一种形状记忆聚合物复合材料驱动的弹簧式分离机构的制作方法

本发明涉及一种应用于空间展开结构的基于形状记忆聚合物复合材料的可重复使用，预紧力可调，低冲击力的分离机构。

背景技术：

形状记忆聚合物复合材料驱动的弹簧式分离机构是空间领域使用的一种设备，可应用于星箭分离、可展开天线，太阳能展开电池阵等空间展开机构。传统空间展开结构的分离机构多以火工品为驱动源，包括爆炸螺栓、火工锁、切割器等，火工品分离机构存在不便于储藏、运输和操作，不可重复使用等缺点，且工作时会产生巨大的冲击波与多余物化学气体、爆炸碎片等，对卫星造成很大的影响。

技术实现要素：

本发明为了解决现有的火工品分离机构系统复杂，操作繁杂，安全性、可靠性较低，释放过程中冲击过大，不可重复使用等问题，进而需要提供一种形状记忆聚合物复合材料驱动的弹簧式分离机构。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：它包括上盒盖、上盒体、圆形套体、底盘、堵头、预载栓柄、两个复位弹簧、两个直线滑轨、两个止动横杆、两个形状记忆聚合物复合材料U型件和四个滑块；两个直线滑轨相对平行固定安装在上盒体底板的上端面上，且位于两个直线滑轨之间上盒体的底板上加工有通孔，且圆形套体的顶端固定安装在通孔内，每个止动横杆的两端分别固定安装有一个滑块，两个止动横杆的内侧面相对平行设置在两个直线滑轨上，每个止动横杆的一端分别设置在一个直线滑轨上，每个止动横杆的另一端分别设置在另一个直线滑轨上，且每个止动横杆上一端的滑块设置在止动横杆与直线滑轨之间，一个形状记忆聚合物复合材料U型件的两个侧壁分别夹在两个止动横杆的一端，另一个形状记忆聚合物复合材料U型件的两个侧壁分别夹在两个止动横杆的另一端，每根电线分别与一个形状记忆聚合物复合材料U型件连接，每个止动横杆上设有一个复位弹簧，且每个复位弹簧的一端安装在一个止动横杆上，且每个复位弹簧的另一端安装在与止动横杆的外侧面相对的上盒体的内侧壁上，每个止动横杆的内侧面中部加工有弧形孔，预载栓柄竖直设置在两个止动横杆之间的弧形孔内，且预载栓柄的顶端与堵头固定连接，堵头的下端面卡在两个止动横杆的上端面上，预载栓柄的底端与底盘螺纹连接，预载栓柄设置在圆形套体内，上盒盖通过螺钉盖装在上盒体上。

本发明的有益效果是：

通过电线5对形状记忆聚合物复合材料U型件10通电使其弯曲部位恢复直线，从而使复位弹簧带动止动横杆相背滑移，解除对堵头8的约束，进而堵头8与止动横杆9脱离，实现分离结构上盒体2与底盘4的分离；形状记忆聚合物复合材料驱动的弹簧式分离机构利用压力与摩擦力的转换原理，分离机构可由较小拉力的复位弹簧6带动止动横杆9运动；形状记忆聚合物复合材料U型件10依靠材料自身的变形回复特性，通过驱动元件10-2便可展开，实现对复位弹簧6动作的驱动，展开过程可靠性高，对整体系统的冲击力小；通过弹簧选型、改变弹簧预拉伸变形量值、控制内外螺纹咬合深度可以改变分离机构预紧力，通过对形状记忆聚合物复合材料U型件10的反复弯折变形可以实现分离机构的重复利用，加大了分离机构的设计灵活性，扩展了应用范围，同时降低了成本。

附图说明

图1是本发明上盒盖1盖装在上盒体2上的整体机构示意图，图2是本发明整体机构示意图，图3是、底盘4、、电线5、复位弹簧6、直线滑轨7、堵头8、止动横杆9、形状记忆聚合物复合材料U型件10、滑块11、预载栓柄12和分离弹簧13连接示意图，图4是形状记忆聚合物复合材料U型件10呈“U”形时的示意图，图5是形状记忆聚合物复合材料U型件10上驱动元件10-2通电加热后的示意图,图6是本发明堵头8与两个止动横杆9处于临界脱离状态示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1-图6说明本实施方式，本实施方式所述一种形状记忆聚合物复合材料驱动的弹簧式分离机构，它包括上盒盖1、上盒体2、圆形套体3、底盘4、堵头8、预载栓柄12、两个复位弹簧6、两个直线滑轨7、两个止动横杆9、两个形状记忆聚合物复合材料U型件10和四个滑块11；两个直线滑轨7相对平行固定安装在上盒体2底板的上端面上，且位于两个直线滑轨7之间上盒体2的底板上加工有通孔，且圆形套体3的顶端固定安装在通孔内，每个止动横杆9的两端分别固定安装有一个滑块11，两个止动横杆9的内侧面相对平行设置在两个直线滑轨7上，每个止动横杆9的一端分别设置在一个直线滑轨7上，每个止动横杆9的另一端分别设置在另一个直线滑轨7上，且每个止动横杆9上一端的滑块11设置在止动横杆9与直线滑轨7之间，一个形状记忆聚合物复合材料U型件10的两个侧壁分别夹在两个止动横杆9的一端，另一个形状记忆聚合物复合材料U型件10的两个侧壁分别夹在两个止动横杆9的另一端，每根电线5分别与一个形状记忆聚合物复合材料U型件10连接，每个止动横杆9上设有一个复位弹簧6，且每个复位弹簧6的一端安装在一个止动横杆9上，且每个复位弹簧6的另一端安装在与止动横杆9的外侧面相对的上盒体2的内侧壁上，每个止动横杆9的内侧面中部加工有弧形孔，预载栓柄12竖直设置在两个止动横杆9之间的弧形孔内，且预载栓柄12的顶端与堵头8固定连接，堵头8的下端面卡在两个止动横杆9的上端面上，预载栓柄12的底端与底盘4螺纹连接，预载栓柄12设置在圆形套体3内，上盒盖1通过螺钉盖装在上盒体2上。

