一种膜片定位夹紧装置的制作方法

本发明涉及一种膜片定位夹紧装置，属于风洞试验领域。

背景技术：

在高能脉冲风洞总体气动设计时，采用破膜运行方式实现快速获得稳定的高超声速流场；膜片在每次试验中破裂，所以每次试验前均需要更换膜片。同时大多数相关设备只在风洞激波管与风洞喷管的连接法兰之间放置膜片，因为法兰连接的特点，在连接法兰之间的膜片夹紧定位达不到预期效果，影响力风洞破膜运行，并且每次更换的操作非常复杂。

因此本领域急需提供一种膜片定位和夹紧装置，保证膜片夹持紧密、定位准确，并便于膜片更换。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种膜片定位夹紧装置，解决膜片的定位问题，并实现膜片的快速拆装。

本发明目的通过如下技术方案予以实现：

提供一种膜片定位夹紧装置，包括开槽螺母、左旋螺杆、右旋螺杆、调节环；

所述开槽螺母的内部为依次设置的左旋螺纹孔、卡槽和右旋螺纹孔；左旋螺纹孔具有左旋内螺纹，左旋内螺纹沿周向每隔21.5°开有圆心角为23.5°的长槽，左旋内螺纹沿周向形成牙槽交错结构；右旋螺纹孔具有左旋内螺纹，右旋内螺纹沿周向每隔21.5°开有圆心角为23.5°的长槽，右旋内螺纹沿周向形成牙槽交错结构；卡槽用于定位放置调节环；

左旋螺杆的外螺纹与开槽螺母左旋螺纹孔的内螺纹匹配，外螺纹沿周向每隔21.5°开有圆心角为23.5°的长槽，外螺纹沿周向形成牙槽交错结构；左旋螺杆左端面为止口，用于与风洞激波管连接；左旋螺杆的内部具有与风洞激波管直径相同的通孔；

右旋螺杆的外螺纹与开槽螺母右旋螺纹孔的内螺纹匹配，外螺纹沿周向每隔21.5°开有圆心角为23.5°的长槽，外螺纹沿周向形成牙槽交错结构；右旋螺杆右端面为止口，用于与风洞喷管的扩散段连接；右旋螺杆的内部具有通孔，通孔为风洞喷管的喉道段，喉道段的入口为风洞喷管的入口，喉道段的出口端与风洞喷管的扩散段密封连接；

所述调节环为圆环结构，右端面的外环为环状凸起，用于抵靠膜片的外缘；当左旋螺杆插入旋紧时，左旋螺杆的右端面紧靠调节环的左端面，右旋螺杆旋紧时，将膜片压紧至调节环的右端面；

压缩空气经左旋螺杆内的长槽调节环内部，作用在膜片左端，当膜片破裂后，压缩空气经右旋螺杆的长槽进入风洞喷管。

优选的，左旋螺杆的止口和右旋螺杆的止口分别具有用于放置环形密封圈的凹槽；左旋螺杆与风洞激波管密封连接，右旋螺杆与风洞喷管的扩散段密封连接。

优选的，还包括轴承座和架车，轴承座用于支撑开槽螺母，同时保证开槽螺母旋转轨迹，架车用于将膜片定位夹紧装置通过轮组支撑在为风洞洞体预先铺设的轨道上。

优选的，，还包括两组导向杆，左旋螺杆的法兰上设有两个导向杆通孔，右旋螺杆的法兰上设有两个导向杆通孔，第一组导向杆的两根导向杆分别经法兰上设有两个导向杆通孔插入到架车上，第二组导向杆的两根导向杆分别经法兰上设有两个导向杆通孔插入到架车上，当更换膜片时，左旋螺杆沿第一组导向杆移动，右旋螺杆沿第二组导向杆移动。

提供一种基于所述膜片定位夹紧装置的安装方法，包括如下步骤：

(1)左旋螺杆旋转至外螺纹的牙部对准开槽螺母左旋内螺纹槽部，并拔出左旋螺杆；同时将右旋螺杆旋转至外螺纹的牙部对准开槽螺母右旋内螺纹槽部，并拔出右旋螺杆；

(2)将破裂的膜片取出，再将调节环取出；

(3)左旋螺杆的外螺纹的牙部对准开槽螺母左旋内螺纹槽部的方式，将左旋螺杆插入开槽螺母内部；

(4)将调节环放置在开槽螺母的卡槽内，右端放置新膜片；

(5)右旋螺杆的外螺纹的牙部对准开槽螺母右旋内螺纹槽部的方式，将右旋螺杆插入开槽螺母内部；旋转开槽螺母至左旋螺杆和右旋螺杆同时和开槽螺母啮合；

(6)进行风洞实验。

优选的，步骤(1)执行前还包括，将左旋螺杆的左端法兰以止口与风洞激波管定位，再通过螺栓固定；右旋螺杆右端法兰以止口与风洞喷管的扩散段定位，再通过螺栓固定。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明依据螺纹啮合的原理，设计具有左、右旋向螺孔的螺母，与分别具有左、右旋向的螺杆同步啮合，依靠安装在螺母内部的调节环的作用，在实现将风洞激波管与风洞喷管连接密封的同时，确保激波管与喷管之间设置的膜片定位夹紧；仅通过激波管和喷管的液压推拉机构，即可将左、右旋向的螺杆插入到开槽螺母内，无需设置额外的推动机构；通过设置摆动液压缸驱动开槽螺母旋转，即可实现啮合夹紧、松开。设备操作简单，自动化程度高，膜片夹紧受力均匀。

