电磁解锁分离螺母机构

技术领域

本发明涉及航天器运载技术领域，特别涉及一种电磁解锁分离螺母机构。

背景技术

分离螺母是一种轴向连接、径向解锁连接解锁装置，广泛应用于航天器上的部段连接及分离。分离螺母的原理主要为将一个完整螺母切割分瓣，采用箍套将分瓣螺母束紧，分离时，箍套与分瓣螺母发生相对移动，解除约束，分瓣螺母受力张开达到解锁目的。分离螺母一般应用于航天器入轨释放、帆板展开、天线展开等运动部件。传统分离螺母由火工品作动，而火工品存在供货周期长、价格昂贵、冲击大的缺点，这制约了航天产业的快速响应、紧凑布局的发展。

虽然现有技术中提出电磁解锁分离螺母，但是，现有技术中的分离螺母的结构比较复杂且易发生卡滞无法解锁的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电磁解锁分离螺母机构，以解决现有的分离螺母的结构比较复杂且易发生卡滞无法解锁的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种电磁解锁分离螺母机构，包括：

电磁铁，布置在螺母安装壳体的顶端，被配置为通电后向螺母安装壳体内的部件提供吸力以使其发生位移；

螺母安装壳体，被配置为容置限位套筒及分瓣螺母，所述限位套筒为圆柱体，该圆柱体的内侧面具有阶梯状凹槽，限位套筒在螺母安装壳体内位于第一高度时，所述阶梯状凹槽与所述分瓣螺母卡接使多个分瓣螺母紧密扣合，限位套筒在螺母安装壳体内位于第二高度时，所述阶梯状凹槽与所述分瓣螺母错落布置使多个分瓣螺母分离，分瓣螺母的内壁上设置有内螺纹；

卫星安装套筒，被配置为当多个分瓣螺母紧密扣合围设成环形时，与分瓣螺母的内螺纹螺纹配合。

可选的，在所述的电磁解锁分离螺母机构中，所述螺母安装壳体还容置受吸块和预紧弹簧，其中：

所述限位套筒的顶端具有多个圆环柱体，所述受吸块为圆柱体，受吸块轴向贯穿有多个与圆环柱体相匹配的螺纹孔，多个螺栓分别穿过受吸块和圆环柱体以刚性连接所述限位套筒和受吸块；

所述限位套筒的外侧面上绕径向一周具有第一卡环，所述预紧弹簧环绕在受吸块的外侧面上，延伸至所述第一卡环，所述预紧弹簧向所述限位套筒施加与电磁铁提供的吸力相反的压力。

可选的，在所述的电磁解锁分离螺母机构中，所述螺母安装壳体为上下开口的圆筒，所述螺母安装壳体的内表面上设置第一导向槽，第一导向槽沿螺母安装壳体的轴向方向延伸，所述限位套筒的外侧面上沿轴向方向设置有滑台，滑台与第一导向槽相配合，以使限位套筒在螺母安装壳体内沿轴向移动。

可选的，在所述的电磁解锁分离螺母机构中，还包括斜顶块，所述斜顶块为“凸”字形，其第一顶面与径向呈一定角度并承载所述分瓣螺母，其底面与所述螺母安装壳体的底面位于同一水平面上，其第二顶面与所述螺母安装壳体螺栓连接。

可选的，在所述的电磁解锁分离螺母机构中，还包括分离簧片，其中：

每个分瓣螺母都是扇环形，其两个侧边具有沿轴向延伸的“L”形凹槽，当多个分瓣螺母紧密扣合围设成环形时，分瓣螺母的两两连接处形成“T”形孔，所述“T”形孔沿轴向延伸贯穿至斜顶块的第一顶面；

每个所述“T”形孔中容置一个分离簧片，所述分离簧片向“L”形凹槽施加朝向径向外侧的压力。

可选的，在所述的电磁解锁分离螺母机构中，所述卫星安装套筒包括球垫及第一连接件，其中：

所述第一连接件与所述螺母安装壳体均具有外轮廓圆柱以及突出外轮廓圆柱的安装圆盘，所述第一连接件与所述螺母安装壳体的安装圆盘上具有相匹配的螺纹孔，通过螺纹安装刚性连接；

所述第一连接件与所述螺母安装壳体的安装表面内圈为半球形凹陷，球垫具有半球形凹陷相匹配的底面，球垫顶面与所述第一连接件与所述螺母安装壳体的安装表面位于同一水平面上。

