本发明涉及运载火箭分离、星箭分离等科技前沿技术领域，尤其是涉及一种气动自解锁分离螺母及航天器。
背景技术：
分离螺母是一种轴向连接、径向解锁的连接解锁装置，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。
目前，我国运载火箭及卫星用分离螺母主要以火工连接分离螺母解锁装置，这种装置能够能提供非常大的连接力，同时具有爆炸启动压力小，分离冲击相对小等优点。
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。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种气动自解锁分离螺母及航天器，以改善现有技术中存在的分离螺母的结构比较复杂且易发生卡滞无法解锁的技术问题。
本发明提供的一种气动自解锁分离螺母，包括气体发生器、气缸、外壳、多个分瓣螺母以及多个解锁球；气缸、多个分瓣螺母以及多个解锁球均设置在外壳的内部；气缸的外壁与外壳的内壁抵接，且气缸与外壳形成气腔；气体发生器向气腔中通入气体，从而带动气缸沿外壳的内壁轴向运动；多个分瓣螺母依次抵接围设成环形；每个分瓣螺母对应至少一个解锁球；解锁球的一端与其中一个分瓣螺母的外壁抵接，另一端与气缸的内壁抵接；气缸的内壁上设置有用于容纳多个解锁球的至少一个环形凹槽；当气缸与多个分瓣螺母产生相对运动，多个解锁球进入至环形凹槽中时，多个分瓣螺母分开。
进一步的，气动自解锁分离螺母还包括限位套；限位套设置在外壳的内部，且限位套与外壳固定连接；限位套套设在多个分瓣螺母的外部，且限位套与分瓣螺母之间存在空隙；限位套上设置有多个用于容纳多个解锁球的通孔，多个通孔与多个解锁球一一对应。
进一步的，通孔包括第一限位孔和第二限位孔；多个第一限位孔沿限位套的周向方向依次间隔设置，多个第二限位孔沿限位套的周向方向依次间隔设置，且多个第一限位孔与多个第二限位孔沿限位套的轴向方向间隔设置。
进一步的，通孔呈圆形；通孔的内壁与解锁球的外壁抵接。
进一步的，气动自解锁分离螺母还包括分离弹簧；分瓣螺母的内壁上设置有安装槽，当多个分瓣螺母依次抵接时，多个安装槽依次连接呈环状；分离弹簧设置在安装槽内，且分离弹簧沿分瓣螺母的周向方向环形设置。
进一步的，每个分瓣螺母的外壁上均设置有导向槽；导向槽沿分瓣螺母的轴向方向延伸，限位套的内壁上设置有与导向槽配合的导向凸起。
进一步的，气动自解锁分离螺母还包括上支撑垫和下支撑垫；上支撑垫和下支撑垫均设置在外壳的内部，且均与外壳固定连接；上支撑垫的上表面与气缸的内壁围设成气腔；上支撑垫的下表面与分瓣螺母的上端面抵接；下支撑垫的上表面与分瓣螺母的下端面抵接。
进一步的，上支撑垫的下端面和下支撑垫的上端面均与水平面呈角度设置。
进一步的，气动自解锁分离螺母还包括进气嘴；进气嘴的一端与气体发生器连通，另一端与气腔连通；进气嘴的外壁上套设有复位弹簧；复位弹簧的一端与外壳的内顶壁抵接，另一端与气缸的上端面抵接。
进一步的，本发明还提供一种航天器，航天器包括气动自解锁分离螺母。
本发明提供的气动自解锁分离螺母，本实施例提供的一种气动自解锁分离螺母，在使用过程中，当多个分瓣螺母依次抵接围设成环形时，解锁球的两端分别与分瓣螺母的外壁以及气缸的内壁抵接，给分瓣螺母一径向压力，令多个分瓣螺母始终依次抵接，保持环形状态，防止分瓣螺母与对接螺栓的螺纹间产生径向移动，实现分离螺母与对接螺栓的固定连接；当需要解锁时，气体发生器向气腔中通入气体，从而令气缸沿外壳的内壁的轴向方向向上运动；气缸与分瓣螺母产生相对运动时，环形凹槽与解锁球处于同一高度，解锁球滚动到环形凹槽中，从而释放对分瓣螺母的约束力，分瓣螺母与对接螺栓产生空隙，即完成解锁。