(2)本发明在螺母的螺孔和螺杆的外螺纹的周向保留8处螺纹，其余部分设置成长槽，保证啮合的充分和膜片的更换的便利。

(3)本发明将风洞喷管的喉道段与开槽右旋螺杆设计成一体，保证了风洞喷管入口与膜片的准确定位，减少了夹膜装置对风洞流场建立的影响，提高了风洞喷管与上游部件的连接定位精度和密封性能。

(4)本发明调节环结构不仅实现了依靠夹膜装置完成风洞激波管与风洞喷管之间可靠的连接和密封，而且满足风洞气动设计提出的膜片定位和夹紧的技术要求。

(5)本发明在开槽左旋螺杆、开槽右旋螺杆的法兰与架车之间的两对导向杆的设计，保证开合膜动作时两副螺杆运动精度和定位准确。

附图说明

图1(a)为本发明膜片定位夹紧装置的主视图，图1(b)为本发明膜片定位夹紧装置的左视图；

图2(a)为开槽螺母结构的主视图，图2(b)为开槽螺母结构的左视图；

图3(a)为开槽左旋螺杆的左视图，图3(b)为开槽左旋螺杆的主视图；

图4(a)为开槽右旋螺杆的主视图，图4(b)为开槽右旋螺杆的右视图；

图5(a)为双向密封调节环的左视图，图5(b)为双向密封调节环的主视图；

图6(a)为开合膜导向杆、轴承座和架车的主视图，图6(b)为开合膜导向杆、轴承座和架车的左视图。

具体实施方式

图1所示是一种采用开槽螺纹啮合自动夹紧膜片装置，按照风洞气动设计要求，在高能脉冲风洞激波管与喷管入口前需设置一道膜片，同时保证膜片的准确定位和密封。

开槽螺母102有左、右旋向的两个螺纹孔、开槽左旋螺杆101和开槽右旋螺杆103的外螺纹，分别保留用于啮合的螺纹，其余部分加工成长槽，用以保证开槽左旋螺杆101和开槽右旋螺杆103能从开槽螺母102的螺纹孔内顺畅的插入、拔出，实现膜片的更换。长槽作用是便于开槽的左旋螺杆101和开槽的右旋螺杆102上外螺纹部分能够沿着开槽螺母102内的长槽插入到螺母内部，保证螺纹之间的啮合初始位置；长槽是在外螺纹上对应圆心角为23.5°螺纹的加工去掉而形成的扇形结构，深度与螺纹高度相同，底部与螺纹小径相同。

当开槽螺母102处于“松开”状态，开槽左旋螺杆101在驱动设备的作用下沿开槽螺母102左旋螺孔对应开槽位置插入到螺孔内；开槽右旋螺杆103在驱动设备的作用下沿开槽螺母102右旋螺孔对应开槽位置插入到螺孔内；在开槽螺母两端的液压缸的驱动下，开槽螺母102在轴承座105内按照设定轨迹旋转，开槽螺母处于“拧紧”状态，依据螺纹啮合原理，实现开槽左旋螺杆101、开槽右旋螺杆103和开槽螺母102同步啮合动作。

开槽左旋螺杆101沿与开槽螺母102左旋螺孔啮合后，通过调节环104的作用实现风洞下游部件连接和密封；开槽右旋螺杆103与开槽螺母102的右旋螺孔啮合，由于膜片在开槽右旋螺杆103插入前已经放置在调节环104上，啮合后依靠调节环104和开槽右旋螺杆103的共同作用下，实现膜片的准确定位和夹紧；同时与风洞上游设备连接，为实现高能脉冲风洞破膜提供必要条件。

以上设备通过轴承座105都支撑在架车106上，确保夹膜装置与风洞基准轴线的定位，保证开槽左旋螺杆101和开槽右旋螺杆103在更换膜片时拔出和插入的顺畅。轴承座分为上下两部分，半环形结构，开槽螺母102放置在两个环中间，用螺栓将轴承座105连接固定，其底部用螺栓连接与架车连接，架车106用于将膜片定位夹紧装置通过轮组支撑在为风洞洞体预先铺设的轨道上。

