阅读说明：本技术 单极孔燃烧室壳体缠绕工装 (Single-pole-hole combustion chamber shell winding tool ) 是由 张鹏飞 胡伟 张敏 陈孝鹏 于 2020-12-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及固体火箭发动机复合材料壳体领域,具体涉及单极孔燃烧室壳体缠绕工装。包括：缠绕芯轴、夹紧盘、锥帽、卡扣、螺母及带金属接头的砂芯模,所述缠绕芯轴通过直径变化形成轴肩,在细直径的轴头处安装锥帽、卡扣及螺母实现轴向定位；所述锥帽,内孔与缠绕芯轴配合,外方与砂芯模内孔配合；所述卡扣,外边与锥帽方形内孔配合,内孔与螺母外边配合；所述螺母,通过螺纹与缠绕芯轴细轴连接；所述加紧盘在缠绕侧沿缠绕芯轴螺纹轴向移动,与金属接头贴合；所述砂芯模内孔与缠绕芯轴尺寸匹配,缠绕侧金属接头连接,另一侧开孔,便于锥帽卡扣螺母安装。本发明使各零件不独立环向转动,实现了砂芯模与缠绕芯轴的环向固定。(The invention relates to the field of composite material shells of solid rocket engines, in particular to a winding tool for a single-pole-hole combustion chamber shell. The method comprises the following steps: the winding mandrel is provided with a shaft shoulder through diameter change, and the cone cap, the buckle and the nut are arranged at a shaft head with a small diameter to realize axial positioning; the inner hole of the conical cap is matched with the winding mandrel, and the outer part of the conical cap is matched with the inner hole of the sand core die; the outer edge of the fastener is matched with the square inner hole of the conical cap, and the inner hole is matched with the outer edge of the nut; the nut is connected with the winding mandrel thin shaft through threads; the tightening disc axially moves along the winding mandrel thread on the winding side and is attached to the metal joint; the sand core mold inner hole is matched with the winding core mold in size, the metal joint on the winding side is connected, and the other side is provided with a hole, so that the installation of the conical cap buckle nut is facilitated. The invention ensures that each part does not rotate in the annular direction independently, and realizes the annular fixation of the sand core mould and the winding mandrel.)

单极孔燃烧室壳体缠绕工装

技术领域

本发明涉及固体火箭发动机复合材料壳体领域，具体涉及单极孔燃烧室壳体缠绕工装。

背景技术

液氢储箱、气瓶等单极孔容器，其内胆与接头一体，并留置于缠绕壳体内部，缠绕时，仅需在接头上安装缠绕芯轴即可，不涉及内胆脱模的问题。

单极孔固体火箭发动机燃烧室复合材料壳体缠绕前芯模上同样含有金属接头，但金属接头与芯模（砂芯模、骨架芯模等）并非一体化结构，无法传递滚转力矩。芯轴必须从接头和芯模中间孔穿过，对接头和芯模实现支撑和定位。因此，无法采用液氢储箱、气瓶等单极孔容器的芯模和芯轴设计方法。

单极孔燃烧室壳体缠绕芯模既需要在缠绕时实现缠绕芯轴与砂芯模的配合与固定，又需要在脱模时实现缠绕芯轴与砂芯模的解锁与分离问题。而由于单极孔燃烧室壳体一端开口，一端封闭，脱模时无法从封闭端操作，只能通过开口侧的缠绕芯轴着手，存在一定的技术难度。

发明内容

本发明要解决的技术问题

本发明提供一种单极孔燃烧室壳体缠绕工装，以实现芯轴与砂芯模的装配，通过芯轴直径变化形成的轴肩和锥帽，对砂芯实现夹紧固定，使缠绕芯轴与砂芯模成为一体，缠绕时持续夹紧；同时螺母拧紧方向与芯模滚转方向的反向设计实现了芯轴与螺母锁紧和解锁，进而实现了顺利脱模；

采用的技术方案

单极孔燃烧室壳体缠绕工装，包括：

缠绕芯轴，所述缠绕芯轴通过直径变化形成轴肩，在细直径的轴头处安装锥帽、卡扣及螺母实现轴向定位；

锥帽，所述锥帽内孔与缠绕芯轴配合，外方与砂芯模内孔配合；

卡扣，所述卡扣外圈与锥帽内孔配合，内孔与螺母外圈配合，螺母通过螺纹与缠绕芯轴细轴连接；

加紧盘，所述加紧盘在缠绕侧沿缠绕芯轴螺纹轴向移动，与金属接头贴合，进而紧固砂芯模；

所述砂芯模内孔与缠绕芯轴尺寸匹配，缠绕侧金属接头连接，另一侧开孔，便于锥帽卡扣螺母安装。

进一步地，所述锥帽外圈可为四边形、五边形或六边形。

进一步地，所述锥帽内孔可以是四边形、五边形或六边形。

进一步地，所述缠绕芯轴通过反向力矩实现与螺母脱开。

进一步地，所述缠绕芯轴最大直径与锥帽外径尺寸相同。

有益效果

采用本工装进行缠绕，可使各零件不能独立环向转动，实现了砂芯模与缠绕芯轴的环向固定；螺母螺纹拧紧方向与芯轴缠绕滚转方向相反，在缠绕中实现螺母越来越紧，结合缠绕芯轴直径粗细变化，将砂芯模与缠绕芯轴轴向限位，实现了砂芯模与缠绕芯轴的轴向固定。

