CN107757954B - 一种用于空间有效载荷的低冲击可重复锁紧与分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于空间有效载荷的低冲击可重复锁紧与分离装置，采用曲柄滑块组件中锁钩的摆转及直线运动耦合设计可以很好地实现对有效载荷的大范围捕获与锁紧；支撑座斜面结构与压紧块斜面结构的配合使用可以实现对有效载荷在发射过程受到的面内载荷进行有效地抵抗；在电机与曲柄滑块组件间设置蜗轮蜗杆，不仅可以实现减速增扭作用，而且其自锁特性可以保证装置对有效载荷锁紧的可靠性；该装置具有良好的拓展性，能适应不同尺寸和体积有效载荷的锁紧与分离，不仅可以满足航天锁紧与分离任务的需求，也可根据要求通过改变其几何尺寸来满足工业运输过程中各种货物的重复锁紧与分离的需求。

Description

一种用于空间有效载荷的低冲击可重复锁紧与分离装置

技术领域

本发明属于航天设备技术领域，具体涉及一种用于空间有效载荷的低冲击可重复锁紧与分离装置。

背景技术

传统的以卫星为代表的空间有效载荷在发射过程采用锁紧装置锁死，当达到预定轨道后采用火工装置解锁，其缺点是只能实现单次的锁紧与分离且伴随着比较大的解锁冲击力。为了满足在轨模块化组装、大型航天器舱段的构建及升级等空间任务执行的需求，在发射阶段可对立方星等有效载荷实施可靠锁紧，在轨又可对有效载荷实现重复锁紧与分离功能的装置已经成为国内外研究的热点之一，同时要求研制的装置具有锁紧分离过程低冲击、小型化、轻量化、可扩展的优点，提升和促进锁紧分离技术在空间工程任务中的应用水平。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于空间有效载荷的锁紧与分离的低冲击可重复装置，该装置不仅可以保证对有效载荷的可靠锁紧与分离，还具有低冲击、大容差的特性并且可以使有效载荷按照规速度定进行分离。

一种锁紧与分离装置，包括载荷平台(21)、4个支撑座(4)以及2个曲柄滑块组件(1)；

4个支撑座(4)四角对称的固连在载荷平台(21)上，用于对捕获后的有效载荷(3)进行固定；支撑座(4)中设置弹力机构，用于在有效载荷(3)分离时产生向外的弹力；曲柄滑块组件(1)安装在载荷平台(21)的两侧，位置与有效载荷(3)上连接的压紧杆(3-3)对应；

每个所述支撑座(4)的外侧两个端面上各设置有一个导向片(2)，用于捕获所述有效载荷(3)；

所述曲柄滑块组件(1)包括锁钩(1-4)、滑块(1-12)、连杆(1-9)、曲柄(1-10)、驱动机构、扭簧(1-3)以及左支撑板(1-2)；所述锁钩(1-4)包括互连的顶面和侧面；所述曲柄(1-10)一端连接在驱动机构上，并可在驱动机构的驱动下绕连接点转动,另一端与连杆(1-9)一端铰接；连杆(1-9)的另一端连接在转轴(1-13)上；所述滑块(1-12)安装在所述转轴(1-13)的端部，且滑块(1-12)整体安装在所述左支撑板(1-2)的滑道内；所述扭簧(1-3)的一端固连在锁钩(1-4)的侧面上，另一端固连在转轴(1-13)上,为锁钩(1-4)提供向脱离压紧杆(3-3)方向运动的弹力；锁钩(1-4)的顶面用于压紧压紧杆(3-3)或者从压紧杆(3-3)上脱离。

进一步的，还包括右支撑板(1-8)，所述驱动机构通过安装在左支撑板(1-2)和右支撑板(1-8)之间的传动主轴(22)连接所述曲柄(1-10)的一端，曲柄(1-10)的另一端安装于传动主轴(22)之下并与之平行的副轴(1-11)上；所述连杆(1-9)为弯月状结构，并通过该副轴(1-11)与所述曲柄(1-10)铰接；连杆(1-9)另一端位于传动主轴(22)的上方，所述传动主轴(22)位于连杆(1-9)的弯月结构的凹陷中。

