CN109029161B - 一种火工作动筒轴向到位锁定结构 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种火工作动筒轴向到位锁定结构，属于火工品设计技术领域。所述锁定结构包括作动筒壳体、活塞杆、弹簧卡箍及密封盖，作动筒壳体内腔设置有定位凸台，密封盖从作动筒壳体的第一端封堵作动筒壳体，且与定位凸台之间形成限位腔，弹簧卡箍位于限位腔内，活塞杆位于作动筒壳体的内腔，且第一端穿过弹簧卡箍和密封盖以探出作动筒壳体，活塞杆第二端设有活塞盘，活塞杆上还设有环形定位凹槽，定位凹槽与活塞盘之间具有间隔，随着活塞杆的轴向移动，定位凹槽到达限位腔时，弹簧卡箍回缩套在定位凹槽处锁定活塞杆的轴向位置。本发明无需在活塞杆的端头设置梯形槽，适用范围广且易实现密封。

Description

一种火工作动筒轴向到位锁定结构

技术领域

本发明涉及一种空间需求小的长寿命火工作动筒轴向到位锁定结构，属于火工品设计技术领域，可应用于航空航天、水上舰艇、安全救生等领域。

背景技术

火工作动装置广泛应用于国防领域，依靠火药燃烧，能够在极短的时间内释放出相当大的能量，并转化成机械能输出做功，以完成预定程序动作。火工作动筒属于火工作动装置的一种，将火药燃烧产生的能量转化为力与位移，实现被连接部件的运动。

其中，以输出轴向位移的火工作动筒最为常见，而该类作动筒常常需要具备轴向到位锁定功能，即工作到位之后，作动筒能够承受一定的荷载而不发生逆向位移。目前常用的到位锁定方案有撞击共盈及弹簧销式。前者依靠作动筒工作时运动杆的动能撞击特定零件至变形，使运动部件卡死实现到位锁定；后者在作动筒的运动部件与壳体上分别布置有定位孔及弹簧销，工作到位时，弹簧销落入定位孔实现到位锁定。

撞击共盈的锁定力小且需要运动杆具有足够的动能，不适用于工作时活塞杆运动速度较慢的作动筒(如阻尼作动筒)。弹簧销式到位锁定依靠定位销自身的抗剪能力实现到位锁定，且活塞杆与作动筒运动时需设置导向结构，防止运动部件间的转动错位以致锁定失效，结构复杂，在锁定的部位需较大的径向空间以布置定位销。

传统等截面弹簧挡圈或轴用挡圈虽然能满足轴向锁定的需求，当应用于尺寸小且承载力高的情况时，其内外径比值较小，远离开口位置应变较大，长时间处于变形状态下弹性损失严重，无法满足航天火工品长达10余年的贮存期要求。常用解决办法为在运动轴初始位置设置一个梯形槽，初始状态弹簧挡圈处于自由状态，无弹性变形，工作时挡圈通过梯形槽的坡道张开，但该方式无法满足部分有密封要求或活塞杆无法开槽的产品。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对现有技术中存在的问题，提供了一种火工作动筒轴向到位锁定结构，无需在活塞杆的端头设置梯形槽，适用范围广且易实现密封。

本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

一种火工作动筒轴向到位锁定结构，包括作动筒壳体1、活塞杆2、弹簧卡箍3及密封盖4，所述作动筒壳体1内腔靠近第一端的位置设置有定位凸台11，所述密封盖4从所述作动筒壳体1的第一端封堵所述作动筒壳体1，且与所述定位凸台11之间形成限位腔，所述弹簧卡箍3位于所述限位腔内，所述活塞杆2位于所述作动筒壳体1的内腔，且第一端穿过所述弹簧卡箍3和密封盖4以探出所述作动筒壳体1，所述活塞杆2第二端设有活塞盘21，所述活塞杆2上还设有环形定位凹槽22，所述定位凹槽22与所述活塞盘21之间具有间隔，随着所述活塞杆2的轴向移动，所述定位凹槽22到达所述限位腔时，所述弹簧卡箍3回缩套在所述定位凹槽22处，与所述定位凸台11配合锁定所述活塞杆2的轴向位置。

