指定旋转角度的自动分离机构及设计方法

技术领域

本发明涉及航天领域分离机构，具体地，涉及指定旋转角度的自动分离机构及设计方法。

背景技术

飞行器上一般会装有各种特殊的部件，这种部件在一般情况下需要牢固的安装在飞行器上。在一定的条件下，必须将该部件从飞行器上分离出去。由于飞行器是飞行速度大，分离过程中受到气动力和干扰力比较大，使得分离的难度较大，可能存在无法分离分离、分离过程中与母器碰撞、分离中解体等故障，故障一旦发生，极可能导致飞行任务失败。

目前这一类的结构如罩体类部件均为整体式，分离时借助小火箭产生分离力，将罩体与飞行器分离。这种罩体质量大、资源占用多，对飞行器性能提高有限制作用。如果将罩体小型化，使其只保留需要工作的部分，摒弃小火箭，则将极大地起到减重、简化系统的效果，如：

专利文献CN111498151B涉及一种弹簧推冲装置。包括：推冲壳体和安装在所述推冲壳体内的推冲杆；本技术方案将此装置安装在飞行器与火箭的分离端面上，在器箭分离时，利用本装置的推冲杆将飞行器推开，实现飞行器与火箭的成功分离。本申请具体地利用推冲壳体作为本装置的基础结构，在其内部安装推冲杆，推冲杆靠近第一轴承的一侧设有螺纹孔，利用一个螺杆连到螺纹孔上，从推冲端盖侧将推冲杆拉进推冲壳体内，使推冲杆设有承力块的一侧与推冲壳体设有容纳槽的一侧平齐，从而固定住推冲杆，此时弹簧处于压缩状态，当把推冲壳体上的螺杆拆除后，压缩的弹簧的作用力开始推动推冲杆，使得推冲杆弹出并推动飞行器，实现飞行器与火箭分离的目的。

因此有必要提出一种新的部件分离方法，可以做到在部件分离初始运动姿态是固定的、有导向的，当分离至合适的位置时迅速分离，以解决部件小型化的分离问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种指定旋转角度的自动分离机构及设计方法。

根据本发明提供的一种指定旋转角度的自动分离机构，包括：罩体、母器、转轴、销轴、槽以及孔；

所述罩体上安装销轴，所述罩体一端设置孔；

所述母器安装转轴，所述母器上设置槽；

当所述罩体与所述母器贴合时，所述罩体相对于所述母器位置设置为零位，所述转轴安装在孔中，所述销轴安装在所述槽中；

所述孔设置为半开合孔，所述槽开口处设置为喇叭状圆弧开口；

当所述罩体与所述母器分离时，所述罩体通过转轴和孔相对于所述母器旋转角度为A，所述销轴通过喇叭状圆弧开口绕所述转轴圆心转动角度A，所述孔通过设置为半开合孔与所述转轴脱离。

优选地，所述置槽背向喇叭状圆弧开口处设置为与所述销轴相适配的半圆弧凹槽。

优选地，所述半圆弧凹槽开口处以转轴为中心圆弧过渡，当圆弧过渡段角度达到A时连接喇叭状圆弧开口；

所述销轴脱离槽的过程为导向段，所述罩体旋转方向受圆弧过渡、转轴以及孔导向约束。

优选地，半开合孔的孔满足当所述罩体与所述母器贴合时，所述转轴沿转轴中心与槽中心连线背向所述罩体分离时转动方向一侧与所述孔贴合角度大于45°；

当所述罩体与所述母器贴合时，所述罩体通过孔和转轴受垂直于转轴中心与槽中心连线方向限位。

优选地，半开合孔的孔还满足当所述罩体沿分离方向旋转角度A后，所述转轴沿转轴中心与槽中心连线背向所述罩体分离时转动方向一侧与所述孔贴合角度小于45°；

当所述罩体沿分离方向旋转角度A后，所述罩体不受导向约束。

优选地，所述罩体一端设置避位槽，所述母器安装在所述避位槽内。

优选地，所述避位槽两侧的罩体上设置通孔；

所述销轴固定安装在两侧所述通孔中。

优选地，所述罩体连接母器一端末端设置孔；

所述母器向外侧延伸出转轴，所述转轴与所述孔相适配。

优选地，所述母器上设置槽，所述槽与所述销轴相适配。

优选地，所述指定旋转角度的自动分离机构的设计方法，包括以下步骤：

步骤S1，根据载荷确定所述转轴和所述销轴的直径尺寸，根据安装尺寸预确定所述转轴和所述销轴的距离；

步骤S2，根据所述转轴和所述销轴的相对位置确认所述槽位置，根据销轴直径确认槽的直径；

步骤S3，加工出槽及以转轴为中心的圆弧过渡段，当圆弧过渡段角度达到A时加工出喇叭状圆弧开口；

步骤S4，在所述罩体上加工出半开合的孔；

步骤S5，对设计后零件进行动力学仿真，确认分离轨迹正确性。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明提供一种指定旋转角度的自动分离机构，可以在罩体旋转指定角度后自动与母器分离，解决了部件小型化的分离问题。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为自动分离机构贴合时结构示意图；