进一步的，锁钩(1-4)的顶面的下表面螺接有压紧头(1-5)，用于压紧所述压紧杆(3-3)；顶面上开有通孔，限位杆(1-7)穿过该通孔，上端通过螺钉(1-6)固定在顶面上，下端具有方形头，与压紧头(1-5)上端的方形孔配合。

进一步的，所述支撑座(4)朝外的2个侧面分别伸出连个向外倾斜的斜面；在所述有效载荷(3)与4个支撑座(4)对应位置固连有压紧块(3-2)，其形状为与支撑座4的两个斜面以及顶面形状配合的凸面。

进一步的，所述支撑座(4)中弹力机构包括滑动套筒(4-2)、压缩弹簧(4-3)、碟簧芯轴(4-4)以及碟簧组件(4-5)；所述支撑座(4)中心具有一个开口的圆柱腔；圆柱腔的底部设置有中心孔；滑动套筒(4-2)与所述圆柱腔滑动配合；滑动套筒(4-2)外侧面安装有限位销钉；支撑座(4)侧面沿高度方向加工有限定高度的槽孔；限位销钉可在所述槽孔中滑动；滑动套筒(4-2)的内腔中放置压缩弹簧(4-3)；碟簧芯轴(4-4)穿过碟簧组件(4-5)，底端进入圆柱腔的中心孔中；中心孔底部设置有用于限制碟簧芯轴(4-4)向上运动的螺母组(4-6)。

较佳的，所述有效载荷(3)底部设置有不锈钢片(3-4)；载荷平台(21)对应位置设有电磁铁(18-6)，且电磁铁(18-6)与载荷平台(21)之间设置有弹簧组件。

较佳的，2个所述曲柄滑块组件(1)由一套驱动机构同时驱动。

较佳的，所述驱动机构与曲柄滑块组件(1)之间通过蜗轮蜗杆传动。

本发明具有如下有益效果：

本发明采用曲柄滑块组件中锁钩的摆转及直线运动耦合设计可以很好地实现对有效载荷的大范围捕获与锁紧；

支撑座斜面结构与压紧块斜面结构的配合使用可以实现对有效载荷在发射过程受到的面内载荷进行有效地抵抗；

在电机与曲柄滑块组件间设置蜗轮蜗杆，不仅可以实现减速增扭作用，而且其自锁特性可以保证装置对有效载荷锁紧的可靠性；

本发明的低冲击可重复锁紧与分离装置具有良好的拓展性，能适应不同尺寸和体积有效载荷的锁紧与分离，不仅可以满足航天锁紧与分离任务的需求，也可根据要求通过改变其几何尺寸来满足工业运输过程中各种货物的重复锁紧与分离的需求。

附图说明

图1是本发明的装置对有效载荷锁紧状态的示意图；

图2是本发明的装置俯视图；

图3为曲柄滑块组件的工作原理图，其中，图3(a)为曲柄滑块组件与压紧杆脱离状态图，图3(b)为曲柄滑块组件对压紧杆捕获状态图，图3(c)为曲柄滑块组件对压紧杆锁紧并保持状态图；

