CN105736183A

CN105736183A - 一种基于聚四氟乙烯材料的自润滑自密封球窝结构

Info

Publication number: CN105736183A
Application number: CN201410744773.0A
Authority: CN
Inventors: 杨敬贤; 沈铁华; 张亮; 罗骄; 潘科玮; 娄德全
Original assignee: Shanghai Xinli Power Equipment Research Institute
Current assignee: Shanghai Xinli Power Equipment Research Institute
Priority date: 2014-12-09
Filing date: 2014-12-09
Publication date: 2016-07-06

Abstract

本发明提出一种基于聚四氟乙烯材料的自润滑自密封球窝结构，包括阴球体、阳球体、聚四氟乙烯内衬、阳球体绝热层、喷管扩散段、喉衬、聚四氟乙烯内衬后间隙、聚四氟乙烯内衬前间隙、聚四氟乙烯内衬限位台阶。本结构利用该结构利用了聚四氟乙烯材料的自润滑自密封性能，同时作为结构材料，结合球窝摆动喷管结构特点，通过在球窝摆动喷管的阴球体与阳球体接触球面部分的阴球体侧设计安装球面结构的聚四氟乙烯材料内衬，结构简单，质量轻，安装操作方便，既满足了球窝摆动喷管的全轴向摆动要求，聚四氟乙烯材料球面动密封、自润滑性能，保证了球窝摆动喷管小力矩要求，具有结构简单、使用方便、工作可靠、摆动力矩小、温度适应性强等特点。

Description

一种基于聚四氟乙烯材料的自润滑自密封球窝结构

技术领域

本发明涉及固体火箭发动机推力矢量技术领域，具体涉及一种应用于固体火箭发动机球窝摆动喷管的球窝结构。

背景技术

球窝摆动喷管技术是一种应用于固体火箭发动机推力矢量技术的关键装置，摆动喷管通过控制喷管绕喷管摆心摆动使发动机推力方向产生偏转，满足飞行器空间大机动过程，小型固体火箭发动机球窝喷管以其推力控制灵活、结构稳定性好、质量一致性好、高低温性能一致等优点在航天技术领域得到应用；球窝摆动喷管通过喷管可动部分与固定部分的球面结构配合，通过对可动部分的方位控制实现喷管推力方向控制；球窝摆动喷管由于采用的是球面结构，具有360°方向的全轴向摆动，在喷管全轴摆动过程中球窝结构处于单侧高压、滑动摩擦状态。因此，球窝结构的动密封和摩擦，是满足球窝摆动喷管在固体火箭发动机中应用的主要问题。

虽然球窝摆动喷管其结构简单、工艺质量和可靠性很高，但是球窝摆动喷管采用的是球面滑动摩擦结构，摩擦系数较高，使得其使用的伺服作动系统功率偏高、重量偏重，制约了球窝摆动喷管的使用。因此目前在产品中多采用表面喷涂润滑材料或采用脂或油润滑来降低摩擦，采用此类结构还需要设计单独的密封结构。

另外，由于球窝喷管可动球窝面接触载荷普遍较高，采用喷涂润滑材料在重载荷下极易产生脱落，造成摩擦系数偏高；而采用脂或油润滑在产品贮存和使用过程中容易挥发和老化，以上两种方法都制约了其使用范围。

发明内容

本发明的基于聚四氟乙烯材料的自润滑自密封球窝结构，其目的是为实现小型固体火箭发动机的推力矢量控制，解决小型固体火箭发动机球窝摆动喷管球窝结构的摩擦系数偏大，使得摩擦力矩偏大的问题，同时解决球窝结构的动密封问题，以满足球窝摆动喷管在固体火箭发动机上的使用。

为了达到上述发明目的，本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是提出一种基于聚四氟乙烯材料的自润滑自密封球窝结构，该结构利用了聚四氟乙烯材料的自润滑自密封性能，通过在球窝摆动喷管的阴球体与阳球体接触球面部分的阴球体侧设计安装球面结构的聚四氟乙烯材料内衬，结构简单，质量轻，安装操作方便，既满足了球窝摆动喷管的全轴向摆动要求，聚四氟乙烯材料球面动密封、自润滑性能，保证了球窝摆动喷管小力矩要求。

本发明基于聚四氟乙烯材料的自润滑自密封球窝结构，包括阴球体、阳球体、聚四氟乙烯内衬、阳球体绝热层、喷管扩散段、喉衬、聚四氟乙烯内衬后间隙、聚四氟乙烯内衬前间隙、聚四氟乙烯内衬限位台阶。

所述的喷管阳球体2在周向上位于喷管阴球体1内侧；所述的阳球体2与聚四氟乙烯内衬接触面为球面；所述的聚四氟乙烯内衬3位于阴球体1内球面位置和阳球体2外球面；所述的聚四氟乙烯内衬3材料采用整体聚四氟乙烯材料加工而成；所述聚四氟乙烯内衬后间隙7位于聚四氟乙烯内衬3沿喷管轴向下游；所述聚四氟乙烯内衬前间隙8位于聚四氟乙烯内衬3沿喷管轴向上游；所述聚四氟乙烯内衬后间隙7为阴球体1和阳球体2通过聚四氟乙烯内衬3支撑后形成；所述喷管阴球体1和阳球体2在聚四氟乙烯内衬后间隙7处为同心球面，且非接触；所述聚四氟乙烯内衬前间隙8为阴球体1和阳球体2通过聚四氟乙烯内衬3支撑后形成；所述阳球体2在聚四氟乙烯内衬前间隙8处、与聚四氟乙烯内衬接触面、在聚四氟乙烯内衬后间隙7处为同一球面；所述聚四氟乙烯内衬3在其外侧与阴球体1之间设置聚四氟乙烯内衬限位台阶9；所述阳球体绝热层4、喷管扩散段5、喉衬6与常规喷管一致。

