專利名稱：旋杯流速儀的旋轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種江河水文測驗(yàn)領(lǐng)域中水流速度測量儀器，尤其涉及一種旋杯流速儀的部件，旋杯流速儀的旋轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
旋杯流速儀屬于常用的江河水流速度測量儀器，其結(jié)構(gòu)由旋杯部件，旋轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)，發(fā)信部件等主機(jī)和尾翼部件等組成。旋杯部件安裝在旋轉(zhuǎn)軸上，構(gòu)成儀器旋轉(zhuǎn)部份，為流速傳感頭，支承在裝于儀器安裝支架的上、下橫梁間的旋轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)上，發(fā)信部件是一減速傳動付和機(jī)械觸點(diǎn)開關(guān)，儀器的安裝支架尾部裝有儀器定向的尾翼部件，其中間有一測量安裝孔，測量江河水流流速時，把其裝在測量設(shè)備上，儀器下放到預(yù)定測點(diǎn)水深中，水流速度V越快，旋杯部件轉(zhuǎn)速n越快，它們之間存在一定的函數(shù)關(guān)系V＝f(n)。通過SL/T150《直線明槽中轉(zhuǎn)子式流速儀的檢定》實(shí)驗(yàn)確定，建立流速檢定公式。旋杯流速儀的旋轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)包括上、下軸承付和其自身結(jié)構(gòu)形成的軸承油室及其密封裝置。
由于現(xiàn)有技術(shù)存在產(chǎn)品缺陷、缺點(diǎn)，給使用帶來不便，同時影響檢定公式，即水文測量精度。儀器產(chǎn)品缺陷、缺點(diǎn)有1.上、下軸承付，由安裝在儀器支架上部的軸頸-軸承和下部倒裝錐形軸承-軸尖等組成，是儀表活動支承中用于低轉(zhuǎn)速、軸向輕負(fù)荷工作的支承結(jié)構(gòu)。作為流速測量的傳感頭，除測量低速外，更主要的是用于測量中、高速。水流作用力是徑向的，其量值P＝0.2Vkg，是相當(dāng)大的，而軸尖僅一點(diǎn)工作于錐形軸承斜面，單邊受力，應(yīng)力較大。由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)缺陷，儀器使用中暴露的問題有①軸尖易磨損、斷裂，特別是在汛期測量高速時，而在野外條件下，更換備用件十分不便，需要120號汽油洗滌劑清洗，并加儀表油，費(fèi)事、費(fèi)時、費(fèi)錢，并殆誤無法挽回的測量時機(jī)，影響測量精度；②這種結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸軸向工作游隙太小，Δ＝0.03～0.05mm，調(diào)整、檢測困難，一般憑經(jīng)驗(yàn)，調(diào)整偏差引起的后果是Δ＜0.03mm時，旋轉(zhuǎn)軸受軸向壓力，摩阻力增大，儀器靈敏度差，影響低速測量精度；Δ＞0.1mm時，旋杯部件質(zhì)量軸偏離中心，產(chǎn)生附加離心力偶，引起振動，導(dǎo)致軸尖磨損加劇，并斷裂；③軸承付材料均為軸承鋼，易銹蝕；④軸承付材料硬度低、差值小，易磨損，磨擦系數(shù)較大。
2.軸承油室，用于安裝上、下軸承付，同時設(shè)有防止河水入侵的密封裝置。由設(shè)有軸承工作油室的軸承座、安裝軸尖的軸尖座、軸尖座的固定帽和護(hù)罩等組成。結(jié)構(gòu)缺陷①軸承工作點(diǎn)位于軸承油室中，高度太低；②固定帽無密封措施，迷宮頂點(diǎn)直通外界，失去迷宮密封作用；③護(hù)罩形成的迷宮路徑太短，曲折少，縫隙太大。長期實(shí)踐表明，該結(jié)構(gòu)密封性差，軸承油室易進(jìn)水，并把比重輕的儀表油擠出，河水中泥沙沉淀，油室變成沉沙池，軸承被淹沒在其中，河水中泥沙含有強(qiáng)烈切削力的碳化硅很快磨損軸承付。

發(fā)明內(nèi)容
