一種真空溫變環(huán)境下的二維轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種真空溫變環(huán)境下的二維轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)臺(tái)，轉(zhuǎn)臺(tái)安裝在真空溫變?cè)囼?yàn)罐內(nèi)，真空溫變?cè)囼?yàn)罐內(nèi)設(shè)置溫度為-6(rc-…nurc和真空度優(yōu)于的環(huán)境，所述轉(zhuǎn)臺(tái)包括俯仰軸系及方位軸系，俯仰軸系及方位軸系包括基座、靜密封圈、動(dòng)密封基座、動(dòng)密封壓蓋、動(dòng)密封圈、轉(zhuǎn)動(dòng)軸、軸承，所述俯仰軸系及方位軸系的密封腔體經(jīng)管路連接抽氣管道，抽氣管道連接設(shè)置在真空溫變?cè)囼?yàn)罐外的溫控氣體裝置。解決了轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)部腔體在真空溫變環(huán)境下能夠維持一個(gè)常溫、常壓工作環(huán)境維持轉(zhuǎn)臺(tái)精密軸系正常潤(rùn)滑并保證軸系正常功能和精度的問題，具有密封可靠、轉(zhuǎn)臺(tái)對(duì)特殊環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)的特點(diǎn)。
【專利說明】一種真空溫變環(huán)境下的二維轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種真空溫變環(huán)境下的二維轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著在太空環(huán)境下使用的大口徑光學(xué)、紅外探測(cè)設(shè)備等太空探測(cè)設(shè)備技術(shù)的不斷發(fā)展與系統(tǒng)精度的不斷提高，導(dǎo)致對(duì)在模擬真空環(huán)境中進(jìn)行功能和精度測(cè)試的需求越來越迫切。常規(guī)高精度測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)只能在常溫、常壓的環(huán)境中工作，無法在模擬的真空溫變環(huán)境中對(duì)被測(cè)件進(jìn)行測(cè)試。因此，需要研制一種可在模擬真空溫變環(huán)境下正常工作的高精度測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)，該轉(zhuǎn)臺(tái)要求機(jī)械臺(tái)體整體安裝在真空溫變?cè)囼?yàn)罐太空探測(cè)設(shè)備中，并且能夠提供二維運(yùn)動(dòng)和高精度的位置定位，滿足太空探測(cè)設(shè)備進(jìn)行真空溫變環(huán)境下的模擬試驗(yàn)條件和在最接近實(shí)際使用環(huán)境下所進(jìn)行的測(cè)試條件。
[0003]將大載荷、高精度二維轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)械臺(tái)體整體安裝在溫度為_60°C?+40°C和真空度優(yōu)于lX10_3Pa的真空溫變?cè)囼?yàn)罐內(nèi)使用，如此大的溫差環(huán)境將導(dǎo)致機(jī)械臺(tái)體各零件由于熱脹冷縮發(fā)生變形。另外，轉(zhuǎn)臺(tái)兩個(gè)軸系均由精密機(jī)械軸承、減速器、步進(jìn)電機(jī)、齒輪等組成，在常溫常壓下運(yùn)動(dòng)時(shí)這些零部件通常都有潤(rùn)滑油進(jìn)行潤(rùn)滑，以保證運(yùn)動(dòng)的良好，但是在真空溫變環(huán)境中，這些潤(rùn)滑油不僅會(huì)大量揮發(fā)造成真空容器的污染，而且在低溫環(huán)境下還可能發(fā)生因潤(rùn)滑油凍結(jié)而導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)部件無法轉(zhuǎn)動(dòng)的失效情況。另外，二維轉(zhuǎn)臺(tái)在20°C左右的環(huán)境下才能夠完成高精度的位置定位，溫度過低過高會(huì)使其機(jī)械臺(tái)體損壞而無法完成精確定位。