CN205898405U - 一种空间方位三自由度可调的支撑端夹具 - Google Patents

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夏江宁
逯志国
卫国
朱曦全
王树信
都京
杨峰
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Beijing Institute of Structure and Environment Engineering
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Abstract

本实用新型公开了一种空间方位三自由度可调的支撑端夹具，其由过渡安装夹具(1)、两根槽钢梁(2)和两块转动固定弧形板(3)组成；其中，过渡安装夹具的上端面和槽钢梁的下端面设有长通孔，两根槽钢梁通过螺钉对称布置在过渡安装夹具上端面的两侧；转动固定弧形板的下部设有通孔，其上部设有长通孔，过渡安装夹具的深沟球轴承下端和下端侧部设有螺纹孔，其通过螺钉相连；两块转动固定弧形板围绕过渡安装夹具的深沟球轴承对称布置。该装置通过将管路支撑端与盒式龙门架相连，将安装界面的长通孔和轴向的轴承作为自由度调整手段，实现了平面及轴向位移的三自由度调节，具有加载方便、精度高的优点，并提高了输送管路低温振动试验的安装效率。

Description

一种空间方位三自由度可调的支撑端夹具
技术领域
本实用新型属于振动试验技术领域，适用于航天器低温输送管路的振动试验。
背景技术
液体运载火箭的飞行阶段中，贮箱里的液体推进剂在涡轮泵的作用下通过管路系统输送到燃烧室。与此同时，运载火箭外罩的噪声载荷和发动机的推力载荷也通过各类承力结构传递到管路系统。因此，工作状态下的输送管路始终处于低温、内压、振动、装配变形等复合载荷环境下，极易发生管壁破裂、塑性变形以及管段轴向失稳等破坏形式。当输送管路出现破坏时，运载火箭将会发生毁灭性的安全事故。
鉴于推进剂输送管路的重要性，其低温充压状态下的振动环境试验是液体运载火箭发动机试车及定型前的关键试验。为了真实模拟输送管路的工作环境，管路不但通入与真实介质类似的低温介质(温度一般在20K液氢温区和80K液氧温区)，还需要保持工作状态时的内部压力。此外，受到箭体内部空间有限以及加工误差的影响，管路系统存在较大装配变形，也需要在振动试验中予以真实模拟。
由于低温推进剂输送管路的管径较粗，安装跨度较长。因此，在振动试验中，振动台对管路一端(称为管路激励端)进行模拟真实外部力学环境的振动能量输入，而其他端为固支约束(称为管路支撑端)与管路试验工位的盒式龙门架相连接。在振动试验前，分级施加内压及空间位移载荷的要求，使得管路支撑端保持相应约束自由度调节余量。但是，在现阶段的管路振动试验中，将振动台作为空间方位调整的可移动端，且由于振动台尺寸较大(平面尺寸约为2.5米*1.5米)、质量较重(一般约为10吨)、盒式龙门架的安装操作面较小(平面净尺寸约为5.5米*5.5米)，因此在管路系统的安装过程中存在着移动困难，且难以连续微小调整空间位移的不足，不但需要占用大量的时间和人力资源，还极大地影响了运载火箭研制的进度。
为提升管路试验效率以及确保空间位移加载的连续性和准确性，发明了一种空间方位三自由度可调的支撑端夹具。通过将管路支撑端与盒式龙门架相连，将安装界面的长螺钉孔和轴向的轴承作为自由度调整手段，实现了平面及轴向的位移和角位移等三自由度的连续调节，并且调节方便灵活，可适用于各类一端激励其他端固支的输送管路的地面模拟试验。
发明内容
为提升输送管路低温振动试验的安装效率，如缩短安装周期和减少安装人员数量，并实现平面位移和轴向旋转的连续小幅微调的目的，本实用新型提供了一种空间方位三自由度可调的支撑端夹具，其通过将管路支撑端与盒式龙门架相连，将安装界面的长通孔和轴向的轴承作为自由度调整手段，实现了平面及轴向的位移和角位移等三自由度的连续调节，具有加载方便、精度高的优点。
本实用新型公开了一种空间方位三自由度可调的支撑端夹具，所述支撑端夹具由过渡安装夹具、两根槽钢梁和两块转动固定弧形板组成；其中，过渡安装夹具的上端面和槽钢梁的下端面设有长通孔，该两端面的长通孔在同一平面上呈垂直分布，并通过螺钉进行连接，两根槽钢梁对称布置在过渡安装夹具上端面的两侧；转动固定弧形板的下部设有通孔，过渡安装夹具的深沟球轴承下端侧部设有螺纹孔，二者通过螺钉穿过通孔和螺纹孔相连；转动固定弧形板的上部设有长通孔，过渡安装夹具的深沟球轴承上端侧部设有螺纹孔，二者通过螺钉穿过长通孔和螺纹孔相连；两块转动固定弧形板围绕过渡安装夹具的深沟球轴承呈对称布置。
