一种固体小火箭密封圈压缩量的在线测量方法技术

一种固体小火箭密封圈压缩量的在线测量方法，首先分析了密封圈的受力情况，通过建立密封圈压缩量与轴向受力的关系，轴向力与拧紧力矩的关系进一步得出了密封圈压缩量与拧紧力矩的关系。通过压缩量与拧紧力矩是成正比例关系，进一步提出了通过工艺试验的方法辨识拧紧扭矩系数。在工艺试验中，除拧紧扭矩系数外，还将密封圈压缩量参考值，拧紧扭矩参考值等这些参考值写入数据库中，为在线测量的判断提供依据。在实际拧紧过程中，通过测量扭矩拧紧电机的角度和输出扭矩，可以计算出密封圈压缩量，并将密封圈压缩量测量值，拧紧扭矩实测值等数据写入数据库中，用于查询。本发明专利技术方法可以实现固体小火箭密封圈压缩的实时精确测量。

【技术实现步骤摘要】
一种固体小火箭密封圈压缩量的在线测量方法
本专利技术属于火工装置装配领域，涉及一种火工装置用密封圈压缩量的测量方法。
技术介绍
固体小火箭是一种典型的航天火工装置，在分离正(反)推、整流罩分离、星箭起旋、筒盖侧推、弹头姿态调整和控制等方面起重要作用。在以往地面试验中曾发生因固体小火箭的高温高压气体泄露导致火箭解体的质量事故，事后故障分析查明是因为密封圈压缩不到位(一般压缩量为其厚度的10％～30％)，未能使壳体与喷管之间可靠密封。根据航天产品质量控制要求，必须实测并记录密封圈压缩量这一关键参数，因此需要实测密封圈压缩量并记入质量档案。如图1所示，由于密封圈35在壳体31与喷管32之间螺纹端部沟槽内不能直接测量，因此目前在手工装配过程中只能采用预装配(不装密封圈)-做标记-装配(装密封圈)-测量的工艺方法来间接测量密封圈的压缩量，此方法需要两次装配、多次测量，劳动强度大，效率低，无法适应大批量生产的要求。从现有国内外文献来看，解决固体小火箭密封圈压缩量自动或者在线测量的方法未见报道。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：针对目前固体小火箭密封圈压缩量需要两次装配、多次测量、效率低的问题，提出了一种固体小火箭密封圈压缩量的在线测量方法，不仅能够提高密封圈压缩量的测试效率，而且测量相对误差能够满足工程精度要求。本专利技术的技术解决方案是：一种固体小火箭密封圈压缩量的在线测量方法，包括如下步骤：(1)将与火箭的壳体周长相等的纸带等分成360份，并贴于壳体的口部，同时将只有一条直线标记的纸带贴于喷管的口部；所述的喷管与壳体直接通过螺纹连接，将标准密封圈置于喷管与壳体直接用于螺纹连接处的密封；(2)将壳体固定，对喷管施加扭矩，将最小扭矩加载时的直线标记相对于壳体上的360份等分纸带的位置记为初始0角度，记录一组从最小扭矩加载至喷管与壳体相对固定时的参考扭矩M的过程中，直线标记从初始0角度开始转过的角度与施加的扭矩之间的对应关系，将转过的角度换算为标准密封圈的压缩量，并通过数据拟合的方式获得施加的扭矩与标准密封圈的压缩量之间的比例系数K作为拧紧扭矩系数；(3)获取并记录工艺参数向量[M,θ,M0,K,C1,C2]，其中θ为标准密封圈的压缩量为标准密封圈厚度的20％时对应的角度值，M0为空程扭矩，表示喷管相对于壳体开始转动的最小扭矩，C1取0.1～0.5之间的常数，C2取1.1～2.0之间的常数；(4)用待测密封圈替换标准密封圈，将直线标记置于初始0度位置，然后对喷管施加扭矩，判断实时拧紧扭矩M1是否大于空程扭矩M0，若是则计算(M1-M0)/(θ1-θ0)是否大于C1*K，θ0的初值为0，θ1为与M1对应的直线标记从初始0角度开始转过的角度，若(M1-M0)/(θ1-θ0)大于C1*K，则用角度θ1更新初始角度θ0；若(M1-M0)/(θ1-θ0)不大于C1*K，则增加M1，直到(M1-M0)/(θ1-θ0)大于C1*K为止后更新初始角度θ0；(5)继续增加实时拧紧扭矩M1并记录与M1对应的实时角度θ1，计算(M1-M0)/(θ1-θ0)是否大于C2*K，若大于则立即结束实时拧紧扭矩M1的加载，判定测试失败并退出；若不大于则继续增大实时拧紧扭矩M1直到M1位于(0.9～1.1)倍M的区间为止；(6)记录与此时的M1对应的θ1，然后计算ΔL1＝(θ1-θ0)/360*R，其中R为所述螺纹连接的螺距，如果ΔL1位于(10％-30％)ΔL的区间范围，则判定测试合格，将ΔL1作为待测密封圈的压缩量，否则判定测试失败并退出，其中ΔL＝θ/360*R。