1.本发明提出了一种电驱锁钩式连接解锁机构，是一种点式分离机构，可用于运载火箭级间分离、整流罩分离、有效载荷分离等用途。
背景技术：
2.运载火箭未来以重复使用、重型运载、载人登月与商业发射为主要发展方向，除实现运载功能外，还需实现可靠分离、重复使用、落区控制、商业发射、多星部署等多项新功能，以有效支撑大规模星座计划、载人月球探测、载人火星探测以及地月空间经济圈等任务。
3.火箭在飞行过程中火箭需执行助推分离、一二级分离、二三级分离、整流罩分离、有效载荷分离等多个分离动作，每个分离动作都需通过对应的火工分离装置或分离机构实现，其主要功能是在分离动作之前，把需要分离的两体可靠地连接起来；在接到分离指令时，能够迅速实现两体解锁。
4.基于火工能源实现分离的产品一般称为火工分离装置，在现役远在火箭上应用广泛。火工分离装置是利用火药燃烧或爆炸产生的能量来实现机构分离能源的提供，具有能量密度高、作用速度快、结构紧凑、组成简单、重量和体积小等优点。但也存在相关产品只能一次性使用，难以重复使用及性能不可检可测，安全性差，对使用维护管理环境要求高等问题。工作时对相关结构、仪器、设备的冲击大。火药燃烧或爆炸时还会产生有害气体。火工分离装置的使用一次性特点导致其分离功能难以实现可检可测,火工能源散差控制也是实现控制分离性能稳定性与可靠性的难题。
5.随着运载火箭对重复使用、可检可测、安全性与低冲击等要求不断提高，火工分离装置已难以满足运载火箭可复用、可检测、高可靠与商业化等发展需求。非火工连接解锁机构可反复测试、分离能源稳定可控等优点使其成为运载火箭分离技术未来发展重要载体。电机驱动的连接解锁机构可以实现较高的运动速度及精度，同时体积较小，综合性能优异，输出功率相对较小。常用的驱动电机主要包括力矩电机、步进电机、直线电机、伺服电机等。力矩电机的机械特性较软，可根据负载转矩调节转速甚至堵转工作，其调速范围大，力矩波动小，过载能力强，响应较快。步进电机的输出性能与输入脉冲严格对应，但其输出的转速和转矩有限。直线电机可以节省一定的传动环节，提高机构的传动精度和动态响应性能，但控制较为困难。伺服电机采用闭环控制，其输出速度、位置精度很高，响应快，抗过载能力强。
6.针对航天连接解锁机构高可靠、低冲击、可检可测的发展需求，提出了一种点式分离机构,电驱锁钩式连接解锁机构，可用于运载火箭级间分离、整流罩分离、有效载荷分离等用途。
技术实现要素：
7.本发明解决的技术问题是：提供一种电驱锁钩式连接解锁机构，可用于运载火箭
级间分离、整流罩分离、有效载荷分离等用途，具有承载能力强、可靠性高、可检可测、分离冲击低等优势。
8.本发明解决技术的方案是：一种电驱锁钩式连接解锁机构，用于连接上下放置的两个被连接件；包括锁钩、解锁组件、捕获组件、电机驱动组件；
9.下方被连接件的下表面连接捕获组件，上方被连接件的上表面安装解锁组件，锁钩依次穿过解锁组件、上下被连接件以及捕获组件实现连接功能，所述解锁组件用于与锁钩配合实现锁紧时的几何约束，并提供两级杠杆形式的解锁方式，所述捕获组件用于提供锁钩锁紧时的预紧力，并实现对解锁后锁钩的捕获；所述电机驱动组件用于为解锁组件提供解锁外力。
