馮永具

摘 要： 介紹了一種安裝在發(fā)動機(jī)殼體上的壓力信號開關(guān)。該壓力信號開關(guān)能在發(fā)動機(jī)工作一段時間后快速可靠接通彈上安執(zhí)電路，確保在導(dǎo)彈過載滿足要求的情況下使戰(zhàn)斗部能夠及時起爆，對影響該壓力信號開關(guān)性能的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析，并對關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)進(jìn)行了計算。

關(guān)鍵詞： 壓力信號開關(guān)；活塞；剪切銷；滾珠

1引言

隨著時代的發(fā)展，科技的進(jìn)步，導(dǎo)彈也向著快速、更加機(jī)動靈活的方向發(fā)展，由于導(dǎo)彈具有精確打擊的特點(diǎn)，在未來戰(zhàn)場上起到越來越重要的作用，為各個國家所重視。導(dǎo)彈一般攜帶由著相當(dāng)殺傷力戰(zhàn)斗部，在發(fā)射過程中需對戰(zhàn)斗部進(jìn)行嚴(yán)密防護(hù)措施，以防戰(zhàn)斗部誤炸。傾斜發(fā)射式導(dǎo)彈一般采用三級保險機(jī)構(gòu)進(jìn)行防護(hù)，通過軸向過載、時間延遲機(jī)構(gòu)解除導(dǎo)彈三級保險，彈射彈是在外力作用下彈射到一定高度，發(fā)動機(jī)點(diǎn)火后，接通彈上安執(zhí)電路，解除導(dǎo)彈一級保險，因此無法采用以往保險機(jī)構(gòu)，根據(jù)垂直彈射彈的需要，設(shè)計了一種壓力信號器，當(dāng)發(fā)動機(jī)內(nèi)燃?xì)鈮毫_(dá)到預(yù)定值時動作，接通安執(zhí)電路。壓力信號開關(guān)根據(jù)作用原理一般有彈簧觸片式、插針插孔式等幾種形式。由于彈簧觸片式建立在發(fā)動機(jī)內(nèi)燃?xì)鈮毫托盘柶鲀?nèi)敏感元件彈性變形昀函數(shù)關(guān)系上，因此結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，而插針插孔式建立在插針和插孔的配合上，結(jié)構(gòu)簡單。本文探討的是插針插孔式壓力信號開關(guān)的設(shè)計。

2壓力信號開關(guān)的設(shè)計

壓力信號開關(guān)主要由殼體、插孔座、套環(huán)、滾珠、活塞等幾部分組成。壓力信號開關(guān)結(jié)構(gòu)圖見圖1。

1—?dú)んw2—插孔座3—定位鍵4—定位塊5—套環(huán)6—插針頭7—滾珠

8—活塞 9—剪切銷10—橡膠環(huán)11—緊固螺釘12—密封圈

圖l壓力信號開關(guān)結(jié)構(gòu)圖

壓力信號開關(guān)殼體的一端與發(fā)動機(jī)的殼體通過細(xì)牙螺紋連接，另一端與連接導(dǎo)彈電纜的電連接器連接，壓力信號開關(guān)殼體采用耐熱性不銹鋼材料，即保證了連接強(qiáng)度，又可保證具有一定耐熱性，同時殼體同燃?xì)饨佑|的端面需涂覆隔熱涂料；在套環(huán)上粘有橡膠環(huán)，減小活塞對套環(huán)的沖擊力；剪切銷用于活塞的初始定位，活塞上裝有橡膠密封圈，防止發(fā)動機(jī)內(nèi)燃?xì)庑孤?，同時活塞上面需開有兩個滾珠安裝槽，用來安裝鎖緊滾珠。插孔座有四個插孔，為冗余設(shè)計，插座及定位塊為熱固性塑料，主要是為插孔安裝定位，同時在插座與定位塊上有通氣孔；插針頭有四個插針，與金屬外殼絕緣，金屬外殼周圈有膠木零件，膠木上開有四個孔，以便插針通過，插針后端焊接有銅板，并沉入膠木內(nèi)，然后上面灌膠。

壓力信號開關(guān)的工作過程為：當(dāng)發(fā)動機(jī)內(nèi)燃?xì)鈮毫_(dá)到一定值后，剪斷連接活塞和殼體的剪切銷，活塞帶動插針頭向下運(yùn)動并插入插座孔一定距離，使插針頭與插孔座可靠連接，接通安執(zhí)電路，實(shí)現(xiàn)保險執(zhí)行機(jī)構(gòu)一級保險解除，活塞上設(shè)計有滾珠鎖緊裝置，防止當(dāng)發(fā)動機(jī)壓力降為零時，活塞向后移動造成插針頭與插孔座接觸不良的情況，當(dāng)活塞開始運(yùn)動時，滾珠由于麾擦力向后運(yùn)動減小摩擦，此時活塞可順利向前運(yùn)動，直到活塞同套環(huán)接觸為止，此后滾珠在彈性力作用下有向前運(yùn)動的趨勢，從而大大增加活塞向后運(yùn)動的摩擦力，使活塞鎖緊，保證插針與插孔可靠接觸，不松動。

