帶有轉(zhuǎn)矩測(cè)量的磁流體密封軸的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種帶有轉(zhuǎn)矩測(cè)量的磁流體密封軸，涉及熱真空實(shí)驗(yàn)下的測(cè)試裝置，它包括傳動(dòng)軸、氣浮套、無磁性座、磁芯組件，磁芯組件、第一氣浮套、第二氣浮套從左至右依次套裝在傳動(dòng)軸上，傳動(dòng)軸上位于第一氣浮套和第二氣浮套的間隙部分裝有支撐座，所述支撐座上裝有轉(zhuǎn)矩測(cè)量裝置。本發(fā)明在傳動(dòng)軸上套裝兩個(gè)氣浮套，可在傳動(dòng)軸上形成穩(wěn)定的氣膜，對(duì)傳動(dòng)軸形成氣浮支撐，由于氣浮裝置無摩擦的優(yōu)點(diǎn)，避免了普通軸承的摩擦力對(duì)轉(zhuǎn)矩測(cè)量的影響，進(jìn)一步提高了測(cè)試精度；第一氣浮套和第二氣浮套靠近支撐座的兩個(gè)環(huán)形端面沿著軸向均勻分布排氣孔，在兩個(gè)氣浮套和支撐座之間形成穩(wěn)定氣膜，防止支撐座和氣浮套直接接觸導(dǎo)致的相對(duì)摩擦影響測(cè)量的精度。
【專利說明】帶有轉(zhuǎn)矩測(cè)量的磁流體密封軸
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種熱真空實(shí)驗(yàn)下軸的角度測(cè)試裝置，尤其涉及帶有轉(zhuǎn)矩測(cè)量的磁流體密封軸。
【背景技術(shù)】
[0002]熱真空試驗(yàn)是指在規(guī)定的真空和熱循環(huán)條件下檢驗(yàn)被測(cè)件的性能和功能的試驗(yàn)。熱真空試驗(yàn)不僅需要有能模擬外太空真空環(huán)境的真空模擬系統(tǒng)，而且需要有能對(duì)設(shè)備進(jìn)行驅(qū)動(dòng)或加載以模擬機(jī)構(gòu)所受驅(qū)動(dòng)及負(fù)載裝置，同時(shí)還要具備實(shí)時(shí)高精度測(cè)量設(shè)備的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)速等信息的能力。
[0003]在對(duì)被測(cè)件進(jìn)行扭轉(zhuǎn)加載的熱真空試驗(yàn)中，由于熱真空環(huán)境下，傳感器、動(dòng)力設(shè)備的可靠性下降，使用壽命縮短，測(cè)試過程中難以控制，因此常采用熱真空外模擬系統(tǒng)即真空罐外測(cè)試。罐外測(cè)試是指通過密封裝置將轉(zhuǎn)矩傳遞到真空罐的外部，轉(zhuǎn)矩的測(cè)試在真空罐外進(jìn)行。
[0004]如罐外加載及測(cè)量裝置通過傳動(dòng)軸與罐內(nèi)的待測(cè)電機(jī)輸出軸固定進(jìn)行測(cè)試，以分析熱真空環(huán)境下電機(jī)的各個(gè)特性，如果還需測(cè)量電機(jī)的空載特性，在測(cè)試過程中需要將電機(jī)輸出軸與傳動(dòng)軸脫開，這在熱真空環(huán)境下難度很大。若被測(cè)件為聯(lián)軸器等，需要雙向出軸與罐外加載及測(cè)量裝置連接。
[0005]熱真空試驗(yàn)系統(tǒng)常采用磁流體密封傳動(dòng)裝置與真空罐內(nèi)被測(cè)件連接，旋轉(zhuǎn)磁流體密封軸一方面可以滿足保證熱真空環(huán)境密封要求，另一方面也可以實(shí)現(xiàn)真空罐外對(duì)罐內(nèi)的動(dòng)力傳遞，如專利申請(qǐng)?zhí)枮?00710068382.1的“真空設(shè)備傳動(dòng)軸用磁流體密封傳動(dòng)裝置”就公開了一種采用檢測(cè)精度高、可靠性好的磁流體密封傳動(dòng)裝置。