一種膜片定位夾緊裝置的製作方法

2024-04-02 16:02:05

本發明涉及一種膜片定位夾緊裝置，屬於風洞試驗領域。

背景技術：

在高能脈衝風洞總體氣動設計時，採用破膜運行方式實現快速獲得穩定的高超聲速流場；膜片在每次試驗中破裂，所以每次試驗前均需要更換膜片。同時大多數相關設備只在風洞激波管與風洞噴管的連接法蘭之間放置膜片，因為法蘭連接的特點，在連接法蘭之間的膜片夾緊定位達不到預期效果，影響力風洞破膜運行，並且每次更換的操作非常複雜。

因此本領域急需提供一種膜片定位和夾緊裝置，保證膜片夾持緊密、定位準確，並便於膜片更換。

技術實現要素：

本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種膜片定位夾緊裝置，解決膜片的定位問題，並實現膜片的快速拆裝。

本發明目的通過如下技術方案予以實現：

提供一種膜片定位夾緊裝置，包括開槽螺母、左旋螺杆、右旋螺杆、調節環；

所述開槽螺母的內部為依次設置的左旋螺紋孔、卡槽和右旋螺紋孔；左旋螺紋孔具有左旋內螺紋，左旋內螺紋沿周向每隔21.5°開有圓心角為23.5°的長槽，左旋內螺紋沿周向形成牙槽交錯結構；右旋螺紋孔具有左旋內螺紋，右旋內螺紋沿周向每隔21.5°開有圓心角為23.5°的長槽，右旋內螺紋沿周向形成牙槽交錯結構；卡槽用於定位放置調節環；

左旋螺杆的外螺紋與開槽螺母左旋螺紋孔的內螺紋匹配，外螺紋沿周向每隔21.5°開有圓心角為23.5°的長槽，外螺紋沿周向形成牙槽交錯結構；左旋螺杆左端面為止口，用於與風洞激波管連接；左旋螺杆的內部具有與風洞激波管直徑相同的通孔；

右旋螺杆的外螺紋與開槽螺母右旋螺紋孔的內螺紋匹配，外螺紋沿周向每隔21.5°開有圓心角為23.5°的長槽，外螺紋沿周向形成牙槽交錯結構；右旋螺杆右端面為止口，用於與風洞噴管的擴散段連接；右旋螺杆的內部具有通孔，通孔為風洞噴管的喉道段，喉道段的入口為風洞噴管的入口，喉道段的出口端與風洞噴管的擴散段密封連接；

所述調節環為圓環結構，右端面的外環為環狀凸起，用於抵靠膜片的外緣；當左旋螺杆插入旋緊時，左旋螺杆的右端面緊靠調節環的左端面，右旋螺杆旋緊時，將膜片壓緊至調節環的右端面；

壓縮空氣經左旋螺杆內的長槽調節環內部，作用在膜片左端，當膜片破裂後，壓縮空氣經右旋螺杆的長槽進入風洞噴管。

優選的，左旋螺杆的止口和右旋螺杆的止口分別具有用於放置環形密封圈的凹槽；左旋螺杆與風洞激波管密封連接，右旋螺杆與風洞噴管的擴散段密封連接。

優選的，還包括軸承座和架車，軸承座用於支撐開槽螺母，同時保證開槽螺母旋轉軌跡，架車用於將膜片定位夾緊裝置通過輪組支撐在為風洞洞體預先鋪設的軌道上。

優選的，，還包括兩組導向杆，左旋螺杆的法蘭上設有兩個導向杆通孔，右旋螺杆的法蘭上設有兩個導向杆通孔，第一組導向杆的兩根導向杆分別經法蘭上設有兩個導向杆通孔插入到架車上，第二組導向杆的兩根導向杆分別經法蘭上設有兩個導向杆通孔插入到架車上，當更換膜片時，左旋螺杆沿第一組導向杆移動，右旋螺杆沿第二組導向杆移動。