如上所述的空间方位三自由度可调的支撑端夹具，其中，所述过渡安装夹具的上端面和槽钢梁的下端面长通孔直径为22mm，长度为100mm。
如上所述的空间方位三自由度可调的支撑端夹具，其中，所述转动固定弧形板上部的长通孔直径为22mm，弧长为120mm。
如上所述的空间方位三自由度可调的支撑端夹具，其中，所述转动固定弧形板下部的通孔直径为22mm。
如上所述的空间方位三自由度可调的支撑端夹具，其中，所述螺纹孔的直径为20mm。
如上所述的空间方位三自由度可调的支撑端夹具，其中，所述过渡安装夹具的上端面中部设有两个螺纹孔，下端面均匀分布了25个间隔为100mm的螺纹孔，所述螺纹孔直径为20mm。
如上所述的空间方位三自由度可调的支撑端夹具，其中，所述槽钢梁的上端面和侧面设有通孔，通孔直径为22mm。
如上所述的空间方位三自由度可调的支撑端夹具，其中，所述螺钉的直径为20mm。
本实用新型的有益效果为：
(1)在低温输送管路振动试验中，通过本实用新型的管路支撑端可实现两个平动自由度和一个转动自由度的连续调节，提高了空间位移载荷施加的精度。其中，平动自由度调节范围为：100mm×100mm水平面；转动自由度调节范围0°～120°。
(2)通过本实用新型的管路支撑端可方便地实现内压分级加载时的管路轴向定位，从而避免在内部加压过程中出现管路轴向失稳现象。
(3)与现阶段试验中通过调节振动台实现约束自由度余量调节的方法相比，本实用新型的支撑端夹具可极大地缩短试验准备时间，节约大量的人力资源。现有的试验方法调节一个固定状态的试验准备大约6～8小时，需要人员6人，而通过本实用新型可将试验准备时间降为1个小时，只需2人配合即可。
(4)本实用新型的过渡安装夹具下端面均匀分布了25个间隔为100mm的M20螺纹孔，因此具有较好的通用性，可应用于各类直径的输送管路振动试验。
附图说明
图1为支撑端夹具的装配结构图；
图2为支撑端夹具中过渡安装夹具部件的放大图；
图3为支撑端夹具中槽钢梁部件的放大图；
图4为支撑端夹具中转动固定弧形板的放大图；
其中：1—过渡安装夹具、2—槽钢梁、3—转动固定弧形板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施过程对本实用新型提出的空间方位三自由度可调的支撑端夹具做进一步的介绍。
如图1所示，本实用新型的空间方位三自由度可调的支撑端夹具，主要部件包括：过渡安装夹具1，放大结构见图2；两根槽钢梁2，放大结构见图3；两块转动固定弧形板3，放大结构见图4。
使用过程中，该支撑端夹具的安装步骤为：
(1)根据待安装管路的空间方位，以槽钢梁2上端的通孔(Φ22)作为吊点，将槽钢梁2靠近盒式龙门架，并定位；
(2)利用螺钉通过侧面通孔(Φ22)将两根槽钢梁2固定在盒式龙门架的铸块上；
(3)以过渡安装夹具1上端面的两个M20螺纹孔作为吊点，将过渡安装夹具1靠近槽钢梁2下端面；
(4)过渡安装夹具1上端面与槽钢梁2下端面形成平面位移调节面，通过M20螺钉将两者相连；其中，平面位移调节面的长通孔的直径为22mm，长度为100mm，且两组长螺纹通孔为垂直状态，此时的螺钉不锁紧；
(5)将管路端部法兰盘通过M20螺钉与过渡安装夹具1下端面(M20螺纹孔)相连；
(6)根据空间位移加载需要，可在平面位移调节面上进行100mm×100mm范围内的位移移动，然后锁紧平面位移调节面上的螺钉；
(7)通过M20螺钉，将转动固定弧形板3的下部通孔(Φ22)与过渡安装夹具1深沟球轴承下端(M20螺纹孔)相连；
(8)根据角位移施加要求，在转动固定弧形板3上部的长通孔(直径为22mm，弧长为120mm)范围内调节过渡安装夹具1深沟球轴承上端的旋转角度；
(9)角度调整到位后，通过M20螺钉将转动固定弧形板3长通孔与过渡安装夹具1上端面(M20螺纹孔)相连，并锁紧螺钉。
该支撑端夹具调节平面位移和轴向转动的方法主要为：
(1)超过100mm的位移，通过槽钢梁2侧面螺钉通孔与盒式龙门架铸块(其表面以100mm为间隔均匀分布M20螺纹孔)之间的调整螺孔位置来实现；
(2)小于100mm的位移，通过过渡安装夹具1上端面与槽钢梁2下端面之间相互垂直长通孔形成的100mm×100mm平面可调区域来实现；
(3)轴向的角位移，通过过渡安装夹具1中部的深沟球轴承来实现。
该实用新型中过渡安装夹具1的下端面均匀分布了25个间隔为100mm的M20螺纹孔，可应用于各类直径的输送管路振动试验。
本实用新型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 (8)

