CN105736801A - 滚珠支撑型电动阀门衔铁悬浮结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种滚珠支撑型电动阀门衔铁悬浮结构，包括衔铁组件和阀体，衔铁组件设置于阀体的内腔中，衔铁组件包括衔铁和滚珠，其中衔铁和阀体均为回转体结构，滚珠为球形滚珠，在衔铁靠近两端端面的圆周方向上各设置有N个沿圆周均布的凹槽，每个凹槽内设置一个滚珠，所述凹槽形状为中空结构的球缺与圆柱体的组合形状，所述球缺与圆柱体的直径相同，且滚珠的直径小于凹槽中球缺或圆柱体的直径，该衔铁悬浮结构取消了传统的衔铁悬浮结构设计中所采用柔性支撑元件，简化了衔铁结构，缩减了零件数量，使得衔铁结构更加紧凑，重量更轻，最终在实现产品小型化设计的同时，又保证了产品高可靠性及快速响应特性。

Description

滚珠支撑型电动阀门衔铁悬浮结构
技术领域
本发明属于航天器空间流体管理技术领域，特别涉及一种滚珠支撑型电动阀门衔铁悬浮结构，适用于航天器电动阀门活动部件的无滑动摩擦结构设计。
背景技术
微纳卫星由于自身体积重量小等特点，对推进分系统提出了紧凑型/模块化集成设计等要求，其中电动阀门作为推进系统的推进剂管理与流量调节阀门，系统的使用数量较多，因此产品必须开展微小型化设计，以满足系统的高度集成及体积小、重量轻等要求。
为保证产品的可靠性，传统电动阀门中的衔铁柔性悬浮设计方案，由于其自身结构零件数量较多以及弹性元件小型化加工困难等原因，无法满足产品的微小型化设计要求。
当前的高性能电动阀门中通常采用衔铁柔性悬浮设计方案，其核心部件为片状膜簧，该结构一般零件数量较多，在5个以上，连接复杂，通常需采用电子束焊接或激光焊接等工艺，生产流程复杂。更重要的是片状膜簧受到加工因素的限制，在径向尺寸较小，例如径向尺寸＜10mm的阀门中应用比较困难甚至无法实施。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供滚珠支撑型电动阀门衔铁悬浮结构，该衔铁悬浮结构取消了传统的衔铁悬浮结构设计中所采用柔性支撑元件，简化了衔铁结构，缩减了零件数量，使得衔铁结构更加紧凑，重量更轻，最终在实现产品小型化设计的同时，又保证了产品高可靠性及快速响应特性。
本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：
滚珠支撑型电动阀门衔铁悬浮结构，包括衔铁组件和阀体，衔铁组件设置于阀体的内腔中，衔铁组件包括衔铁和滚珠，其中衔铁和阀体均为回转体结构，滚珠为球形滚珠，在衔铁靠近两端端面的圆周方向上各设置有N个沿圆周均布的凹槽，每个凹槽内设置一个滚珠，所述凹槽形状为中空结构的球缺与圆柱体的组合形状，所述球缺与圆柱体的直径相同，且滚珠的直径小于凹槽中球缺或圆柱体的直径，大于凹槽的深度，且满足：
所述滚珠采用硬度HRC>58的无磁性材料，其中N为正整数，且N≥3。
在上述滚珠支撑型电动阀门衔铁悬浮结构中，所述中空结构的球缺的高度为滚珠直径的2/5～3/5。
在上述滚珠支撑型电动阀门衔铁悬浮结构中，满足：
在上述滚珠支撑型电动阀门衔铁悬浮结构中，所述滚珠的直径与凹槽中球缺的直径满足：
在上述滚珠支撑型电动阀门衔铁悬浮结构中，所述滚珠为氮化硅陶瓷滚珠。