提供一種基於所述膜片定位夾緊裝置的安裝方法，包括如下步驟：

(1)左旋螺杆旋轉至外螺紋的牙部對準開槽螺母左旋內螺紋槽部，並拔出左旋螺杆；同時將右旋螺杆旋轉至外螺紋的牙部對準開槽螺母右旋內螺紋槽部，並拔出右旋螺杆；

(2)將破裂的膜片取出，再將調節環取出；

(3)左旋螺杆的外螺紋的牙部對準開槽螺母左旋內螺紋槽部的方式，將左旋螺杆插入開槽螺母內部；

(4)將調節環放置在開槽螺母的卡槽內，右端放置新膜片；

(5)右旋螺杆的外螺紋的牙部對準開槽螺母右旋內螺紋槽部的方式，將右旋螺杆插入開槽螺母內部；旋轉開槽螺母至左旋螺杆和右旋螺杆同時和開槽螺母嚙合；

(6)進行風洞實驗。

優選的，步驟(1)執行前還包括，將左旋螺杆的左端法蘭以止口與風洞激波管定位，再通過螺栓固定；右旋螺杆右端法蘭以止口與風洞噴管的擴散段定位，再通過螺栓固定。

本發明與現有技術相比具有如下優點：

(1)本發明依據螺紋嚙合的原理，設計具有左、右旋向螺孔的螺母，與分別具有左、右旋向的螺杆同步嚙合，依靠安裝在螺母內部的調節環的作用，在實現將風洞激波管與風洞噴管連接密封的同時，確保激波管與噴管之間設置的膜片定位夾緊；僅通過激波管和噴管的液壓推拉機構，即可將左、右旋向的螺杆插入到開槽螺母內，無需設置額外的推動機構；通過設置擺動液壓缸驅動開槽螺母旋轉，即可實現嚙合夾緊、鬆開。設備操作簡單，自動化程度高，膜片夾緊受力均勻。

(2)本發明在螺母的螺孔和螺杆的外螺紋的周向保留8處螺紋，其餘部分設置成長槽，保證嚙合的充分和膜片的更換的便利。

(3)本發明將風洞噴管的喉道段與開槽右旋螺杆設計成一體，保證了風洞噴管入口與膜片的準確定位，減少了夾膜裝置對風洞流場建立的影響，提高了風洞噴管與上遊部件的連接定位精度和密封性能。