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明其目的就在于提供一種真空溫變環(huán)境下的二維轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)，使轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)部腔體在真空溫變環(huán)境下能夠維持一個(gè)常溫、常壓的工作環(huán)境，維持轉(zhuǎn)臺(tái)精密軸系正常潤(rùn)滑并保證軸系的正常功能和精度，具有密封可靠、轉(zhuǎn)臺(tái)對(duì)特殊環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)的特點(diǎn)。
[0005]實(shí)現(xiàn)上述目的而采取的技術(shù)方案，包括轉(zhuǎn)臺(tái)，轉(zhuǎn)臺(tái)安裝在真空溫變?cè)囼?yàn)罐內(nèi)，真空溫變?cè)囼?yàn)罐內(nèi)設(shè)置溫度為_60°C?+40°C和真空度優(yōu)于lX10_3Pa的環(huán)境，所述轉(zhuǎn)臺(tái)包括俯仰軸系及方位軸系，方位軸系包括轉(zhuǎn)動(dòng)軸、軸承，轉(zhuǎn)動(dòng)軸兩側(cè)設(shè)有基座，基座連接俯仰軸系，基座上設(shè)有靜密封圈，基座與轉(zhuǎn)動(dòng)軸之間設(shè)有動(dòng)密封基座，動(dòng)密封基座上設(shè)有動(dòng)密封圈，動(dòng)密封圈經(jīng)動(dòng)密封壓蓋固定，所述動(dòng)密封圈為雙密封圈結(jié)構(gòu)，動(dòng)密封圈包括外動(dòng)密封圈、內(nèi)動(dòng)密封圈，外動(dòng)密封圈、內(nèi)動(dòng)密封圈為〇型密封圈，兩道〇型密封圈之間用動(dòng)密封隔圈間隔，動(dòng)密封基座上設(shè)有抽氣通孔，抽氣通孔一端連接在外動(dòng)密封圈、內(nèi)動(dòng)密封圈之間；所述俯仰軸系的俯仰左軸、俯仰右軸及方位軸系的密封腔體經(jīng)管路連接抽氣管道，抽氣管道經(jīng)真空溫變?cè)囼?yàn)罐外殼的法蘭接口連接設(shè)置在真空溫變?cè)囼?yàn)罐外的溫控氣體裝置，所述溫控氣體裝置包括熱偶真空規(guī)、真空閥、真空機(jī)組和真空控制系統(tǒng)。
[0006]與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)。
[0007]I)采用了整體真空密封技術(shù)，使轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)體內(nèi)腔與真空溫變?cè)囼?yàn)罐真空環(huán)境隔離，同時(shí)使用多層隔熱材料進(jìn)行隔熱、保溫處理，滿足了真空環(huán)境的使用要求；
[0008]2)能夠?yàn)楸粶y(cè)件提供高精度的位置定位能力，定位精度優(yōu)于4"(峰一峰值)；
[0009]3)對(duì)機(jī)械臺(tái)體采用內(nèi)腔微環(huán)境控制技術(shù)，使得轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)部常溫常壓；
[0010]4)能夠?yàn)樘諟y(cè)試設(shè)備和軍事裝備提供特殊環(huán)境下的高精度測(cè)試平臺(tái)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。
[0012]圖1為本裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2為本裝置中轉(zhuǎn)臺(tái)俯仰軸系及方位軸系的軸系動(dòng)密封結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014]包括轉(zhuǎn)臺(tái)，轉(zhuǎn)臺(tái)安裝在真空溫變?cè)囼?yàn)罐I內(nèi)，真空溫變?cè)囼?yàn)罐I內(nèi)設(shè)置溫度為-60°C?