附图说明

图1：单极孔燃烧室壳体缠绕工装示意图；

图2：砂芯模示意图：

图3：缠绕芯轴示意图；

图4：锥帽示意图；

图5：卡扣示意图；

图6：夹紧盘示意图；

其中：1.缠绕芯轴，2.夹紧盘，3.锥帽，4.卡扣，5.螺帽，6.砂芯模。

具体实施方式

本发明缠绕芯模主要思路为，缠绕芯轴通过直径变化形成轴肩，在细直径的轴头处安装锥帽与螺母，通过轴肩和遮挡及螺母实现轴向限位。遮挡采用多边形结构，砂芯模内孔也采用多边形结构，二者配合可以实现环向定位。螺母与遮挡通过设置中间过渡零件卡扣，将螺母与遮挡固定，再通过螺母拧紧方向与缠绕方向的反向设计，在缠绕时螺母将与芯轴越拧越紧。上述方法即可实现砂芯模、遮挡、螺母及芯轴相互固定、锁紧。而在脱模时，只需使缠绕芯轴反向转动，即可松开螺母，进而拔出芯轴，实现顺利脱模。

下面结合附图及具体实施例对发明进一步说明：

单极孔燃烧室壳体缠绕工装，如图1所示：

单极孔燃烧室壳体缠绕工装包括：缠绕工装1、夹紧盘2、锥帽3、卡扣4、螺母5及砂芯模6 。

砂芯模与金属接头安装在缠绕工装上，缠绕工装的一端为缠绕机夹持端，砂芯模外包覆绝热层并缠绕碳纤维层，如图3所示。砂芯模的多边形内孔d与锥帽外形相同。砂芯模内孔φa、φb分别与缠绕芯轴Ma、Mb配合安装，金属接头通过内孔由缠绕芯轴的另一端安装于缠绕芯轴，并与砂芯模一端面贴合。

所有零件外径均小于金属接头内孔直径。缠绕芯轴为变径设计，Ma、Mb，其细直径轴头螺纹与螺母拧紧方向与缠绕芯轴缠绕滚转方向相反。锥帽外形d可以是四边形、五边形、六边形，锥帽内方c设计可以是四边形、五边形、六边形，卡扣内孔与标准螺母外形相同，卡扣外形与锥帽内方相同。

如图4所示，锥帽内孔φb与缠绕芯轴Mb配合，锥帽外方d与砂芯模方形内孔d配合；标准螺母通过螺纹与缠绕芯轴Mb连接，并可轴向移动至螺母、锥帽与砂芯模贴合。

如图5所示，卡扣多边形内孔与标准螺母外边配合，卡扣方形外边c与锥帽方形内孔c配合。

如图6所示，夹紧盘螺纹Ma与缠绕芯轴Ma配合安装，并可轴向移动至与金属接头贴合。

上述砂芯模方形内孔与锥帽配合、锥帽与卡扣配合、卡扣与螺母配合、螺母通过螺纹与缠绕芯轴配合，将彼此轴向限位，砂芯模、锥帽、卡扣、螺母连接为一体，因此，可使各零件不能独立环向转动，实现了砂芯模与缠绕芯轴的环向固定；螺母螺纹拧紧方向与芯轴缠绕滚转方向相反，在缠绕中实现螺母越来越紧，结合缠绕芯轴直径粗细变化，将砂芯模与缠绕芯轴轴向限位，实现了砂芯模与缠绕芯轴的轴向固定。

将锥帽安装于缠绕芯轴上，锥帽内孔φb与缠绕芯轴Mb配合，锥帽外方d与砂芯模方形内孔d配合，

在缠绕芯轴上安装标准螺母，标准螺母通过螺纹与缠绕芯轴Mb连接，并拧紧螺母，至螺母、锥帽与砂芯模贴合、紧固；

将卡扣多边形内孔与标准螺母外边配合，卡扣方形外边c与锥帽方形内孔c配合；

安装夹紧盘，夹紧盘螺纹Ma与缠绕芯轴Ma配合，并轴向移动至与金属接头贴合，拧紧；

在砂芯模方形内孔，使用汽车腻子填料将方孔填满至与孔外围型面光滑过渡，芯轴轴头Mb、锥帽、螺母和卡扣被覆盖。

金属接头、砂芯模外表面、无极孔侧包覆绝热层，之后进行纤维缠绕、固化。缠绕时缠绕机夹持缠绕芯轴Ma一端顺时针旋转，为芯轴提供正向力矩，缠绕张力通过绝热层、砂芯、锥帽、卡扣给螺母提供逆时针反向力矩，此时芯轴与螺母将越拧越紧，不会松动。

脱模时，首先将夹紧盘退去，然后固定壳体，将芯轴逆时针旋转；由于壳体通过绝热层、砂芯、锥帽、卡扣将力矩传递给螺母，芯轴旋转时将与螺母分离。将芯轴抽出后，通过热水将砂芯溶解，与锥帽、卡扣、螺母一并取出。

缠绕芯轴最大直径a、锥帽外径a≤金属接头内孔直径；

缠绕芯轴直径a＞缠绕芯轴直径b；

砂芯模内孔φa、φb分别与缠绕芯轴Ma、Mb配合；

缠绕芯轴螺纹直径Ma与夹紧盘螺纹直径Ma配合；

锥帽φb与缠绕芯轴Mb配合；

锥帽d与砂芯模内方孔d配合；

卡扣多边形内孔与标准螺母外边配合；

卡扣c与锥帽内方c配合。