分离螺栓：无污染设计，剪切销式解锁连接载荷1 000kg

分离螺栓的特点是其内部只装推进剂或烟火药；螺栓分离力来源并不是猛炸药的爆炸或爆炸驱动，而是药筒输出压力经其他介质传递后的相互作用。分离螺栓一般包括以下三种类型：双端起爆式无污染分离螺栓、剪切销式解锁分离螺栓以及滚珠式解锁分离螺栓。

1.双端起爆式无污染分离螺栓

双端起爆式无污染分离螺栓结构如图4-6所示。它的两端各有一对压力药筒、药室、主活塞和次活塞。在两端的主活塞和次活塞之间，各有一个软铅连接塞，在螺栓外壳的中央开有一道环形的凹槽。作用时，两端药室的火药压力推动各自的主活塞，主活塞通过压缩软铅连接塞而得到加强后，传递给次活塞，两个端面顶在一起的次活塞或相互作用，或与对应衬套的台肩作用，二者都将以应力形式拉伸螺栓的外壳，直至在中央的凹槽处断裂，实现分离，并将螺栓分离两端加速到约30 m/s。这种分离螺栓的特点是两个药室在火药燃烧完后，仍保持密闭，火药燃气不会泄漏到壳体外面，因此是一种无污染分离螺栓。

图4-6　双端起爆式无污染分离螺栓结构

1—破裂凹槽；2—次活塞；3—衬套；4—主活塞；5—定位套；6—螺栓体底座；7—螺栓体；8—压力放大器

2.剪切销式解锁分离螺栓

剪切销式解锁分离螺栓结构如图4-7所示。它主要由内筒、外筒、剪切销和起爆器组成。内外筒靠剪切销固定在一起，当药室压力增大到足以切断剪切销时，两者解销分离。它的分离面是内筒和外筒的套接面。剪切销式解锁分离螺栓加工方便、装配容易，但其连接力受到剪切销强度的限制，只适用于连接力较小的部位，如火箭的回收舱容器与盖之间的连接。典型的剪切销式解锁分离螺栓的连接载荷为1 000 kg。

剪切销式解锁分离螺栓的设计如下：

（1）连接力计算

设剪切销式解锁螺栓主要依靠直径为d的剪切销承受轴向连接力，销子材料经过调质处理后的拉伸强度为σb，剪切销与内外筒的孔配合公差等级为H8/f7，连接力为

（2）启动压力计算

启动压力与内筒的活动面积有关，设内筒直径为d1，则启动压力为

（3）最大推力计算

设装药的火药力为f（J/kg），装填密度为ρ（kg/L），余容为a（L/kg），则最大压力Pm、最大推力Fm及安全裕度n分别为

（4）外筒强度计算

为保证作用过程中不漏气，要求外筒无塑性变形，即外筒强度必须大于内压。设材料的弹性极限为σe，外筒直径为D，内筒直径为d，按最大变形理论计算，则外筒强度为

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3.滚珠式解锁分离螺栓

滚珠式解锁分离螺栓结构如图4-8所示。它由螺栓头、活塞、剪切销、连接体、滚珠以及动力源组成。其分离面是其内筒和外筒的套接面，分离前两者是靠若干个滚珠来限制其相对位移。在外筒内表面的某个截面上，开一圈环形的正梯形槽，梯形槽的2个斜边相互垂直，梯形槽的宽度和深度能容纳半个滚珠；在内筒相应的截面上，沿周向均匀开若干个直径与滚珠外径相同的径向圆孔，在每个圆孔内各安装一粒滚珠，这些小滚珠限制着内外筒的相对运动，内筒内设有一活塞，以防滚珠从圆孔内掉出。内筒与活塞用剪切销固定。当药室发火产生的压力剪断剪切销，并把活塞推向前去时，滚珠失去活塞的依托而滑出来，内外筒之间失去机械联系而分离，达到解锁的目的。

图4-7　剪切销式解锁分离螺栓结构

1—内筒；2—剪切销；3—外筒；4—起爆器

图4-8　滚珠式解锁分离螺栓结构

1—螺栓头；2—活塞；3—剪切销；4—外筒；5—钢球；6—底座

由图4-8可见，该结构螺栓头上部有螺纹，与被分离物体相连接，而螺栓头下部空心，可作为内筒。外筒通过螺纹与基座连接。与剪切销式解锁分离螺栓相比，滚珠式解锁分离螺栓比较复杂，装配难度大，但连接力大，且只要很小的力就能推开活塞，解锁时的分离力远低于连接力，只有连接力的10%～20%。所以，其分离干扰小，用途广泛，常用于卫星的仪器舱与再入舱连接，为仪器舱回收提供必要的条件。

滚珠式解锁分离螺栓的设计如下：

（1）连接力计算

当受到轴向力时，解锁螺栓的最弱处是螺栓头。典型的螺栓头上有滚珠孔m个，每个直径为d0，内径为d1（与活塞直径相同），外径为D。螺栓头的材料经热处理后的拉伸强度为σb，则连接力为

（2）启动压力计算

启动压力受两部分力的影响。要使活塞运动，让滚珠滚入空腔，达到解锁的目的，就必须克服剪切销锁紧和滚珠对活塞的摩擦力。设剪切销的直径为d，拉伸强度为σ′b，则剪切销锁紧力为：

滚珠对活塞的摩擦力F2由连接力F与火药产生的最大压力Pm对螺栓头端面上的推力F′组成，设摩擦系数为μ′，则滚珠对活塞的摩擦力F2、启动压力P0、推动活塞的最小力F0分别为

（3）最大推力计算

最大推力的计算见式（4-15）。