+40°C和真空度優(yōu)于IX 10_3Pa的環(huán)境，所述轉(zhuǎn)臺(tái)包括俯仰軸系2及方位軸系3，如圖1所示，方位軸系3包括轉(zhuǎn)動(dòng)軸17、軸承18，轉(zhuǎn)動(dòng)軸17兩側(cè)設(shè)有基座9，基座9連接俯仰軸系2，基座9上設(shè)有靜密封圈10，基座9與轉(zhuǎn)動(dòng)軸17之間設(shè)有動(dòng)密封基座12，動(dòng)密封基座12上設(shè)有動(dòng)密封圈，動(dòng)密封圈經(jīng)動(dòng)密封壓蓋13固定，如圖2所示，所述動(dòng)密封圈為雙密封圈結(jié)構(gòu)，動(dòng)密封圈包括外動(dòng)密封圈14、內(nèi)動(dòng)密封圈16，外動(dòng)密封圈14、內(nèi)動(dòng)密封圈16為〇型密封圈，兩道〇型密封圈之間用動(dòng)密封隔圈15間隔，動(dòng)密封基座12上設(shè)有抽氣通孔11，抽氣通孔11 一端連接在外動(dòng)密封圈14、內(nèi)動(dòng)密封圈16之間；所述俯仰軸系2的俯仰左軸、俯仰右軸及方位軸系3的密封腔體經(jīng)管路連接抽氣管道4，抽氣管道4經(jīng)真空溫變?cè)囼?yàn)罐I外殼的法蘭接口連接設(shè)置在真空溫變?cè)囼?yàn)罐I外的溫控氣體裝置，所述溫控氣體裝置包括熱偶真空規(guī)6、真空閥7、真空機(jī)組5和真空控制系統(tǒng)8。
[0015]所述真空機(jī)組5包括真空泵，真空泵的極限真空應(yīng)優(yōu)于20Pa，所述真空泵采用干栗。
[0016]所述真空溫變?cè)囼?yàn)罐I外殼內(nèi)連接抽氣管道4的管道采用多層隔熱組件保溫。
[0017]實(shí)施例
[0018]采用動(dòng)密封和靜密封技術(shù)對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)械臺(tái)體和各軸系進(jìn)行密封，使轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)械臺(tái)體內(nèi)部與真空溫變?cè)囼?yàn)罐內(nèi)的真空、溫變環(huán)境隔離，形成轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)械臺(tái)體內(nèi)部常溫常壓的工作環(huán)境，使安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)部的各運(yùn)動(dòng)部件和測(cè)角部件在常溫常壓的工作環(huán)境中正常工作。
[0019]動(dòng)密封為轉(zhuǎn)臺(tái)軸系旋轉(zhuǎn)部分，有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)處的密封結(jié)構(gòu)形式，靜密封為轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)械臺(tái)體無相對(duì)運(yùn)動(dòng)處密封的結(jié)構(gòu)形式，它們共同組成了轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)械臺(tái)體的密封，本裝置是將真空密封技術(shù)應(yīng)用于二維轉(zhuǎn)臺(tái)。
[0020]轉(zhuǎn)臺(tái)軸系的動(dòng)密封采用雙密封圈結(jié)構(gòu)，如圖2所示，在轉(zhuǎn)臺(tái)軸系的轉(zhuǎn)動(dòng)軸密封段安裝有兩道〇型密封圈，分別為內(nèi)動(dòng)密封圈16和外動(dòng)密封圈14，兩道〇型密封圈之間用動(dòng)密封隔圈15間隔，動(dòng)密封壓蓋13對(duì)外動(dòng)密封圈14進(jìn)行擠壓，并通過外動(dòng)密封圈14和動(dòng)密封隔圈15對(duì)內(nèi)動(dòng)密封圈16進(jìn)行擠壓，使外動(dòng)密封圈14和內(nèi)動(dòng)密封圈16充分壓縮變形，以達(dá)到密封效果；動(dòng)密封隔圈15上加工有環(huán)槽和通氣孔，由內(nèi)動(dòng)密封圈16對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)體內(nèi)腔的溫控氣體進(jìn)行密封，使其不泄露到真空溫變?cè)囼?yàn)罐內(nèi)的真空環(huán)境中，如果有微量氣體泄露，則通過與動(dòng)密封隔圈15相通的抽氣管道4將泄露的氣體抽出，并通過抽氣管道4將氣體排出真空溫變?cè)囼?yàn)罐，外動(dòng)密封圈14對(duì)微量泄露的氣體進(jìn)行密封，確保軸系動(dòng)密封的可靠性。