可选的，在所述的电磁解锁分离螺母机构中，所述卫星安装套筒包括第二连接件，所述第二连接件贯穿所述第一连接件，并由第一连接件顶面伸出一螺柱。

可选的，在所述的电磁解锁分离螺母机构中，每个所述分瓣螺母的顶面具有一个安装孔，其中：

将斜顶块与所述螺母安装壳体刚性连接，将卫星安装套筒与所述螺母安装壳体刚性连接，使螺柱穿过斜顶块深入到螺母安装壳体内；

通过安装工装插入安装孔实现分瓣螺母的紧密扣合并放置到斜顶块上，并包裹住卫星安装套筒的螺柱；

将限位套筒放置在分瓣螺母上，并抵住多个分瓣螺母使其紧密扣合；

将受吸块与所述限位套筒刚性连接，将预紧弹簧放置在第一卡环上；

将电磁铁安装在所述螺母安装壳体上；

所述安装工装包括圆盘，以及圆盘底部的与安装孔相配合的圆柱工装。

可选的，在所述的电磁解锁分离螺母机构中，当多个分瓣螺母紧密扣合围设成环形时，分瓣螺母的外侧面具有第一接触凸台和第二接触凸台，所述限位套筒的内表面具有第一阶梯凹槽、第二阶梯凹槽和第三阶梯凹槽；

当限位套筒在螺母安装壳体内位于第一高度时，所述第一接触凸台卡在第一阶梯凹槽中，所述第二接触凸台卡在第二阶梯凹槽中；

当限位套筒在螺母安装壳体内位于第二高度时，所述第一接触凸台被释放至第二阶梯凹槽中，所述第二接触凸台被释放至第三阶梯凹槽中。

可选的，在所述的电磁解锁分离螺母机构中，所述限位套筒的顶部具有簧片安装槽，所述簧片安装槽与所述“T”形孔沿轴向位置和形状相配合。

在本发明提供的电磁解锁分离螺母机构中，通过电磁铁通电后向螺母安装壳体内的部件提供吸力以使其发生位移，限位套筒在螺母安装壳体内位于第一高度时，所述阶梯状凹槽与所述分瓣螺母卡接使多个分瓣螺母紧密扣合，限位套筒在螺母安装壳体内位于第二高度时，所述阶梯状凹槽与所述分瓣螺母错落布置使多个分瓣螺母分离，解决了传统火工分离螺母供货周期长、价格昂贵、冲击大的问题。

附图说明

图1是本发明一实施例电磁解锁分离螺母机构外部轮廓示意图；

图2是本发明一实施例电磁解锁分离螺母机构内部正视示意图；

图3是本发明一实施例电磁解锁分离螺母机构内部三维示意图；

图4是本发明一实施例电磁解锁分离螺母机构限位套筒与分瓣螺母安装示意图；

图5是本发明一实施例电磁解锁分离螺母机构限位套筒示意图；

图6是本发明一实施例电磁解锁分离螺母机构分瓣螺母示意图；

图7是本发明一实施例电磁解锁分离螺母机构安装工装示意图；

图中所示：1-电磁铁；2-螺母安装壳体；3-限位套筒；4-分瓣螺母；5-卫星安装套筒；6-受吸块；7-预紧弹簧；8-圆环柱体；9-第一卡环；10-第一导向槽；11-滑台；12-斜顶块；13-第一顶面；14-第二顶面；15-分离簧片；16-球垫；17-第一连接件；18-第二连接件；19-螺柱；20-安装孔；21-安装工装；22-第一接触凸台；23-第二接触凸台；24-第一阶梯凹槽；25-第二阶梯凹槽；26-第三阶梯凹槽；27-簧片安装槽。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的电磁解锁分离螺母机构作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

另外，除非另行说明，本发明的不同实施例中的特征可以相互组合。例如，可以用第二实施例中的某特征替换第一实施例中相对应或功能相同或相似的特征，所得到的实施例同样落入本申请的公开范围或记载范围。

本发明的核心思想在于提供一种电磁解锁分离螺母机构，以解决现有的分离螺母的结构比较复杂且易发生卡滞无法解锁的问题。

为实现上述思想，本发明提供了一种电磁解锁分离螺母机构，包括：电磁铁，布置在螺母安装壳体的顶端，被配置为通电后向螺母安装壳体内的部件提供吸力以使其发生位移；螺母安装壳体，被配置为容置限位套筒及分瓣螺母，所述限位套筒为圆柱体，该圆柱体的内侧面具有阶梯状凹槽，限位套筒在螺母安装壳体内位于第一高度时，所述阶梯状凹槽与所述分瓣螺母卡接使多个分瓣螺母紧密扣合，限位套筒在螺母安装壳体内位于第二高度时，所述阶梯状凹槽与所述分瓣螺母错落布置使多个分瓣螺母分离，分瓣螺母的内壁上设置有内螺纹；卫星安装套筒，被配置为当多个分瓣螺母紧密扣合围设成环形时，与分瓣螺母的内螺纹螺纹配合。