本发明的聚四氟乙烯材料的自润滑自密封球窝结构与现有技术相比，结构中无单独的密封结构，通过聚四氟乙烯内衬同时实现密封和自润滑，并将聚四氟乙烯作为结构件的一部分，结构质量轻，结构通过机械加工而成，工艺过程简单，不会产生挥发物质等，无老化情况，充分利用了聚四氟乙烯材料的自润滑性、密封性、性能稳定、温度适应范围广等优点。具有结构简单、使用方便、工作可靠、摆动力矩小、温度适应性强等特点。

附图说明

图1是一种基于聚四氟乙烯材料的自润滑自密封球窝结构示意图。

具体实施方式

如图所示，本发明实施例的一种基于聚四氟乙烯材料的自润滑自密封球窝结构，主要包括：阴球体1、阳球体2、聚四氟乙烯内衬3、聚四氟乙烯内衬后间隙7、聚四氟乙烯内衬前间隙8、聚四氟乙烯内衬限位台阶9。本实施例中，燃气入口方向10、燃气出口方向11、阴球体前连接法兰12如图1所示。所述阴球体1数量1只、阳球体2数量1只、聚四氟乙烯内衬3数量1只、阳球体绝热层4数量1只、喷管扩散段5数量1只、喉衬6数量1只、聚四氟乙烯内衬后间隙7数量1处、聚四氟乙烯内衬前间隙8数量1处、聚四氟乙烯内衬限位台阶9数量1处、阴球体前连接法兰12数量1处。

其中，喷管阳球体2在周向上位于喷管阴球体1内侧；阳球体2与聚四氟乙烯内衬接触面为球面；聚四氟乙烯内衬3位于阴球体1内球面位置和阳球体2外球面；聚四氟乙烯内衬3材料采用整体聚四氟乙烯材料加工而成；聚四氟乙烯内衬后间隙7位于聚四氟乙烯内衬3沿喷管轴向下游；聚四氟乙烯内衬前间隙8位于聚四氟乙烯内衬3沿喷管轴向上游；聚四氟乙烯内衬后间隙7为阴球体1和阳球体2通过聚四氟乙烯内衬3支撑后形成；喷管阴球体1和阳球体2在聚四氟乙烯内衬后间隙7处为同心球面，且非接触；聚四氟乙烯内衬前间隙8为阴球体1和阳球体2通过聚四氟乙烯内衬3支撑后形成；阳球体2在聚四氟乙烯内衬前间隙8处、与聚四氟乙烯内衬接触面、在聚四氟乙烯内衬后间隙7处为同一球面；聚四氟乙烯内衬3在其外侧与阴球体1之间设置聚四氟乙烯内衬限位台阶9。

本发明一种基于聚四氟乙烯材料的自润滑自密封球窝结构达到的技术指标如下：

a.聚四氟乙烯球面直径：?108mm；

b.结构质量：＜27g；

c.接触面承载：＞240MPa；

d.附加摆动力矩：≤400N.m。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。

Claims

1.种基于聚四氟乙烯材料的自润滑自密封球窝结构，其特征在于：包括：阴球体、阳球体、聚四氟乙烯内衬、阳球体绝热层、喷管扩散段、喉衬、聚四氟乙烯内衬后间隙、聚四氟乙烯内衬前间隙、聚四氟乙烯内衬限位台阶；

所述阳球体绝热层、喷管扩散段、喉衬为常规喷管结构；

所述的喷管阳球体在周向上位于喷管阴球体内侧；所述的聚四氟乙烯内衬位于阴球体内球面位置和阳球体外球面；所述聚四氟乙烯内衬后间隙位于聚四氟乙烯内衬沿喷管轴向下游；所述聚四氟乙烯内衬前间隙位于聚四氟乙烯内衬沿喷管轴向上游；所述聚四氟乙烯内衬后间隙为阴球体和阳球体通过聚四氟乙烯内衬支撑后形成；所述喷管阴球体和阳球体在聚四氟乙烯内衬后间隙处为同心球面，且非接触；所述聚四氟乙烯内衬前间隙为阴球体和阳球体通过聚四氟乙烯内衬支撑后形成；所述阳球体在聚四氟乙烯内衬前间隙处、与聚四氟乙烯内衬接触面、在聚四氟乙烯内衬后间隙处为同一球面；所述聚四氟乙烯内衬在其外侧与阴球体之间设置聚四氟乙烯内衬限位台阶。

2.根据权利要求1所述的一种基于聚四氟乙烯材料的自润滑自密封球窝结构，其特征在于：所述的阳球体与聚四氟乙烯内衬接触面为球面。

3.根据权利要求1所述的一种基于聚四氟乙烯材料的自润滑自密封球窝结构，其特征在于：所述的聚四氟乙烯内衬材料采用整体聚四氟乙烯材料加工而成。