图2具有左右旋向开槽螺母，根据螺纹啮合的原理，为保证开槽左旋螺杆与开槽右旋螺杆同步啮合动作，设计具有分别左旋、右旋两个旋向的螺纹孔开槽螺母；为了即保证螺母与螺杆之间充分啮合，又满足跟换膜片等要求，开槽左旋螺杆和开槽右旋螺杆能够顺利的从螺母中插入和拔出，将螺母中左旋和右旋的两个螺纹孔对应圆心角23.5(槽)°部分的共8处螺纹去掉改成长槽，留下对应圆心角21.5°(牙)，见图2，8处螺纹仍然能够保证螺杆与螺母的啮合动作。

图3开槽左旋螺杆螺纹尺寸和旋向与开槽螺母左旋螺孔相同，为确保螺杆与螺母的充分啮合需求，将与开槽螺母左旋内螺纹对应螺纹部分设置成圆心角23.5°的长槽，共8处，保留对应圆心角21.5°的8处螺纹用来与开槽螺母左旋螺孔啮合，开槽左旋螺杆内径与风洞激波管一致，止口设置密封圈槽，止口定位法兰连接“o”型圈密封。长槽是在外螺纹上对应圆心角为23.5°螺纹的加工去掉而形成的扇形结构，深度与螺纹高度相同，底部与螺纹小径相同。

图4开槽右旋螺杆螺纹尺寸和旋向与开槽螺母右旋螺孔相同，为确保螺杆与螺母的充分啮合以及开膜等动作的需求，将与开槽螺母右旋内螺纹对应螺纹部分设置成圆心角23.5°的长槽，共8处，保留对应圆心角21.5°的8处螺纹用来与开槽螺母右旋螺孔啮合，开槽右旋螺杆与风洞喷管采用止口定位法兰连接“o”型圈密封。

为保证膜片破膜的效果及对流场建立的影响，开槽右旋螺杆103与风洞喷管的喉道段采用一体化设计，不但提高风洞喷管关键部件---喉道段定位连接的准确，而且提升膜片的破膜效果减小干扰。

图5调节环内径与风洞激波管内径和风洞喷管喉道段入口相同，调节环两面各设置有两道密封槽，在开槽左旋螺杆和开槽右旋螺杆与开槽螺母同步啮合后确保激波管与喷管段连接的密封，调节环的右侧设置膜片定位锁紧结构，确保夹膜装置动作后膜片的夹紧。右端的外圈边环凸起，用于压紧膜片，膜片与调节环的外径相同，通过外圈边环凸起压紧膜片，以防干扰膜片的破裂使膜片在压力的作用下，沿着预设的方式破裂。

图6在左旋螺杆与风洞激波管连接的法兰上，右旋螺杆与喷管连接的法兰上，分别设置了两根导向杆，保证在开膜、夹膜的动作时，左旋螺杆和右旋螺杆插入、拔出定位准确。架车通过轮组支撑在为风洞洞体预先铺设的轨道上，确保夹膜装置在风洞结构中位置。确保螺杆从螺母中插入和拔出时运动位置的准确。

将左旋螺杆101的左端法兰以止口与风洞激波管定位，通过法兰上的16个直径φ50的孔用16个M48x5双头螺柱和对应螺母实现与激波管法兰连接和拉紧。右旋螺杆103左端法兰以止口与风洞喷管定位，通过法兰上的16个直径φ50的孔用16个M48x5双头螺柱和对应螺母实现与喷管连接和拉紧。

为实现风洞气动设计提出的风洞激波管与风洞喷管之间放置膜片的技术要求，发明这套采用开槽螺纹啮合自动夹紧膜片装置，通过开槽左旋螺杆、开槽右旋螺杆同步与开槽螺母啮合后，按照螺纹啮合原理，将液压缸的推拉转化螺杆直线运动，通过调节环的作用，确保风洞激波管与风洞喷管精确的连接和密封，同时将喷管入口的膜片定位和夹紧，为风洞流场建立提供必要条件；螺杆与螺母在对应部位将螺纹处开长槽，架车与螺杆法兰之间设置有导向杆，保证更换膜片时螺杆能够顺利插入和拔出。

膜片定位夹紧装置的安装方法，具体包括如下步骤：

(1)将左旋螺杆的左端法兰以止口与风洞激波管定位，再通过螺栓固定；右旋螺杆右端法兰以止口与风洞喷管的扩散段定位，再通过螺栓固定。左旋螺杆旋转至外螺纹的牙部对准开槽螺母左旋内螺纹槽部，并拔出左旋螺杆；同时将右旋螺杆旋转至外螺纹的牙部对准开槽螺母右旋内螺纹槽部，并拔出右旋螺杆；

(2)将破裂的膜片取出，再将调节环取出；

(3)左旋螺杆的外螺纹的牙部对准开槽螺母左旋内螺纹槽部的方式，将左旋螺杆插入开槽螺母内部；

(4)将调节环放置在开槽螺母的卡槽内，右端放置新膜片；

(5)右旋螺杆的外螺纹的牙部对准开槽螺母右旋内螺纹槽部的方式，将右旋螺杆插入开槽螺母内部；旋转开槽螺母至左旋螺杆和右旋螺杆同时和开槽螺母啮合；

(6)进行风洞实验。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

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的公知技术。