由上可知，本发明提供的气动自解锁分离螺母的结构简单，且解锁球的设置能够改善解锁过程卡滞的问题，令分离螺母快速解锁，提高工作效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的气动自解锁分离螺母的结构示意图；
图2为图1中a-a方向的剖视图；
图3为本发明实施例提供的限位套的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的限位套和分瓣螺母配合的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的分瓣螺母的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的气缸的结构示意图。
图标：1-气体发生器；2-气缸；3-外壳；4-分瓣螺母；5-解锁球；6-气腔；7-环形凹槽；8-限位套；9-通孔；10-分离弹簧；11-安装槽；12-导向槽；13-导向凸起；14-上支撑垫；15-下支撑垫；16-进气嘴；17-复位弹簧；18-第一凹槽；19-第二凹槽；20-第三凹槽；91-第一限位孔；92-第二限位孔。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所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发明和简化描述，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发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1为本发明实施例提供的气动自解锁分离螺母的结构示意图；图2为图1中a-a方向的剖视图；如图1和图2所示，本实施例提供的气动自解锁分离螺母，包括气体发生器1、气缸2、外壳3、多个分瓣螺母4以及多个解锁球5；气缸2、多个分瓣螺母4以及多个解锁球5均设置在外壳3的内部；气缸2的外壁与外壳3的内壁抵接，且气缸2与外壳3形成气腔6；气体发生器1向气腔6中通入气体，从而带动气缸2沿外壳3的内壁轴向运动；多个分瓣螺母4依次抵接围设成环形；每个分瓣螺母4对应至少一个解锁球5；解锁球5的一端与其中一个分瓣螺母4的外壁抵接，另一端与气缸2的内壁抵接；气缸2的内壁上设置有用于容纳多个解锁球5的至少一个环形凹槽7；当气缸2与多个分瓣螺母4产生相对运动，多个解锁球5进入至环形凹槽7中时，多个分瓣螺母4分开。
其中，分瓣螺母4的内壁上设置有内螺纹，当多个分瓣螺母4依次抵接围设成环形时，内螺纹与对接螺栓螺纹配合。
进一步的，解锁球5与分瓣螺母4的外壁以及气缸2的内壁为过盈配合，当环形凹槽7与解锁球5处于同一高度时，解锁球5能够快速滚动到环形凹槽7中。
进一步的，当每个分瓣螺母4对应一个解锁球5时，气缸2的内壁上只需设置一个环形凹槽7；当每个分瓣螺母4对应多个解锁球5时，气缸2的内壁上应设置多个环形凹槽7。
进一步的，分瓣螺母4的外壁上可设置有导轨，导轨沿分瓣螺母4的轴向方向延伸。在使用过程中，当气缸2与多个分瓣螺母4产生相对运动，多个解锁球5沿导轨运动并进入至凹槽中。导轨的设置能够对解锁球5起到导向作用，令解锁球5沿导轨方向滚动，尽快进入到环形凹槽7中，不产生卡滞。
