CN105043792A - 火箭壳体内部多点小范围多维力转化加载机构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种火箭壳体内部多点小范围多维力转化加载机构，包括力的转化机构和力的合成机构；力的转化机构作用于第I、IV象限上每个分离滑块(1)上；力的合成机构对称设置有两套，每套连接一侧的三组力的转化机构。该发明的优势在于：加载机构所用的大部分组件都可以从已有的常用加载系统构件中找到，如大量使用的拉杆和单双耳。而其他的对具体尺寸要求比较严格的杠杆也可以很容易加工，通过对这些已有件的再组合来实现复杂的加载可以很大程度地节省试验成本。且这种组合方式通过简单的调整再组合即可以在其他类似试验中得到应用，具有较为广泛的适用范围。

Description

火箭壳体内部多点小范围多维力转化加载机构
技术领域
本发明属于航天航空技术领域，具体涉及一种火箭壳体内部多点小范围多维力转化加载机构。
背景技术
在静力试验中，当我们考核某结构在静载荷作用下的强度或刚度问题的时候，通常使用加载系统施加单个方向的拉力或压力，加载系统包括固定安装的加载底座、加载做动筒、力的传递结构三部分的，这几部分加起来会占用较大的空间，因此需要加载点的力线方向上有足够的空间布置该加载系统。然而，在一个狭小的空间内需要施加多个方向的多维力的时候，传统方法就无能为力了。
在某型号火箭前段壳体结构静力试验的分离滑块试验工况中，需要对前段壳体内的分离滑块施加一个或两个方向的压力，分离滑块位于直径约1600mm的锥段壳体内壁，分离滑块在壳体轴向分三组等间距分布，每组四块分离滑块，如图1所示；分离滑块在锥段壳体圆周方向对称分布如图2所示，其中一二象限的分离滑块之间夹角为60度，三四象限的亦然。要求靠近I象限的分离滑块组施加切向和径向的压力，靠近III象限的分离滑块组只施加切向的压力，即在直径1600mm的壳体内侧12个分离滑块位置施加18个方向的力，如图2所示。
传统方法使用球头球窝结构施加压力，即在分离滑块上包裹一个带球窝结构的加载工装，然后使用球头结构施加压力。但是，当在分离滑块上同时施加切向和径向的压力的时候，由于滑块结构尺寸比较小，很难同时布置两个球窝结构的加载工装，而且传统方法要求在压力施加方向上由足够的空间，当滑块施加切向压力的时候，由于壳体内壁的影响，也无法布置施加该力的加载系统。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种适用于施加力多、空间狭小场合的力的加载和转化机构。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为，一种火箭壳体内部多点小范围多维力转化加载机构，包括力的转化机构和力的合成机构；其中，力的转化机构有六套，均为杠杆结构，分别作用于第I、IV象限上每个分离滑块上；力的转化机构的转化杠杆的一端通过球头和分离滑块上的球窝匹配；转化杠杆的另一端设置施力单耳，支点单耳上端固定在转化杠杆上，作为力的转化机构的支点；支点单耳下端通过双耳与支点柱块连接固定；两个支点柱块轴向固定设置在锥段壳体内壁的空间内部两侧，每个支点柱块用于支撑该侧三个分离滑块的三组力的合成机构；力的合成机构对称设置有两套，每套连接一侧的三组力的转化机构；每套力的合成机构包括一级杠杆和二级杠杆，二级杠杆为等臂杠杆，其两端分别设有第一双耳和第二双耳；第一双耳和第二双耳分别与第I象限上前2个分离滑块的力的转化机构的施力单耳连接；二级杠杆中部通过单双耳结构与一级杠杆的左端连接，一级杠杆的右端设有第三双耳，第三双耳与第I象限上最后1个分离滑块的力的转化机构的施力单耳连接；一级杠杆设置有合成单耳，设置合成单耳的位置距离设置第三双耳的长度L32是设置合成单耳的位置距离设置用于与二级杠杆连接的单双耳机构的位置的长度L31的两倍；合成单耳与设置在固定柱块上的内部作动筒连接；固定柱块轴向固定在设置在锥段壳体内壁的空间中部偏下位置。
