某固體火箭發動機推力向量控制系統接頭接觸性能分析①

劉文芝，戴美魁，韋廣梅，趙永忠

(1.內蒙古工業大學機械學院，呼和浩特 010051;2.中國航天科工集團公司六院四十一所，呼和浩特 010051)

0 引言

以某固體火箭發動機全軸擺動推力向量控制(thrust vector control——TVC)系統的擺動接頭為研究對象，擺動接頭由陰球、陽球、滾動體等組成，工作中既是活動體與固定體間的聯接件，又是載荷支承件［1］。在工作載荷作用下，一方面滾動體與陽球接觸位置處，陽球材料已產生塑性變形;另一方面，系統不允許太大的變形，當變形超過許可范圍，則造成擺動力矩增大，增加推力向量控制的難度。因此，擺動接頭設計必須在滿足結構質量及接頭結構尺寸要求的前提下，保證接頭能承受預定的工作載荷而不產生過量的彈塑性變形、具有一定的接觸強度。陽球材料一般采用高強度、高韌度合金鋼，具有良好的機械加工性能和熱處理工藝。擺動接頭零件成形后，需進行表面強化處理，形成一定厚度的強化層，強化層使陽球表面具有高接觸強度、高承載能力和高耐磨性。

本文采用更符合工程實際的彈塑性摩擦接觸有限元法，與單珠承載試驗對比分析，為降低系統擺動力矩，同時考慮大尺寸球面(大于等于φ300 mm)的表面強化和加工工藝，計算分析陽球試件經表面強化處理后，在不同強化層厚度下，滾動體與陽球間的接觸應力、變形及破壞機理;不同強化層厚度對接頭接觸性能的影響;確定滿足小變形條件的彈塑性摩擦接觸應力限額。即使在簡單載荷作用下，對于考慮材料強化層和摩擦效應，并與彈塑性耦合的接觸問題的簡單模型，其解析建模及求解也非常復雜困難，一些數學問題亟待進一步解決［2－3］。……