本实施例提供的气动自解锁分离螺母，本实施例提供的一种气动自解锁分离螺母，在使用过程中，当多个分瓣螺母4依次抵接围设成环形时，解锁球5的两端分别与分瓣螺母4的外壁以及气缸2的内壁抵接，给分瓣螺母4一径向压力，令多个分瓣螺母4始终依次抵接，保持环形状态，防止分瓣螺母4与对接螺栓的螺纹间产生径向移动，实现分离螺母与对接螺栓的固定连接；当需要解锁时，气体发生器1向气腔6中通入气体，从而令气缸2沿外壳3的内壁的轴向方向向上运动；气缸2与分瓣螺母4产生相对运动时，环形凹槽7与解锁球5处于同一高度，解锁球5滚动到环形凹槽7中，从而释放对分瓣螺母4的约束力，分瓣螺母4与对接螺栓产生空隙，即完成解锁。
由上可知，本实施例提供的气动自解锁分离螺母的结构简单，且解锁球5的设置能够改善解锁过程卡滞的问题，令分离螺母快速解锁，提高工作效率。
图3为本发明实施例提供的限位套的结构示意图；如图2和图3所示，在上述实施例的基础上，进一步的，气动自解锁分离螺母还包括限位套8；限位套8设置在外壳3的内部，且限位套8与外壳3固定连接；限位套8套设在多个分瓣螺母4的外部，且限位套8与分瓣螺母4之间存在空隙；限位套8上设置有多个用于容纳多个解锁球5的通孔9，多个通孔9与多个解锁球5一一对应。
其中，限位套8应设置成环形。
进一步的，限位套8可以与外壳3螺纹连接。
本实施例中，气动自解锁分离螺母还包括限位套8。在使用过程中，解锁球5穿设在通孔9中，且解锁球5的两端分别与分瓣螺母4的外壁以及气缸2的内壁抵接。当气缸2与分瓣螺母4产生相对运动时，解锁球5在通孔9中滚动，当环形凹槽7移动到通孔9处时，解锁球5的部分陷入至环形凹槽7中，从而释放对分瓣螺母4的约束力；由于限位套8与分瓣螺母4之间存在空隙，分瓣螺母4解除约束力后朝靠近限位套8的方向移动，与螺栓产生空隙，即完成解锁。限位套8的设置能够对解锁球5起到限位作用，保证解锁球5在滚动的过程中不会产生偏移，当环形凹槽7移动到通孔9处时，解锁球5能够快速进入至环形凹槽7中。
如图3所示，在上述实施例的基础上，进一步的，通孔9包括第一限位孔91和第二限位孔92；多个第一限位孔91沿限位套8的周向方向依次间隔设置，多个第二限位孔92沿限位套8的周向方向依次间隔设置，且多个第一限位孔91与多个第二限位孔92沿限位套8的轴向方向间隔设置。
其中，根据实际应用情况，通孔9还可以包括多个第三限位孔、多个第四限位孔等多排限位孔。
本实施例中，通孔9包括第一限位孔91和第二限位孔92。在使用过程中，每个第一限位孔91和第二限位孔92均对应一个解锁球5，这样能够增加分瓣螺母4的受到解锁球5的约束力，且受力更加均匀，从而提高气动自解锁分离螺母与对接螺栓连接的稳定性。
如图1和图3所示，在上述实施例的基础上，进一步的，通孔9呈圆形；通孔9的内壁与解锁球5的外壁抵接。
其中，通孔9的大小与解锁球5的大小匹配。
本实施例中，通孔9呈圆形，这样能够更好的起到限位的作用，保证解锁球5快速滚动不卡滞。
图4为本发明实施例提供的限位套和分瓣螺母配合的结构示意图；如图2和图4所示，在上述实施例的基础上，进一步的，气动自解锁分离螺母还包括分离弹簧10；分瓣螺母4的内壁上设置有安装槽11，当多个分瓣螺母4依次抵接时，多个安装槽11依次连接呈环状；分离弹簧10设置在安装槽11内，且分离弹簧10沿分瓣螺母4的周向方向环形设置。
其中，沿分瓣螺母4的内壁的轴向方向可设置有多个安装槽11，分离弹簧10可以为多个。这样能够进一步增加分瓣螺母4径向分离力。
本实施例中，气动自解锁分离螺母还包括分离弹簧10。在使用过程中，当分瓣螺母4解锁时，分离弹簧10能够增加分瓣螺母4的径向分离力，令多个分瓣螺母4快速弹开，从而加快与外部螺纹分离的速度。