10.优选的，所述锁钩为杆状零件，一端具有螺纹特征，用于与捕获组件连接，另一端具有两个斜面特征，通过两个斜面与解锁组件的面接触实现几何约束。
11.优选的，所述解锁组件包括锁座、锁柄、凸挡轴、摇臂；
12.锁座内部设置用于与锁钩配合的斜面，锁柄安装在所述锁座上，所述锁柄包括圆柱形结构以及锁柄臂，所述圆柱形结构沿轴向设置用于与锁钩配合的斜面，锁柄臂的一端与所述圆柱形结构的端部固连并能够相对锁座转动，锁柄臂的另一端的端部设置圆弧面，所述圆弧面与凸挡轴的圆弧面相接触并限位，所述凸挡轴通过轴承支撑安装在所述锁座上；凸挡轴与摇臂固连，通过锁柄、凸挡轴、摇臂的配合，实现对锁钩的压紧限位。
13.优选的，所述摇臂上设有凹槽，与安装在锁座上的弹簧和钢球相配合，起到对摇臂限位的作用，当机构处于连接状态，并且无外力提供解锁力时，锁座上的弹簧和钢球对摇臂进行了限位，防止意外解锁。
14.优选的，锁柄的斜面与锁柄臂形成一对杠杆，斜面长度小于锁柄臂长，凸挡轴半径和摇臂之间形成第二对杠杆，半径小于摇臂臂长，每级杠杆的力臂比例取值范围4-10之间。
15.优选的，所述捕获组件包括捕获底座、压簧、球垫片、螺母；
16.所述捕获底座为带中心通孔、外翻法兰式圆柱桶形结构，所述中心通孔用于穿过所述锁钩；通过外翻法兰与被连接件底面固定，圆柱桶形底部与球垫片球面接触，通过球面接触自适应调节锁钩连接的角度；球垫片外端螺母与锁钩螺接，通过旋拧螺母施加作用在锁钩上的预紧力；套接在圆柱桶形外壁上的压簧被螺母和球垫片压缩在捕获底座和球垫片之间。
17.优选的，所述电机驱动组件包括电机座、电机、凸轮、安装轴、滚针轴承、拉杆；
18.电机通过电机座安装在锁座上方，电机的电机轴与凸轮固连，所述凸轮与滚针轴承面接触，滚针轴承通过安装轴连接在拉杆上，安装轴与拉杆螺接固连，滚针轴承能够绕安装轴转动；所述拉杆末端钩住摇臂，通过电机工作，电机轴带动凸轮转动，凸轮推动滚针轴承进而带动拉杆带动摇臂摆动，解除摇臂和凸挡轴对锁柄的限制，实现机构解锁。
19.优选的，所述电机驱动组件还包括导轨底座和直线导轨；所述导轨底座与锁座固连，直线导轨一侧安装在导轨底座上，直线导轨另一侧与拉杆连接轴承；拉杆被电机驱动时，保证拉杆沿直线运动并降低阻力。
20.优选的，所述凸轮与滚针轴承、拉杆与摇臂的接触均为滚动摩擦。
21.优选的，所述电机及凸轮为相同的两套，为冗余设计，任意一套工作，均可实现解锁释放，且相互不影响工作。
22.本发明与现有技术相比的有益效果是：
23.采用锁钩式连接解锁原理，通过锁钩与锁柄之间的斜面压紧实现对锁钩的限位，形成锁柄的斜面与锁柄臂之间的杠杆、凸挡轴半径和摇臂之间的杠杆，通过两级杠杆的作用大大降低了解锁力，可实现对锁钩的稳定锁定，也可实现使用较小的解锁力完成机构解锁。采用冗余设计的电机驱动组件提供解锁力，任意一套工作均可实现解锁释放，且相互不影响工作，提高了机构可靠性，可保证在单个单机故障条件下解锁工作。整套机构使用电机驱动，具有可检可测、分离冲击低、可靠性高的优点。
附图说明
24.图1为电驱锁钩式连接解锁机构组成示意图
25.图2为锁钩示意图
26.图3为解锁组件示意图
27.图4为解锁组件解锁状态示意图