在上述滚珠支撑型电动阀门衔铁悬浮结构中，所述N个凹槽的底部中心点在同一平面内，所述平面垂直于衔铁的轴线，且所述凹槽的底部中心点距离靠近的衔铁端面的距离为衔铁轴向长度的5％～25％。
在上述滚珠支撑型电动阀门衔铁悬浮结构中，在衔铁靠近两端端面的圆周方向上各设置有3个沿圆周均布的凹槽。
在上述滚珠支撑型电动阀门衔铁悬浮结构中，所述衔铁组件设置于阀体的内腔中，滚珠与阀体腔体内壁之间形成0.03～0.08mm的滑动配合间隙。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)、本发明提出一种新型结构的滚珠支撑型电动阀门衔铁悬浮结构，在衔铁两端的圆周方向上各均等布置N个特殊形状的凹槽，每个凹槽内放置一个氮化硅陶瓷滚珠，形成衔铁组件，其中凹槽深度小于所使用的滚珠直径，以保证滚珠所形成的圆周直径大于衔铁的圆周直径，最后由滚珠所决定圆周直径与阀门的内腔采用滑动配合，确保衔铁在运动过程中不与阀体之间发生滑动摩擦，使滚珠处于滚动状态而非相对静止状态，同时在衔铁运动过程中，由于滚珠材料的无磁性，滚珠与阀体及衔铁之间的摩擦力均为滚动摩擦，该摩擦力量值微乎其微，一般可忽略不计，阀门不会产生因滑动摩擦而带来的“自污染”现象；
(2)、本发明滚珠支撑型电动阀门衔铁悬浮结构取消了传统的衔铁悬浮结构设计中所采用柔性支撑元件，简化了衔铁结构，缩减了零件数量，使得衔铁结构更加紧凑，重量更轻，最终在实现产品小型化设计的同时，又保证了产品高可靠性及快速响应特性。
(3)、本发明通过对衔铁组件中凹槽的位置、形状、与滚珠的比例关系等的优化设计，使得衔铁悬浮结构性能更加优异，结构更加合理紧凑，进一步保证了衔铁悬浮结构的高可靠性及快速响应特性；采用此滚珠支撑悬浮结构，可使阀门响应时间提升15～30％，并将阀门响应时间的散度控制在±0.1ms以内。
附图说明
图1a为本发明衔铁组件纵向结构剖面图；
图1b为本发明衔铁组件中衔铁横向结构剖面图(图1a中沿剖切线的剖面图)。
图2为本发明滚珠支撑型电动阀门衔铁悬浮结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
如图2所示为本发明滚珠支撑型电动阀门衔铁悬浮结构示意图，由图可知本发明衔铁悬浮结构包括衔铁组件和阀体3，衔铁组件设置于阀体3的内腔中，衔铁组件包括衔铁1和滚珠2，其中衔铁1和阀体3均为回转体结构，采用常规的车削加工方法，滚珠2为球形滚珠，在衔铁1靠近两端端面的圆周方向上各设置有N个沿圆周均布的凹槽4，每个凹槽4内设置一个滚珠2，凹槽4可以采用激光雕刻的方法得到。
如图1a所示为本发明衔铁组件纵向结构剖面图，图1b为本发明衔铁组件中衔铁横向结构剖面图(图1a中沿剖切线的剖面图)，其中凹槽4形状为中空结构的球缺与圆柱体的组合形状，球缺与圆柱体的直径相同，且滚珠2的直径小于凹槽4中球缺或圆柱体的直径，大于凹槽4的深度，且满足：
优选：中空结构的球缺的高度为滚珠2直径的2/5～3/5。滚珠2的直径与凹槽4中球缺(圆柱体)的直径满足如下关系式：
优选：N个凹槽4的底部中心点在同一平面内，所述平面垂直于衔铁1的轴线，且所述凹槽4的底部中心点距离靠近的衔铁1端面的距离为衔铁1轴向长度的5％～25％。衔铁组件设置于阀体3的内腔中，滚珠2与阀体3腔体内壁之间形成0.03～0.08mm的滑动配合间隙。
滚珠2为硬度HRC>58的无磁性材料，例如为氮化硅陶瓷滚珠。衔铁与阀体的材料均为软磁合金。
实施例1
