一种水下释放器及其设计方法与流程

本发明涉及一种水下释放器及其设计方法，属于水下释放器技术领域。

背景技术：

随着海洋资源的不断开发与深入，越来越多的无人设备被投入到海洋中使用，比如用于海底环境监测的视频采集设备就是其中一种。由于锚系式海洋监测设备需要在深海不同深度进行海洋环境观测与数据采集，因此设备的沉降锚需根据海洋深度不同进行不同的配重，确保设备投放到设计深度；当完成海洋数据采集后，视频设备需要与配重锚脱离进行回收,以便对采集结果进行数据调取与分析。而设备的分离就需要用到水下分离机构。水下分离机构除了需要对驱动力的形式进行选取，还与机构的组成方式，结构间的受力状况与结构件尺寸大小三者的相互关系紧密相关。

现有的水下释放器，对于动作机构的与弹簧之间的联动关系的设计难度较大，尤其对于弹簧的预压力进行针对性的选择的难度较大。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种水下释放器及与其配套的设计方法，使球体式脱离机构关键零件弹簧预压力的计算方法及整个机构的设计达到协同实，进而使得设计前期在弹簧预压力计算与整体结构尺寸上有固定公式进行协同计算，为整体设计体供有利参考，并具体提供一套能够实现上述设计目的的水下释放器硬件结构。

本发明采取以下技术方案：

一种水下释放器，包括下顶动力机构、推杆3、弹片4、球体、基体滑槽6、配重块滑槽7；所述配重块滑槽7套设于所述基体滑槽6外部，其中，配重块滑槽7内壁具有容纳所述球体的球体凹槽，基体滑槽6上设有与所述球体凹槽高度对应的侧孔，侧孔的下沿倾斜向下并与所述球体凹槽相切；所述弹片4具有自中心顶点向四周发散的杆件，杆件的端部与所述球体固定连接；所述推杆3受竖直限位，一端顶住所述中心顶点，另一端可受到所述下顶动力机构作用后向下移动，迫使所述弹片4于所述中心顶点处弯折，进而迫使所述球体脱离所述球体凹槽，进而使所述配重块滑槽7在自重的作用下下沉。

优选的，所述下顶动力机构包括一电机1及由所述电机驱动的凸轮2，所述凸轮2转动后其凸出部位可施力于所述推杆3。

优选的，所述配重块滑槽7下部与配重锚固定连接。

优选的，所述基体滑槽6上部与视频采集设备固定连接。

优选的，所述球体为钢球5。

一种水下释放器的设计方法，球体5的重量远小于设备重量，不予计入；在初始外界受力平衡的情况下，作用在球体上的弹片4的预压力f'与支撑力是一对平衡的作用力与反作用力，弹簧的预压力f'大小按预压值按弹簧变形量δx的数倍加安全系数ψ取用，进而保证基体滑槽6与配重块滑槽7锁紧可靠；计算公式表达为：f'＝nψkδx，其中：k是与弹簧材料刚度系数,n是钢球个数，弹簧变形量是δx，δx受构件大小与球体尺寸限制；在单颗球体的脱离瞬间，下顶动力机构的外力作用施加在推杆3上，而后传递到弹片4上拉动与弹片固定在一起的球体；静摩擦力产生在接触点a,b，其中a位于球体的顶部，b位于球体相对于球体凹槽斜下方向的法向上，所述外力大于所述静摩擦力与弹簧的预压力的合力，此时所述外力表达式为：f＞n(f' μna μnbcosα)/sinθ；其中n是均布的球体个数，μ是接触点球体与接触面静摩擦系数，na，nb是各接触点球体法向压力，α是球体与接触面法向力角度，θ是作用在球体上的外力角度。

本发明的有益效果在于：

1)提供了一种水下释放器，结构简单，制作方便，运行可靠性高。

2)提供与水下释放器配套的受力设计方法，具体体现为：水下钢球脱离机构关键零件弹簧预压力的计算方法及整个机构实现方法，使得设计前期在弹簧预压力计算与整体结构尺寸上有固定公式进行协同计算，为整体设计体供有利参考。

3)可实现构件受力状况与构件尺寸大小变化趋势的计算，不仅满设备精度要求，而且便于工程应用。

附图说明

图1是本发明水下释放器，分离机构初始状态图。

图2是本发明水下释放器，分离机构动作完成状态图。

图3是单颗钢球初始受力状态图。

图4是单颗钢球在脱离瞬间的受力示意图。

图中，1.电机，2.凸轮，3.推杆，4.弹片，5.钢球，6.基体滑槽，7.配重块滑槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。

参见图1和图2，一种水下释放器，包括下顶动力机构、推杆3、弹片4、球体、基体滑槽6、配重块滑槽7；所述配重块滑槽7套设于所述基体滑槽6外部，其中，配重块滑槽7内壁具有容纳所述球体的球体凹槽，基体滑槽6上设有与所述球体凹槽高度对应的侧孔，侧孔的下沿倾斜向下并与所述球体凹槽相切；所述弹片4具有自中心顶点向四周发散的杆件，杆件的端部与所述球体固定连接；所述推杆3受竖直限位，一端顶住所述中心顶点，另一端可受到所述下顶动力机构作用后向下移动，迫使所述弹片4于所述中心顶点处弯折，进而迫使所述球体脱离所述球体凹槽，进而使所述配重块滑槽7在自重的作用下下沉。

在此实施例中，参见图1-2，所述下顶动力机构包括一电机1及由所述电机驱动的凸轮2，所述凸轮2转动后其凸出部位可施力于所述推杆3。

在此实施例中，继续参见图1-2，所述配重块滑槽7下部与配重锚固定连接。

在此实施例中，继续参见图1-2，所述基体滑槽6上部与视频采集设备固定连接。

在此实施例中，所述球体为钢球5。

上述水下释放器的设计方法，球体5的重量远小于设备重量，不予计入；

在初始外界受力平衡的情况下，作用在球体上的弹片4的预压力f'与支撑力是一对平衡的作用力与反作用力，弹簧的预压力f'大小按预压值按弹簧变形量δx的数倍加安全系数ψ取用，进而保证基体滑槽6与配重块滑槽7锁紧可靠；计算公式表达为：f'＝nψkδx，其中：k是与弹簧材料刚度系数,n是钢球个数，弹簧变形量是δx，δx受构件大小与球体尺寸限制；

在单颗球体的脱离瞬间，下顶动力机构的外力作用施加在推杆3上，而后传递到弹片4上拉动与弹片固定在一起的球体；

静摩擦力产生在接触点a,b，其中a位于球体的顶部，b位于球体相对于球体凹槽斜下方向的法向上，所述外力大于所述静摩擦力与弹簧的预压力的合力，此时所述外力表达式为：f＞n(f' μna μnbcosα)/sinθ；

其中n是均布的球体个数，μ是接触点球体与接触面静摩擦系数，na，nb是各接触点球体法向压力，α是球体与接触面法向力角度，θ是作用在球体上的外力角度。

综上所述，本实施例提供了一种水下释放器，结构简单，制作方便，设计巧妙，运行可靠性高；提供与水下释放器配套的受力设计方法，具体体现为：水下钢球脱离机构关键零件弹簧预压力的计算方法及整个机构实现方法，使得设计前期在弹簧预压力计算与整体结构尺寸上有固定公式进行协同计算，为整体设计体供有利参考；可实现构件受力状况与构件尺寸大小变化趋势的计算，不仅满设备精度要求，而且便于工程应用。

以上是本发明的优选实施例，本领域普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本发明的总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本发明要求保护的范围之内。