图4为曲柄滑块组件的结构图，其中，图4(a)为剖面图，图4(b)为前视立体图，图4(c)为后视立体图，图4(d)为曲柄滑块组件与压紧杆的位置关系示意图；

图5(a)为支撑座外形结构示意图；图5(b)为压紧块面向有效载荷一面的示意图，图5(c)为压紧块面向支撑座斜面一面的示意图；

图6为支撑座斜面与压紧块斜面示意图；

图7为支撑座中的电磁铁组件结构示意图。

其中，1-曲柄滑块组件，1-1-轴承顶盖，1-2-左支撑板，1-3-扭簧，1-4-锁钩，1-5-压紧头，1-6-螺钉，1-7-限位杆，1-8-右支撑板，1-9-连杆，1-10-曲柄，1-11-副轴，1-12-滑块，1-13-转轴，2-导向片，3-有效载荷，3-2-压紧块，3-3-压紧杆，3-4-不锈钢片，4-支撑座，4-2-滑动套筒，4-3-压缩弹簧，4-4-碟簧芯轴，4-5-碟簧组件，4-6-螺母组，18-电磁铁组件，18-1-电磁铁支撑座，18-3-弹簧，18-4-芯轴，18-5-圆柱壳，18-6-电磁铁，18-8-圆形薄板，21-载荷平台，22-传动主轴。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如图1和2所示，本发明的装置包括载荷平台21、4个支撑座4以及2个曲柄滑块组件1；4个支撑座4四角对称的设置在载荷平台21上，并分别独立与载荷平台21连接，用于对捕获后的有效载荷3进行固定；曲柄滑块组件1安装在载荷平台21的两侧，位置与有效载荷3上连接的压紧杆3-1对应；每个所述支撑座4的外侧两个端面上各设置有一个导向片2，用于捕获所述有效载荷3。

如图3(a)至(c)所示，曲柄滑块组件1包括锁钩1-4、滑块1-12、连杆1-9、曲柄1-10、驱动机构、扭簧1-3、左支撑板1-2以及右支撑板1-8；所述锁钩1-4包括互连的顶面和侧面；所述曲柄1-10一端连接在驱动机构上，并可在驱动机构的驱动下绕连接点转动，另一端与连杆1-9一端铰接；连杆1-9的另一端连接在转轴1-13上；所述滑块1-12安装在所述转轴1-13的端部，且滑块1-12整体安装在所述左支撑板1-2的滑道内；所述扭簧1-3的一端固连在锁钩1-4的侧面上，另一端固连在转轴1-13上，为锁钩1-4提供向脱离压紧杆3-3方向运动的弹力；锁钩1-4的顶面用于压紧压紧杆3-3或者从压紧杆3-3上脱离。

基于以上描述的锁紧与分离装置，装置锁紧有效载荷工作原理为：机械臂带动有效载荷3进入4个支撑座上的8个导向片2构成的捕获区域内，机械臂对有效载荷3提供向下的初始压力，有效载荷在导向片2的作用下位姿被纠正并向下运动至两侧对称布置的曲柄滑块组件1的锁钩1-4的捕获区域内。如图3(a)，驱动机构带动曲柄1-10转动，由此将连杆1-9向下拉动，由于连杆1-9与滑块1-12铰接，则滑块1-12也在滑道中向下滑动，由此带动锁钩1-4向下移动，同时，锁钩1-4绕转动轴1-13向压紧杆3-3的方向转动，顶面逐渐靠近压紧杆3-3，如图3(b)，接触压紧杆3-3后，锁钩1-4转动到位，并继续下移，开始对压紧杆3-3进行下压，由此带动有效载荷3逐渐进入4个支撑座4中，运动到位后，实现锁定，如图3(c)。由于支撑座4朝外的2个侧面分别伸出连个向外倾斜的斜面；在所述有效载荷3与4个支撑座4对应位置固连有压紧块3-2，其形状为与支撑座4的两个斜面以及顶面形状配合的凸面，在有效载荷3下移过程中，压紧块3-2进入支撑座4斜面区域后，凸面与斜面配合，有效载荷3的位姿被进一步精确调整。

锁钩1-4的顶面的下表面螺接有压紧头1-5，用于压紧所述压紧杆3-3；顶面上开有通孔，限位杆1-7穿过该通孔，上端通过螺钉1-6固定在顶面上，下端具有方形头，与压紧头1-5上端的方形孔配合。通过调整压紧头1-5的高度，可以进而调节对压紧杆3-3的压紧程度；限位杆1-7下端的方头用于限制压紧头1-5转动，防止其上下运动。

进一步的，如图6所示，所述支撑座4中心具有一个开口的圆柱腔；圆柱腔的底部设置有中心孔；滑动套筒4-2与所述圆柱腔滑动配合；滑动套筒4-2外侧面安装有限位销钉；支撑座4侧面沿高度方向加工有限定高度的槽孔；限位销钉可在所述槽孔中滑动；滑动套筒4-2的内腔中放置压缩弹簧；碟簧芯轴4-4穿过碟簧组件4-5，底端进入圆柱腔的中心孔中；中心孔底部设置有用于限制碟簧芯轴4-4向上运动的螺母组4-6。

