CN107152997A - 一种滚动支撑活塞 - Google Patents

Abstract

本发明属于活塞领域，涉及一种滚动支撑活塞。本发明中的头部使用安装螺纹柱固定连接在主体的前部，在滚动支撑活塞的周向沿轴向从前到后依次布置有隔热环、前密封圈、前滚动轴承、后滚动轴承、后密封圈。前滚动轴承和后滚动轴承均设有四个，沿滚动支撑活塞的周向对称布置。

Description

一种滚动支撑活塞

技术领域

本发明属于自由活塞驱动高焓设备领域，涉及一种滚动支撑活塞。

背景技术

从19世纪50年代开始，自由活塞激波风洞开始在世界上得到使用，后来又研制了自由活塞膨胀管风洞。自由活塞激波风洞和膨胀管风洞主要用于高超声速流场条件的模拟，为高超声速导弹、空间再入飞行器和其它高超声速飞行器的研制提供试验流场条件。

与一般激波风洞相比，自由活塞激波风洞的主要差别在于驱动部分，把常规激波风洞的驱动段由活塞压缩管代替，即可构成自由活塞激波风洞。自由活塞激波风洞的运行过程如下：活塞停在活塞压缩管的上游端，压缩管内活塞前充入驱动气体。运行时，活塞在高压气体驱动下沿着活塞压缩管加速，活塞的动能不断增加，驱动气体被不断压缩，一直到活塞运动到离活塞压缩管下游不远处，加速过程终止，活塞迅速减速。在活塞压缩管中，活塞的大部分动能传递给了驱动气体，使其达到高温高压的驱动状态，在膜片破裂后，在被驱动段中产生强激波，压缩试验气体使其形成很高的滞止压力和温度。

在自由活塞激波风洞的使用中，活塞在活塞压缩管中运动时，为了减小活塞与活塞压缩管之间的摩擦，活塞的直径通常略小于活塞压缩管的内径，通过密封圈将活塞和活塞压缩管之间的缝隙进行密封，通过活塞支撑环将活塞支撑在活塞压缩管的内部，支撑环主要起到减小活塞与活塞压缩管的接触面积的作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种滚动支撑活塞，通过安装在主体上的滚动轴承将活塞支撑在活塞压缩管的内部，使活塞在活塞压缩管中的运动从滑动摩擦转变为滚动摩擦，减小了活塞与活塞压缩管之间的摩擦，活塞将更容易被驱动气体加速，从而提高了活塞的运动速度，增强了活塞驱动器的性能。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

本发明的滚动支撑活塞，包括主体、头部、隔热环、前密封圈、后密封圈、前滚动轴承、后滚动轴承。

主体为一个前端封闭、后端开口的空心柱形结构，通过前端的螺纹孔与头部连接。在主体的外表面上依次设有第一安装槽、前滚动轴承安装孔、后滚动轴承安装孔、第二安装槽。主体的材料可根据活塞质量的需求选择铝、钢或者非金属材料。

头部为一个薄柱形结构，通过安装螺纹柱与主体连接，在头部的圆柱形外表面上设有隔热环安装槽。

隔热环置于头部的隔热环安装槽上，采用金属材料如铜制成。

前密封圈和后密封圈置于主体的前后两侧的第一安装槽和第二安装槽上，采用耐热橡胶制成。

前滚动轴承和后滚动轴承位于主体的前后两侧，前滚动轴承位于前密封圈的后侧，后滚动轴承位于后密封圈的前部。前滚动轴承和后滚动轴承均沿主体的周向对称布置四个。

本发明的有益效果为：

本发明中的滚动支撑活塞采用滚动轴承对活塞进行支撑，降低了活塞与活塞压缩管的摩擦力，使活塞的驱动能力增强。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中A-A面剖视图；