28.图5为捕获组件组成示意图
29.图6为电机驱动组件示意图
具体实施方式
30.下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
31.一种电驱锁钩式连接解锁机构，其特征在于：包括锁钩1、解锁组件2、捕获组件3、电机驱动组件4，如图1所示。
32.图2为锁钩，是一个杆状零件，一端具有螺纹特征，用于与捕获组件连接，另一端具有两个斜面特征，通过两个斜面与解锁组件的面接触实现几何约束。本发明连接功能通过锁钩实现，锁钩为杆状零件，一端具有螺纹特征，与锁帽连接，位于被连接件一侧，另一端为钩形特征，通过锁柄进行约束，位于被连接件另一侧。锁钩一端的构型特征具有斜面，通过斜面将连接力转化为斜面上的压力，降低了力值。通过锁钩-锁柄、凸挡轴-摇臂形成两级杠杆，通过杠杆作用降低了解锁力，使该机构能够通过较小的解锁力进行解锁。实现了强连接、弱解锁的设计需求。
33.图3为解锁组件，由锁座2-1、锁柄2-2、凸挡轴2-3、摇臂2-4、轴销2-5、弹簧2-6、钢球2-7、轴承2-8、轴销22-9、轴套2-10等组成。锁钩带有螺纹的一端连接着一侧的被连接件，带有斜面的另一端连接着另一侧的被连接件。锁钩机构在连接状态时，锁钩钩头的两个斜面，一侧斜面1与锁座对应位置的斜面接触压紧，另一侧斜面2与锁柄的斜面接触压紧，锁柄的一端具有圆柱形特征，并且设有与锁钩钩头压紧的斜面，锁柄圆柱可绕轴转动，锁柄的另一部分锁柄臂为长臂特征，并且端部具有圆弧面特征，与凸挡轴的圆弧面相接触，凸挡轴与锁座之间有轴承支撑，可降低凸挡轴转动的摩擦，降低解锁阻力。凸挡轴与摇臂之间通过轴销固连，摇臂端部通过轴销2连接有两个轴套，可降低摇臂与其他零件接触时的摩擦力。当两侧的被连接件通过锁钩机构连接时，作用在锁钩上的力为拉力，通过锁座的斜面和锁柄斜面与锁钩钩头斜面之间的接触压紧，对锁钩拉紧并限位。锁柄与凸挡轴通过圆弧面接触限位，凸挡轴与摇臂固连，则通过锁柄、凸挡轴、摇臂的配合，实现了对锁柄的压紧限位，实现了锁钩式连接解锁机构的连接功能。摇臂上设有凹槽，与安装在锁座上的弹簧和钢球相
配合，起到对摇臂限位的作用，当机构处于连接状态，并且无外力提供解锁力时，锁座上的弹簧和钢球对摇臂进行了限位，使机构具备地方飞行振动环境的能力，防止意外解锁。
34.图4为解锁状态的解锁组件，在需要解锁时，外力作用下摇臂转动。带动凸挡轴转动，在转动到一定角度时，凸挡轴与锁柄之间的约束解除，锁柄失去约束可实现转动，锁柄转动后，解除对锁钩的约束，则锁钩可在外力作用下向对接面另一侧脱离，实现机构解锁。锁钩与锁柄之间通过斜面压紧，则根据三角函数作用在锁钩上的拉力传递至锁柄上的分力较锁钩上的拉力有所降低，锁柄的斜面与锁柄臂形成一对杠杆，斜面较短而锁柄臂较长，可通过杠杆作用进一步降低解锁力。锁柄与凸挡轴为弧面接触，凸挡轴半径和摇臂之间形成第二对杠杆，半径较小而摇臂较长，通过两级杠杆的作用大大降低了解锁力，每级杠杆的力臂比例可根据需要取4-10之间，两级杠杆可实现用连接拉力几十分之一的解锁力实现对锁钩的压紧和释放。