所述有效载荷3底部设置有不锈钢片3-4；载荷平台21对应位置设有电磁铁18-6，且电磁铁18-6与载荷平台21之间设置有弹簧组件。

在有效载荷3的压紧块3-2逐渐压紧支撑座4时，压紧块3-2与支撑座4中的碟簧芯轴4-4上端面接触并逐渐对碟簧组件4-5施加压紧力从而将预紧力可靠地施加到有效载荷3本体上，当有效载荷3进一步下移，开始接触滑动套筒4-2，并对其下压，弹簧4-3开始压缩储能；当曲柄1-10与连杆1-9运动至一条直线时，锁紧过程结束并保持；电磁铁18-6上端面与不锈钢片3-4可靠贴合。电磁铁18-6可以在其下方设置的弹簧组件的作用下沿竖直方向进行少许移动，保证电磁铁18-6与不锈钢片3-4的可靠接触。

装置分离有效载荷工作原理：分离开始时，先对电磁铁18-6通电，电磁铁18-6通过不锈钢片3-4对有效载荷3产生吸附作用。驱动机构的电机反转，锁钩1-4在一系列的传动机构带动下直线向上运动，并逐渐解除对压紧杆3-3的约束，由于锁钩1-4上设置了扭簧1-3，当锁钩1-4与压紧杆3-3脱离后，锁钩1-4向远离压紧杆3-3方向摆转，使得有效载荷3向上脱离的路径上无障碍物阻挡。当锁钩1-4摆转到位后，对电磁铁18-6突然断电，电磁铁18-6对有效载荷3的吸附力瞬间消失，有效载荷3在支撑座4中的压缩弹簧4-3作用下沿着导向片2被以规定的速度弹出，分离过程结束。

为节省空间，减小本发明装置的尺寸，驱动机构通过安装在左支撑板1-2和右支撑板1-8之间的传动主轴22连接所述曲柄1-10的一端，曲柄1-10的另一端安装于传动主轴22之下并与之平行的副轴1-11；所述连杆1-9为弯月状结构，并通过该副轴1-11与所述曲柄1-10铰接；连杆1-9另一端位于传动主轴22的上方，所述传动主轴22位于连杆1-9的弯月结构的凹陷中。传动主轴22穿过曲柄1-10并与之键连接，其与两支撑侧板1-2和1-8之间加装轴承，轴承端盖1-1通过螺钉与两个支撑侧板连接。

如图7所示，电磁铁组件的具体结构如下：两根芯轴18-4分别穿过两根压缩弹簧18-3和电磁铁支撑座18-1两个圆柱孔并与两个螺母连接，电磁铁支撑座18-1与载荷平台21固连。电磁铁18-6与圆形薄板18-8通过螺钉连接在一起，然后将组装好的组件放置于被弹簧18-3顶起的芯轴18-4上。将圆柱壳18-5套于电磁铁18-6外侧并将其底面与电磁铁支撑座18-1螺接。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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。

Claims (7)

1.一种锁紧与分离装置，其特征在于，包括载荷平台(21)、4个支撑座(4)以及2个曲柄滑块组件(1)；

4个支撑座(4)四角对称的固连在载荷平台(21)上，用于对捕获后的有效载荷(3)进行固定；支撑座(4)中设置弹力机构，用于在有效载荷(3)分离时产生向外的弹力；曲柄滑块组件(1)对称安装在载荷平台(21)的两侧，位置与有效载荷(3)上连接的压紧杆(3-3)对应；

