一种火工品异构冗余强制解锁分离高可靠机电伺服机构的制作方法

本发明涉及一种高可靠分离机构，特别涉及一种火工品异构冗余强制解锁分离高可靠机电伺服机构。

背景技术：

1、分离机构主要的功能是实现对两个连接对象的连接和分离，其中作为连接时，需要保证其强度和刚度的要求，满足长期使用可靠性，同样在作为分离时，需要保证分离的可靠性为主，其次是分离的快速性和简洁性。

2、对于一些长期贮存的应用场合，使用常规原理的分离机构存在酸性腐蚀、金属粘结、电化学腐蚀等因素影响，复杂的环境因素使得连接面的粗糙度增加、分离困难，出现卡滞的风险增加，尤其是依赖自身重力分离的场景，必须采用强制解锁原理装置进行分离且连接性能不变。

3、机电伺服机构具备可重复使用能力，控制简单、检测方便，但再增加强制解锁机构设计方面，必然导致装置的体积质量增加，机构复杂程度高，付出代价相对较大。一种强制分离可以采用火工品，应用较为广泛，例如航天器的级间段等，但火工品无法重复使用、难以异构冗余设计是当前应用现状，如何将两者巧妙组合起来，有必要提出一种异构冗余强制解锁机构，形成紧凑空间下的可靠性提升。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种火工品异构冗余强制解锁分离高可靠机电伺服机构，形成紧凑空间下强制解锁和火工品强制分离的结合，提高了分离的可靠性。

2、本发明提供的技术方案如下：

3、一种火工品异构冗余强制解锁分离高可靠机电伺服机构，包括第一分离对象、第二分离对象、驱动电机组件、解锁机构组件、火工品组件；

4、驱动电机组件、解锁机构组件、火工品组件设置于第一分离对象内部，驱动电机组件用于驱动解锁机构组件进行解锁；

5、解锁机构组件包括转动轴杆、剪切销轴、异形斜坡套筒，转动轴杆转动连接于第一分离对象，剪切销轴连接于转动轴杆，异形斜坡套筒套设于转动轴杆外部，异形斜坡套筒沿着第一分离对象的轴线方向与第一分离对象滑动连接，异形斜坡套筒的一端设置有异形斜坡结构、另一端与第二分离对象连接，剪切销轴的端部位于异形斜坡结构内，驱动电机组件驱动转动轴杆和剪切销轴一起转动；

6、火工品组件用于在解锁机构组件无法实现解锁时，将端转动轴杆炸断开实现解锁。

7、所述转动轴杆包括端齿驱动转轴、端齿过渡套筒，端齿驱动转轴转动连接于第一分离对象，端齿驱动转轴和端齿过渡套筒的端部连接；火工品组件的破断面设在端齿驱动转轴与端齿过渡套筒的结合位置。

8、所述端齿驱动转轴和端齿过渡套筒的端部通过定齿啮合连接。

9、所述异形斜坡结构包括端部连通的圆周直线段和圆周斜坡段，圆周直线段沿着异形斜坡套筒的周向设置，圆周斜坡段包括弧形过渡段和轴向直线段，轴向直线段沿着异形斜坡套筒的轴向设置，弧形过渡段连接于轴向直线段的一端和圆周直线段的一端。

10、所述驱动电机组件包括电机壳体、电机转子和电机定子，电机壳体连接于环形固定座的上端面，电机转子与电机定子同轴安装，两者均装配于电机壳体内部，电机定子与电机壳体固定，电机转子相对电机壳体可以定轴转动。

11、所述驱动电机组件还包括后端盖、制动器定子、制动器转子、制动器端盖和连接螺钉，后端盖连接于电机壳体远离解锁机构组件的端部，制动器定子固定于电机壳体的端部，制动器转子同轴嵌套安装于电机转子，两者可同时转动，制动器定子断电后可与制动器转子吸合，制动器端盖采用连接螺钉将其固定于后端盖。