图2为自动分离机构分离时结构示意图；

图3为自动分离机构分离时主视图；

图4为圆弧过渡段原理图；

图5为半开合孔原理图。

图中所示：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

如图1至图3所示，一种指定旋转角度的自动分离机构，包括：罩体1、母器2、转轴3、销轴4、槽5以及孔6；罩体1上安装销轴4，罩体1一端设置孔6，母器2安装转轴3，母器2上设置槽5；当罩体1与母器2贴合时，罩体1相对于母器2位置设置为零位，转轴3安装在孔6中，销轴4安装在槽5中，孔6设置为半开合孔，孔6两侧设置为圆弧状；，槽5开口处设置为喇叭状圆弧开口；当罩体1与母器2分离时，罩体1通过转轴3和孔6相对于母器2旋转角度为A，销轴4通过喇叭状圆弧开口绕转轴3圆心转动角度A，孔6通过设置为半开合孔与转轴3脱离。罩体1一端设置避位槽，母器2安装在避位槽内，避位槽两侧的罩体1上设置通孔，销轴4固定安装在两侧通孔中。罩体1连接母器2一端末端设置孔6，母器2向外侧延伸出转轴3，转轴3与孔6相适配，母器2上设置槽5，槽5与销轴4相适配。

如图4所示，置槽5背向喇叭状圆弧开口处设置为与销轴4相适配的半圆弧凹槽，半圆弧凹槽开口处以转轴3为中心圆弧过渡，当圆弧过渡段角度达到A时连接喇叭状圆弧开口；销轴4脱离槽5的过程为导向段，罩体1旋转方向受圆弧过渡、转轴3以及孔6导向约束。

如图5所示，半开合孔的孔6满足当罩体1与母器2贴合时，转轴3沿转轴3中心与槽5中心连线背向罩体1分离时转动方向一侧与孔6贴合角度大于45°；当罩体1与母器2贴合时，罩体1通过孔6和转轴3受垂直于转轴3中心与槽5中心连线方向限位。半开合孔的孔6还满足当罩体1沿分离方向旋转角度A后，转轴3沿转轴3中心与槽5中心连线背向罩体1分离时转动方向一侧与孔6贴合角度小于45°；当罩体1沿分离方向旋转角度A后，罩体1不受导向约束。

本实施例的涉及方法，包括以下步骤：步骤S1，根据载荷确定转轴3和销轴4的直径尺寸，根据安装尺寸预确定转轴3和销轴4的距离；步骤S2，根据转轴3和销轴4的相对位置确认槽5位置，根据销轴4直径确认槽5的直径；步骤S3，加工出槽5及以转轴3为中心的圆弧过渡段，当圆弧过渡段角度达到A时加工出喇叭状圆弧开口；步骤S4，在罩体1上加工出半开合的孔6；步骤S5，对设计后零件进行动力学仿真，确认分离轨迹正确性。

实施例2

实施例2作为实施例1的优选例。

本实施例在分离部件分离时可以做到分离部件初始运动姿态是固定的、有导向的，当分离至合适的位置时迅速分离，以解决分离部件小型化的分离问题，分离部件以罩体1为例。

如图1至图5所示，罩体1上存在半开放的孔6，可绕母器2上的转轴3转动，同时罩体1上设置销轴4，可在母器2上的槽5内运动。槽5的设计使得罩体1初始运动都在导向下运动，当分离至需求角度时，槽5的开口开大，逐渐失去对销轴4的约束。此时，半开放的孔6的设计也方便罩体1脱出转轴3。

分离旋转机构形式为罩体1绕转轴3转动，转轴3设置在母器2上，罩体1一端为半开放的孔6，孔6的设计保证在初始贴合及导向段可绕转轴3转动，孔6的上侧和下侧都应设置圆弧，圆弧设置位置尺寸应方便孔6脱离转轴3；

罩体1绕转轴3旋转的同时，销轴4在母器2上的槽5内运动，这一段称为导向段，罩体1旋转的姿态是固定的、有导向的，当该销轴4运动出槽5后，罩体1逐渐失去导向约束，槽5的设计尺寸保证罩体1绕转轴转动一定角度后，销轴4从槽5脱出，实现分离。

实施例3

本装置具体通过以下方法实现：

应首先根据载荷通过计算确定转轴3和销轴4的直径尺寸，保证结构强度，根据安装尺寸等预确定转轴3与销轴4的距离；

如图3至图5所示，本实例以9°分离为例，其中槽5的设计在9°前部分，其槽5内顶部为销轴4的半个圆柱，往下发展槽5内壁应以转轴3为中心圆弧过渡，当角度到达9°时，应设喇叭状圆弧开口，使得槽5与销轴4的间隙从9°处逐渐增大；

半开放的孔6处的设计，当罩体1在零位时，孔6应卡在转轴3上，罩体1的上下运动应被限制，即转轴3水平线上方应有大于45°的贴合；当罩体运动了9°后，转轴3水平线上方应有小于45°的贴合，同时继续考虑罩体1的后续运动，设置响应的圆弧；

零件全部设计完成后应进行动力学仿真，确认分离轨迹正确性。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。