專利申請(qǐng)?zhí)枮?01010243123.X的“磁流體密封裝置”也公開了一種磁性密封裝置；由于傳感器等測(cè)量裝置位于熱真空模擬系統(tǒng)外，這就使得對(duì)熱真空模擬環(huán)境內(nèi)被測(cè)件信息的測(cè)量成了間接測(cè)量，磁流體密封傳動(dòng)裝置自身摩擦功耗小，但是磁流體密封軸兩側(cè)需軸承支撐來保證不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，如果使用軸承支撐，軸承的摩擦力會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)矩測(cè)量產(chǎn)生極大的影響；被測(cè)件通過磁流體密封傳動(dòng)裝置與罐外的加載及測(cè)量裝置固定相連，由于被測(cè)件在熱真空環(huán)境下會(huì)產(chǎn)生變形，而被測(cè)件固定在罐內(nèi)，變形會(huì)影響被測(cè)件與磁流體密封軸的連接，使其連接軸心發(fā)生改變，產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)等影響測(cè)試的結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)熱真空扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)中被測(cè)件形變及磁流體密封傳動(dòng)裝置的摩擦影響等問題，本發(fā)明提供了一種消除摩擦力的、不受被測(cè)件變形影響的熱真空環(huán)境下的帶磁流密封的高精密度無摩擦扭矩測(cè)量軸。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:帶有轉(zhuǎn)矩測(cè)量的磁流體密封軸，包括傳動(dòng)軸、氣浮套、無磁性座、磁芯組件，所述氣浮套包括第一氣浮套和第二氣浮套，所述磁芯組件、第一氣浮套、第二氣浮套從左至右依次套裝在傳動(dòng)軸上，所述磁芯組件和第一氣浮套、第一氣浮套和第二氣浮套之間間隔一定的距離，所述無磁性座套裝在第一氣浮套、第二氣浮套、磁芯組件上，所述傳動(dòng)軸與第一氣浮套、第二氣浮套之間有微小間隙，所述無磁性座上設(shè)有兩個(gè)徑向進(jìn)氣孔，所述徑向進(jìn)氣孔分別與兩個(gè)氣浮套上的進(jìn)氣腔通，所述無磁性座左端外接熱真空罐，無磁性座與熱真空罐固接，所述無磁性座右端安裝端蓋，所述無磁性座位于磁芯組件與第一氣浮套的間隙部分及第一氣浮套和第二氣浮套的間隙部分沿徑向均布泄氣孔；
[0008]所述傳動(dòng)軸上位于第一氣浮套和第二氣浮套的間隙部分裝有支撐座，所述支撐座上裝有應(yīng)變片和穩(wěn)壓電源；所述無磁性座上位于第一氣浮套和第二氣浮套之間的部分內(nèi)壁上裝有激磁電源；所述支撐座靠近第一氣浮套的側(cè)面上固接環(huán)形編碼盤；所述第一氣浮套和支撐座、第二氣浮套和支撐座之間有微小間隙；所述第一氣浮套和第二氣浮套靠近支撐座的兩個(gè)環(huán)形端面沿著軸向均勻分布排氣孔；所述第一氣浮套靠近支撐座的環(huán)形端面上設(shè)有一個(gè)盲孔，盲孔內(nèi)設(shè)有一個(gè)激光探頭，激光探頭正對(duì)環(huán)形編碼盤；
[0009]所述磁芯組件包括兩個(gè)環(huán)形磁極、永磁鐵，所述永磁鐵位于兩塊環(huán)形磁極之間，所述環(huán)形磁極的內(nèi)表面上設(shè)有極齒凹槽，所述極齒凹槽與傳動(dòng)軸的微小間隙間設(shè)有密封用磁性流體；所述無磁性座上設(shè)有磁性流體灌裝孔；
[0010]所述無磁性座與熱真空罐間設(shè)有第一〇型密封圈，所述兩塊環(huán)形磁極與無磁性座之間安裝有設(shè)第二〇型密封圈，所述第一、第二氣浮套外圈與無磁性座之間安裝有第三〇型密封圈。
[0011]本發(fā)明的設(shè)計(jì)思路及優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在:傳動(dòng)軸上套裝磁芯組件起到密封效果，但磁芯組件不起支撐作用；傳動(dòng)軸上套裝兩個(gè)氣浮套，通過無磁性座上的徑向進(jìn)氣孔供氣，可在傳動(dòng)軸上形成穩(wěn)定的氣膜，兩個(gè)氣浮套間隔一定的距離，對(duì)傳動(dòng)軸形成氣浮支撐，防止傳動(dòng)軸出現(xiàn)彎曲，由于氣浮裝置無摩擦的優(yōu)點(diǎn)，避免了普通軸承的摩擦力對(duì)轉(zhuǎn)矩測(cè)量的影響，進(jìn)一步提聞了測(cè)試精度。