本实施例提供一种电磁解锁分离螺母机构，如图1～7所示，包括：电磁铁1，布置在螺母安装壳体2的顶端，被配置为通电后向螺母安装壳体2内的部件提供吸力以使其发生位移；螺母安装壳体2，被配置为容置限位套筒3及分瓣螺母4，所述限位套筒3为圆柱体，该圆柱体的内侧面具有阶梯状凹槽，限位套筒3在螺母安装壳体2内位于第一高度时，所述阶梯状凹槽与所述分瓣螺母4卡接使多个分瓣螺母4紧密扣合，限位套筒3在螺母安装壳体2内位于第二高度时，所述阶梯状凹槽与所述分瓣螺母4错落布置使多个分瓣螺母4分离，分瓣螺母4的内壁上设置有内螺纹；卫星安装套筒5，被配置为当多个分瓣螺母4紧密扣合围设成环形时，与分瓣螺母4的内螺纹螺纹配合。

在本发明的一个实施例中，在所述的电磁解锁分离螺母机构中，所述螺母安装壳体2还容置受吸块6和预紧弹簧7，其中：所述限位套筒3的顶端具有多个圆环柱体8，所述受吸块6为圆柱体，受吸块6轴向贯穿有多个与圆环柱体8相匹配的螺纹孔，多个螺栓分别穿过受吸块6和圆环柱体8以刚性连接所述限位套筒3和受吸块6；所述限位套筒3的外侧面上绕径向一周具有第一卡环9，所述预紧弹簧7环绕在受吸块6的外侧面上，延伸至所述第一卡环9，所述预紧弹簧7向所述限位套筒3施加与电磁铁1提供的吸力相反的压力。

在本发明的一个实施例中，在所述的电磁解锁分离螺母机构中，所述螺母安装壳体2为上下开口的圆筒，所述螺母安装壳体2的内表面上设置第一导向槽10，第一导向槽10沿螺母安装壳体2的轴向方向延伸，所述限位套筒3的外侧面上沿轴向方向设置有滑台11，滑台11与第一导向槽10相配合，以使限位套筒3在螺母安装壳体2内沿轴向移动。

在本发明的一个实施例中，在所述的电磁解锁分离螺母机构中，还包括斜顶块12，所述斜顶块12为“凸”字形，其第一顶面13与径向呈一定角度并承载所述分瓣螺母4，其底面与所述螺母安装壳体2的底面位于同一水平面上，其第二顶面14与所述螺母安装壳体2螺栓连接。

可选的，在所述的电磁解锁分离螺母机构中，还包括分离簧片15，其中：每个分瓣螺母4都是扇环形，其两个侧边具有沿轴向延伸的“L”形凹槽，当多个分瓣螺母4紧密扣合围设成环形时，分瓣螺母4的两两连接处形成“T”形孔，所述“T”形孔沿轴向延伸贯穿至斜顶块12的第一顶面13；每个所述“T”形孔中容置一个分离簧片15，所述分离簧片15向“L”形凹槽施加朝向径向外侧的压力。

在本发明的一个实施例中，在所述的电磁解锁分离螺母机构中，所述卫星安装套筒5包括球垫16及第一连接件17，其中：所述第一连接件17与所述螺母安装壳体2均具有外轮廓圆柱以及突出外轮廓圆柱的安装圆盘，所述第一连接件17与所述螺母安装壳体2的安装圆盘上具有相匹配的螺纹孔，通过螺纹安装刚性连接；所述第一连接件17与所述螺母安装壳体2的安装表面内圈为半球形凹陷，球垫16具有半球形凹陷相匹配的底面，分散分离螺母承受的径向剪力，减少安装角度偏差的影响，球垫16顶面与所述第一连接件17与所述螺母安装壳体2的安装表面位于同一水平面上。

在本发明的一个实施例中，在所述的电磁解锁分离螺母机构中，所述卫星安装套筒5包括第二连接件18，所述第二连接件18贯穿所述第一连接件17，并由第一连接件17顶面伸出一螺柱19。

