一种发动机轻质快速安装连接结构的制作方法

1.本发明涉及一种发动机轻质的快速安装的连接结构，属于固体火箭发动机技术领域，用于发动机封头和固定体的连接，适用于小型低压工作的发动机轻质快速安装连接。


背景技术：

2.固体火箭发动机连接结构是壳体和顶盖的对接密封装置，常用的连接结构有法兰连接方式和螺纹连接方式，法兰连接方式的主要特点是强度高，密封性好，其安装方式是把壳体上的对接面和顶盖上的对接面对正，通过数量较多的螺钉施加一定力矩的预紧力进行固定，但是用在发动机上安装时要求密封面平整，同时，由于对接面上设计加工螺纹孔和通孔结构强度要求，通常对接面结构均比较厚，导致连接结构的质量偏大；螺纹连接方式的主要特点是外形尺寸小，能方便的实现自锁；其安装方式是把壳体上的内螺纹和顶盖上的外螺纹（或者壳体上的外螺纹和顶盖上的内螺纹）对正，顺时针（或者逆时针）旋转顶盖并拧紧，拧紧时产生大的轴向预紧力，有利于密封，但是考虑连接强度，螺纹连接的圈数较多，应用于发动机上时，连接结构的质量也偏大。


技术实现要素：

3.本发明的目的是：克服现有技术的不足，提供一种轻质快速安装连接方法，实现发动机壳体与顶盖的快速安装连接，适用于小型低压工作的发动机；本发明的技术解决方案是：一种发动机轻质快速安装连接结构，包括发动机壳体（1）、顶盖（2）、定位块（3）和螺钉（4），其中发动机壳体（1）上沿圆周均匀设计有配合槽，每个配合槽沿圆周上依次分为承力槽（11）、开口槽（12）和环向槽（13），顶盖（2）上设计有与发动机壳体（1）的承力槽（11）相对应的同等数量的承力块（21），发动机壳体（1）的承力槽（11）的底部和顶盖（2）的承力块（21）的底部为对接基准面，定位块（3）为“z”字型结构件，安装在发动机壳体（1）的开口槽（12）中，其中定位块（3）的下端侧面将顶盖（2）的承力块（21）压紧在发动机壳体（1）对应的承力槽（11）中，防止顶盖（2）的承力块（21）在发动机壳体（1）的承力槽（11）中转动；定位块（3）的上端顶面通过螺钉（4）固定在发动机壳体（1）的环向槽（13）中，将定位块（3）与发动机壳体（1）固连；发动机壳体（1）和顶盖（2）的设计为法兰结构的分度承力方式，利用顶盖（2）的承力块（21）嵌入壳体（1）的承力槽（11）的方式，减小法兰结构，实现结构的轻质化；所述的分度承力方式包括发动机壳体（1）配合槽的数量以及角度的确定，分别为：配合槽的数量n=
ꢀ▏
k*（πrp）/σ
ꢀ▏
，其中
▏ꢀ▏
为取整符号，k为无量纲系数，依据发动机壳体（1）的材料和工作压强取值，取值范围为1.7 ~ 4.6，p为发动机工作压强，σ为材料许用应力，r为发动机壳体（1）的配合槽的内半径；配合槽角度θ1=
ꢀ▏
360/n-θ
0 ▏
，其中θ0初始角，依据发动机壳体（1）材料和工作压强取值，取值范围为4
°
~ 15
°
；所述定位块（3）由锻压件金属加工而成，为30crmnsia或d406a；所述承力块（21）的左侧表面为顶盖（2）与发动机壳体（1）之间的对接面（22），承力块
（21）的右侧表面为顶盖（2）与定位块（3）之间的对接面（23）；所述的定位块（3）的左侧表面为对接止口表面（31），用以连接顶盖（2）与壳体（1），定位块（3）的右侧孔为安装定位孔（32），用以通过螺钉（4）连接发动机壳体（1）与定位块（3）；本发明与现有技术相比的优点在于（1）相比于法兰连接结构，所述的结构紧凑，质量轻；设计利用分度承力方式，减小了结构的厚度和质量；（2）相比于螺纹连接结构，所述的结构安装连接快速方便；安装连接时，顶盖上的承力块对应发动机壳体上的开口槽，推至发动机壳体配合槽的对接基准面上，再旋转一定的角度至到位面即可。
