[发明专利]一种SMA分组滚棒型大载荷释放机构

说明书

技术领域

本发明涉及载荷释放机构的技术领域，特别涉及一种SMA分组滚棒型大载荷释放机构，其具体为利用SMA（形状记忆合金）丝驱动的，基于分组滚棒分瓣螺母结构和SMA复位弹簧的空间连接与释放机构。

背景技术

航天器需要多种连接、分离机构实现空间连接与解锁功能，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）。随着航天技术的发展，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SMA发展新型的空间解锁机构。

在利用SMA研制新型空间连接与解锁机构上，国内外都有了一定的进展，提出了多种利用SMA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“SMA丝驱动的连接与解锁机构”（专利申请号：200810119580.0）。其中“SMA丝驱动的连接与解锁机构”中采用SMA丝作为驱动元件，其结构如图1所示，由绝缘轴承1、绝缘固定座2、箍筒3、外壳4、绝缘滑轮5、分瓣螺母6、螺栓7、端盖8、分离弹簧9、分离顶块10、SMA丝11以及复位弹簧12组成。分瓣螺母6上下端面均以锥面分别和端盖8、顶块10配合，形成一个完整的螺纹副，螺栓7被拧入分瓣螺母6中。箍筒3上端和端盖8配合，下端被预压缩的复位弹簧12顶紧。预拉伸的SMA丝11绕过滑轮5、绝缘轴承1并将两端固定于陶瓷支座2上。图1所示状态为解锁过程，对SMA丝11通电，SMA丝11受热收缩，拉动箍筒3向下运动，同时压缩复位弹簧12，当箍筒3运动到一定位置时，分瓣螺母6上的凸台在分离弹簧9的作用下滑入箍筒3的凹槽中，破坏了螺纹副，使螺栓7从分瓣螺母6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11的低温回复力小于复位弹簧12的推力，在复位弹簧12作用下，箍筒3向上运动，重新拉伸SMA丝11，并将分瓣螺母6重新合拢，从而实验机构的可重复作动功能。

“SMA丝驱动的连接与解锁机构”虽然具有裕度大、同步性好等优点，但其也具有致命的缺点：

（1）释放过程中，分瓣螺母与箍筒之间为滑动摩擦，限制了释放载荷；释放载荷越大，释放的成功率会越低，可靠性不高。

（2）选用普通线性复位弹簧，在随机振动及冲击载荷作用下，可能自动解锁，大大降低了机构的可靠性。

发明内容

本发明主要解决现有机构抗冲击能力低、释放载荷小、无冗余设计、可靠性低等问题，提供了一种抗冲击能力强、释放载荷大、冗余设计及高可靠性的SMA丝驱动的空间连接与释放机构。

本发明解决上述问题的技术方案为：一种SMA分组滚棒型大载荷释放机构，该机构包括：绝缘轴承，绝缘固定座，箍筒，外壳，绝缘滑轮，分瓣螺母，螺栓，端盖，分离弹簧，分离顶块，SMA丝，复位弹簧，箍筒，外壳，电阻加热带，分瓣螺母，滚棒，SMA弹簧，SMA复位弹簧；其中，分瓣螺母被箍筒通过滚棒紧紧箍着，同时分瓣螺母的上下端面分别和端盖、分离顶块配合，这样使得分瓣螺母成为一个完全的螺母，而且不能上下移动，分瓣螺母上开有凹槽，当需要分离时，箍筒向下运动，带动滚棒向下滚动，运动到某一位置，恰好进入分瓣螺母的凹槽内，使分瓣螺母获得径向位移；释放结束后，箍筒在SMA复位弹簧的作用下向上运动，同时通过保持架将滚棒从凹槽中推出，分瓣螺母向内靠拢，形成完整的螺纹，从而完成机构的重复使用功能，分瓣螺母与分离顶块以锥面配合，分离顶块通过两个端面与箍筒配合；在分离过程中，当滚棒进入分瓣螺母的凹槽内时，分离顶块会在预压缩的分离弹簧的作用下，通过锥面辅助分瓣螺母分离。

其中，所述的分组滚棒分瓣螺母结构包括滚棒、带凹槽的分瓣螺母以及箍筒，滚棒处于分瓣螺母和箍筒之间，实现对分瓣螺母的径向约束，滚棒空间位置通过保持架限制，释放时，滚棒在分瓣螺母和箍筒之间滚动，并掉入分瓣螺母的凹槽中实现释放，这种释放方法在释放过程中箍筒只需要克服滚动摩擦，极大地增加了机构释放载荷的能力。

其中，所述的SMA复位弹簧由SMA弹簧外面缠绕电阻加热丝或带组成，电阻加热丝或带能实现对SMA弹簧加热，或者通过其它加热方法实现对SMA弹簧的加热，该其它加热方法为加热棒，加热筒，或加热膜。

其中，所述的SMA复位弹簧能起到复位的作用，在释放后，对SMA复位弹簧通电，SMA弹簧发生相变使得其形变过程中的回复弹力大于SMA丝中的拉力，从而实现机构的自动复位。