一種滾動支撐活塞的製作方法

2023-10-11 15:48:04

本發明屬於自由活塞驅動高焓設備領域，涉及一種滾動支撐活塞。

背景技術：

從19世紀50年代開始，自由活塞激波風洞開始在世界上得到使用，後來又研製了自由活塞膨脹管風洞。自由活塞激波風洞和膨脹管風洞主要用於高超聲速流場條件的模擬，為高超聲速飛彈、空間再入飛行器和其它高超聲速飛行器的研製提供試驗流場條件。

與一般激波風洞相比，自由活塞激波風洞的主要差別在於驅動部分，把常規激波風洞的驅動段由活塞壓縮管代替，即可構成自由活塞激波風洞。自由活塞激波風洞的運行過程如下：活塞停在活塞壓縮管的上遊端，壓縮管內活塞前充入驅動氣體。運行時，活塞在高壓氣體驅動下沿著活塞壓縮管加速，活塞的動能不斷增加，驅動氣體被不斷壓縮，一直到活塞運動到離活塞壓縮管下遊不遠處，加速過程終止，活塞迅速減速。在活塞壓縮管中，活塞的大部分動能傳遞給了驅動氣體，使其達到高溫高壓的驅動狀態，在膜片破裂後，在被驅動段中產生強激波，壓縮試驗氣體使其形成很高的滯止壓力和溫度。

在自由活塞激波風洞的使用中，活塞在活塞壓縮管中運動時，為了減小活塞與活塞壓縮管之間的摩擦，活塞的直徑通常略小於活塞壓縮管的內徑，通過密封圈將活塞和活塞壓縮管之間的縫隙進行密封，通過活塞支撐環將活塞支撐在活塞壓縮管的內部，支撐環主要起到減小活塞與活塞壓縮管的接觸面積的作用。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種滾動支撐活塞，通過安裝在主體上的滾動軸承將活塞支撐在活塞壓縮管的內部，使活塞在活塞壓縮管中的運動從滑動摩擦轉變為滾動摩擦，減小了活塞與活塞壓縮管之間的摩擦，活塞將更容易被驅動氣體加速，從而提高了活塞的運動速度，增強了活塞驅動器的性能。

為了實現上述發明目的，本發明的技術方案如下：

本發明的滾動支撐活塞，包括主體、頭部、隔熱環、前密封圈、後密封圈、前滾動軸承、後滾動軸承。

主體為一個前端封閉、後端開口的空心柱形結構，通過前端的螺紋孔與頭部連接。在主體的外表面上依次設有第一安裝槽、前滾動軸承安裝孔、後滾動軸承安裝孔、第二安裝槽。主體的材料可根據活塞質量的需求選擇鋁、鋼或者非金屬材料。

頭部為一個薄柱形結構，通過安裝螺紋柱與主體連接，在頭部的圓柱形外表面上設有隔熱環安裝槽。

隔熱環置於頭部的隔熱環安裝槽上，採用金屬材料如銅製成。

前密封圈和後密封圈置於主體的前後兩側的第一安裝槽和第二安裝槽上，採用耐熱橡膠製成。

前滾動軸承和後滾動軸承位於主體的前後兩側，前滾動軸承位於前密封圈的後側，後滾動軸承位於後密封圈的前部。前滾動軸承和後滾動軸承均沿主體的周向對稱布置四個。

本發明的有益效果為：

本發明中的滾動支撐活塞採用滾動軸承對活塞進行支撐，降低了活塞與活塞壓縮管的摩擦力，使活塞的驅動能力增強。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為圖1中a-a面剖視圖；

圖3為本發明中的主體的結構示意圖；

圖4為本發明中的頭部結構示意圖。

圖中，1.頭部，2.主體，3.後滾動軸承，4.前滾動軸承，5.隔熱環，6前密封圈，7.後密封圈，8.第一安裝槽，9.第二安裝槽，10.前滾動軸承安裝孔，11.後滾動軸承安裝孔，12.隔熱環安裝槽，13.連接螺紋柱。

具體實施方案

下面結合附圖，對本發明的方案進行詳細的介紹。

本發明的滾動支撐活塞，如圖1所示，包括頭部1、主體2、後滾動軸承3、前滾動軸承4、隔熱環5、前密封圈6、後密封圈7。

主體2為一個前端封閉、後端開口的圓柱形空心殼體，前端通過螺紋孔連接頭部1，主體1的材料可根據活塞質量的需求選擇鋁、鋼或者非金屬材料。

如圖2所示，在主體1的外表面周向上均布布置有四個後滾動軸承3，前滾動軸承4與後滾動軸承3按同樣的方式布置。

如圖3所示，主體1的外表面設有第一安裝槽8、第二安裝槽9、前滾動軸承安裝孔10、後滾動軸承安裝孔11。

如圖4所示，頭部1為一個薄圓柱結構，頭部2通過螺紋柱13連接在活塞本體1的前部，在圓柱的外表面上設有隔熱環安裝槽12，頭部1直接與高溫的試驗氣流接觸，應具有強耐高溫性能。

隔熱環5位於頭部1的側面，採用金屬材料如銅製成，用於將隔離高溫氣流，避免其傳遞到活塞後端。

前密封圈6和後密封圈7分別安裝在主體2的第一安裝槽8和第二安裝槽9上，分別位於主體2的兩端，用於密封主體2與活塞壓縮管之間的縫隙，採用耐熱橡膠製成。

前滾動軸承4和後滾動軸承3分別安裝在前滾動軸承安裝孔10和後滾動軸承安裝孔11上。

當活塞在活塞壓縮管中運動時，只有前滾動軸承4和後滾動軸承3與活塞壓縮管的壁面接觸，將活塞與活塞壓縮管之間的摩擦從滑動摩擦降低為滾動摩擦，降低了活塞在活塞壓縮管中運動的阻力，從而使活塞更容易被驅動氣體加速，提高了活塞驅動器的性能。