附图说明
4.下面结合附图和实施方式对本发明作进一步详细的说明；图1为本发明所述发动机轻质快速安装连接结构的示意图；图2为本发明所述连接结构的发动机壳体结构图；图3为本发明所述连接结构的顶盖结构图；图4 为本发明所述连接结构的定位块结构图；图5 为本发明所述连接结构的发动机壳体与顶盖装配结构图；图6 为本发明所述连接结构的发动机壳体、顶盖、定位块和螺钉装配结构图；图7为本发明所述连接结构的发动机壳体、顶盖、定位块和螺钉装配后的截面图；图8为本发明所述连接结构的发动机壳体俯视结构图；图9为本发明所述连接结构的发动机壳体端面图。
具体实施方式
5.如图1和图2所示，本发明所述的发动机轻质快速安装连接结构，包括发动机壳体（1）、顶盖（2）、定位块（3）和螺钉（4），其中发动机壳体（1）上沿圆周均匀设计有配合槽，每个配合槽沿圆周上依次分为承力槽（11）、开口槽（12）和环向槽（13），顶盖（2）上设计有与发动机壳体（1）的承力槽（11）相对应的同等数量的承力块（21），发动机壳体（1）的承力槽（11）的底部和顶盖（2）的承力块（21）的底部为对接基准面，定位块（3）为“z”字型结构件，安装在发动机壳体（1）的开口槽（12）中，其中定位块（3）的下端侧面将顶盖（2）的承力块（21）压紧在发动机壳体（1）对应的承力槽（11）中，防止顶盖（2）的承力块（21）在发动机壳体（1）的承力槽（11）中转动；定位块（3）的上端顶面通过螺钉（4）固定在发动机壳体（1）的环向槽（13）中，将定位块（3）与发动机壳体（1）固连；发动机壳体（1）和顶盖（2）的设计为法兰结构的分度承力方式，利用顶盖（2）的承力块（21）嵌入壳体（1）的承力槽（11）的方式，减小法兰结构，实现结构的轻质化；所述定位块（3）由锻压件金属加工而成，为30crmnsia或d406a；所述承力块（21）的左侧表面为顶盖（2）与发动机壳体（1）之间的对接面（22），承力块（21）的右侧表面为顶盖（2）与定位块（3）之间的对接面（23）；如图4所示，所述的定位块（3）的左侧表面为对接止口表面（31），用以连接顶盖（2）与壳体（1），定位块（3）的右侧孔为安装定位孔（32），用以通过螺钉（4）连接发动机壳体（1）与定
位块（3）；本发明设计利用分度承力结构方式，可减小质量，实现快速安装；发动机壳体（1）上设计多个配合槽，每个配合槽包括承力槽（11）、开口槽（12）和环向槽（13），承力槽（11）的下表面为对接基准面，上表面为承力结构面；安装连接时，顶盖（2）上的承力块（21）对应发动机壳体（1）上的开口槽（12）放入，然后旋转一定的角度推至发动机壳体（1）的承力槽（11）中，如图5所示；然后将定位块（3）放入发动机壳体（1）的开口槽（12）中，之后使得定位块（3）的下端侧面将顶盖（2）的承力块（21）压紧在发动机壳体（1）对应的承力槽（11）中，使得对接止口表面（31）将顶盖（2）与壳体（1）固定，防止顶盖（2）的承力块（21）在发动机壳体（1）的承力槽（11）中转动；定位块（3）的上端顶面通过螺钉（4）固定在发动机壳体（1）的环向槽（13）中，使得安装定位孔（32）可以用螺钉（4）将发动机壳体（1）与定位块（3）固连，如图6和图7所示。其中，图7明确显示了顶盖（2）的承力块（21）在发动机壳体（1）上的承力槽（11）中的安装位置，以及定位块（3）和螺钉（4）与发动机壳体（1）的连接关系；本发明分度承力方式的法兰结构如图8和图9所示，连接安装时，只需要发动机壳体（1）和顶盖（2）位置对正，旋转θ3的角度即可，实现了快速安装；本发明分度承力方式配合槽的数量n与对接法兰的半径r相关：n =