[0021]通過轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)械臺(tái)體俯仰軸系殼體上的通氣管道向密封腔體輸入溫控氣體，通過連接在轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)械臺(tái)體方位軸系殼體上的管道將密封腔體內(nèi)的氣體排出到真空溫變?cè)囼?yàn)罐外。
[0022]轉(zhuǎn)臺(tái)密封腔體連接管道包括在真空溫變?cè)囼?yàn)罐外安裝一臺(tái)溫控氣體裝置，從真空溫變?cè)囼?yàn)罐外通過真空溫變?cè)囼?yàn)罐殼體上的法蘭引入管道，將該管道的一端連接在溫控氣體裝置上，另一端連接在轉(zhuǎn)臺(tái)俯仰軸系及方位軸系的抽氣管道上。
[0023]首先在真空溫變?cè)囼?yàn)罐外安裝一臺(tái)溫控氣體裝置，從真空溫變?cè)囼?yàn)罐殼體外通過真空溫變?cè)囼?yàn)罐殼體法蘭引入一根進(jìn)氣管道，該進(jìn)氣管道在真空溫變?cè)囼?yàn)罐外與溫控氣體裝置連接，在真空溫變?cè)囼?yàn)罐殼體內(nèi)分為兩路，分別連接在轉(zhuǎn)臺(tái)俯仰軸系的俯仰左軸、俯仰右軸的抽氣管道上，在轉(zhuǎn)臺(tái)方位軸系上連接一根排氣管道，并通過真空溫變?cè)囼?yàn)罐殼體法蘭將該排氣管道引到真空溫變?cè)囼?yàn)罐轉(zhuǎn)臺(tái)殼體外，所述抽氣管道直徑為10mm，真空溫變?cè)囼?yàn)罐轉(zhuǎn)臺(tái)殼體內(nèi)的管道采用多層隔熱組件保溫，轉(zhuǎn)臺(tái)殼體外管道上安裝熱偶真空規(guī)，量程范圍為400Pa?IPa，并且真空溫變?cè)囼?yàn)罐轉(zhuǎn)臺(tái)殼體外的管道與真空機(jī)組之間安裝真空閥，以保證真空溫變測(cè)試二維重載轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)械臺(tái)體密封腔內(nèi)氣壓和溫度的穩(wěn)定性，如圖1所示。
[0024]本裝置中轉(zhuǎn)臺(tái)俯仰左軸、俯仰右軸及方位軸系的動(dòng)密封圈采用雙密封圈進(jìn)行動(dòng)密封以保證密封處的可靠性，每個(gè)雙密封圈之間均有一根直徑為10mm(管道越細(xì)，流導(dǎo)越小)的抽氣管道，如圖2所示，三根抽氣管道在轉(zhuǎn)臺(tái)殼體內(nèi)匯總為一根直徑為25mm的管道，通過穿過轉(zhuǎn)臺(tái)殼體的法蘭引到轉(zhuǎn)臺(tái)殼體外，與轉(zhuǎn)臺(tái)殼體外的真空機(jī)組相連，如圖1所示，為保證較好的抽氣效果，真空機(jī)組中的真空泵的極限真空應(yīng)優(yōu)于20Pa，因?yàn)橛头馐綑C(jī)械泵存在返油、排氣含有油煙等弊端，因此該真空泵采用干泵。
[0025]干泵的抽速按下式⑴計(jì)算:
[0026]=P ^^
[0027](I)
[0028]式中:
[0029]Se—所選干泵的有效抽速，單位為L(zhǎng)/S ；
[0030]C——管道總流導(dǎo),單位為L(zhǎng)/S ；
[0031]P管道入——管道入口壓力，單位為Pa ;
[0032]Psa——所選干泵的入口壓力，單位為Pa ；
[0033]單根管道流導(dǎo)按下式(2)進(jìn)行計(jì)算:

D4 ?
[0034]c 34^ P

L
[0035](2)
[0036]式中:
[0037]D——管道直徑,單位為cm ；
[0038]L——管道長(zhǎng)度，單位為cm ；
[0039]P——管道中氣體的平均壓力，單位為Pa ;
[0040]本發(fā)明中三根1mm管道并聯(lián)后再與25mm匯總管道串聯(lián)。并聯(lián)管道流導(dǎo)按照式
(3)進(jìn)行計(jì)算，串聯(lián)管道流導(dǎo)按照式(4)進(jìn)行計(jì)算。
[0041]C 并=C^CJC3
[0042](3)


I
[0043]*=Χ7Χ
廣
[0044](4)
[0045]動(dòng)密封處雙密封圈之間直徑為1mm的抽氣管道每個(gè)長(zhǎng)度均取為lm，25mm的匯總管道長(zhǎng)度取為4m，按公式(2)可分別計(jì)算出直徑為1mm的單根抽氣管道流導(dǎo)為0.2L/S，單根匯總管道流導(dǎo)為1L/S。根據(jù)管道的串并聯(lián)關(guān)系計(jì)算出從動(dòng)密封處每個(gè)雙密封圈至干泵入口之間管道的總流導(dǎo)為0.4L/S。
[0046]將C = 0.4L/S、P管道入=20Pa、P栗入=IPa代入公式(I)，可計(jì)算得到:Se = 8L/S。