每个所述支撑座(4)的外侧两个端面上各设置有一个导向片(2)，用于捕获所述有效载荷(3)；

所述曲柄滑块组件(1)包括锁钩(1-4)、滑块(1-12)、连杆(1-9)、曲柄(1-10)、驱动机构、扭簧(1-3)以及左支撑板(1-2)；所述锁钩(1-4)包括互连的顶面和侧面；所述曲柄(1-10)一端连接在驱动机构上，并可在驱动机构的驱动下绕连接点转动,另一端与连杆(1-9)一端铰接；连杆(1-9)的另一端连接在转轴(1-13)上；所述滑块(1-12)安装在所述转轴(1-13)的端部，且滑块(1-12)整体安装在所述左支撑板(1-2)的滑道内；所述扭簧(1-3)的一端固连在锁钩(1-4)的侧面上，另一端固连在转轴(1-13)上,为锁钩(1-4)提供向脱离压紧杆(3-3)方向运动的弹力；锁钩(1-4)的顶面用于压紧压紧杆(3-3)或者从压紧杆(3-3)上脱离；

所述有效载荷(3)底部设置有不锈钢片(3-4)；载荷平台(21)对应位置设有电磁铁(18-6)，且电磁铁(18-6)与载荷平台(21)之间设置有两根压缩弹簧一(18-3)和两根芯轴(18-4)；

电磁铁组件的具体结构如下：两根芯轴(18-4)分别穿过两根压缩弹簧一(18-3)和电磁铁支撑座(18-1)两个圆柱孔并与两个螺母连接，电磁铁支撑座(18-1)与载荷平台(21)固连；电磁铁(18-6)与圆形薄板(18-8)通过螺钉连接在一起，然后将组装好的组件放置于被压缩弹簧一(18-3)顶起的芯轴(18-4)上；将圆柱壳(18-5)套于电磁铁(18-6)外侧并将其底面与电磁铁支撑座(18-1)螺接。

2.如权利要求1所述的一种锁紧与分离装置，其特征在于，还包括右支撑板(1-8)，所述驱动机构通过安装在左支撑板(1-2)和右支撑板(1-8)之间的传动主轴(22)连接所述曲柄(1-10)的一端，曲柄(1-10)的另一端安装于传动主轴(22)之下并与之平行的副轴(1-11)上；所述连杆(1-9)为弯月状结构，并通过该副轴(1-11)与所述曲柄(1-10)铰接；连杆(1-9)另一端位于传动主轴(22)的上方，所述传动主轴(22)位于连杆(1-9)的弯月结构的凹陷中。

3.如权利要求1所述的一种锁紧与分离装置，其特征在于，锁钩(1-4)的顶面的下表面螺接有压紧头(1-5)，用于压紧所述压紧杆(3-3)；顶面上开有通孔，限位杆(1-7)穿过该通孔，上端通过螺钉(1-6)固定在顶面上，下端具有方形头，与压紧头(1-5)上端的方形孔配合。

4.如权利要求1所述的一种锁紧与分离装置，其特征在于，所述支撑座(4)朝外的2个侧面分别伸出两个向外倾斜的斜面；在所述有效载荷(3)与4个支撑座(4)对应位置固连有压紧块(3-2)，其形状为与支撑座4的两个斜面以及顶面形状配合的凸面。

5.如权利要求4所述的一种锁紧与分离装置，其特征在于，所述支撑座(4)中弹力机构包括滑动套筒(4-2)、压缩弹簧二(4-3)、碟簧芯轴(4-4)以及碟簧组件(4-5)；所述支撑座(4)中心具有一个开口的圆柱腔；圆柱腔的底部设置有中心孔；滑动套筒(4-2)与所述圆柱腔滑动配合；滑动套筒(4-2)外侧面安装有限位销钉；支撑座(4)侧面沿高度方向加工有限定高度的槽孔；限位销钉可在所述槽孔中滑动；滑动套筒(4-2)的内腔中放置压缩弹簧二(4-3)；碟簧芯轴(4-4)穿过碟簧组件(4-5)，底端进入圆柱腔的中心孔中；中心孔底部设置有用于限制碟簧芯轴(4-4)向上运动的螺母组(4-6)。

6.如权利要求1所述的一种锁紧与分离装置，其特征在于，2个所述曲柄滑块组件(1)由一套驱动机构同时驱动。

7.如权利要求6所述的一种锁紧与分离装置，其特征在于，所述驱动机构与曲柄滑块组件(1)之间通过蜗轮蜗杆传动。

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