(4)本發明調節環結構不僅實現了依靠夾膜裝置完成風洞激波管與風洞噴管之間可靠的連接和密封，而且滿足風洞氣動設計提出的膜片定位和夾緊的技術要求。

(5)本發明在開槽左旋螺杆、開槽右旋螺杆的法蘭與架車之間的兩對導向杆的設計，保證開合膜動作時兩副螺杆運動精度和定位準確。

附圖說明

圖1(a)為本發明膜片定位夾緊裝置的主視圖，圖1(b)為本發明膜片定位夾緊裝置的左視圖；

圖2(a)為開槽螺母結構的主視圖，圖2(b)為開槽螺母結構的左視圖；

圖3(a)為開槽左旋螺杆的左視圖，圖3(b)為開槽左旋螺杆的主視圖；

圖4(a)為開槽右旋螺杆的主視圖，圖4(b)為開槽右旋螺杆的右視圖；

圖5(a)為雙向密封調節環的左視圖，圖5(b)為雙向密封調節環的主視圖；

圖6(a)為開合膜導向杆、軸承座和架車的主視圖，圖6(b)為開合膜導向杆、軸承座和架車的左視圖。

具體實施方式

圖1所示是一種採用開槽螺紋嚙合自動夾緊膜片裝置，按照風洞氣動設計要求，在高能脈衝風洞激波管與噴管入口前需設置一道膜片，同時保證膜片的準確定位和密封。

開槽螺母102有左、右旋向的兩個螺紋孔、開槽左旋螺杆101和開槽右旋螺杆103的外螺紋，分別保留用於嚙合的螺紋，其餘部分加工成長槽，用以保證開槽左旋螺杆101和開槽右旋螺杆103能從開槽螺母102的螺紋孔內順暢的插入、拔出，實現膜片的更換。長槽作用是便於開槽的左旋螺杆101和開槽的右旋螺杆102上外螺紋部分能夠沿著開槽螺母102內的長槽插入到螺母內部，保證螺紋之間的嚙合初始位置；長槽是在外螺紋上對應圓心角為23.5°螺紋的加工去掉而形成的扇形結構，深度與螺紋高度相同，底部與螺紋小徑相同。

當開槽螺母102處於「鬆開」狀態，開槽左旋螺杆101在驅動設備的作用下沿開槽螺母102左旋螺孔對應開槽位置插入到螺孔內；開槽右旋螺杆103在驅動設備的作用下沿開槽螺母102右旋螺孔對應開槽位置插入到螺孔內；在開槽螺母兩端的液壓缸的驅動下，開槽螺母102在軸承座105內按照設定軌跡旋轉，開槽螺母處於「擰緊」狀態，依據螺紋嚙合原理，實現開槽左旋螺杆101、開槽右旋螺杆103和開槽螺母102同步嚙合動作。

開槽左旋螺杆101沿與開槽螺母102左旋螺孔嚙合後，通過調節環104的作用實現風洞下遊部件連接和密封；開槽右旋螺杆103與開槽螺母102的右旋螺孔嚙合，由於膜片在開槽右旋螺杆103插入前已經放置在調節環104上，嚙合後依靠調節環104和開槽右旋螺杆103的共同作用下，實現膜片的準確定位和夾緊；同時與風洞上遊設備連接，為實現高能脈衝風洞破膜提供必要條件。

以上設備通過軸承座105都支撐在架車106上，確保夾膜裝置與風洞基準軸線的定位，保證開槽左旋螺杆101和開槽右旋螺杆103在更換膜片時拔出和插入的順暢。軸承座分為上下兩部分，半環形結構，開槽螺母102放置在兩個環中間，用螺栓將軸承座105連接固定，其底部用螺栓連接與架車連接，架車106用於將膜片定位夾緊裝置通過輪組支撐在為風洞洞體預先鋪設的軌道上。

圖2具有左右旋向開槽螺母，根據螺紋嚙合的原理，為保證開槽左旋螺杆與開槽右旋螺杆同步嚙合動作，設計具有分別左旋、右旋兩個旋向的螺紋孔開槽螺母；為了即保證螺母與螺杆之間充分嚙合，又滿足跟換膜片等要求，開槽左旋螺杆和開槽右旋螺杆能夠順利的從螺母中插入和拔出，將螺母中左旋和右旋的兩個螺紋孔對應圓心角23.5(槽)°部分的共8處螺紋去掉改成長槽，留下對應圓心角21.5°(牙)，見圖2，8處螺紋仍然能夠保證螺杆與螺母的嚙合動作。

圖3開槽左旋螺杆螺紋尺寸和旋向與開槽螺母左旋螺孔相同，為確保螺杆與螺母的充分嚙合需求，將與開槽螺母左旋內螺紋對應螺紋部分設置成圓心角23.5°的長槽，共8處，保留對應圓心角21.5°的8處螺紋用來與開槽螺母左旋螺孔嚙合，開槽左旋螺杆內徑與風洞激波管一致，止口設置密封圈槽，止口定位法蘭連接「o」型圈密封。長槽是在外螺紋上對應圓心角為23.5°螺紋的加工去掉而形成的扇形結構，深度與螺紋高度相同，底部與螺紋小徑相同。

圖4開槽右旋螺杆螺紋尺寸和旋向與開槽螺母右旋螺孔相同，為確保螺杆與螺母的充分嚙合以及開膜等動作的需求，將與開槽螺母右旋內螺紋對應螺紋部分設置成圓心角23.5°的長槽，共8處，保留對應圓心角21.5°的8處螺紋用來與開槽螺母右旋螺孔嚙合，開槽右旋螺杆與風洞噴管採用止口定位法蘭連接「o」型圈密封。