图3为本发明中的主体的结构示意图；

图4为本发明中的头部结构示意图。

图中，1.头部，2.主体，3.后滚动轴承，4.前滚动轴承，5.隔热环，6前密封圈，7.后密封圈，8.第一安装槽，9.第二安装槽，10.前滚动轴承安装孔，11.后滚动轴承安装孔，12.隔热环安装槽，13.连接螺纹柱。

具体实施方案

下面结合附图，对本发明的方案进行详细的介绍。

本发明的滚动支撑活塞，如图1所示，包括头部1、主体2、后滚动轴承3、前滚动轴承4、隔热环5、前密封圈6、后密封圈7。

主体2为一个前端封闭、后端开口的圆柱形空心壳体，前端通过螺纹孔连接头部1，主体1的材料可根据活塞质量的需求选择铝、钢或者非金属材料。

如图2所示，在主体1的外表面周向上均布布置有四个后滚动轴承3，前滚动轴承4与后滚动轴承3按同样的方式布置。

如图3所示，主体1的外表面设有第一安装槽8、第二安装槽9、前滚动轴承安装孔10、后滚动轴承安装孔11。

如图4所示，头部1为一个薄圆柱结构，头部2通过螺纹柱13连接在活塞本体1的前部，在圆柱的外表面上设有隔热环安装槽12，头部1直接与高温的试验气流接触，应具有强耐高温性能。

隔热环5位于头部1的侧面，采用金属材料如铜制成，用于将隔离高温气流，避免其传递到活塞后端。

前密封圈6和后密封圈7分别安装在主体2的第一安装槽8和第二安装槽9上，分别位于主体2的两端，用于密封主体2与活塞压缩管之间的缝隙，采用耐热橡胶制成。

前滚动轴承4和后滚动轴承3分别安装在前滚动轴承安装孔10和后滚动轴承安装孔11上。

当活塞在活塞压缩管中运动时，只有前滚动轴承4和后滚动轴承3与活塞压缩管的壁面接触，将活塞与活塞压缩管之间的摩擦从滑动摩擦降低为滚动摩擦，降低了活塞在活塞压缩管中运动的阻力，从而使活塞更容易被驱动气体加速，提高了活塞驱动器的性能。

Claims (6)

1.一种滚动支撑活塞，包括主体（2）、头部（1）、隔热环（5）、前密封圈（6）、后密封圈（7）；其特征在于：还包括前滚动轴承（4）和后滚动轴承（3）；

主体（2）为一个前端封闭、后端开口的圆柱形壳体，前端通过螺纹孔连接头部（1），在主体（2）的外表面上依次设有第一安装槽（8）、前滚动轴承安装孔（10）、后滚动轴承安装孔（11）、第二安装槽（9）；

头部（1）使用安装螺纹柱（11）固定连接在主体（2）的前端，在头部（1）上设有安装隔热环（5）的隔热环安装槽（12）；

隔热环（5）置于头部（1）的隔热环安装槽（12）上；

前密封圈（6）和后密封圈（7）位于主体（1）的前后两侧的第一安装槽（8）和第二安装槽（9）上；

前滚动轴承（4）和后滚动轴承（3）位于主体的前后两侧的前滚动轴承安装孔（10）和后滚动轴承安装孔（11）上，前滚动轴承（4）位于前密封圈（6）的后侧，后滚动轴承（3）位于后密封圈（7）的前部。

2.根据权利要求1所述的滚动支撑活塞，其特征在于：在主体（2）的前外表面上设置有四个沿主体（2）圆周向对称布置的前滚动轴承（4）。

3.根据权利要求1所述的滚动支撑活塞，其特征在于：在主体（2）的后外表面上，设置有四个沿主体（1）圆周向对称布置的后滚动轴承（3）。

4.根据权利要求1所述的滚动支撑活塞，其特征在于：主体（2）的制作材料为金属铝、钢或非金属材料。

5.根据权利要求1所述的滚动支撑活塞，其特征在于：隔热环（5）采用金属材料制成。

6.根据权利要求1所述的滚动支撑活塞，其特征在于：前密封圈（6）和后密封圈（7）均采用耐热橡胶制成。