3壓力信號開關(guān)分析

壓力信號開關(guān)分析主要包括：殼體螺紋強(qiáng)度分析、剪切銷設(shè)計及分析和滾珠摩擦自鎖分析三部分。

3.1殼體螺紋強(qiáng)度分析

壓力信號開關(guān)與發(fā)動機(jī)采用細(xì)牙螺紋連接，由于作用到活塞上的燃?xì)鈮毫﹂g接作用到壓力信號開關(guān)的殼體上，殼體上的細(xì)牙螺紋承受全部載荷，由于細(xì)牙連接強(qiáng)度沒有粗牙螺紋好，考慮到該種工況下螺紋失效形式主要為螺牙剪斷，為避免該情況發(fā)生，需計算細(xì)牙螺紋的最低有效圈數(shù)，當(dāng)實(shí)際連接螺紋圈數(shù)大于有效圈數(shù)時，則可避免螺牙損壞，現(xiàn)分析如下：

（1）

式中：

S——活塞面積，mm2；

Pmax——發(fā)動機(jī)內(nèi)燃?xì)庾畲髩毫?，MPa。

由螺紋牙強(qiáng)度校核公式可得：

（2）

式中：

kz——載荷步均系數(shù)，當(dāng)d/p<9時，kz=5p/d，d/p=9～16，kz=0.56；

d——外螺紋小徑，mm；

b——螺紋牙根部寬度，mm；

z——螺紋圈數(shù)；

[π]——許用剪切應(yīng)力，MPa；

[σ]w——許用彎應(yīng)力，MPa。

設(shè)計時應(yīng)保證計算出有效圈數(shù)小于實(shí)際連接圈數(shù)。

4.2剪切銷設(shè)計分析

剪切銷的設(shè)計是壓力信號器的關(guān)鍵，由于剪切銷作用是給活塞初始定位，防止發(fā)動機(jī)剛開始工作或者由于運(yùn)輸過載等原因造成誤接通安執(zhí)電路，影響戰(zhàn)斗部的使用安全，設(shè)計一般步驟：由于剪切銷剪斷時的壓力由總體設(shè)計時給出，需根據(jù)該壓力由公式求出剪切銷剪切應(yīng)力及直徑d1，并查閱相應(yīng)材料手冊，確定剪切銷的材料。

剪切強(qiáng)度公式：

（3）

式中： [τ]——許用剪切強(qiáng)度，一般?。?.5～0.6） σ，σ為材料抗拉強(qiáng)度，則

（4）

由于不同材料的抗拉強(qiáng)度σ不同，求出的剪切銷直徑也不同，此時設(shè)計時需要綜合考慮殼體及活塞的尺寸，選擇合適的直徑。

4.3滾珠摩擦自鎖分析

滾珠通過與活塞和殼體內(nèi)壁的摩擦進(jìn)行鎖緊，摩擦角的大小決定能否實(shí)現(xiàn)鎖緊，現(xiàn)對滾珠和活塞受力進(jìn)行分析，活塞及滾珠受力見圖2所示，現(xiàn)以活塞和滾珠為對象進(jìn)行受力分析，滾珠受殼體內(nèi)壁摩擦力和活塞摩擦力下保持平衡，由平衡定理可得：

（5）

由上式可得：

（6）

式中：

Fn1——?dú)んw內(nèi)壁對滾珠的正壓，N；

Ft1——?dú)んw內(nèi)壁對滾珠的摩擦力，N；

Fn2——活塞對滾珠的正壓力，N；

Ft2——活塞對滾珠的摩擦力，N；

P——活塞受到的外作用力，N；

α——活塞的斜面也殼體的夾角。

由于鎖緊力來自于滾珠與殼體內(nèi)壁及活塞的摩擦力，由靜摩擦力的特性可知，隨著正壓力的增大而增大，當(dāng)物體克服靜摩擦力時開始運(yùn)動，因此為保證活塞不運(yùn)動，即處于鎖緊狀態(tài)，滾珠的摩擦力應(yīng)小于最大摩擦力，設(shè)殼體內(nèi)壁與滾珠摩擦系數(shù)為f1，活塞與滾珠摩擦系數(shù)為f2，因此滾珠自鎖條件可表示為：

（7）

可得：

（8）

上式即為活塞的自鎖條件，當(dāng)殼體、滾珠與活塞所用材料一致時f1=f2，由該自鎖條件可得出摩擦角的范圍，一般取f<α<2f，摩擦角α值過大，會導(dǎo)致無法鎖緊，過小會導(dǎo)致正壓力過火，摩擦角α一定要在合理范圍范圍內(nèi)取值：滾珠半徑需要考慮滾珠數(shù)目、載荷大小、活塞大小等三個方面的因素，滾珠半徑大，承載的載荷就大，相應(yīng)活塞尺寸就大，因此需結(jié)合三方面因素來考慮，當(dāng)已知活塞的大小時，可以通過調(diào)整滾珠的數(shù)目，來提高承載力。

5 結(jié)論

通過對該壓力信號器的設(shè)計，可以很好滿足該壓力信號器在垂直彈射彈上的應(yīng)用，由于對活塞采用了鎖緊設(shè)計，大大增加了安執(zhí)電路在導(dǎo)彈飛行期間的連接可靠性，為戰(zhàn)斗部及時可靠的起爆提供了前提。

參考文獻(xiàn)

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