CN111470923B - 一种星孔推进剂药柱缠绕包覆用中心轴 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种星孔推进剂药柱缠绕包覆用中心轴，包括主轴、星齿和连接螺钉；其中，多个星齿通过连接螺钉连接固定在主轴上的多个主轴槽内。本发明考虑了星齿装配间隙尺寸、星齿数量和星齿长度，以保证中心轴与推进剂药柱的顺利装配和退模；实现了星齿型面在缠绕动力传递过程中与推进剂星孔内型面接触面积最大，在实现缠绕动力传递过程的同时防止星齿对推进剂药面产生破坏；采用高强度钢和黄铜相结合的材料组合，利用高轻度钢的刚度保证主轴强度要求，利用黄铜在火工品工艺中的安全特性作为与推进剂直接接触的金属材料保证中心轴在星孔推进剂药柱缠绕包覆过程的工艺安全。本发明适用于星孔推进剂药柱及装药进行纤维或者布带缠绕。

Description

一种星孔推进剂药柱缠绕包覆用中心轴
技术领域
本发明属于推进剂药柱技术领域，具体涉及一种星孔推进剂药柱缠绕包覆用中心轴。
背景技术
以星孔推进剂药柱为缠绕模芯，利用复合材料缠绕成型的工艺特性，可以对星孔推进剂外侧面进行纤维缠绕包覆用于实现固体推进剂按照预定燃面进行燃烧；还可以将星孔推进剂药柱与固体火箭发动机前封头和喷管组装后进行一体化缠绕，将复合材料壳体与星孔推进剂装药一体化成型为固体火箭发动机。以上两种星孔推进剂药柱与复合材料缠绕成型结合的方式都继承了现代复合材料缠绕技术连续化、自动化的优点，为星孔推进剂药柱的高效利用提供了可行途径。以星孔推进剂药柱为缠绕模芯的缠绕包覆工艺通常都需要根据星孔形状设计一根金属主轴作为缠绕动力的传输轴，目前金属主轴的设计主要采用金属棒料加工与推进剂药柱星孔型面相配合的全星齿方案(星齿采用钢料一次加工成型，星齿数量和推进剂星孔数量一致，星齿长度和推进剂星孔长度一致)。这种方案在实际使用过程中存在如下不足和缺陷：一方面，星孔推进剂制备工艺为螺压压伸工艺，制备的星孔受到成型模具和自身材料特性的约束，星孔型面尺寸不规整，相对偏差较大，主轴星齿面设计难以适应星孔型面尺寸不规整和有效缠绕动力的传输相统一要求，如果配合面公差太小会影响主轴的装配，直接导致主轴与推进剂药柱无法装配，如果配合面公差太大会影响缠绕动力的传输，导致主轴与推进剂星孔接触面积减小，容易损伤推进剂药面，对后续工艺及产品工作造成安全隐患；另一方面，推进剂药柱为易燃危险品，主轴为保证足够刚度用以保证在缠绕过程中减小推进剂药柱的摆动通常采用高强度钢为优选材料，主轴的星齿通常和轴心为同一根刚强度钢料加工，钢材星齿面在产品完成制备后的卸模过程中容易与推进剂药柱星空表面产生摩擦造成安全风险。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提出一种星孔推进剂药柱缠绕包覆用中心轴，以解决中心轴与推进剂药柱装配困难、缠绕动力传递时配合面接触易损伤药面和缠绕工艺和卸模过程中的工艺安全问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提出一种星孔推进剂药柱缠绕包覆用中心轴，该中心轴包括主轴、星齿和连接螺钉；其中，多个星齿通过连接螺钉连接固定在主轴上的多个主轴槽内。
进一步地，主轴材料选择高强度钢并且经热处理提高强度。
进一步地，星齿材料选择强度高、易车削材料。
进一步地，星齿材料选择黄铜。
进一步地，主轴为圆柱状，多个主轴槽为分布于主轴两端的对称两组，且每组各有三个。
进一步地，星齿为长条状；星齿的截面上端为梯形，截面下端为长方形。
进一步地，连接螺钉选用开槽平端紧定螺钉。
进一步地，星齿采用过盈配合固定在主轴槽中。
(三)有益效果