12、所述火工品组件包括爆炸螺栓、电滑环，爆炸螺栓的两端分别与端齿驱动转轴和端齿过渡套筒螺纹连接，电机转子输出轴侧面设有穿出孔，爆炸螺栓内设置有火工品和引线，引线一端与火工品连接，另一端从端齿驱动转轴内部穿到电机转子输出轴内、并从穿出孔穿出，电滑环安装于电机壳体，引线从穿出孔穿出的端部连接于电滑环，电滑环用于接受来自驱动电机组件的激活电流，以使火工品组件将齿驱动转轴和端齿过渡套筒之间炸开实现解锁。

13、所述爆炸螺栓伸入端齿过渡套筒内部的一端螺纹连接有锁紧螺母。

14、所述第一分离对象内固定有环形固定座，环形固定座中部设置安装孔，机电伺服机构还包括旋转支承组件，旋转支承组件和解锁机构组件安装于安装孔内，旋转支承组件包括轴承套筒、滚动轴承、锁紧螺母、连接螺钉，滚动轴承套设于端齿驱动转轴外部，轴承套筒套设于滚动轴承外部，且轴承套筒与环形固定座固定连接，锁紧螺母螺纹连接在端齿驱动转轴外部，滚动轴承的两端分别被锁紧螺母和轴承套筒压紧。

15、所述异形斜坡套筒的一端穿过第二分离对象，异形斜坡套筒穿过第二分离对象的端部螺纹连接有锁紧螺母；

16、第一分离对象与第二分离对象接触部分为内锥面，第二分离对象为圆锥形结构，与第一分离对象接触部分为外锥面，两者锥面角度相同。

17、本申请相对于现有技术至少具有以下有益效果：

18、采用机电伺服机构作为正常模式强制解锁分离方式，绿色、简洁、可靠、可维护性强，具备可重复使用特点。

19、采用火工品机构作为备份模式强制解锁分离方式，体积空间小、技术成熟度高、响应时间短，满足异构冗余要求。

20、该技术方案能够应用于应用到高可靠、高安全作动技术领域，例如运载火箭级间段分离、飞行器与助推级之间分离等，具有更为广阔的应用前景。

技术特征：

1.一种火工品异构冗余强制解锁分离高可靠机电伺服机构，其特征在于：包括第一分离对象(1a)、第二分离对象(1b)、驱动电机组件、解锁机构组件、火工品组件；

2.根据权利要求1所述的一种火工品异构冗余强制解锁分离高可靠机电伺服机构，其特征在于：所述转动轴杆包括端齿驱动转轴(2a)、端齿过渡套筒(2b)，端齿驱动转轴(2a)转动连接于第一分离对象(1a)，端齿驱动转轴(2a)和端齿过渡套筒(2b)的端部连接；火工品组件的破断面设在端齿驱动转轴(2a)与端齿过渡套筒(2b)的结合位置。

3.根据权利要求2所述的一种火工品异构冗余强制解锁分离高可靠机电伺服机构，其特征在于：所述端齿驱动转轴(2a)和端齿过渡套筒(2b)的端部通过定齿啮合连接。

4.根据权利要求1所述的一种火工品异构冗余强制解锁分离高可靠机电伺服机构，其特征在于：所述异形斜坡结构包括端部连通的圆周直线段和圆周斜坡段，圆周直线段沿着异形斜坡套筒(2d)的周向设置，圆周斜坡段包括弧形过渡段和轴向直线段，轴向直线段沿着异形斜坡套筒(2d)的轴向设置，弧形过渡段连接于轴向直线段的一端和圆周直线段的一端。

5.根据权利要求1所述的一种火工品异构冗余强制解锁分离高可靠机电伺服机构，其特征在于：所述驱动电机组件包括电机壳体(3c)、电机转子(3a)和电机定子(3b)，电机壳体(3c)连接于环形固定座2e的上端面，电机转子(3a)与电机定子(3b)同轴安装，两者均装配于电机壳体(3c)内部，电机定子(3b)与电机壳体(3c)固定，电机转子(3a)相对电机壳体(3c)可以定轴转动。