ꢀ▏
k*（πrp）/σ
ꢀ▏
，k为无量纲常数，取值为1.7 ~ 4.6；
…………………
（1）式中，p为发动机工作压强，σ为材料许用应力；配合槽角度θ1与配合槽的数量n相关：θ1=
ꢀ▏
360/n-θ
0 ▏
，θ0取值为4
°
~ 15
°
；
ꢀ……………………………………
（2）其中，各个角度的定义为：θ1为发动机壳体（1）的配合槽角度，与配合槽的数量n相关，由公式（2）确定；θ2为发动机壳体（1）上的承力槽角度，与配合槽的数量n和配合槽角度θ1相关；θ3为发动机壳体（1）上的开口槽角度，与配合槽的数量n和配合槽角度θ1相关；本发明中，分度承力方式的参数取值遵循发动机壳体结构应力最小原则，为：发动机壳体（1）配合槽内半径为100mm~ 200mm范围时，配合槽数为8个，这时配合槽角度θ1的范围为30
°
~ 36
°
，承力槽角度θ2的范围为14
°
~ 16
°
，开口槽角度θ3的范围为10
°
~ 12
°
；发动机壳体（1）配合槽内半径为200mm~ 300mm范围时，配合槽数为10个，这时配合槽角度θ1的范围为25
°
~ 28
°
，承力槽角度θ2的范围为12
°
~ 14
°
，开口槽角度θ3的范围为8
°
~ 10
°
；发动机壳体（1）配合槽内半径为300mm~ 400mm范围时，配合槽数为12个，这时配合槽角度θ1的范围为20
°
~ 24
°
，承力槽角度θ2的范围为10
°
~ 12
°
，开口槽角度θ3的范围为6
°
~ 8
°
；发动机壳体（1）配合槽内半径为400mm~ 500mm范围时，配合槽数为16个，这时配合槽角度θ1的范围为15
°
~ 18
°
，承力槽角度θ2的范围为7
°
~ 9
°
，开口槽角度θ3的范围为5
°
~ 7
°
；发动机壳体（1）配合槽内半径为500mm~ 600mm范围时，配合槽数为18个，这时配合槽角度θ1的范围为12
°
~ 16
°
，承力槽角度θ2的范围为6
°
~ 8
°
，开口槽角度θ3的范围为4
°
~ 6
°
；具体的结构参数如表1所示；表1 分度承力方式的连接结构参数
项目对接半径r（mm）配合槽数n配合槽角度θ1（
°
）承力槽角度θ2（
°
）开口槽角度θ3（
°
）1100~200830
°
~36
°
14
°
~16
°
10
°
~12
°
2200~3001025
°
~28
°
12
°
~14
°8°
~10
°
3300~4001220
°
~24
°
10
°
~12
°6°
~8
°
4400~5001615
°
~18
°7°
~9
°5°
~7
°
5500~6001812
°
~16
°6°
~8
°4°
~6
°
本实施例中，发动机工作压强6.0mpa，材料许用应力为1080mpa，发动机壳体（1）配合槽内半径r为192mm，配合槽数n为8个，承力结构初始角θ0为11
°
，为配合槽角度θ1为34
°
，承力槽角度θ2为16
°
，开口槽角度θ3为12
°
，如图8和图9所示；如图3所示，本实施例中，顶盖（2）上设计加工相应的8个承力块（21），承力块（21）的左侧表面为顶盖对接面（22），安装连接时，顶盖（2）上的承力块（21）放入发动机壳体（1）上的开口槽（12）中，然后旋转再旋转16
°
（θ2）即可到位；相比于法兰连接结构，本发明结构紧凑，质量轻，同等条件下比法兰连接结构质量轻10%以上；相比于螺纹连接结构，本发明结构安装连接快速方便；本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。