在一可选实施例中，所述定位凸台11为环形凸台，且内径小于所述弹簧卡箍3回缩后的外径。

在一可选实施例中，所述弹簧卡箍3为带开口31的圆环形结构，所述弹簧卡箍3的外圆或内圆上开有若干截面为扇环形的缺口。

在一可选实施例中，各所述缺口对应的扇环均与所述弹簧卡箍同心。

在一可选实施例中，远离所述开口31的缺口33对应的扇环的内径r1大于距离所述开口31较近的缺口32对应的扇环的内径r2。

在一可选实施例中，所述的弹簧卡箍3除所述缺口位置外其余部分34均同心且等直径，并沿圆周均布。

在一可选实施例中，所述的弹簧卡箍3在自由状态时的内径小于所述活塞杆2的定位凹槽22所在位置处的外径，所述的弹簧卡箍3扩张后的最大包络外径小于所述限位腔内径。

在一可选实施例中，所述弹簧卡箍3回缩套在所述定位凹槽22处时，所述弹簧卡箍3凸出所述活塞杆2的高度为所述弹簧卡箍3的径向厚度的1/3-2/3。

在一可选实施例中，所述定位凹槽22与所述活塞盘21之间的间隔比定位凸台11的厚度尺寸小，所述定位凹槽22的宽度比所述限位腔的宽度大。

在一可选实施例中，所述密封盖4与所述作动筒壳体1通过螺纹连接，所述密封盖4与所述作动筒壳体1之间、所述密封盖4与活塞杆2之间以及所述活塞盘21与所述作动筒壳体1之间均通过密封圈5密封。

在一可选实施例中，所述的弹簧卡箍3材料为屈服强度不小于1200MPa的弹簧钢。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明实施例提供的火工作动筒轴向到位锁定结构，由于弹簧卡箍环形面承受轴向剪力，其锁定后承载力远高于传统的撞击共盈式及弹簧销式到位锁定结构，同时对于轴向及径向尺寸需求极小，满足作动筒的小型化需求；同时，本发明提供的火工作动筒轴向到位锁定结构无需在活塞杆的端头设置梯形槽，适用范围广且易实现密封；

(2)本发明实施例通过采用弹簧卡箍上的缺口分布及构型调节弹簧卡箍扩张时的应力应变分布，控制其最大应变处于材料的弹性范围内，显著缩小弹簧卡箍张开后的弹性损失速度，延长了弹簧卡箍的使用寿命；

(3)本发明实施例提供的弹簧卡箍，当缺口所在部分的弹簧卡箍不与凸台相贴，仅依靠缺口外的其余部分承受主要剪力时，能确保单点锁定时受力不均易失稳的问题；

(4)本发明实施例提供的火工作动筒轴向到位锁定结构能够确保弹簧卡箍失去约束后自动回弹，提高了结构的可靠性。

附图说明

图1为发明实施例提供的一种火工作动筒轴向到位锁定结构在未轴向锁定状态时的剖面示意图；

图2为发明实施例提供的弹簧卡箍结构示意图；

图3为发明实施例提供的火工作动筒轴向到位锁定结构在轴向到位锁定状态的剖面示意图。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明的具体实施例方式做进一步详细说明。

参见图1，一种火工作动筒轴向到位锁定结构，包括作动筒壳体1、活塞杆2、弹簧卡箍3及密封盖4，所述作动筒壳体1内腔靠近右端的位置设置有定位凸台11，所述密封盖4从所述作动筒壳体1的右端封堵所述作动筒壳体1，且与所述定位凸台11之间形成限位腔，所述弹簧卡箍3位于所述限位腔内，为便于弹簧卡箍3回弹，限位腔的宽度略大于弹簧卡箍3的厚度，使弹簧卡箍3位于限位腔内时具有一定的轴向间隙，所述活塞杆2位于所述作动筒壳体1的内腔，且右端穿过所述弹簧卡箍3和密封盖4以探出所述作动筒壳体1，活塞杆2穿过所述弹簧卡箍3使其处于扩张状态，所述活塞杆2左端设有活塞盘21，所述活塞杆2上还设有环形定位凹槽22，所述定位凹槽22与所述活塞盘21之间具有间隔，如图3所示，随着所述活塞杆2向右轴向移动，当所述定位凹槽到达至所述限位腔时，所述弹簧卡箍3回缩套在所述定位凹槽22处使所述定位凹槽22处的外径大于活塞杆2其余部位的直径，从而与所述定位凸台11配合锁定所述活塞杆2的轴向位置。

