[发明专利]SMA丝驱动的连接与解锁机构

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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，火工品所引起的冲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空间同步解锁机构”(中国专利申请号：200610011626.8)。其中“微型大载荷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，通过螺纹固定在下连接件1上，分瓣螺母4下部通过螺纹与底座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1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。

“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。

发明内容

本发明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。

根据本发明的一个方面，所述的SMA丝驱动的连接与解锁机构设置有：分瓣螺母，用于与一螺栓螺纹连接，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，从而放松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，并拉伸所述SMA丝。

根据本发明的一个实施方式，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。

根据本发明的另一个实施方式，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。