对于第II、III象限的2组共6个分离滑块，每个分离滑块上也设置有一个力的转化机构；同一侧的3套力的转化机构通过1套力的合成机构进行合力；靠近第III象限的分离滑块的力的转化机构和力的合成机构与靠近第I象限的分离滑块的力的转化机构结构与设置方式相同；其区别在于靠近第III象限的分离滑块的力的合成机构的合成单耳与固定在地面上的外部作动筒连接。
该发明的优势在于：加载机构所用的大部分组件都可以从已有的常用加载系统构件中找到，如大量使用的拉杆和单双耳。而其他的对具体尺寸要求比较严格的杠杆也可以很容易加工，通过对这些已有件的再组合来实现复杂的加载可以很大程度地节省试验成本。且这种组合方式通过简单的调整再组合即可以在其他类似试验中得到应用，具有较为广泛的适用范围。
附图说明
图1为锥段壳体和分离滑块的剖视图。
图2为锥段壳体俯视图和分离滑块受力示意图。
图3为力的转化机构示意图。
图4为力的合成机构示意图。
图5为本发明实施状态示意图。
图中，1-分离滑块，2-锥段壳体内壁，3-转化杠杆，4-球头，5-支点单耳，6-施力单耳，7-双耳，8-支点柱块，9-固定柱块，10-内部作动筒，11-外部作动筒，12-一级杠杆，13-二级杠杆，14-第一双耳，15-第二双耳，16-第三双耳，17-合成单耳。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步描述。
一种火箭壳体内部多点小范围多维力转化加载机构，包括力的转化机构和力的合成机构；其中，力的转化机构有六套，均为杠杆结构，如图1所示，分别作用于第I、IV象限上每个分离滑块1上；力的转化机构的转化杠杆3的一端通过球头4和分离滑块1上的球窝匹配，对分离滑块1施加压力载荷F1，该F1为分离滑块1径向载荷和切向载荷的合力；转化杠杆3的另一端设置施力单耳6，通过施力单耳6施加拉力F2，支点单耳5上端通过螺钉固定在转化杠杆3上，作为力的转化机构的支点，其固定位置和F1施力点距离为L1，和F2施力点距离为L2，根据杠杆原理可得转化后的拉力支点单耳5下端通过双耳7与支点柱块8连接固定；两个支点柱块8轴向固定设置在锥段壳体内壁2的空间内部两侧，每个支点柱块8用于支撑该侧三个分离滑块1的三组力的合成机构，如图5所示；力的合成机构对称设置有两套，每套连接一侧的三组力的转化机构，通过力的合成机构将一侧三组力的转化机构的F21、F22、F23合成为一个F；每套力的合成机构包括一级杠杆12和二级杠杆13，二级杠杆13为等臂杠杆，其两端分别设有第一双耳14和第二双耳15；第一双耳14和第二双耳15分别与第I象限上前2个分离滑块1的力的转化机构的施力单耳6连接；二级杠杆13中部通过单双耳结构与一级杠杆12的左端连接，一级杠杆12的右端设有第三双耳16，第三双耳16与第I象限上最后1个分离滑块1的力的转化机构的施力单耳6连接；一级杠杆12设置有合成单耳17，设置合成单耳17的位置距离设置第三双耳的长度L32是设置合成单耳17的位置距离设置用于与二级杠杆13连接的单双耳机构的位置的长度L31的两倍；合成单耳17与设置在固定柱块9上的内部作动筒10连接；固定柱块9轴向固定在设置在锥段壳体内壁2的空间中部偏下位置。
对于第II、III象限的2组共6个分离滑块1，每个分离滑块1上也设置有一个力的转化机构，以实现对分离滑块1上切向力；同一侧的3套力的转化机构通过1套力的合成机构进行合力；靠近第III象限的分离滑块1的力的转化机构和力的合成机构与靠近第I象限的分离滑块1的力的转化机构结构与设置方式相同；其区别在于靠近第III象限的分离滑块1的力的合成机构的合成单耳17与固定在地面上的外部作动筒11连接。