上述目前旋杯流速儀在使用中存在的產(chǎn)品缺陷和缺點(diǎn)，可用本實(shí)用新型旋杯流速儀旋轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)來解決，并達(dá)到儀器性能穩(wěn)定、工作可靠，使用方便等要求，而要達(dá)到此目的，需具體解決如下技術(shù)問題1、旋轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)，系統(tǒng)作用力，支承付材料、硬度及其配比，耐磨和抗腐以及旋轉(zhuǎn)部件軸向工作游隙調(diào)整等；
2.用于保護(hù)支承付工作的軸承油室密封裝置及其密封性能。
為解決上述問題，本實(shí)用新型以理論為指導(dǎo)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，借鑒有關(guān)實(shí)驗(yàn)成果，創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，最后用實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證可行性。
實(shí)施的總體方案是旋杯流速儀旋轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)，上、下軸承付及其安裝部分構(gòu)成的軸承油室和密封裝置，其特征在于，上、下軸承付均由兩套水流的自適應(yīng)結(jié)構(gòu)構(gòu)成，兩套結(jié)構(gòu)分別是軸頸-軸承和微鋼球-軸墊。
更具體地說，總體方案是旋杯流速儀旋轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)，由軸頸-軸承和微鋼球-軸墊兩套自適支承組合結(jié)構(gòu)組成低轉(zhuǎn)速部分采用微鋼球和平面軸墊支承，軸頸-軸承限位；中、高速部分采用軸頸和圓柱軸承支承，微鋼球-軸承限位。
這種結(jié)構(gòu)使得儀器可根據(jù)水流速度儀器旋轉(zhuǎn)部分受力不同，結(jié)構(gòu)本身可自動適應(yīng)，并提高油室密封性能。
以上結(jié)構(gòu)中，本申請推薦所述的微鋼球采用不銹鋼球；所述的平面軸墊材料采用硬質(zhì)合金；所述的軸頸、圓柱軸承材料分別采用硬質(zhì)合金和剛玉。
所述的上、下支承付各自安裝在其本身形成的軸承油室中。
所述的上支承油室是有微鋼球和微鋼球座之間隙空間組成。
所述的上、下支承付各自安裝在其本身形成的軸承油室。
所述的上支承油室是由微鋼球和微鋼球座之間隙空間組成。
系統(tǒng)作用力分析按照上述水流作用在旋杯轉(zhuǎn)子上的力與速度率成正比計算，當(dāng)儀器在測量毒素程0.1～4m/S兩端工作時，作用力分別為0.02Kg和3.2Kg，顯然，用于低速，輕負(fù)荷的軸尖支承是不適于高速工作的，可見上述方案是正確的。
支承付工作分析根據(jù)儀表活動支承理論和實(shí)踐表明，滾動摩擦系數(shù)遠(yuǎn)低于滑動摩擦系數(shù)，且磨損小，因此，本實(shí)用新型把上、下軸承付的支承結(jié)構(gòu)按其工作時受力情況不同分成兩種組合結(jié)構(gòu)，低轉(zhuǎn)速部分采用微鋼球和平面軸墊支承，中、高速部分采用軸頸和圓柱軸承支承，另一支承結(jié)構(gòu)僅起限位作用，對于軸向限位要求也無須嚴(yán)格。另在軸頸支座羅紋肩部增設(shè)一彈簧墊圈以方便調(diào)整工作游隙。從儀器工作的作用力分析低速時，儀器旋轉(zhuǎn)部件支承在微鋼球一點(diǎn)上輕盈地滾動，摩阻力小，儀器靈敏度高；高速工作時，軸頸與軸承是線接觸，結(jié)構(gòu)抗沖擊強(qiáng)度和耐磨性好。這樣從結(jié)構(gòu)上解決了各種速度下儀器正常工作受力以及軸向工作游隙調(diào)整問題。