具体实施方式二：结合图1-图6说明本实施方式，本实施方式所述一种形状记忆聚合物复合材料驱动的弹簧式分离机构，形状记忆聚合物复合材料U型件10包括形状记忆聚合物复合材料U型板10-1和驱动元件10-2，形状记忆聚合物复合材料U型板10-1的一个侧壁和底部连接处安装有驱动元件10-2，驱动元件10-2为电驱动、热驱动、磁驱动、光驱动或溶液驱动中的一种，当驱动元件10-2为电驱动时驱动元件10-2通过电线5与外部电源连通，进而驱动形状记忆聚合物复合材料U型板10-1弯曲部位恢复变直，电驱动的实现方式为内埋的电阻丝、内埋电加热膜、外贴电热膜或外涂导电胶加热涂层中的一种，驱动元件10-2作用使形状记忆聚合物复合材料U型板10-1其弯曲部位恢复变直，从而使复位弹簧带动止动横杆相背滑移，其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1-图6说明本实施方式，本实施方式所述一种形状记忆聚合物复合材料驱动的弹簧式分离机构，形状记忆聚合物复合材料U型板10-1增强相为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、硼纤维、石墨粉、镍粉或碳纳米管中的一种，其它组成及连接关系与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：结合图2说明本实施方式，本实施方式所述一种形状记忆聚合物复合材料驱动的弹簧式分离机构，堵头8的底端与预载栓柄12的顶端螺纹连接或焊接，堵头8的横截面为圆形、椭圆形、菱形、六边形或八边形中的一种，堵头8与每个止动横杆9的接触面为平面、斜面、圆锥面、带有凸起的表面中的一种，其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：结合图2、图3说明本实施方式，本实施方式所述一种形状记忆聚合物复合材料驱动的弹簧式分离机构，它还包括分离弹簧13，预载栓柄12的底端与分离弹簧13的一端固定连接，分离弹簧13的另一端与底盘4固定连接，分离弹簧13为圆柱螺旋拉伸弹簧、橡胶弹簧、橡胶-金属螺旋复合弹簧中的一种，分离弹簧13的两端为半圆钩环、圆钩环、可转钩环、螺杆调整拉力结构、旋塞式调整结构、支撑座为螺母的调整结构、直尾式调整结构或挂板式调整结构中的一种，复位弹簧6的两端为半圆钩环、圆钩环、可转钩环、螺杆调整拉力结构、旋塞式调整结构、支撑座为螺母的调整结构、直尾式调整结构或挂板式调整结构中的一种，其它组成及连接关系与具体实施方式一或四相同。

具体实施方式六：结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式所述一种形状记忆聚合物复合材料驱动的弹簧式分离机构，每个止动横杆9外侧的复位弹簧6数量可为1-6根，多个复位弹簧6并联或串联安装于止动横杆9上，安装位置可为止动横杆9中间、两侧或间隔均布分布中的一种，其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式七：：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种形状记忆聚合物复合材料驱动的弹簧式分离机构，形状记忆聚合物复合材料驱动的弹簧式分离机构的分离物可通过螺栓连接、螺钉连接、胶接或焊接固定于上盒身2上与底盘4上，分离物分别安装位置可为上盒身2与底盘4的内侧或外侧，其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

工作原理

本发明的分离机构在锁定状态时形状记忆聚合物复合材料U型件10呈“U”型卡于止动横杆9两端，堵头8外伸出止动横杆9，此时两止动横杆间孔径小于堵头8直径，可限制堵头8沿轴线向底盘的运动，同时由于分离弹簧13的拉伸变形，堵头8沿轴线背离底盘4的运动受限；分离机构在分离时，形状记忆聚合物复合材料U型件10受热变形呈“L”型，止动横杆在复位弹簧的作用下沿着滑轨相背移动，中心孔扩大，使得堵头8沿分离弹簧13轴线方向回收，实现的分离。