本专利技术与现有技术相比的优点在于：本专利技术通过理论分析得出拧紧扭矩与密封圈压缩量成比例关系，即拧紧扭矩系数，且拧紧扭矩系数可以通过工艺试验确定；在试验获得拧紧扭矩系数的基础上，利用实测的拧紧扭矩和角度值，自动计算密封圈压缩量。本专利技术除了换新规格密封圈时需要做工艺试验以获取拧紧扭矩系数需要两次装配外，其余装配均可一次完成，且可以自动记录拧紧扭矩值、密封圈圈压缩量值。本专利技术解决了现有技术需要两次装配，多次测量多个尺寸间接计算密封圈压缩量的问题，较少了装配次数和测量时间，提高了密封圈压缩量的测试效率。通过在某固体小火箭的试验及其结果来看，本专利技术方法不仅提高了测量效率，而且测量相对误差在5％以内，达到了在线测量的目的。附图说明图1为密封圈在固体小火箭的位置示意图；图2为密封圈的受力示意图；图3为本专利技术拧紧扭矩系数辨识试验件示意图；图4为本专利技术拧紧扭矩系数的工艺试验数据及拟合曲线；图5为本专利技术方法的流程图；图6为本专利技术得到的拧紧扭矩与密封圈压缩量的曲线。具体实施方式本专利技术首先分析了密封圈的受力情况，通过建立密封圈压缩量与轴向受力的关系，轴向力与拧紧力矩的关系进一步得出了密封圈压缩量与拧紧力矩的关系；通过压缩量与拧紧力矩是成正比例关系(将此比例系数命名为拧紧扭矩系数K)的，进一步提出了通过工艺试验的方法辨识拧紧扭矩系数；在工艺试验中，除拧紧扭矩系数K外，还将密封圈压缩量参考值M，拧紧扭矩参考值θ等，将这些参考值写入数据库中，为在线测量的判断提供依据；在实际拧紧过程中，通过测量扭矩拧紧电机的角度和输出扭矩，可以计算出密封圈缩量，并将密封圈压缩量测量值，拧紧扭矩实测值等数据写入数据库中，用于查询。一、建立密封圈拧紧扭矩系数的计算模型(1)密封圈压缩量与预紧力的关系密封圈在轴向由于受到轴向预紧力F而发生形变，如图2所示，用材料力学分析可知：其中，E—弹性模量，只取决取材本身结构和温度，和其他条件无关；A—密封圈横截面积；L—密封圈厚度；ΔL—密封圈压缩量。如果将密封圈看着一个弹簧，则每种规格的密封圈就对应一种弹簧，可以定义其弹性系数K1，由胡克定律可知，进一步可得轴向预紧力和密封圈压缩量的关系为，F＝K1·ΔL(3)(2)螺纹的拧紧力矩与轴向力的关系螺纹副的力学分析，一般先按照矩形螺纹展开视为斜面受力，然后通过投影关系化为三角形螺纹，可以得出拧紧力矩与轴向预紧力的关系。查阅闻邦椿等编著的机械设计手册(2012年)可知，螺纹拧紧力矩与轴向力的关系为：M＝K2·F·d(4)其中，M—拧紧力矩；K2—比例系数(与螺纹副材料、润滑状态等因素有关)；；d—螺纹中径。(3)拧紧力矩与密封圈压缩量的关系。将式(3)代入式(4)，可得拧紧力矩和密封圈压缩量的关系M＝KΔL(5)其中，拧紧扭矩系数K＝K1K2d。从式(5)可以看出，拧紧扭矩和密封圈的压缩量成正比关系，这给自动测量密封圈压缩量提供了理论依据。拧紧扭矩系数K可以计算出来，但受螺纹加工、螺纹形面、摩擦等因素影响，计算误差较大，一般通过工艺试验来辨识确定。二、密封圈拧紧扭矩系数K的获取在工程应用时一般通过工艺试验获取拧紧扭矩系数。下面以某型号固体小火箭为例，介绍具体步骤如下：(1)制作刻度纸带34。将与火箭壳体31周长相等的纸带等分成360份，并贴于壳体31口部。并将打印一条直线标记的纸带33贴于喷管32口部，如图3所示。(2)扭矩加载试验。将固体小火箭固定在虎钳30上，使用扭矩扳手36施加扭矩。