摩擦理論從摩擦理論和實(shí)驗(yàn)還表明，支承摩阻與其磨損量與配偶材料硬度和硬度差值有關(guān)，目前現(xiàn)有技術(shù)使用的軸尖、錐形軸承材料均為GCr15軸承鋼，硬度HRC分別為60～65，配偶硬度差值ΔHRC＝2～5，本實(shí)用新型低速部分的微鋼球材料為不銹鋼，硬度HRC65，平面軸墊材料為硬質(zhì)合金，硬度HRC75，ΔHRC＝10；中、高速支承部分，軸頸、圓柱軸承材料分別為硬質(zhì)合金和剛玉，硬度分別為HRC75和莫氐9級，滿足摩擦理論要求。
本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)較好地解決了儀器工作的受力合理性和軸承付低摩阻、耐磨、抗腐、抗沖擊，以及旋轉(zhuǎn)部件軸向工作游隙調(diào)整等問題。
為確保本實(shí)用新型的儀器正常工作，并達(dá)到第2發(fā)明目的，本實(shí)用新型有以下優(yōu)化方案在下軸承支部件和支承空間充滿儀表油作為軸承油室，并把其上方套在旋轉(zhuǎn)部件的下軸承支部件和旋轉(zhuǎn)軸承孔中，構(gòu)成軸承油室密封裝置，該密封結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)比較有以下改進(jìn)①密封迷宮回路彎道從2道增至7道，迷宮縫隙從0.5mm減少到0.2mm，特別是軸承付工作點(diǎn)處的縫隙，只有0.03mm，迷宮路徑長度從10mm，加長至40mm；②將軸承工作點(diǎn)微鋼球設(shè)于軸承油室，即密封迷宮最高處。根據(jù)波義耳定律，在一定容器中，體積V和壓力P的乘積為一常數(shù)C，故儀器在深水中工作時，河水在水深壓力作用下，無法達(dá)到密封迷宮路徑的頂點(diǎn)，即軸承付工作點(diǎn)；③微鋼球和鋼球座之間空隙，只需加一滴儀表油便可使微鋼球外表面黏附有油膜，構(gòu)成粘滯性微型油室，可以長期工作；④在軸頸座肩部增設(shè)一彈簧墊圈和補(bǔ)償墊圈，以方便調(diào)整軸承工作游隙；⑤在支撐座頭部增設(shè)一密封蓋、大密封圈，堵住此進(jìn)水通道，從結(jié)構(gòu)上確保密封迷宮的密封性和可靠性。
旋轉(zhuǎn)軸上部支承結(jié)構(gòu)按相同原理設(shè)計。經(jīng)理論分析和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)是可行的。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)比較有益效果1.旋轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)，本實(shí)用新型旋轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在受力狀態(tài)，軸承付材料、配偶硬度及其差值和防腐性能，旋軸軸向工作游隙的調(diào)整等方面設(shè)計均較現(xiàn)有技術(shù)合理，軸承付可在高、低速下長期、正常地工作而不損壞，確保測速精度，延長檢修期限，使用中旋軸軸向工作游隙值Δ要求不嚴(yán)，調(diào)整方便。
2.軸承油室密封裝置，密封可靠，確保軸承付不被河水污染，可長期正常工作，并節(jié)約洗滌劑汽油和潤滑儀表油。
在具體實(shí)施中，本實(shí)用新型可以是單獨(dú)的旋杯流速儀的旋轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)；也可以是包括有本結(jié)構(gòu)的旋杯流速儀的旋轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)的整體的旋槳流速儀；還可以是同時包括有本結(jié)構(gòu)的旋杯流速儀的旋轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)與軸承油室密封裝置的整體的旋槳流速儀，以上三種方式均可以形成商品。
本實(shí)用新型旋杯流速儀旋轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性能比較完善，可在產(chǎn)品規(guī)定的測速量程下，正常、長期工作，確保水文測驗(yàn)精度，使用方便，具有較好的社會、經(jīng)濟(jì)效益。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。