[0047]綜上所述，本發(fā)明所選擇的干泵抽速應(yīng)不小于8L/S。
[0048]俯仰左軸、俯仰右軸及方位軸系以外各處的靜密封均采用O型密封圈密封形式，開孔周圍的螺釘用螺孔均為密封盲孔，以保證臺(tái)體靜密封的可靠性。
[0049]本裝置其轉(zhuǎn)臺(tái)殼體等外露零件材料需滿足真空環(huán)境的使用要求，常規(guī)轉(zhuǎn)臺(tái)底座、支架等零件常采用HT250、ZL201等鑄造材料，該鑄造材料內(nèi)部組織不均勻，常夾雜有氣泡，在真空環(huán)境中會(huì)不斷逸出氣體，影響試驗(yàn)環(huán)境真空度穩(wěn)定性，因此，本裝置中包括轉(zhuǎn)臺(tái)殼體在內(nèi)的所有外露殼體類零件均采用低合金結(jié)構(gòu)鋼Q345板材經(jīng)加工而成，Q345具有綜合機(jī)械、低溫沖擊韌性、冷沖壓、焊接及切削加工性能良好等特性，同時(shí)因強(qiáng)度較高而具有較好的耐磨、耐蝕、耐低溫性能，另外，本裝置中包括轉(zhuǎn)臺(tái)殼體在內(nèi)的所有外露殼體類零件表面還必須防銹、防腐蝕，對(duì)這些外露零件表面進(jìn)行了鍍層(鍍鉻或鍍鋅)處理，以提高零件的防銹、防腐蝕能力。
【權(quán)利要求】
1.一種真空溫變環(huán)境下的二維轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)臺(tái)，轉(zhuǎn)臺(tái)安裝在真空溫變?cè)囼?yàn)罐(I)內(nèi)，真空溫變?cè)囼?yàn)罐(I)內(nèi)設(shè)置溫度為-6irc?+4irc和真空度優(yōu)于的環(huán)境，所述轉(zhuǎn)臺(tái)包括俯仰軸系(2)及方位軸系(3)，方位軸系(3)包括轉(zhuǎn)動(dòng)軸(17)、軸承(18)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸(17)兩側(cè)設(shè)有基座(9)，基座(9)連接俯仰軸系(2)，基座(9)上設(shè)有靜密封圈(10)，基座(9)與轉(zhuǎn)動(dòng)軸(17)之間設(shè)有動(dòng)密封基座(12)，動(dòng)密封基座(12)上設(shè)有動(dòng)密封圈，動(dòng)密封圈經(jīng)動(dòng)密封壓蓋(13)固定，其特征在于，所述動(dòng)密封圈為雙密封圈結(jié)構(gòu)，動(dòng)密封圈包括外動(dòng)密封圈(14)、內(nèi)動(dòng)密封圈(16)，外動(dòng)密封圈(14)、內(nèi)動(dòng)密封圈(16)為〇型密封圈，兩道〇型密封圈之間用動(dòng)密封隔圈(15)間隔， 動(dòng)密封基座(12)上設(shè)有抽氣通孔(11 )，抽氣通孔(11) 一端連接在外動(dòng)密封圈(14)、內(nèi)動(dòng)密封圈(16)之間；所述俯仰軸系(2)的俯仰左軸、俯仰右軸及方位軸系(3)的密封腔體經(jīng)管路連接抽氣管道(4)，抽氣管道(4)經(jīng)真空溫變?cè)囼?yàn)罐(I)外殼的法蘭接口連接設(shè)置在真空溫變?cè)囼?yàn)罐(I)外的溫控氣體裝置，所述溫控氣體裝置包括熱偶真空規(guī)(6)、真空閥(7)、真空機(jī)組(5)和真空控制系統(tǒng)(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種真空溫變環(huán)境下的二維轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)，其特征在于，所述真空機(jī)組(5)包括真空泵，真空泵的極限真空應(yīng)優(yōu)于20.Ρ?，所述真空泵采用干泵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種真空溫變環(huán)境下的二維轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)，其特征在于，所述真空溫變?cè)囼?yàn)罐(I)外殼內(nèi)連接抽氣管道(4)的管道采用多層隔熱組件保溫。
【文檔編號(hào)】B64G7/00GK104210678SQ201410474628
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月17日
【發(fā)明者】黃茗, 宋琳娜, 劉曉華, 梁斌, 王能慧, 鐘明華, 孫振華 申請(qǐng)人:九江精密測(cè)試技術(shù)研究所