ＳＭＡ丝驱动的连接与解锁机构制造技术

一种ＳＭＡ丝驱动的连接与解锁机构，其设置有：分瓣螺母，用于与一螺栓螺纹连接，其完全分割成若干瓣，其外侧面上形成有凸台；分瓣螺母的约束装置，设置在分瓣螺母外侧，其内侧面上形成有可与凸台相配合的凹槽，在连接状态下，凸台抵靠在凹槽之外的约束装置部分上，从而维持了对分瓣螺母的径向约束，在解锁状态下，凸台进入凹槽中，从而放松对分瓣螺母的径向约束；约束装置的驱动装置，包括：ＳＭＡ丝，当其受热收缩时拉动约束装置轴向向下运动而进入解锁状态，复位弹簧，设置在约束装置下方。在一种可选方案中，当ＳＭＡ丝不再受热时，推动约束装置轴向向上复位而重新进入连接状态。所述连接与解锁机构解锁彻底、成功率高、可靠性高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种形状记忆合金(SMA )丝驱动的分瓣螺母连接与解锁机构。
技术介绍
很多机构或系统(如航天器)需要多种连接-分离机构实现连接与解锁 功能，如多级运载火箭的分离、卫星或者宇宙飞船上太阳翼的展开等等。目 前这种解锁装置多为火工品螺栓(又称爆炸螺栓)。随着技术的发展，尤其 是新一代小型卫星的出现，火工品所引起的沖击和污染问题日趋严重，解决 这一问题的一个主要焦点集中在应用形状记忆合金(SMA)发展新型的解锁 机构。在利用SMA研制新型连接与解锁机构上，国内外都有了一定的进展， 提出了多种以SMA丝为驱动的设计方案，如美国Hi Shear科技公司提出的 以SMA柱作为驱动的设计方案，国内提出的"微型大载荷SMA空间同步解 锁才几构"(中国专利申请号200610011626.8 )。其中"樣吏型大载荷SMA空 间同步解锁机构"中采用SMA丝作为驱动元件，其结构如图1所示，由SMA 丝2、弹簧3、分瓣螺母4、螺栓5、 定位环7 、底座8组成，通过螺紋固 定在下连接件1上，分瓣螺母4下部通过螺紋与底座8连接，上部由定位环 7进行周向定位，并通过螺栓5与上连接件9固定，由此完成相邻两个部件 的连接。分瓣螺母4，如图1所示，由沿周向均分分布的三部分组成，底部 连接，内有膨胀螺钉6，可以通过膨胀螺钉6调整分瓣螺母4张开的尺寸。 弹簧3下端与底座8接触，上端与定位环7接触，处于压缩状态，压紧定位 环7，保证定位环7对分瓣螺母4的周向定位，使分瓣螺母4在装配状态下 闭合。SMA丝2上端与定位环7相连，下端固定于底座8上，在弹簧力的作 用下处于张紧状态。在通电加热SMA丝2实现解锁功能时，考虑到SMA丝 2的绝缘问题，定位环7为绝缘材料，SMA丝2与底座8的连接采用绝缘材 料机械止动的方式。图l所示状态为锁紧状态，当需要解锁时，对SMA丝2 通电，SMA丝2收缩，带动定位环7下移，压缩弹簧3，解除对分瓣螺母4 的约束，释放螺栓5，从而完成解锁。4"微型大载荷SMA空间同步解锁机构"虽然具有解锁载荷大、同步性 好等优点，但其也具有致命的缺点(1 )锁定的主要作用方向是该机构的径向方向，但在该机构在其解锁-锁定过程中却没有提供沿着该主要作用方向的收紧/放开，而锁定装置只是单 纯地沿着轴向移动。结果，分瓣螺母4难以充分分瓣，底部仍连成一体，从 而造成了其解锁不充分，成功率低，可靠性差。(2 )机械压紧方式容易造成SMA丝损伤，从而造成SMA丝在使用过 程中断裂。(3) SMA丝长度较短，使得机构的设计裕度较小。(4) SMA丝和导线连接部分在壳体内部，不便于操作。
技术实现思路
本专利技术主要解决现有技术中存在的解锁不彻底的问题，提供了 一种解锁 彻底、成功率高、可靠性高的SMA丝驱动的空间连接与解锁机构。根据本专利技术的一个方面，所述的SMA丝驱动的连接与解锁机构设置有 分瓣螺母，用于与一螺栓螺紋连接，其完全分割成若干瓣，其外侧面上形成 有凸台；所述分瓣螺母的约束装置，设置在所述分瓣螺母外侧，其内侧面上 形成有可与所述凸台相配合的凹槽，在连接状态下，所述凸台抵靠在所述凹 槽之外的约束部分上，从而维持了对所述分瓣螺母的径向约束，在解锁状态 下，所述凸台进入所述凹槽中， >(人而方文+>对所述分瓣螺母的径向约束；所述 约束装置的驱动装置，所述驱动装置包括SMA丝，当其受热收缩时拉动所 述约束装置轴向向下运动而进入所述解锁状态；复位弹性元件，设置在所述 约束装置下方，当所述SMA丝不再受热时，推动所述约束装置轴向向上复 位而进入所述连接状态，并4立伸所述SMA丝。根据本专利技术的一个实施方式，所述分瓣螺母的上下两端分别以锥面与一 端盖、 一顶块相配合， 一预压缩的分离弹簧设置在所述顶块下方，用于驱动 所述顶块向上顶开所述分瓣螺母。