图5为本发明实施例提供的分瓣螺母的结构示意图；如图3、图4以及图5所示，在上述实施例的基础上，进一步的，每个分瓣螺母4的外壁上均设置有导向槽12；导向槽12沿分瓣螺母4的轴向方向延伸，限位套8的内壁上设置有与导向槽12配合的导向凸起13。
本实施例中，在将分瓣螺母4安装进限位套8的过程中，导向凸起13在导向槽12中滑动，起到导向作用。另外，在使用过程中，导向凸起13和导向槽12能够保证分瓣螺母4不产生转动，起到限位的作用。
图6为本发明实施例提供的气缸的结构示意图；如图2和图6所示，在上述实施例的基础上，进一步的，气动自解锁分离螺母还包括上支撑垫14和下支撑垫15；上支撑垫14和下支撑垫15均设置在外壳3的内部，且均与外壳3固定连接；上支撑垫14的上表面与气缸2的内壁围设成气腔6；上支撑垫14的下表面与分瓣螺母4的上端面抵接；下支撑垫15的上表面与分瓣螺母4的下端面抵接。
其中，下支撑垫15可以与外壳3螺栓连接。
进一步的，限位套8可通过与上支撑垫14和下支撑垫15固定连接，从而与外壳3固定连接。
进一步的，气缸2的外壁上可设置有多个用于放置阻尼圈的第一凹槽18，阻尼圈能够起到减振的作用。
进一步的，上支撑垫14的外壁上可设置有用于放置密封圈的第二凹槽19，密封圈能够填充上支撑垫14与气缸2之间的空隙，防止气体外泄，保证气腔6内的气压，起到密封作用。
本实施例中，气动自解锁分离螺母还包括上支撑垫14和下支撑垫15。在使用过程中，上支撑垫14和下支撑垫15能够限制分瓣螺母4的移动范围，起到限位的作用。
如图2所示，在上述实施例的基础上，进一步的，上支撑垫14的下端面和下支撑垫15的上端面均与水平面呈角度设置。
其中，分瓣螺母4的上端面和下端面应与上支撑垫14的下端面和下支撑垫15的上端面相配合，与水平面呈角度设置。
进一步的，多个分瓣螺母4的形状相同，这样能够提高装置的互换性。
本实施例中，上支撑垫14的下端面和下支撑垫15的上端面均与水平面呈角度设置。在使用过程中，当分瓣螺母4分离时，分离弹簧10弹开，分瓣螺母4沿上支撑垫14的下端面和下支撑垫15的上端面倾斜滑动，这样能够防止产生转动和振颤，有效降低分离时的冲击，保证可靠性。
如图2和图6所示，在上述实施例的基础上，进一步的，气动自解锁分离螺母还包括进气嘴16；进气嘴16的一端与气体发生器1连通，另一端与气腔6连通；进气嘴16的外壁上套设有复位弹簧17；复位弹簧17的一端与外壳3的内顶壁抵接，另一端与气缸2的上端面抵接。
其中，进气嘴16可以与外壳3固定连接，例如螺纹连接。这样能够防止在使用过程中进气嘴16产生偏移。
进一步的，气缸2与进气嘴16的抵接处可设置有用于放置密封圈的第三凹槽20，密封圈能够填充上支撑垫14与气缸2之间的空隙，防止气体外泄，保证气腔6内的气压，起到密封作用。
本实施例中，在使用过程中，当气动力解除时，复位弹簧17的弹力推动气缸2向下移动，环形凹槽7中的解锁球5的一端与气缸2的内壁抵接，另一端与分瓣螺母4的外壁抵接，再次令多个分瓣螺母4合拢，实现装置的重复使用。
在上述实施例的基础上，进一步的，本发明实施例还提供一种航天器，航天器包括气动自解锁分离螺母。
其中，航天器包括外接螺栓。外接螺栓与分瓣螺母4螺纹连接。
本实施例中，航天器具有和上述气动自解锁分离螺母，其产生的效果与气动自解锁分离螺母的效果相同，不再赘述。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。