将这两种机构进行合理的组合和布置，则可以将狭小空间内的多个方向的压力转化为在空旷地方施加的数量较少的拉力，这样使得力的加载更加方便可行。详细的实施过程为：
1、单个分离滑块1上的力的合成。
将同时存在径向压力和切向压力的分离滑块1上的径向力和切向力合成为一个压力，通过计算得到该合力的大小和方向。这样原来需要在12个分离滑块1上施加的18个方向的压力就变成12个方向的压力。
2、力的转化。
力的转化需要在锥段壳体内壁2的内部布置可供力的转化机构杠杆支点(单双耳结构)固定的固定支点。在二三级前段壳体结构内部布置截面尺寸300mmx300mm、高1500mm的两根支点柱块8，调整支点柱块8的位置以使得力的转化机构的位置足够在二三级前段壳体内部摆放，经过布置之后的位置如图5所示。这样，需要施加的12个方向的压力就转化为12个方向的拉力。
3、力的合成。
由于同一角度不同高度(正视图方向)3个分离滑块1所受的力相同，因而可以将同一角度不同高度的3个分离滑块1上转化后的拉力，利用力的合成机构合成为一个拉力。这样需要施加的12个方向的拉力就简化成为4个方向的拉力。将这多组力经过转化与合成为4个拉力后则可以使用传统的加载装置在小范围内进行加载，其中靠近I象限的两个拉力可以通过力的合成机构在壳体结构内进行加载，靠近III象限的两个拉力通过锥段壳体内壁2上面的开口引出进行加载，如图5所示。
上面对本发明的实施例作了详细说明，上述实施方式仅为本发明的最优实施例，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (2)

1.一种火箭壳体内部多点小范围多维力转化加载机构，其特征在于包括力的转化机构和力的合成机构；其中，力的转化机构有六套，均为杠杆结构，分别作用于第I、IV象限上每个分离滑块(1)上；力的转化机构的转化杠杆(3)的一端通过球头(4)和分离滑块(1)上的球窝匹配；转化杠杆(3)的另一端设置施力单耳(6)，支点单耳(5)上端固定在转化杠杆(3)上，作为力的转化机构的支点；支点单耳(5)下端通过双耳(7)与支点柱块(8)连接固定；两个支点柱块(8)轴向固定设置在锥段壳体内壁(2)的空间内部两侧，每个支点柱块(8)用于支撑该侧三个分离滑块(1)的三组力的合成机构；力的合成机构对称设置有两套，每套连接一侧的三组力的转化机构；每套力的合成机构包括一级杠杆(12)和二级杠杆(13)，二级杠杆(13)为等臂杠杆，其两端分别设有第一双耳(14)和第二双耳(15)；第一双耳(14)和第二双耳(15)分别与第I象限上前2个分离滑块(1)的力的转化机构的施力单耳(6)连接；二级杠杆(13)中部通过单双耳结构与一级杠杆(12)的左端连接，一级杠杆(12)的右端设有第三双耳(16)，第三双耳(16)与第I象限上最后1个分离滑块(1)的力的转化机构的施力单耳(6)连接；一级杠杆(12)设置有合成单耳(17)，设置合成单耳(17)的位置距离设置第三双耳的长度是设置合成单耳(17)的位置距离设置用于与二级杠杆(13)连接的单双耳机构的位置的长度的两倍；合成单耳(17)与设置在固定柱块(9)上的内部作动筒(10)连接；固定柱块(9)轴向固定在设置在锥段壳体内壁(2)的空间中部偏下位置。
2.如权利要求1所述的一种火箭壳体内部多点小范围多维力转化加载机构，其特征在于对于第II、III象限的2组共6个分离滑块(1)，每个分离滑块(1)上也设置有一个力的转化机构；同一侧的3套力的转化机构通过1套力的合成机构进行合力；靠近第III象限的分离滑块(1)的力的转化机构和力的合成机构与靠近第I象限的分离滑块(1)的力的转化机构结构与设置方式相同；其区别在于靠近第III象限的分离滑块(1)的力的合成机构的合成单耳(17)与固定在地面上的外部作动筒(11)连接。
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