本发明提出的星孔推进剂药柱缠绕包覆用中心轴，包括主轴、星齿和连接螺钉；其中，多个星齿通过连接螺钉连接固定在主轴上的多个主轴槽内。本发明考虑了星齿装配间隙尺寸、星齿数量和星齿长度，以保证中心轴与推进剂药柱的顺利装配和退模；实现了星齿型面在缠绕动力传递过程中与推进剂星孔内型面接触面积最大，在实现缠绕动力传递过程的同时防止星齿对推进剂药面产生破坏；采用高强度钢和黄铜相结合的材料组合，利用高轻度钢的刚度保证主轴强度要求，利用黄铜在火工品工艺中的安全特性作为与推进剂直接接触的金属材料保证中心轴在星孔推进剂药柱缠绕包覆过程的工艺安全。本发明适用于星孔推进剂药柱及装药进行纤维或者布带缠绕。
附图说明
图1为本发明的中心轴装配剖面图；
图2为本发明的主轴剖面图；
图3为本发明的星齿剖面图：(a)主视，(b)侧视，(c)俯视；
图4为本发明的星齿作图方法及顺序；
图5为本发明的中心轴与推进剂药柱装配图；
图6为本实施例中的推进剂药柱剖面图：(a)侧视，(b)主视；
图7为本实施例中的主轴剖面图；
图8为本实施例中的星齿剖面图：(a)主视，(b)侧视，(c)俯视；
图9为本实施例中的星齿作图方法及顺序；
图10为本实施例中的中心轴装配剖面图；
图11为本实施例的中心轴工艺实施效果图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明提出一种星孔推进剂药柱缠绕包覆用中心轴，其结构如图1所示，包括主轴1、星齿2和连接螺钉3。其中，多个星齿2通过连接螺钉3连接固定在主轴1上的多个主轴槽内。
主轴1选择高强度钢(如D406等)，材料须经热处理提高强度。如图2所示，主轴1为圆柱状，在圆柱上开槽用于镶嵌星齿2，所开槽为分布于主轴两端的对称两组，且每组各有三个。其中，主轴直径D为推进剂星角外切圆直径，要求圆跳动公差等级K；主轴开槽位置(L1)避开药柱两端面各约10mm～20mm；主轴槽的长度尺寸(L2)与星齿长度尺寸配合，公差等级c；主轴槽的宽度尺寸(W1)要求与星齿形成过盈配合，公差带选择N7；主轴槽的深度尺寸(H1)要求与星齿侧面直段配合；主轴槽螺纹的深度尺寸(H3)要求与连接螺钉配合；未注线性尺寸公差应符合GB/T1804-m的要求；未注形位公差应符合GB/T1800.3 C级的要求。
星齿2选择强度高、易车削黄铜(如H68)。如图3所示，星齿2为长条状，数量为六个。星齿2的截面上端为梯形，用于推进剂药面接触，传递缠绕动力；截面下端为长方形，用于嵌入主轴1，实现星齿2与主轴1的连接。
星齿2的截面作图方法及顺序，如图4所示，具体包括：
a)推进剂星孔线段A(点A在线段靠近圆心O处端点)；
b)线段A向所在星孔内测偏移1mm形成线段B(点B在线段靠近圆心O处端点)；
c)连接圆心O、点A和点B，形成OA和OB两条线段，测量夹角AOB，测量值为α；
d)选择线段A，以O为圆心，逆时针旋转α角度，得到线段A’(点A’在线段靠近圆心O处端点)；
e)线段A’所在星孔中心线进行镜像，水平连接线段A’及其镜像线段端点，得到一个梯形，以梯形平行长边作一个长方形，长方形满足h1，h2约束，h1为梯形平行短边距长方形与推进剂星角外切圆相交点距离，h1:h2＝2:1(近似即可)；
f)对梯形顶角进行倒圆处理，圆角半径值为r。
其中，梯形两斜边夹角2α，2α值为2*α，α值由星齿截面作图顺序(图4-c)得到，2α公差±30’；星齿的宽度尺寸(w1)公差带选择h6；具有星齿高度h1、星齿高度h2、星齿高度h3；圆角半径r值取1.0mm或2.0mm；星齿总长L2’；未注线性尺寸公差应符合GB/T1804-m的要求；未注形位公差应符合GB/T1800.3 C级的要求。
连接螺钉3选用开槽平端紧定螺钉，用于加固星齿2与主轴1的连接强度。将六个星齿2采用过盈配合固定在主轴1对应的六个槽中后，在位置L3和位置L4处加工连接螺钉孔，L3和L4的相对位置保持基本对称，螺纹孔加工后将连接螺钉3拧入螺纹孔并拧紧即可，装配好的中心轴如图1所示。其中，未注线性尺寸公差应符合GB/T1804-m的要求；未注形位公差应符合GB/T1800.3 C级的要求。