圖1是旋杯流速儀主機(jī)結(jié)構(gòu)圖；圖2是旋杯流速儀旋轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)下軸承付和軸承油室結(jié)構(gòu)圖；圖3是旋杯流速儀旋轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)上軸承付結(jié)構(gòu)圖；具體實(shí)施方式
實(shí)施例1，圖1是旋杯流速儀主機(jī)結(jié)構(gòu)圖，包括儀器安裝支架2，發(fā)信部件6，上、下軸承付7、12，旋轉(zhuǎn)軸部件8，旋杯部件9和六角螺母、墊圈10、11等。旋杯部件9用六角螺母、墊圈10、11安裝在旋轉(zhuǎn)軸部件8的軸承座具有定位槽的外圓上，構(gòu)成旋杯流速儀旋轉(zhuǎn)部分，它裝于固定在儀器安裝支架2上、下橫梁的上、下軸承付7、12中，發(fā)信部件6安裝在上軸承付7后側(cè)處。
圖2是旋杯流速儀支承系統(tǒng)下軸承付和軸承油室結(jié)構(gòu)圖。包括軸頸座13、軸頸14，微鋼球15，長軸墊16，長軸墊座17，小密封圈18，旋軸座19，微鋼球座20，軸承21，支承座22，大密封圈23，密封蓋24，彈簧墊圈25和補(bǔ)償墊圈26等。軸承21，微鋼球座20，微鋼球15，長軸墊16，小密封圈18按序裝進(jìn)長軸墊座17孔中，構(gòu)成下軸承支部件27，長軸墊座17上部有螺紋，下部有一起子槽，借起子擰緊在旋轉(zhuǎn)軸座19螺孔中，更換裝卸十分方便。軸頸14壓合在軸頸座13孔中，成為一體，在其軸肩部墊有彈簧25、補(bǔ)償墊圈26，安裝在支承座22螺孔中，當(dāng)調(diào)整好旋轉(zhuǎn)軸部件8軸向工作游隙后，用大密封圈23、密封蓋24蓋緊、并密封，構(gòu)成下軸頸支部件28，裝于儀器安裝支架2下橫梁孔中，下軸承支部件27裝于旋轉(zhuǎn)軸部件8下部旋轉(zhuǎn)軸座螺孔中，并以其上的微鋼球15支承在下軸承支部件27的軸頸14上，構(gòu)成下軸承付12，其中微鋼球15、長軸墊16和軸頸14在低速測量中主要承受軸向負(fù)荷；而軸頸14、軸承21在中、高速測量中主要承受徑向負(fù)荷。在低轉(zhuǎn)速工作時，主要運(yùn)動方式為滾動，摩阻力小，故儀器靈敏度好；在中、高轉(zhuǎn)速工作時，運(yùn)動方式以線接觸滑動方式為主，強(qiáng)度好，磨損小。下軸承付12整體及其配裝零件都容易更換，裝卸便捷。
下軸頸支部件28、支承座22外圓分別套在下軸承支部件27和旋轉(zhuǎn)部件8下方旋轉(zhuǎn)軸19的孔中，構(gòu)成軸承油室的轉(zhuǎn)軸動態(tài)密封迷宮裝置，其密封迷宮回路徑向縫隙細(xì)，路徑曲折而長，密封性好，軸承付的微鋼球15位于軸承油室頂點(diǎn)處，微鋼球15-5和微鋼球座20的間隙空間只需注入一滴儀表油，依靠油的粘滯力粘附在微鋼球周圍，便可正常潤滑，長期工作。
圖3是旋杯流速儀支承系統(tǒng)上軸承付結(jié)構(gòu)圖，包括微鋼球15、軸承21、旋轉(zhuǎn)軸29、上軸頸30、傳信座31、上軸墊32、上鋼球座33和上軸承座34等。軸承21、上鋼球座33、微鋼球15、上軸墊32按序裝進(jìn)上軸承座34孔中，構(gòu)成上軸承支部件35，用起子擰緊在傳信座31螺孔中，上軸頸30壓合在旋轉(zhuǎn)部件8的旋轉(zhuǎn)軸29孔中，上軸頸30外圓和端部分別與軸承21和微鋼球15配合，構(gòu)成上軸承付7，以軸向滾動、徑向滑動的運(yùn)動方式，與下軸承付一樣，微鋼球15位于軸承油室頂點(diǎn)處，加油潤滑，可長期工作，并具有較小的摩阻，并能承受一定的徑向負(fù)荷；傳信座(31)圓柱深孔與旋轉(zhuǎn)軸部件8的旋轉(zhuǎn)軸29外圓之間構(gòu)成間隙0.3mm，長40mm的密封細(xì)縫。
