一种大刚度小变形弹簧的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种大刚度小变形弹簧，包括两个支撑梁和位于这两个支撑梁之间的至少一个变形梁，支撑梁与变形梁为横截面尺寸相同的圆环，支撑梁与变形梁相互平行同轴设置；变形梁只有一个，则变形梁两个侧面分别通过多个承力梁与支撑梁连接；位于同一侧的承力梁呈圆周均布；两侧的承力梁错开分布，且投影仍呈圆周均布；或者，在两个支撑梁之间设置有多个相互平行的变形梁，则相邻的变形梁之间、变形梁与支撑梁之间分别通过多个承力梁连接，每一变形梁同一侧设置的承力梁呈圆周均布；每一变形梁两侧的承力梁错开分布，且投影仍呈圆周均布。本实用新型提供了一种大刚度小弹簧，实现针栓调节时的位移精确控制和重复性要求。
【专利说明】一种大刚度小变形弹簧
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及液体火箭发动机领域，具体涉及一种大刚度小变形弹簧。
【背景技术】
[0002]为适应变推力发动机推力调节过程中的流量大范围变化，针栓式喷注器通过喷注面积的调节来保持各工况相对稳定的喷注压降，这对针栓喷注器的喷注调节运动件的位移控制提出了很高的精度及重复性或一致性要求。
[0003]现有的可调针栓式喷注器通常采用机械定位型式，如通过步进电机精确调节针栓位置，但带来产品结构的复杂性和可靠性降低，而采用压力定位的针栓调节型式，通过作用于针栓上的喷前作用力与弹簧力的平衡自适应调节针栓位置从而调节喷注压降，具有结构简单、产品适应性强的特点，是针栓喷注器技术研究的一个重要方向，但这对控制针栓调节的弹簧不仅在尺寸、变形量、刚度及稳定性、调节往复行程重复性等提高了较高要求，传统意义的螺旋弹簧、蝶形弹簧、环形弹簧、板簧等已经无法满足压力定位针栓喷注器高精度调节和重复性的要求。
实用新型内容
[0004]本实用新型针对现有采用压力定位方法针栓喷注器针栓调节精度和控制要求，克服现有弹簧的不足，提供了一种大刚度小变形弹簧，实现针栓调节时的位移精确控制和重复性要求。
[0005]本实用新型的技术解决方案是:
[0006]一种大刚度小变形弹簧，其特殊之处在于:
[0007]包括两个支撑梁和位于这两个支撑梁之间的至少一个变形梁，支撑梁与变形梁为横截面尺寸相同的圆环，支撑梁与变形梁相互平行同轴设置；
[0008]变形梁只有一个，则变形梁两个侧面分别通过多个承力梁与支撑梁连接；位于同一侧的承力梁呈圆周均布；两侧的承力梁错开分布，且投影仍呈圆周均布；
[0009]或者，在两个支撑梁之间设置有多个相互平行的变形梁，则相邻的变形梁之间、变形梁与支撑梁之间分别通过多个承力梁连接，每一变形梁同一侧设置的承力梁呈圆周均布；每一变形梁两侧的承力梁错开分布，且投影仍呈圆周均布。
[0010]基于上述技术方案，本实用新型还做出以下优化和限定:
[0011 ] 上述变形梁两侧的承力梁数量可以相同，也可以不同。
[0012]上述变形梁两侧的承力梁数量均为2个、3个或4个，承力梁的具体数量可根据弹簧需要的变形梁和刚度选择。
[0013]上述弹簧是弹簧钢制成的弹簧。
[0014]支撑梁与变形梁相连的一面为内侧面，支撑梁的另一面为外侧面，外侧面的平行度不大于0.005mm。
[0015]若在两个支撑梁之间设置有多个相互平行的变形梁，所有承力梁均错开分布，所有承力梁整体投影呈圆周均布。当然，有时根据需要也可以是部分变形梁的承力梁整体投影呈圆周均布，例如共有5层变形梁时，第2层与第4层的承力梁投影重合.(共5层即变形梁的数量为5个。)
[0016]该大刚度小变形弹簧的具体结构尺寸根据以下公式确定:
[0017]Α:=Λ^Γ..............................⑴
nR'
[0018]式中:K............弹性刚度，kg/mm