35.图5为捕获组件，由捕获底座3-1、压簧3-2、球垫片3-3、螺母3-4、保护罩3-5组成。机构解锁后，锁钩失去约束，需将其脱出两个被连接件之间的分离面，实现两个被连接件之间的分离，也要实现对锁钩的捕获，使其不成为多余物。捕获底座固定在一侧的被连接件上，捕获底座与球垫片为球面接触，可以通过球面接触自适应的调节锁钩连接的角度，保证作用在锁钩上的连接力传递至球垫片和捕获底座而不发生卡滞等安装不协调。球垫片上端螺母与锁钩螺接，套接在捕获底座圆柱形外壁上的压簧被螺母和球垫片压缩在捕获底座和球垫片之间，解锁组件将锁钩解锁后，压缩推动球垫片、螺母和锁钩向捕获组件一侧运动，为锁钩提供脱出力，实现解锁后对锁钩的捕获。锁钩机构在连接状态时，锁钩钩头斜面受锁座和锁柄的约束，限制其轴向移动，并通过旋拧螺母施加作用在锁钩上的预紧力。
36.图6为电机驱动组件，由电机座4-1、电机4-2、凸轮4-3、安装轴4-4、滚针轴承4-5、导轨底座4-6、直线导轨4-7、拉杆4-8组成。连接解锁机构处于连接状态时，解锁组件的摇臂在弹簧球的限制下不能转动，凸轮与滚针轴承面接触，滚针轴承通过安装轴连接在拉杆上，安装轴与拉杆螺接固连，滚针轴承可绕安装轴转动。当需要解锁时，电机工作，电机轴带动凸轮转动，凸轮推动滚针轴承进而带动拉杆向摇臂的远端移动，拉杆两边安装有直线导轨，保证拉杆沿直线运动并降低阻力。拉杆的末端钩在摇臂一端，带动摇臂摆动，解除摇臂和凸挡轴对锁柄的限制，实现机构解锁。电机驱动组件中，凸轮与滚针轴承、拉杆与摇臂的接触均为滚动摩擦，可减小摩擦提高传动效率，以减小电机功率。本发明使用电机提供解锁驱动力，驱动组件中，采用了凸轮、滚针轴等滚动摩擦方式，了减小摩擦提高传动效率，降低了对电机功率的要求。电机及凸轮机构为左右相同的两套，为冗余设计，任意一套工作，均可实现解锁释放，相互动作不影响，提高了可靠性。
37.实施装配时，先将捕获组件与锁钩连接。将锁钩穿过捕获底座，压簧以及球垫片套接于锁钩上，使用螺母与锁钩一端螺接，暂不安装保护罩，不施加拧紧力矩，并将捕获组件与一侧的被连接件连接。
38.电机驱动组件组装，直线导轨螺接在导轨底座上，滚针轴承套接在安装轴上，并将安装轴与拉杆螺接。拉杆螺接于直线导轨上，实现拉杆沿导轨的直线运动。电机安装在电机座上，电机座与导轨底座螺接，电机轴穿过凸轮上的孔，实现电机与凸轮的连接，电机轴可带动凸轮转动。
39.解锁组件组装，锁柄与锁座安装，使锁柄可绕轴转动。将弹簧和钢球至于锁座的地
板孔内，并将摇臂通过轴销与凸挡轴连接，凸挡轴通过轴承安装在锁座内，摇臂压住弹簧和钢球，钢球压在摇臂的凹槽内。将轴套用轴销2安装于摇臂一端，凸挡轴与锁柄臂一端圆弧面接触。
40.电机驱动组件与解锁组件组装，拉杆一端勾住摇臂安装轴套的一端。导轨底座和电机座均与锁座螺接。并将锁座与一侧被连接件固连。
41.最后将锁钩穿入解锁组件中，转动锁柄使锁柄的斜面配合锁座的斜面压住锁钩钩头，在捕获组件一端旋拧螺母施加锁钩上的预紧力，将保护罩与捕获底座螺接，完成安装。
42.本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
43.本发明未详细说明部分属于本领域技术人员的公知常识。