本发明实施例提供的一种火工作动筒轴向到位锁定结构工作时，如图1所示，燃气作用在活塞杆2的活塞盘21上，推动活塞杆2向作动筒壳体1外伸出，活塞盘21右端面运动到与作动筒壳体1的定位凸台11左端面贴合，此时活塞杆2的定位凹槽22运动到弹簧卡箍3位置，弹簧卡箍3失去约束回缩套在活塞杆2凹槽中，受弹簧卡箍3的作用，活塞杆2与作动筒壳体1实现到位锁定。

本发明实施例提供的火工作动筒轴向到位锁定结构，通过在作动筒壳体的一端设置定位凸台并通过密封盖封堵该端，使密封盖与定位凸台之间形成限位腔，使弹簧卡箍在扩张或回缩后均位于所述限位腔内，通过在活塞杆上设置定位凹槽，当活塞杆其他部位穿过所述弹簧卡箍时，弹簧卡箍处于扩张状态，活塞杆克服与弹簧卡箍间的摩擦力即可实现轴向移动，当定位凹槽处移动至弹簧卡箍时，弹簧卡箍回缩套在所述定位凹槽处，在限位腔及定位凹槽槽壁的限制下，弹簧卡箍环形面承受轴向剪切力，锁定所述活塞杆的轴向位置；由于弹簧卡箍环形面承受轴向剪力，其锁定后承载力远高于传统的撞击共盈式及弹簧销式到位锁定结构，同时对于轴向及径向尺寸需求极小，满足作动筒的小型化需求；同时，本发明提供的火工作动筒轴向到位锁定结构无需在活塞杆的端头设置梯形槽，易实现密封。

在一可选实施例中，所述定位凸台11为环形凸台，且内径小于所述弹簧卡箍3回缩后的外径，略大于活塞杆2主体部分直径，以确保弹性卡箍环形面受力均衡；在其他实施例中，还可以根据使用需求选择带有开口的环形凸台或者沿圆周均布的多个凸台，本发明不作限定；

参见图2，在一可选实施例中，所述弹簧卡箍3为带开口31的圆环形结构，所述弹簧卡箍3的外圆上开有若干截面为扇环形的缺口，使弹簧卡箍3形成变截面结构；在另一个可选实施例中所述弹簧卡箍3的内圆上开有若干截面为扇环形的缺口；环形缺口的数量可以根据需要选择，通常不少于两个；

本发明实施例通过采用弹簧卡箍上的缺口分布及构型调节弹簧卡箍扩张时的应力应变分布，控制其最大应变处于材料的弹性范围内，显著缩小弹簧卡箍张开后的弹性损失速度，延伸了弹簧卡箍的使用寿命。

在一可选实施例中，各所述缺口对应的扇环均与所述弹簧卡箍3同心，以确保弹簧卡箍受力均衡。

在一可选实施例中，远离所述开口31的缺口33对应的扇环的内径r1大于距离所述开口31较近的缺口32对应的扇环的内径r2。通过该构型使弹簧卡箍在作动筒初始状态受活塞杆约束扩张时，变形均集中分布于各缺口位置，且各缺口的最大应变均处于弹簧卡箍材料的弹性范围，进一步降低其在长时间扩张状态下的弹性损失，提高产品的贮存寿命；

在一可选实施例中，所述的弹簧卡箍3除所述缺口位置外其余部分34均同心且等直径，并沿圆周均布。当缺口所在部分的弹簧卡箍不与凸台相贴，仅依靠缺口外的其余部分承受主要剪力时，确保单点锁定时受力不均易失稳的问题。

在一可选实施例中，所述的弹簧卡箍3在自由状态时的内径小于所述活塞杆2的定位凹槽22所在位置处的外径，所述的弹簧卡箍3扩张后的最大包络外径小于所述限位腔内径。该结构能够确保弹簧卡箍失去约束后自动回弹，提高了结构的可靠性。

在一可选实施例中，所述弹簧卡箍3回缩套在所述定位凹槽22处时，所述弹簧卡箍3凸出所述活塞杆2的高度为约所述弹簧卡箍3的径向厚度的1/3-2/3，以确保弹簧卡箍环形面能够长时间承受轴向剪切力，延长使用寿命，提高可靠性。