6.根据权利要求5所述的一种火工品异构冗余强制解锁分离高可靠机电伺服机构，其特征在于：所述驱动电机组件还包括后端盖(3d)、制动器定子(3e)、制动器转子(3f)、制动器端盖(3g)和连接螺钉(3h)，后端盖(3d)连接于电机壳体(3c)远离解锁机构组件的端部，制动器定子(3e)固定于电机壳体(3c)的端部，制动器转子(3f)同轴嵌套安装于电机转子(3a)，两者可同时转动，制动器定子(3e)断电后可与制动器转子(3f)吸合，制动器端盖(3g)采用连接螺钉(3h)将其固定于后端盖(3d)。

7.根据权利要求5所述的一种火工品异构冗余强制解锁分离高可靠机电伺服机构，其特征在于：所述火工品组件包括爆炸螺栓(4a)、电滑环(4c)，爆炸螺栓(4a)的两端分别与端齿驱动转轴(2a)和端齿过渡套筒(2b)螺纹连接，电机转子(3a)输出轴侧面设有穿出孔，爆炸螺栓(4a)内设置有火工品和引线(4b)，引线(4b)一端与火工品连接，另一端从端齿驱动转轴(2a)内部穿到电机转子(3a)输出轴内、并从穿出孔穿出，电滑环(4c)安装于电机壳体(3c)，引线(4b)从穿出孔穿出的端部连接于电滑环(4c)，电滑环(4c)用于接受来自驱动电机组件的激活电流，以使火工品组件将齿驱动转轴(2a)和端齿过渡套筒(2b)之间炸开实现解锁。

8.根据权利要求7所述的一种火工品异构冗余强制解锁分离高可靠机电伺服机构，其特征在于：所述爆炸螺栓(4a)伸入端齿过渡套筒(2b)内部的一端螺纹连接有锁紧螺母(4d)。

9.根据权利要求2所述的一种火工品异构冗余强制解锁分离高可靠机电伺服机构，其特征在于：所述第一分离对象(1a)内固定有环形固定座(2e)，环形固定座(2e)中部设置安装孔，机电伺服机构还包括旋转支承组件，旋转支承组件和解锁机构组件安装于安装孔内，旋转支承组件包括轴承套筒(5a)、滚动轴承(5b)、锁紧螺母(5c)、连接螺钉(5d)，滚动轴承(5b)套设于端齿驱动转轴(2a)外部，轴承套筒(5a)套设于滚动轴承(5b)外部，且轴承套筒(5a)与环形固定座(2e)固定连接，锁紧螺母(5c)螺纹连接在端齿驱动转轴(2a)外部，滚动轴承(5b)的两端分别被锁紧螺母(5c)和轴承套筒(5a)压紧。

10.根据权利要求1所述的一种火工品异构冗余强制解锁分离高可靠机电伺服机构，其特征在于：所述异形斜坡套筒(2d)的一端穿过第二分离对象(1b)，异形斜坡套筒(2d)穿过第二分离对象(1b)的端部螺纹连接有锁紧螺母(2f)；

技术总结
本发明专利针对分离机构可靠性、强制解锁问题，提出一种火工品异构冗余强制解锁分离高可靠机电伺服机构，采用机电伺服机构强制解锁为正常模式，具备可重复使用功能，采用火工品机构强制解锁为备份模式，具备一次性使用功能，强制解锁机构设计为一种异形斜坡套筒与剪切销轴相配合结构，通过设有“豁口”结构实现机构强制解锁脱开，火工品机构设计为一种滑环电回路结构，通过控制驱动电机组件实现爆炸分离，整体装置空间体积紧凑，可靠性高。

技术研发人员：宋洪舟,于志远,杨玉凯,郑再平,陶云飞,蒋孟龙,赵哲,孙艺慧
受保护的技术使用者：北京精密机电控制设备研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15