根据本专利技术的另一个实施方式，所述SMA丝依次绕过滑轮、绝缘轴承， 两端紧固于陶瓷支座上，所述滑轮与所述约束装置固定连接。优选的，所述绝缘轴承是在普通轴承上套有陶瓷外圈。优选的，所述SMA丝与所述陶瓷支座的紧固是通过采用不锈钢管套住 SMA丝并压扁，然后再穿过其上有直径大于SMA丝直径但远小于压扁后的 不锈钢管的宽度的孔的陶瓷支座来实现的。优选的，所述复位弹性元件可以为一弹簧。本专利技术的技术解决方案特征包括采用一个被完全分割成诸如三瓣的分 瓣螺母，在连接状态时，分瓣螺母被箍筒紧紧箍着，上下端面均以锥面分别 和端盖、顶块配合，形成一个完整的螺紋副，螺栓;故拧入分瓣螺母中。箍筒 上端和端盖配合，下端纟皮预压缩的复位弹簧顶紧。预拉伸的SMA丝绕过滑 轮、绝缘轴承并将两端固定于陶瓷支座上。对SMA丝通电加热时，SMA丝 受热收缩，拉动箍筒向下运动，同时压缩复位弹簧，当箍筒运动到一定位置 时，分瓣螺母的凸台在分离弹簧的作用下滑入箍筒的凹槽中，破坏了螺紋副， 使螺栓从分瓣螺母中脱出，从而实现机构的分离功能。通电结束后，温度降 低，SMA丝的低温回复力小于复位弹簧的推力，在复位弹簧作用下，箍筒向 上运动，重新拉伸SMA丝，并将分瓣螺母重新合拢，从而实验了机构的可 重复作动功能。本专利技术与现有的技术相比，可靠性更高，裕度更大等特点，具体表现在 经下几个方面(1 )本专利技术采用了 一个被完全分割成为诸如三瓣的分瓣螺母，其解锁_ 锁定操作通过涉及锁定部分沿着主要锁定作用方向(径向方向)的收紧/放开 动作，使得在分离功能实现时分瓣螺母能够彻底分离，和现有技术相比，大 大提高了分离的成功率，改善了可靠性。(2) 本专利技术分瓣螺母上下两端分别以锥面与端盖、顶块配合，在箍筒内 有凹槽，保证了分瓣螺母的顺利分开和合拢，提高了分离的可靠性。(3) 本专利技术中顶块和分离弹簧共同作用，辅助了分瓣螺母的分开，进一 步提高了分离的成功率，从而提高了可靠性。(4) 本专利技术中采用了 SMA丝在绝缘轴承上的拐弯设计，增加了 SMA 丝在有限空间内的长度同时并保证绝缘性，这样大大增加了机构的裕度，从 而增加了解锁的成功率。(5 )本专利技术中SMA丝的紧固采用不锈钢管套住SMA丝并压扁，然后 再穿过其上有直径大于SMA丝直径但远小于压扁后的不锈钢管的宽度的孔 的陶瓷支座来紧固，这样和现有技术相比SMA丝更不易因机械损伤而断裂， 从而提高了使用可靠性。(6 )本专利技术的方案中将SMA丝与导线连接部分放到了壳体外部，极大 地便利了 SMA丝的设置操作及其与外部电源的连接操作。凹槽凹槽附图说明图l为"微型大载荷SMA空间同步解锁机构"结构示意图。图2为本专利技术的SMA丝驱动的连接与解锁机构的外观正等测图。图3为本专利技术SMA丝驱动的连接与解锁机构的外观右视图。6图4为本专利技术SMA丝驱动的连接与解锁机构的连接状态剖视图。 图5为本专利技术SMA丝驱动的连接与解锁机构的释放状态剖视图。具体实施例方式相关申请的引用本说明书全文引用本申请人于2007年11月12日提交的 中国专利申请第200710177157.1号"耐高温形状记忆合金丝紧固装置"。对本专利技术的应用而言，SMA (形状记忆合金)材料的"形状记忆特性" 是指材料在某一较低温度下被拉伸变形，卸载后其变形不能完全回复，留 有残余变形。但是只要对其加热到某个较高温度之上，则残余变形消失，回 复到原来的未被拉伸的形状，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＳＭＡ丝驱动的连接与解锁机构，其特征在于包括：　　分成若干瓣的分瓣螺母（４），其内侧设有用于与一螺栓（５）连接的螺纹，其外侧面上形成有凸台（１９）；　　设在所述分瓣螺母（４）的外侧的约束装置（１６），其内侧面上形成有可与所述凸台（１９）相配合的凹槽（１１），在连接状态下所述凸台（１９）抵靠在所述约束装置（１６）在所述凹槽（１１）之外的部分上，从而构成了使所述分瓣螺母（４）保持合拢的径向约束，在解锁状态下所述凸台（１９）进入所述凹槽（１１）中，从而放松对所述分瓣螺母（４）的径向约束；　　ＳＭＡ丝－复位弹簧驱动装置（２，３），当ＳＭＡ丝（２）通电收缩时，ＳＭＡ丝的收缩力克服复位弹簧（３）的回复弹性力而拉动所述约束装置（１６）沿轴向运动，从而使所述凸台（１９）进入凹槽（１１）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：闫晓军，杨巧龙，张小勇，濮海玲，赵坚城，徐青华，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]