在一可选实施例中，所述定位凹槽22与所述活塞盘21之间的间隔比定位凸台11的厚度略小，所述定位凹槽22的宽度比所述限位腔的宽度略大，以保证活塞杆2运动到位后定位凹槽22能够覆盖限位腔。该结构使得活塞杆运动到位时，弹簧卡箍能完全失去径向约束，落入活塞杆的定位凹槽内。

在一可选实施例中，所述密封盖4与所述作动筒壳体1通过螺纹连接，所述密封盖4与所述作动筒壳体1之间、所述密封盖4与活塞杆2之间以及所述活塞盘21与所述作动筒壳体1之间均通过密封圈5密封，以实现密封。

在一可选实施例中，所述的弹簧卡箍3材料为屈服强度不小于1200MPa的弹簧钢，以增加弹簧卡箍的使用寿命。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种火工作动筒轴向到位锁定结构，其特征在于：包括作动筒壳体(1)、活塞杆(2)、弹簧卡箍(3)及密封盖(4)，所述作动筒壳体(1)内腔靠近第一端的位置设置有定位凸台(11)，所述密封盖(4)从所述作动筒壳体(1)的第一端封堵所述作动筒壳体(1)，且与所述定位凸台(11)之间形成限位腔，所述弹簧卡箍(3)位于所述限位腔内，所述活塞杆(2)位于所述作动筒壳体(1)的内腔，且第一端穿过所述弹簧卡箍(3)和密封盖(4)以探出所述作动筒壳体(1)，所述活塞杆(2)第二端设有活塞盘(21)，所述活塞杆(2)上还设有环形定位凹槽(22)，所述定位凹槽(22)与所述活塞盘(21)之间具有间隔，随着所述活塞杆(2)的轴向移动，所述定位凹槽(22)到达所述限位腔时，所述弹簧卡箍(3)回缩套在所述定位凹槽(22)处，与所述定位凸台(11)配合锁定所述活塞杆(2)的轴向位置；所述弹簧卡箍(3)为带开口(31)的圆环形结构，所述弹簧卡箍(3)的外圆或内圆上开有若干截面为扇环形的缺口。

2.根据权利要求1所述的火工作动筒轴向到位锁定结构，其特征在于：所述定位凸台(11)为环形凸台，且内径小于所述弹簧卡箍(3)回缩后的外径。

3.根据权利要求1所述的火工作动筒轴向到位锁定结构，其特征在于：各所述缺口对应的扇环均与所述弹簧卡箍同心。

4.根据权利要求3所述的火工作动筒轴向到位锁定结构，其特征在于：远离所述开口(31)的缺口(33)对应的扇环的内径(r1)大于距离所述开口(31)较近的缺口(32)对应的扇环的内径(r2)。

5.根据权利要求1所述的火工作动筒轴向到位锁定结构，其特征在于：所述的弹簧卡箍(3)除所述缺口位置外其余部分(34)均同心且等直径，并沿圆周均布。

6.根据权利要求2-5任一项所述的火工作动筒轴向到位锁定结构，其特征在于：所述的弹簧卡箍(3)在自由状态时的内径小于所述活塞杆(2)的定位凹槽(22)所在位置处的外径，所述的弹簧卡箍(3)扩张后的最大包络外径小于所述限位腔内径。

7.根据权利要求1-5任一项所述的火工作动筒轴向到位锁定结构，其特征在于：所述弹簧卡箍(3)回缩套在所述定位凹槽(22)处时，所述弹簧卡箍(3)凸出所述活塞杆(2)的高度为所述弹簧卡箍(3)的径向厚度的1/3-2/3。

8.根据权利要求1-5任一项所述的火工作动筒轴向到位锁定结构，其特征在于：所述定位凹槽(22)与所述活塞盘(21)之间的间隔比定位凸台(11)的厚度尺寸小，所述定位凹槽(22)的宽度比所述限位腔的宽度大。

9.根据权利要求1所述的火工作动筒轴向到位锁定结构，其特征在于：所述密封盖(4)与所述作动筒壳体(1)通过螺纹连接，所述密封盖(4)与所述作动筒壳体(1)之间、所述密封盖(4)与活塞杆(2)之间以及所述活塞盘(21)与所述作动筒壳体(1)之间均通过密封圈(5)密封。

10.根据权利要求1所述的火工作动筒轴向到位锁定结构，其特征在于：所述的弹簧卡箍(3)材料为屈服强度不小于1200MPa的弹簧钢。

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