中心轴与星孔推进剂药柱4的装配图，如图5所示。
实施例
以图6所示星孔推进剂药柱进行缠绕包覆用中心轴设计。
主轴1选择高强度钢(如D406等)，材料经热处理后σb≥1100MPa(或者调质HRC38～40)，δ≥10％。星齿2选择强度高、易车削黄铜H68。
主轴1的结构如图7所示。主轴直径D为
Figure BDA0002457634340000051
以A为参考面圆跳动不大于0.2；主轴开槽位置L1为13.5mm；主轴槽的长度尺寸L2为60mm，
Figure BDA0002457634340000052
主轴槽的宽度尺寸W1为5.0mm，
Figure BDA0002457634340000053
主轴槽的深度尺寸H1为3.6mm，
Figure BDA0002457634340000054
未注线性尺寸公差应符合GB/T1804-m的要求；未注形位公差应符合GB/T1800.3 C级的要求。
星齿2的结构如图8所示；截面作图方法及顺序，如图9所示，具体包括：
a)推进剂星孔线段A(点A在线段靠近圆心O处端点)；
b)线段A向所在星孔内测偏移1mm形成线段B(点B在线段靠近圆心O处端点)；
c)连接圆心O、点A和点B，形成OA和OB两条线段，测量夹角AOB，测量值为α；
d)选择线段A，以O为圆心，逆时针旋转α角度，得到线段A’(点A’在线段靠近圆心O处端点)；
e)线段A’所在星孔中心线进行镜像，水平连接线段A’及其镜像线段端点，得到一个梯形，以梯形平行长边作一个长方形，长方形满足h1，h2约束，h1为梯形平行短边距长方形与推进剂星角外切圆相交点距离，h1:h2＝2:1(近似即可)；
f)对梯形顶角进行倒圆处理，圆角半径值为r。
其中，梯形两斜边夹角2α值为10°，2α公差±30’；星齿的宽度尺寸w1为5.0mm，
Figure BDA0002457634340000061
星齿高度h1为6.5mm；星齿高度h2为4.0mm；星齿高度h3为5.9mm；圆角半径r值取1.0mm；未注线性尺寸公差应符合GB/T1804-m的要求；未注形位公差应符合GB/T1800.3 C级的要求。
连接螺钉3选用开槽平端紧定螺钉，螺钉尺寸d为3.0/2.5，l值为9.0mm。将六个星齿2采用过盈配合固定在主轴1对应的六个槽中后，在位置L3(33.5mm)和L4(53.5mm)位置处加工连接螺钉孔，螺纹孔加工好后将连接螺钉3拧入螺纹孔并拧紧，如图10所示。
中心轴的工艺实施效果，如图11所示。由图中可以看出，采用本发明的中心轴在与推进剂药柱进行装配时预留了足够的装配间隙，当中心轴受力顺时针旋转角度5°后，星齿侧面实现了与推进剂星孔内型面充分接触，在保证传递缠绕动力的同时实现了对推进剂表面及内部结构的保护，在缠绕工艺完成后，只要相对于推进剂药柱逆时针旋转本发明的中心轴，即可实现本发明的中心轴退模，不损伤推进剂药面。采用本发明的中心轴的推进剂药柱缠绕包覆工艺，实现了推进剂药柱缠绕包覆工艺可操作性和工艺安全性全面提升。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种星孔推进剂药柱缠绕包覆用中心轴，其特征在于，所述中心轴包括主轴、星齿和连接螺钉；其中，所述主轴材料选择高强度钢并且经热处理提高强度，经热处理后σb≥1100MPa或者调质HRC38～40，δ≥10％；所述星齿材料选择黄铜；所述主轴为圆柱状，多个主轴槽为分布于主轴两端的对称两组，且每组各有三个；所述星齿为长条状；星齿的截面上端为梯形，截面下端为长方形；多个星齿通过连接螺钉连接，采用过盈配合固定在主轴上的多个主轴槽内；所述连接螺钉选用开槽平端紧定螺钉。
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