權(quán)利要求1.一種旋杯流速儀旋轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)，上、下軸承付及其安裝部分構(gòu)成軸承油室和密封裝置，其特征在于，上、下軸承付均由兩套對水流的自適應(yīng)支承組合構(gòu)成，兩套自適應(yīng)支承組合的結(jié)構(gòu)分別是軸頸-軸承和微鋼球-軸墊。
2.按照權(quán)利要求1所述的旋杯流速儀旋轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)，其特征在于，所述的兩套自適支承組合結(jié)構(gòu)是低轉(zhuǎn)速部分采用微鋼球和平面軸墊支承，軸頸-軸承限位；中、高速部分采用軸頸和圓柱軸承支承，微鋼球-軸墊限位。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的旋杯流速儀旋轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)，其特征在于，所述的微鋼球?yàn)椴讳P鋼球；所述的平面軸墊材料為硬質(zhì)合金；所述的軸頸、圓柱軸承材料分別為硬質(zhì)合金和剛玉。
4.按照權(quán)利要求3所述的旋杯流速儀旋轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)，其特征在于，上、下支承付各自安裝在其本身形成的軸承油室。
5.按照權(quán)利要求4所述的旋杯流速儀旋轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)，其特征在于，上支承油室是由微鋼球和微鋼球座之間隙空間組成。
6.按照權(quán)利要求5所述的旋杯流速儀旋轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)，其特征在于，軸承油室還設(shè)有密封裝置，其結(jié)構(gòu)是密封迷宮回路彎道設(shè)置7道，迷宮縫隙為0.2mm，軸承付工作點(diǎn)處的縫隙為0.03mm，迷宮路徑長度為40mm。
7.按照權(quán)利要求4或5或6所述的旋杯流速儀旋轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)，其特征在于，所述的軸承油室密封裝置的軸承工作點(diǎn)設(shè)于迷宮最高處。
8.按照權(quán)利要求7所述的旋杯流速儀旋轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)，其特征在于，所述的微鋼球外表面黏附有油膜，構(gòu)成粘滯性微型油室。
9.按照權(quán)利要求8所述的旋杯流速儀旋轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)，其特征在于，所述軸承油室密封裝置的軸尖支座肩部設(shè)有彈簧墊圈和補(bǔ)償墊圈。
專利摘要旋杯流速儀旋轉(zhuǎn)支承系統(tǒng)，上、下軸承付及其安裝部分構(gòu)成軸承油室和密封裝置，特征是，上、下軸承付均由兩套水流自適應(yīng)支承組合構(gòu)成，兩套支承組合分別是軸頸－軸承和微鋼球－軸墊。具體結(jié)構(gòu)低轉(zhuǎn)速部分采用微鋼球和平面軸墊支承，軸頸－軸承限位；中、高速部分采用軸頸和圓柱軸承支承，微鋼球－軸墊限位。優(yōu)化方案軸承油室設(shè)有密封裝置密封迷宮回路彎道設(shè)置7道，迷宮縫隙0.2mm，軸承付工作點(diǎn)的縫隙0.03mm，迷宮路徑長度40mm。軸承油室密封裝置的軸承工作點(diǎn)設(shè)于迷宮最高處。微鋼球外表面黏附有油膜，構(gòu)成粘滯性微型油室。本設(shè)計可在高、低速下長期正常工作，確保測速精度，調(diào)整方便。軸承油室密封可靠，使用方便。
文檔編號G01C13/00GK2781376SQ20052006959
公開日2006年5月17日 申請日期2005年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月9日
發(fā)明者楊漢塘 申請人:水利部南京水利水文自動化研究所