為保證膜片破膜的效果及對流場建立的影響，開槽右旋螺杆103與風洞噴管的喉道段採用一體化設計，不但提高風洞噴管關鍵部件---喉道段定位連接的準確，而且提升膜片的破膜效果減小幹擾。

圖5調節環內徑與風洞激波管內徑和風洞噴管喉道段入口相同，調節環兩面各設置有兩道密封槽，在開槽左旋螺杆和開槽右旋螺杆與開槽螺母同步嚙合後確保激波管與噴管段連接的密封，調節環的右側設置膜片定位鎖緊結構，確保夾膜裝置動作後膜片的夾緊。右端的外圈邊環凸起，用於壓緊膜片，膜片與調節環的外徑相同，通過外圈邊環凸起壓緊膜片，以防幹擾膜片的破裂使膜片在壓力的作用下，沿著預設的方式破裂。

圖6在左旋螺杆與風洞激波管連接的法蘭上，右旋螺杆與噴管連接的法蘭上，分別設置了兩根導向杆，保證在開膜、夾膜的動作時，左旋螺杆和右旋螺杆插入、拔出定位準確。架車通過輪組支撐在為風洞洞體預先鋪設的軌道上，確保夾膜裝置在風洞結構中位置。確保螺杆從螺母中插入和拔出時運動位置的準確。

將左旋螺杆101的左端法蘭以止口與風洞激波管定位，通過法蘭上的16個直徑φ50的孔用16個M48x5雙頭螺柱和對應螺母實現與激波管法蘭連接和拉緊。右旋螺杆103左端法蘭以止口與風洞噴管定位，通過法蘭上的16個直徑φ50的孔用16個M48x5雙頭螺柱和對應螺母實現與噴管連接和拉緊。

為實現風洞氣動設計提出的風洞激波管與風洞噴管之間放置膜片的技術要求，發明這套採用開槽螺紋嚙合自動夾緊膜片裝置，通過開槽左旋螺杆、開槽右旋螺杆同步與開槽螺母嚙合後，按照螺紋嚙合原理，將液壓缸的推拉轉化螺杆直線運動，通過調節環的作用，確保風洞激波管與風洞噴管精確的連接和密封，同時將噴管入口的膜片定位和夾緊，為風洞流場建立提供必要條件；螺杆與螺母在對應部位將螺紋處開長槽，架車與螺杆法蘭之間設置有導向杆，保證更換膜片時螺杆能夠順利插入和拔出。

膜片定位夾緊裝置的安裝方法，具體包括如下步驟：

(1)將左旋螺杆的左端法蘭以止口與風洞激波管定位，再通過螺栓固定；右旋螺杆右端法蘭以止口與風洞噴管的擴散段定位，再通過螺栓固定。左旋螺杆旋轉至外螺紋的牙部對準開槽螺母左旋內螺紋槽部，並拔出左旋螺杆；同時將右旋螺杆旋轉至外螺紋的牙部對準開槽螺母右旋內螺紋槽部，並拔出右旋螺杆；

(2)將破裂的膜片取出，再將調節環取出；

(3)左旋螺杆的外螺紋的牙部對準開槽螺母左旋內螺紋槽部的方式，將左旋螺杆插入開槽螺母內部；

(4)將調節環放置在開槽螺母的卡槽內，右端放置新膜片；

(5)右旋螺杆的外螺紋的牙部對準開槽螺母右旋內螺紋槽部的方式，將右旋螺杆插入開槽螺母內部；旋轉開槽螺母至左旋螺杆和右旋螺杆同時和開槽螺母嚙合；

(6)進行風洞實驗。

以上所述，僅為本發明最佳的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。

本發明說明書中未作詳細描述的內容屬於本領域專業技術人員的公知技術。