[0012]支撐座上裝有應(yīng)變 片和穩(wěn)壓電源，無磁性座上位于第一氣浮套和第二氣浮套之間的部分內(nèi)壁上裝有激磁電源，應(yīng)變片、穩(wěn)壓電源和激磁電源和外部加載設(shè)備構(gòu)成了扭矩傳感器，應(yīng)變片供電由設(shè)在傳感器上的一組環(huán)形變壓器，提供感應(yīng)電壓，經(jīng)過整流、穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換成高穩(wěn)定性的直流電壓。該電壓既供給應(yīng)變片作為橋壓，也供給內(nèi)部電路作為工作電壓。應(yīng)變片檢測(cè)的HiV級(jí)扭矩信號(hào)被放大成V級(jí)強(qiáng)信號(hào)，在經(jīng)過V/F轉(zhuǎn)換器變成正比的方波信號(hào)，并發(fā)射到外部的信號(hào)接收器上，在通過解調(diào)還原成與V/F轉(zhuǎn)換出的方波同頻率的數(shù)字信號(hào)，其相位差不大于I微妙可以忽略不計(jì)。
[0013]第一氣浮套和第二氣浮套靠近支撐座的兩個(gè)環(huán)形端面沿著軸向均勻分布排氣孔，在兩個(gè)氣浮套和支撐座之間形成穩(wěn)定氣膜，防止支撐座和氣浮套直接接觸導(dǎo)致的相對(duì)摩擦影響測(cè)量的精度。支撐座左右形成的氣膜可以防止傳動(dòng)軸的左右竄動(dòng)。
[0014]在熱真空的環(huán)境下工件受高溫容易產(chǎn)生變形，直接在熱真空的環(huán)境中測(cè)量不僅會(huì)影響測(cè)量的精度，還可以破壞整套測(cè)量裝置，因此我們將測(cè)量工具放在熱真空層環(huán)境外，通過磁流體密封，防止高溫對(duì)測(cè)量裝置的影響，利用磁流體密封裝置和密封圈將整個(gè)熱真空罐密封，傳動(dòng)軸與熱真空罐內(nèi)被測(cè)件的輸出軸通過聯(lián)軸器連接，通過激光探頭讀取環(huán)形編碼盤上的讀數(shù)，測(cè)出軸的轉(zhuǎn)矩?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0015]圖1是帶磁流密封的無摩擦扭矩測(cè)量軸的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明。
[0017]結(jié)合附圖1，帶有轉(zhuǎn)矩測(cè)量的磁流體密封軸，包括傳動(dòng)軸1、氣浮套、無磁性座2和磁芯組件，氣浮套包括第一氣浮套3和第二氣浮套4，磁芯組件、第一氣浮套3、第二氣浮套4從左至右依次套裝在傳動(dòng)軸I上，磁芯組件和第一氣浮套3、第一氣浮套3和第二氣浮套4之間間隔一定的距離，無磁性座2套裝在第一氣浮套3、第二氣浮套4、磁芯組件上，無磁性座2與第一氣浮套3、第二氣浮套4、磁芯組件之間不產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0018]傳動(dòng)軸I與第一氣浮套3、第二氣浮套4之間有微小間隙，進(jìn)氣后第一氣浮套3和傳動(dòng)軸1、第二氣浮套4和傳動(dòng)軸I之間形成穩(wěn)定的氣膜，第一氣浮套3和第二氣浮套4之間間隔一定的距離，對(duì)傳動(dòng)軸I起到支撐的作用，磁芯組件僅起到密封的作用，不會(huì)產(chǎn)生支撐的作用。
[0019]無磁性座2上設(shè)有兩個(gè)徑向進(jìn)氣孔8，徑向進(jìn)氣孔8分別與兩個(gè)氣浮套上的進(jìn)氣腔通。無磁性座2左端外接熱真空罐，無磁性座2與熱真空罐通過螺栓固接，熱真空罐上設(shè)有通孔，傳動(dòng)軸I穿過通過連接熱真空罐內(nèi)的被測(cè)件上的被測(cè)件輸出軸。無磁性座2右端安裝端蓋11。無磁性座2位于磁芯組件與第一氣浮套3的間隙部分及第一氣浮套3和第二氣浮套4的間隙部分沿徑向均布泄氣孔7。
[0020]傳動(dòng)軸I上位于第一氣浮套3和第二氣浮套4的間隙部分裝有支撐座9，支撐座9上裝有應(yīng)變片12和穩(wěn)壓電源14 ;無磁性座2上位于第一氣浮套3和第二氣浮套4之間的部分內(nèi)壁上裝有激磁電源13 ;支撐座6靠近第一氣浮套3的側(cè)面上固接環(huán)形編碼盤；第一氣浮套3和支撐座9、第二氣浮套4和支撐座9之間有微小間隙；第一氣浮套3和第二氣浮套4靠近支撐座9的兩個(gè)環(huán)形端面沿著軸向均勻分布排氣孔；第一氣浮套3靠近支撐座9的環(huán)形端面上設(shè)有一個(gè)盲孔，盲孔內(nèi)設(shè)有一個(gè)激光探頭10，激光探頭10正對(duì)環(huán)形編碼盤。[0021 ] 磁芯組件包括兩塊環(huán)形磁極5、永磁鐵6，永磁鐵6位于兩塊環(huán)形磁極5之間，兩塊環(huán)形磁極5的內(nèi)表面上設(shè)有極齒凹槽，極齒凹槽與傳動(dòng)軸I的微小間隙間設(shè)有密封用磁性流體；無磁性座2上設(shè)有磁性流體灌裝孔。