[0019]E............材料弹性模量，kg/mm2 ；
[0020]J............转动惯量，./=-；
12
[0021]c............变型梁宽度，c = (D2-Dl)/2, mm ；
[0022]b............变型梁厚度，mm;
[0023]η............变形梁的数量，η = I ；
[0024]R............弹簧中径，R = (D2+D1) /4, mm ；
[0025]A............经验系数,2彡A彡4 ;
[0026]其中，D2为所述弹簧外径，Dl为所述弹簧内径。
[0027]本实用新型具有以下技术效果:
[0028]1、本实用新型的变形梁两个侧面分别通过多个承力梁与支撑梁连接，当变形梁有多个时，相邻的变形梁之间也通过多个承力梁连接，位于同一侧的承力梁呈圆周均布；两侧的承力梁错开分布，且投影仍呈圆周均布；因而本实用新型具有变形小刚度大的优点，能够适应针栓喷注器调节要求；
[0029]2、弹簧优选弹簧钢，采用机械加工或其他加工工艺制造，工艺简单且制造精度闻;
[0030]3、弹簧为圆柱形状，结构简单，尺寸小，可适应针栓喷注器结构空间要求；
[0031]4、外侧面的平行度不大于0.005mm,因而本实用新型在压缩或释放时的刚度具有很好稳定性和重复性，压缩或释放时刚度一致性满足针栓调节要求。
[0032]5、本实用新型可用于运动件位移的精确控制，特别适用于空间位置受限，作用力大、位移变化小及位置重复性精度要求高的零件的运动控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1为本实用新型的结构示意图；
[0034]图2为图1的B-B向示意图；
[0035]图3为本实用新型第一实施例的立体结构示意图；
[0036]图4为本实用新型第二实施例的立体结构示意图；
[0037]图5是本实用新型的刚度测力曲线图。
[0038]附图标记:
[0039]1-支撑梁，2-变形梁，3-承力梁。
【具体实施方式】
[0040]本实用新型利用针栓式喷注器针栓运动及受力特点，结合金属悬壁结构受力变形特点为，提供了一种大刚度小变形弹簧，可由金属棒材或锻件机械加工或特种加工(如线切割)制成，本实用新型整体外形轮廓为中空的圆柱形。
[0041]如图1、图2和图3所示，包括两个支撑梁I和位于这两个支撑梁之间的至少一个变形梁2，支撑梁与变形梁为横截面尺寸相同的圆环，支撑梁与变形梁相互平行同轴设置。
[0042]变形梁只有一个，则变形梁两个侧面分别通过多个承力梁3与支撑梁连接；位于同一侧的承力梁呈圆周均布；两侧的承力梁错开分布，且投影仍呈圆周均布；
[0043]或者，在两个支撑梁之间设置有多个相互平行的变形梁，则相邻的变形梁之间、变形梁与支撑梁之间分别通过多个承力梁连接，每一变形梁同一侧设置的承力梁呈圆周均布；每一变形梁两侧的承力梁错开分布，且投影仍呈圆周均布。
[0044]图3中，变形梁有I个，图4中，变形梁有2个。
[0045]变形梁两侧的承力梁数量可以相同，也可以不同，若相同，具体数量均可以为2个、3个或4个，优选2个，如图3，变形梁两侧的承力梁有2个。
[0046]对于具有多个变形梁的情况，所有承力梁均错开分布，整体投影呈圆周均布。
[0047]支撑梁与变形梁相连的一面为内侧面，支撑梁的另一面为外侧面，为了使本实用新型在压缩或释放时刚度具有良好的稳定性和重复性，外侧面的平行度不大于0.005mm，可在本实用新型成型前或热处理后采用研磨工艺保证该平行度。
[0048]本实用新型在较小的变形条件下具有较高的刚度，弹簧在压缩或释放时的刚度具有很好稳定性和重复性；本实用新型可应用于液体火箭发动机针栓喷注器针栓位移精确控制和调节。