1.一种空间方位三自由度可调的支撑端夹具，所述支撑端夹具由过渡安装夹具(1)、两根槽钢梁(2)和两块转动固定弧形板(3)组成；其特征在于：过渡安装夹具(1)的上端面和槽钢梁(2)的下端面设有长通孔，该两端面的长通孔在同一平面上呈垂直分布，并通过螺钉进行连接，两根槽钢梁(2)对称布置在过渡安装夹具(1)上端面的两侧；转动固定弧形板(3)的下部设有通孔，过渡安装夹具(1)的深沟球轴承下端侧部设有螺纹孔，二者通过螺钉穿过通孔和螺纹孔相连；转动固定弧形板(3)的上部设有长通孔，过渡安装夹具(1)的深沟球轴承上端侧部设有螺纹孔，二者通过螺钉穿过长通孔和螺纹孔相连；两块转动固定弧形板(3)围绕过渡安装夹具(1)的深沟球轴承呈对称布置。
2.如权利要求1所述的空间方位三自由度可调的支撑端夹具，其特征在于：所述过渡安装夹具(1)的上端面和槽钢梁(2)的下端面长通孔直径为22mm，长度为100mm。
3.如权利要求1所述的空间方位三自由度可调的支撑端夹具，其特征在于：所述转动固定弧形板(3)上部的长通孔直径为22mm，弧长为120mm。
4.如权利要求1所述的空间方位三自由度可调的支撑端夹具，其特征在于：所述转动固定弧形板(3)下部的通孔直径为22mm。
5.如权利要求1所述的空间方位三自由度可调的支撑端夹具，其特征在于：所述螺纹孔的直径为20mm。
6.如权利要求1所述的空间方位三自由度可调的支撑端夹具，其特征在于：所述过渡安装夹具(1)的上端面中部设有两个螺纹孔，下端面均匀分布了25个间隔为100mm的螺纹孔，所述螺纹孔直径为20mm。
7.如权利要求1所述的空间方位三自由度可调的支撑端夹具，其特征在于：所述槽钢梁(2)的上端面和侧面设有通孔，通孔直径为22mm。
8.如权利要求1至7中任一项所述的空间方位三自由度可调的支撑端夹具，其特征在于：所述螺钉的直径为20mm。
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