一种基于三维打印的三轴承推力矢量喷管结构形式

摘要

一种基于三维打印的三轴承推力矢量喷管结构形式属于航空发动机推力矢量技术领域。其特征在于：包括1个发动机连接段、3段喷管和滚珠，发动机连接段和3段喷管通过轴承连接，轴承内外圈与管子通过三维打印加工方式一体加工，轴承内外圈分别有一个半圆形小孔，将相邻喷管内外圈半圆形小孔对齐可形成圆孔，将滚珠通过该圆孔进入滚道，滚珠塞满滚道即形成滚动轴承，通过调整内外圈半圆形小孔相对位置使得喷管工作过程中半圆形小孔不会相遇，可以确保轴承内滚珠不会脱落。本发明提供的三轴承推力矢量喷管结构形式，不需要螺钉、螺栓等连接件即可组装，具有结构简单、组装方便、重量轻等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于三维打印的三轴承推力矢量喷管结构形式，属于航空领域中的航空 发动机推力矢量技术领域。

背景技术

三轴承推力矢量喷管是一种应用于垂直/短距起降飞机的大转角推力矢量喷管，该喷管 由通过轴承连接的三段管组成，第一段管与涡扇发动机通过轴承连接，通过三个轴承实现相 邻管子转动，从而实现偏转超过90°的偏转。三段管几何结构复杂，采用传动方式加工零件 多、组装难度大、结构重量大。针对以上情况，提出一种基于三维打印的三轴承推力矢量喷 管结构形式，该结构形式简单、易于组装且重量轻适用于中小功率发动机所用喷管。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于三维打印的三轴承推力矢量喷管结构形式。本发明的特 征在于：包含发动机连接段1，第一段喷管2，第二段喷管3，第三段喷管4，滚珠5；

所述发动机连接段1包含管子1-1，轴承外圈1-2；所述轴承外圈1-2包含壳体1-2-1， 半圆形孔1-2-2，滚道1-2-3；半圆形孔1-2-2位于壳体1-2-1端面，半圆形孔1-2-2直径与 滚珠5直径相同，半圆形孔1-2-2通过壳体1-2-1端面延伸至滚道1-2-3；发动机连接段1 通过三维打印加工方式一体加工；

所述第一段喷管2包含管子2-1，轴承内圈2-2，轴承内圈2-3；所述轴承内圈2-2包含 壳体2-2-1，半圆形孔2-2-2，滚道2-2-3；半圆形孔2-2-2位于壳体2-2-1端面半圆形孔2-2-2 直径与滚珠5直径相同，半圆形孔2-2-2通过壳体2-2-1端面延伸至滚道2-2-3；轴承内圈 2-3与轴承内圈2-2具有同样的结构组成；第一段喷管2通过三维打印加工方式一体加工；

所述第二段喷管3包含管子3-1，轴承外圈3-2，轴承外圈3-3；轴承外圈3-2、轴承外 圈3-2与轴承外圈1-2具有同样的结构组成；第二段喷管3通过三维打印加工方式一体加工；

所述第三段喷管4包含管子4-1，轴承内圈4-2；轴承内圈4-2与轴承内圈2-2具有同 样的结构组成；第三段喷管4通过三维打印加工方式一体加工；

轴承外圈1-2与轴承内圈2-2通过滚珠5连接，滚珠5通过由半圆形孔1-2-1和半圆形 孔2-2-2组成的圆孔进入由滚道1-2-3和滚道2-2-3组成的圆环，滚珠5填满该圆环后轴承 外圈1-2与轴承内圈2-2构成一个完整的滚子轴承，使得发动机连接段1和第一段喷管2可 以相对转动；

发动机连接段1和第一段喷管2最大相对转动角度小于180°，因此通过调整半圆形孔 1-2-1和半圆形孔2-2-2在轴承圆周的相对位置，即可确保在喷管使用过程中半圆形孔1-2-1 和半圆形孔2-2-2不会相遇，即不会形成使滚珠5脱落的圆孔；

轴承内圈2-3与轴承外圈3-1同样通过滚珠5连接，滚珠5填满由内外圈滚道构成的圆 环后轴承内圈2-3与轴承外圈3-1构成一个完整的滚子轴承，使得第一段喷管2和第二段喷 管3可以相对转动；

轴承外圈3-2与轴承内圈4-2同样通过滚珠5连接，滚珠5填满由内外圈滚道构成的圆 环后轴承外圈3-2与轴承内圈4-2构成一个完整的滚子轴承，第二段喷管3和第三段喷管4 可以相对转动；

第一段喷管2和第二段喷管3最大相对转动角度为180°，第二段喷管3和第三段喷管 4最大相对转动角度也为180°，因此可以通过调整半圆形孔位置确保转动过程中滚珠5不会 脱落。