[0022]無磁性座2與熱真空罐間設(shè)有第一 O型密封圈，環(huán)形磁極5與無磁性座2之間安裝有設(shè)第二 O型密封圈，兩個(gè)氣浮套外圈與無磁性座2之間安裝有第三O型密封圈。
[0023]傳動(dòng)軸I的右側(cè)安裝外加載設(shè)備，左側(cè)穿過熱真空罐壁連接熱真空罐內(nèi)的被測(cè)件輸出軸，安裝的時(shí)候，先將無磁性座2用螺栓安裝在熱真空罐壁上，依次裝上磁芯組件、第一氣浮套3、傳動(dòng)軸1、第二氣浮套4、端蓋11。熱真空罐內(nèi)的被測(cè)件和被測(cè)件輸出軸與傳動(dòng)軸的安裝是在常溫下進(jìn)行的。將整個(gè)裝置安裝好后，利用無磁性座2上設(shè)有磁性流體灌裝孔將磁性流體注入極齒凹槽與傳動(dòng)軸的微小間隙間，利用無磁性座2上設(shè)有兩個(gè)徑向進(jìn)氣孔8給第一氣浮套3和第二氣浮套4供氣，裝在傳動(dòng)軸I右側(cè)的外加載設(shè)備啟動(dòng)，整個(gè)裝置正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，激光探頭10讀取出環(huán)形編碼盤9上的刻度，利用導(dǎo)線將激光探頭10的數(shù)據(jù)導(dǎo)入設(shè)備中，即可完成對(duì)角度的測(cè)量。
【權(quán)利要求】
1.一種帶有轉(zhuǎn)矩測(cè)量的磁流體密封軸，其特征在于:它包括傳動(dòng)軸、氣浮套、無磁性座、磁芯組件，所述氣浮套包括第一氣浮套和第二氣浮套，所述磁芯組件、第一氣浮套、第二氣浮套從左至右依次套裝在傳動(dòng)軸上，所述磁芯組件和第一氣浮套、第一氣浮套和第二氣浮套之間間隔一定的距離，所述無磁性座套裝在第一氣浮套、第二氣浮套、磁芯組件上，所述傳動(dòng)軸與第一氣浮套、第二氣浮套之間有微小間隙，所述無磁性座上設(shè)有兩個(gè)徑向進(jìn)氣孔，所述徑向進(jìn)氣孔分別與兩個(gè)氣浮套上的進(jìn)氣腔通，所述無磁性座左端外接熱真空罐，無磁性座與熱真空罐固接，所述無磁性座右端安裝端蓋，所述無磁性座位于磁芯組件與第一氣浮套的間隙部分及第一氣浮套和第二氣浮套的間隙部分沿徑向均布泄氣孔； 所述傳動(dòng)軸上位于第一氣浮套和第二氣浮套的間隙部分裝有支撐座，所述支撐座上裝有應(yīng)變片和穩(wěn)壓電源；所述無磁性座上位于第一氣浮套和第二氣浮套之間的部分內(nèi)壁上裝有激磁電源；所述支撐座靠近第一氣浮套的側(cè)面上固接環(huán)形編碼盤；所述第一氣浮套和支撐座、第二氣浮套和支撐座之間有微小間隙；所述第一氣浮套和第二氣浮套靠近支撐座的兩個(gè)環(huán)形端面沿著軸向均勻分布排氣孔；所述第一氣浮套靠近支撐座的環(huán)形端面上設(shè)有一個(gè)盲孔，盲孔內(nèi)設(shè)有一個(gè)激光探頭，激光探頭正對(duì)環(huán)形編碼盤； 所述磁芯組件包括兩個(gè)環(huán)形磁極、永磁鐵，所述永磁鐵位于兩塊環(huán)形磁極之間，所述環(huán)形磁極的內(nèi)表面上設(shè)有極齒凹槽，所述極齒凹槽與傳動(dòng)軸的微小間隙間設(shè)有密封用磁性流體；所述無磁性座上設(shè)有磁性流體灌裝孔； 所述無磁性座與熱真空罐間設(shè)有第一〇型密封圈，所述兩塊環(huán)形磁極與無磁性座之間安裝有設(shè)第二〇型密封圈，所述第一、第二氣浮套外圈與無磁性座之間安裝有第三〇型密封圈。`
【文檔編號(hào)】F16J15/54GK103527643SQ201310429513
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】孫建輝, 劉坤 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)