如图1a、图1b所示，衔铁1和阀体3均为回转体结构，采用常规的车削加工方法，而在衔铁1两端的圆周方向上采用激光雕刻的方法，各加工3个均布凹槽4，凹槽4为中空半球体+圆柱的形状，中空半球体或圆柱的直径d为1.2mm，圆柱的高度h为0.3mm，凹槽4的深度为d/2+h＝0.9mm，每个凹槽4内放置一枚氮化硅陶瓷滚珠2，滚珠2直径D为1mm，D小于d，大于h，滚珠2设置在凹槽4中，高出凹槽4的部分高度为D-h＝0.1mm，滚珠2与衔铁1形成衔铁组件，衔铁组件放入阀体3内腔后，滚珠2与阀体3腔体内壁之间形成0.06mm的滑动配合间隙。衔铁1两端中靠近每端的3个凹槽4的底面中心点在同一平面内，该平面垂直于衔铁1的轴线，凹槽4底部中心距离靠近的衔铁1端面的距离为2mm，为衔铁2轴向长度的7％。
本实施例中阀门不会产生因滑动摩擦而带来的“自污染”现象，取消了传统的衔铁悬浮结构设计中所采用柔性支撑元件，简化了衔铁结构，缩减了零件数量，使得衔铁组件的零件数量缩减至2～3个，使得衔铁结构更加紧凑，重量减少30％～50％左右，最终在实现产品小型化设计的同时，又保证了产品高可靠性及快速响应特性。采用此滚珠支撑悬浮结构，可使阀门响应时间提升15～30％，并将阀门响应时间的散度控制在±0.1ms以内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (8)

1.滚珠支撑型电动阀门衔铁悬浮结构，其特征在于：包括衔铁组件和阀体(3)，衔铁组件设置于阀体(3)的内腔中，衔铁组件包括衔铁(1)和滚珠(2)，其中衔铁(1)和阀体(3)均为回转体结构，滚珠(2)为球形滚珠，在衔铁(1)靠近两端端面的圆周方向上各设置有N个沿圆周均布的凹槽(4)，每个凹槽(4)内设置一个滚珠(2)，所述凹槽(4)形状为中空结构的球缺与圆柱体的组合形状，所述球缺与圆柱体的直径相同，且滚珠(2)的直径小于凹槽(4)中球缺或圆柱体的直径，大于凹槽(4)的深度，且满足：
所述滚珠(2)采用硬度HRC>58的无磁性材料，其中N为正整数，且N≥3。
2.根据权利要求1所述的滚珠支撑型电动阀门衔铁悬浮结构，其特征在于：所述中空结构的球缺的高度为滚珠直径的2/5～3/5。
3.根据权利要求1所述的滚珠支撑型电动阀门衔铁悬浮结构，其特征在于：满足：
4.根据权利要求1所述的滚珠支撑型电动阀门衔铁悬浮结构，其特征在于：所述滚珠(2)的直径与凹槽(4)中球缺的直径满足：
5.根据权利要求1所述的滚珠支撑型电动阀门衔铁悬浮结构，其特征在于：所述滚珠(2)为氮化硅陶瓷滚珠。
6.根据权利要求1所述的滚珠支撑型电动阀门衔铁悬浮结构，其特征在于：所述N个凹槽(4)的底部中心点在同一平面内，所述平面垂直于衔铁(1)的轴线，且所述凹槽(4)的底部中心点距离靠近的衔铁(1)端面的距离为衔铁(1)轴向长度的5％～25％。
7.根据权利要求1～6之一所述的滚珠支撑型电动阀门衔铁悬浮结构，其特征在于：在衔铁(1)靠近两端端面的圆周方向上各设置有3个沿圆周均布的凹槽(4)。
8.根据权利要求1～6之一所述的滚珠支撑型电动阀门衔铁悬浮结构，其特征在于：所述衔铁组件设置于阀体(3)的内腔中，滚珠(2)与阀体(3)腔体内壁之间形成0.03～0.08mm的滑动配合间隙。
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