[0049]在支撑梁传递力至承力梁和变形梁时，变形梁悬臂结构在力的作用下变形，弹簧压缩或释放，从而实现运动件位移精确调节，具体可以实现弹簧控制的针栓位移精确调节。
[0050]弹簧的材料优选弹簧钢，可采用机械加工或其他加工工艺制造，弹簧刚度由变形梁尺寸保证，其中变形梁变形空间应大于弹簧控制的针栓位移要求，并且本实用新型变形处于其材料允许的弹性区间。
[0051]本实用新型的工作原理是:变推力发动机推力调节时，作用于针栓的喷前作用力发生变化，针栓受力变化传递给弹簧支撑梁，支撑梁传递力至承力梁和变形梁，变形梁悬臂结构在力的作用下变形，弹簧压缩或释放，实现弹簧控制的针栓位移精确调节，最终针栓处于弹簧力和其它作用力的平衡位置。
[0052]本实用新型该大刚度小变形弹簧的具体结构尺寸根据以下公式确定:
[0053]人,=/\上^..............................(I)
nR1
[0054]式中:K............弹性刚度，kg/mm
[0055]E............材料弹性模量，kg/mm2 ；
[0056]J............转动惯量，
[0057]c............变型梁宽度，c = (D2-D1) /2，mm ;
[0058]b............变型梁厚度，mm ；
[0059]η............变形梁的数量，η = I ；
[0060]R............弹簧中径，R = (D2+D1) /4, mm ；
[0061]A............经验系数，与材料泊松比、截面抗扭刚度系数有关，2彡A彡4;
[0062]其中，D2为所述弹簧外径，Dl为所述弹簧内径。
[0063]弹簧刚度计算针对不同金属材料的工程经验公式，具有很好的准确性和实用性。
[0064]从图5中可以看出，本实用新型具有刚度大、变形小的特点。本实用新型为压缩弹簧，其工作变形量应不大于其压并量，并处于材料的弹性变形区间。
【权利要求】
1.一种大刚度小变形弹簧，其特征在于: 包括两个支撑梁和位于这两个支撑梁之间的至少一个变形梁，支撑梁与变形梁为横截面尺寸相同的圆环，支撑梁与变形梁相互平行同轴设置； 变形梁只有一个，则变形梁两个侧面分别通过多个承力梁与支撑梁连接；位于同一侧的承力梁呈圆周均布；两侧的承力梁错开分布，且投影仍呈圆周均布； 或者，在两个支撑梁之间设置有多个相互平行的变形梁，则相邻的变形梁之间、变形梁与支撑梁之间分别通过多个承力梁连接，每一变形梁同一侧设置的承力梁呈圆周均布；每一变形梁两侧的承力梁错开分布，且投影仍呈圆周均布。
2.根据权利要求1所述的一种大刚度小变形弹簧，其特征在于:所述变形梁两侧的承力梁数量相同。
3.根据权利要求2所述的一种大刚度小变形弹簧，其特征在于:所述变形梁两侧的承力梁数量均为2个、3个或4个。
4.根据权利要求3所述的一种大刚度小变形弹簧，其特征在于:所述变形梁两侧的承力梁数量均为2个。
5.根据权利要求4所述的一种大刚度小变形弹簧，其特征在于:所述弹簧是弹簧钢制成的弹黃。
6.根据权利要求5所述的一种大刚度小变形弹簧，其特征在于:支撑梁与变形梁相连的一面为内侧面，支撑梁的另一面为外侧面，外侧面的平行度不大于0.005mm。
7.根据权利要求1至6任一权利要求所述的一种大刚度小变形弹簧，其特征在于:在两个支撑梁之间设置有多个相互平行的变形梁，所有承力梁均错开分布，所有承力梁整体投影呈圆周均布。
【文档编号】F16F1/02GK203979222SQ201420229704
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年5月6日 优先权日:2014年5月6日
【发明者】李福云, 林革, 章荣军, 高坤, 凌前程, 杨宝庆, 刘新华, 高云鹏, 李军, 胡海峰 申请人:中国航天科技集团公司第六研究院第十一研究所