本发明提供了一种仅需加工4个管段的三轴承推力矢量喷管结构形式，内、外圈与管子 一体化三维打印，将内外圈半圆孔对齐，塞入滚珠，即可完成相邻管段的组装，不需要任何 螺钉、螺栓，具有结构简单、组装方便、重量轻等优点。

附图说明

图1是基于三维打印的三轴承推力矢量喷管结构形式示意图；

1发动机连接段，2第一段喷管，3第二段喷管，4第三段喷管，5滚珠。

图2是三轴承推力矢量喷管结构轴视图。

图3是发动机连接段结构示意图；

1-1管子，轴1-2承外圈，1-2-1壳体，1-2-2半圆形孔，1-2-3滚道。

图4是第一段喷管结构示意图；

2-1管子，2-2轴承内圈，2-3轴承内圈，2-2-1壳体，2-2-2半圆形孔，2-2-3滚道。

图5是第二段喷管结构示意图；

3-1管子，3-2轴承外圈，3-3轴承外圈。

图6是第三段喷管结构示意图；

4-1管子，4-2轴承内圈。

图7是发动机连接段和第一段喷管组装示意意图；

图8是0°转角时发动机连接段和第一段喷管连接示意意图；

图9是180°转角时发动机连接段和第一段喷管连接示意意图；

具体实施方式

一种基于三维打印的三轴承推力矢量喷管结构形式如图1所示，包含发动机连接段1， 第一段喷管2，第二段喷管3，第三段喷管4，滚珠5；

如图3所示，所述发动机连接段1包含管子1-1，轴承外圈1-2；所述轴承外圈1-2包 含壳体1-2-1，半圆形孔1-2-2，滚道1-2-3；半圆形孔1-2-2位于壳体1-2-1端面，半圆形 孔1-2-2直径与滚珠5直径相同，半圆形孔1-2-2通过壳体1-2-1端面延伸至滚道1-2-3； 发动机连接段1通过三维打印加工方式一体加工；

如图4所示，所述第一段喷管2包含管子2-1，轴承内圈2-2，轴承内圈2-3；所述轴承 内圈2-2包含壳体2-2-1，半圆形孔2-2-2，滚道2-2-3；半圆形孔2-2-2位于壳体2-2-1端 面半圆形孔2-2-2直径与滚珠5直径相同，半圆形孔2-2-2通过壳体2-2-1端面延伸至滚道 2-2-3；轴承内圈2-3与轴承内圈2-2具有同样的结构组成；第一段喷管2通过三维打印加工 方式一体加工；

如图7所示，滚珠5通过由半圆形孔1-2-1和半圆形孔2-2-2组成的圆孔进入由滚道 1-2-3和滚道2-2-3组成的圆环，滚珠5填满该圆环后轴承外圈1-2与轴承内圈2-2构成一 个完整的滚子轴承，使得发动机连接段1和第一段喷管2可以相对转动；在喷管工作过程中， 发动机连接段1和第一段喷管2相对转角小于180°，通过调整半圆形孔1-2-1和半圆形孔 2-2-2在轴承圆周的相对位置，确保在喷管使用过程中半圆形孔1-2-1和半圆形孔2-2-2不 会相遇，0°转角状态如图8所示，顺时针转动180°状态如图9所示，在喷管转动过程中不 会形成使滚珠5脱落的圆孔；

如图5所示，所述第二段喷管3包含管子3-1，轴承外圈3-2，轴承外圈3-3；轴承外圈 3-2、轴承外圈3-2与轴承外圈1-2具有同样的结构组成；第二段喷管3通过三维打印加工方 式一体加工；

如图6所示，所述第三段喷管4包含管子4-1，轴承内圈4-2；轴承内圈4-2与轴承内 圈2-2具有同样的结构组成；第三段喷管4通过三维打印加工方式一体加工；

轴承内圈2-3与轴承外圈3-1同样通过滚珠5连接，滚珠5填满由内外圈滚道构成的圆 环后轴承内圈2-3与轴承外圈3-1构成一个完整的滚子轴承，使得第一段喷管2和第二段喷 管3可以相对转动；

轴承外圈3-2与轴承内圈4-2同样通过滚珠5连接，滚珠5填满由内外圈滚道构成的圆 环后轴承外圈3-2与轴承内圈4-2构成一个完整的滚子轴承，第二段喷管3和第三段喷管4 可以相对转动；

第一段喷管2和第二段喷管3最大相对转动角度为180°，第二段喷管3和第三段喷管 4最大相对转动角度也为180°，因此可以通过调整内外圈半圆形孔相对位置确保喷管转动过 程中滚珠5不会脱落。