在本发明的一个实施例中，在所述的电磁解锁分离螺母机构中，每个所述分瓣螺母4的顶面具有一个安装孔20，其中：将斜顶块12与所述螺母安装壳体2刚性连接，将卫星安装套筒5与所述螺母安装壳体2刚性连接，使螺柱19穿过斜顶块12深入到螺母安装壳体2内；通过安装工装21插入安装孔20实现分瓣螺母4的紧密扣合并放置到斜顶块12上，并包裹住卫星安装套筒5的螺柱19；将限位套筒3放置在分瓣螺母4上，并抵住多个分瓣螺母4使其紧密扣合；将受吸块6与所述限位套筒3刚性连接，将预紧弹簧7放置在第一卡环9上；将电磁铁1安装在所述螺母安装壳体2上；所述安装工装21包括圆盘，以及圆盘底部的与安装孔20相配合的圆柱工装。

在本发明的一个实施例中，在所述的电磁解锁分离螺母机构中，当多个分瓣螺母4紧密扣合围设成环形时，分瓣螺母4的外侧面具有第一接触凸台22和第二接触凸台23，所述限位套筒3的内表面具有第一阶梯凹槽24、第二阶梯凹槽25和第三阶梯凹槽26；当限位套筒3在螺母安装壳体2内位于第一高度时，所述第一接触凸台22卡在第一阶梯凹槽24中，所述第二接触凸台23卡在第二阶梯凹槽25中；当限位套筒3在螺母安装壳体2内位于第二高度时，所述第一接触凸台22被释放至第二阶梯凹槽25中，所述第二接触凸台23被释放至第三阶梯凹槽26中。

在本发明的一个实施例中，在所述的电磁解锁分离螺母机构中，所述限位套筒3的顶部具有簧片安装槽27，所述簧片安装槽27与所述“T”形孔沿轴向位置和形状相配合。

在本发明提供的电磁解锁分离螺母机构中，通过电磁铁1通电后向螺母安装壳体2内的部件提供吸力以使其发生位移，限位套筒3在螺母安装壳体2内位于第一高度时，所述阶梯状凹槽与所述分瓣螺母4卡接使多个分瓣螺母4紧密扣合，限位套筒3在螺母安装壳体2内位于第二高度时，所述阶梯状凹槽与所述分瓣螺母4错落布置使多个分瓣螺母4分离，解决了传统火工分离螺母供货周期长、价格昂贵、冲击大的问题。

本发明可用于星箭入轨分离。以星箭分离为例。电磁铁1与螺母安装壳体2安装固连，螺母安装壳体2与卫星安装套筒5固连，卫星安装套筒5与火箭连接。

发射状态时，将三个分瓣螺母4按照螺纹顺序进行组合，分瓣螺母4边缘应经过修配，组合后的分瓣螺母4可以形成完整的螺纹。将组合后的分瓣螺母4通过安装工装21安装在螺母安装壳体2内部，同时壳体内部留有分离簧片15的安装空间。卫星安装套筒5端面设计有与卫星连接接口孔位，另一头杆部为一定长度的螺柱19，螺纹大径M6～M12，优选M10。分瓣螺母4插入螺母安装壳体2内部后，当卫星安装套筒5通过第二连接件18的锥面插入后，通过安装工装21施加力矩使分瓣螺母4与卫星安装套筒5的螺柱19螺纹段连接，预紧力矩>9.5NM，预紧力>5KN。在分瓣螺母4限位套筒3外侧端面留有预紧弹簧7空间。预紧弹簧7材料可选用碳素弹簧钢丝、琴钢丝、304不锈钢等，优选304不锈钢，工作状态下压力15N～60N，优选30N。在预紧弹簧7轴向持续压力以及周向限位套筒3凸台的限制作用下，分瓣螺母4在地面发射阶段力学环境下不会从螺母安装壳体2内滑出，从而保证螺纹配合的有效性。电磁铁1与受吸块6距离3mm～5mm，优选4mm。

入轨解锁状态下，运载火箭末级给安装在螺母安装壳体2外部的电磁铁1通电，电磁铁1对受吸块6产生吸力，吸力范围200N～～250N。受吸块6与限位套筒3固定连接在一起，受吸块6与限位套筒3向外运动1mm～3mm(优选2mm)后，三个分瓣螺母4的周向限制解除，分瓣螺母4在内部分离簧片15的作用下分开，从而使螺柱19螺纹配合解锁。卫星在星上其他推力元件的作用下远离运载火箭，实现解锁分离动作。该电磁解锁分离螺母装置同样可用于星上天线、帆板等器件的展开。

综上，上述实施例对电磁解锁分离螺母机构的不同构型进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本发明所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。