加载试验主要包括：1)采用分段法加载扭矩(10Nm以内2Nm一档；10～100Nm每10Nm一档；100～200Nm每20Nm一档；200Nm以上50Nm一档)；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固体小火箭密封圈压缩量的在线测量方法，其特征在于包括如下步骤：(1)将与火箭的壳体(31)周长相等的纸带等分成360份，并贴于壳体(31)的口部，同时将只有一条直线标记的纸带贴于喷管(32)的口部；所述的喷管(32)与壳体(31)直接通过螺纹连接，将标准密封圈置于喷管(32)与壳体(31)直接用于螺纹连接处的密封；(2)将壳体(31)固定，对喷管(32)施加扭矩，将最小扭矩加载时的直线标记相对于壳体(31)上的360份等分纸带的位置记为初始0角度，记录一组从最小扭矩加载至喷管(32)与壳体(31)相对固定时的参考扭矩M的过程中，直线标记从初始0角度开始转过的角度与施加的扭矩之间的对应关系，将转过的角度换算为标准密封圈的压缩量，并通过数据拟合的方式获得施加的扭矩与标准密封圈的压缩量之间的比例系数K作为拧紧扭矩系数；(3)获取并记录工艺参数向量[M,θ,M0,K,C1,C2]，其中θ为标准密封圈的压缩量为标准密封圈厚度的20％时对应的角度值，M0为空程扭矩，表示喷管(32)相对于壳体(31)开始转动的最小扭矩，C1取0.1～0.5之间的常数，C2取1.1～2.0之间的常数；(4)用待测密封圈替换标准密封圈，将直线标记置于初始0度位置，然后对喷管(32)施加扭矩，判断实时拧紧扭矩M1是否大于空程扭矩M0，若是则计算(M1‑M0)/(θ1‑θ0)是否大于C1*K，θ0的初值为0，θ1为与M1对应的直线标记从初始0角度开始转过的角度，若(M1‑M0)/(θ1‑θ0)大于C1*K，则用角度θ1更新初始角度θ0；若(M1‑M0)/(θ1‑θ0)不大于C1*K，则增加M1，直到(M1‑M0)/(θ1‑θ0)大于C1*K为止后更新初始角度θ0；(5)继续增加实时拧紧扭矩M1并记录与M1对应的实时角度θ1，计算(M1‑M0)/(θ1‑θ0)是否大于C2*K，若大于则立即结束实时拧紧扭矩M1的加载，判定测试失败并退出；若不大于则继续增大实时拧紧扭矩M1直到M1位于(0.9～1.1)倍M的区间为止；(6)记录与此时的M1对应的θ1，然后计算ΔL1＝(θ1‑θ0)/360*R，其中R为所述螺纹连接的螺距，如果ΔL1位于(10％‑30％)ΔL的区间范围，则判定测试合格，将ΔL1作为待测密封圈的压缩量，否则判定测试失败并退出，其中ΔL＝θ/360*R。...

【技术特征摘要】
1.一种固体小火箭密封圈压缩量的在线测量方法，其特征在于包括如下步骤：(1)将与火箭的壳体(31)周长相等的纸带等分成360份，并贴于壳体(31)的口部，同时将只有一条直线标记的纸带贴于喷管(32)的口部；所述的喷管(32)与壳体(31)直接通过螺纹连接，将标准密封圈置于喷管(32)与壳体(31)直接用于螺纹连接处的密封；(2)将壳体(31)固定，对喷管(32)施加扭矩，将最小扭矩加载时的直线标记相对于壳体(31)上的360份等分纸带的位置记为初始0角度，记录一组从最小扭矩加载至喷管(32)与壳体(31)相对固定时的参考扭矩M的过程中，直线标记从初始0角度开始转过的角度与施加的扭矩之间的对应关系，将转过的角度换算为标准密封圈的压缩量，并通过数据拟合的方式获得施加的扭矩与标准密封圈的压缩量之间的比例系数K作为拧紧扭矩系数；(3)获取并记录工艺参数向量[M,θ,M0,K,C1,C2]，其中θ为标准密封圈的压缩量为标准密封圈厚度的20％时对应的角度值，M0为空程扭矩，表示喷管(32)相对于壳体(31)开始转动的最小扭矩，C1取0.1～0.5之间的常数，C2取1.1～2.0...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡韶华，蔡和彬，唐仕萍，李尧，
申请(专利权)人：中国航天科技集团公司川南机械厂，
类型：发明
国别省市：四川;51