陶瓷支座來實現的。優選的，所述復位彈性元件可以為一彈簧。本專利技術的技術解決方案特征包括采用一個被完全分割成諸如三瓣的分瓣螺母，在連接狀態時，分瓣螺母被箍筒緊緊箍著，上下端面均以錐面分別和端蓋、頂塊配合，形成一個完整的螺紋副，螺栓被擰入分瓣螺母中。箍筒上端和端蓋配合，下端被預壓縮的復位彈簧頂緊。預拉伸的SMA絲繞過滑輪、絕緣軸承并將兩端固定于陶瓷支座上。對SMA絲通電加熱時，SMA絲受熱收縮，拉動箍筒向下運動，同時壓縮復位彈簧，當箍筒運動到一定位置時，分瓣螺母的凸臺在分離彈簧的作用下滑入箍筒的凹槽中，破壞了螺紋副，使螺栓從分瓣螺母中脫出，從而實現機構的分離功能。通電結束后，溫度降低，SMA絲的低溫回復力小于復位彈簧的推力，在復位彈簧作用下，箍筒向上運動，重新拉伸SMA絲，并將分瓣螺母重新合攏，從而實驗了機構的可重復作動功能。本專利技術與現有的技術相比，可靠性更高，裕度更大等特點，具體表現在經下幾個方面(I)本專利技術采用了一個被完全分割成為諸如三瓣的分瓣螺母，其解鎖一鎖定操作通過涉及鎖定部分沿著主要鎖定作用方向(徑向方向)的收緊/放開動作，使得在分離功能實現時分瓣螺母能夠徹底分離，和現有技術相比，大大提高了分離的成功率，改善了可靠性。(2)本專利技術分瓣螺母上下兩端分別以錐面與端蓋、頂塊配合，在箍筒內有凹槽，保證了分瓣螺母的順利分開和合攏，提高了分離的可靠性。(3)本專利技術中頂塊和分離彈簧共同作用，輔助了分瓣螺母的分開，進一步提高了分離的成功率，從而提高了可靠性。(4)本專利技術中采用了 SMA絲在絕緣軸承上的拐彎設計，增加了 SMA絲在有限空間內的長度同時并保證絕緣性，這樣大大增加了機構的裕度，從而增加了解鎖的成功率。(5)本專利技術中SMA絲的緊固采用不銹鋼管套住SMA絲并壓扁，然后再穿過其上有直徑大于SMA絲直徑但遠小于壓扁后的不銹鋼管的寬度的孔的陶瓷支座來緊固，這樣和現有技術相比SMA絲更不易因機械損傷而斷裂，從而提高了使用可靠性。(6)本專利技術的方案中將SMA絲與導線連接部分放到了殼體外部，極大地便利了 SMA絲的設置操作及其與外部電源的連接操作。凹槽凹槽附圖說明圖I為“微型大載荷SMA空間同步解鎖機構”結構示意圖。 圖2為本專利技術的SMA絲驅動的連接與解鎖機構的外觀正等測圖。圖3為本專利技術SMA絲驅動的連接與解鎖機構的外觀右視圖。圖4為本專利技術SMA絲驅動的連接與解鎖機構的連接狀態剖視圖。圖5為本專利技術SMA絲驅動的連接與解鎖機構的釋放狀態剖視圖。具體實施例方式相關申請的引用本說明書全文引用本申請人于2007年11月12日提交的中國專利申請第200710177157. I號“耐高溫形狀記憶合金絲緊固裝置”。對本專利技術的應用而言，SMA (形狀記憶合金)材料的“形狀記憶特性”是指材料在某一較低溫度下被拉伸變形，卸載后其變形不能完全回復，留有殘余變形。但是只要對其加熱到某個較高溫度之上，則殘余變形消失，回復到原來的未被拉伸的形狀，表現為“記憶較低溫度下的形狀”，且回復過程中產生很大的回復力。工程中通常將SMA絲與彈簧配合組成驅動元件，即通過一定拉伸變形的SMA絲與彈簧相互連接，低溫下彈簧力大于SM絲的低溫屈服力，使SM本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種SMA絲驅動的連接與解鎖機構，其特征在于包括：分成若干瓣的分瓣螺母（4），其內側設有用于與一螺栓（5）連接的螺紋，其外側面上形成有凸臺（19）；設在所述分瓣螺母（4）的外側的約束裝置（16），其內側面上形成有可與所述凸臺（19）相配合的凹槽（11），在連接狀態下所述凸臺（19）抵靠在所述約束裝置（16）在所述凹槽（11）之外的部分上，從而構成了使所述分瓣螺母（4）保持合攏的徑向約束，在解鎖狀態下所述凸臺（19）進入所述凹槽（11）中，從而放松對所述分瓣螺母（4）的徑向約束；SMA絲－復位彈簧驅動裝置（2，3），當SMA絲（2）通電收縮時，SMA絲的收縮力克服復位彈簧（3）的回復彈性力而拉動所述約束裝置（16）沿軸向運動，從而使所述凸臺（19）進入凹槽（11），其中，所述分瓣螺母（4）的上端以錐面與一個端蓋（10）相配合，所述分瓣螺母（4）的下端以錐面與一個頂塊（12）相配合，一個預壓縮的分離彈簧（13）被設置在所述頂塊（12）下方，該分離彈簧（13）的一端作用在所述頂塊（12）上且其另一端作用在所述約束裝置（16）上，用于當所述約束裝置（16）在SMA絲驅動裝置（2）的拉動下位移時驅動所述頂塊（12）向上頂住所述分瓣螺母（4），其中所述頂塊（12）和所述端蓋（10）與所述分瓣螺母（4）之間的所述錐面的傾斜方向適合于促使所述分瓣螺母（4）的分開。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：閆曉軍，楊巧龍，張小勇，濮海玲，趙堅城，徐青華，
申請(專利權)人：北京航空航天大學，北京空間飛行器總體設計部，
類型：發明
國別省市：