CN102168758A - 一种抽真空用密封卡口装置 - Google Patents

Abstract

一种抽真空用密封卡口装置，由抽气嘴和操作扳手组成。抽气嘴装在要抽真空的设备上，由抽气嘴座、螺纹堵和橡胶圈构成；操作扳手由抽气管、磁钢轴、磁钢套、轴承座、轴承盖、轴承和密封圈等构成。操作扳手左端接真空泵，右端与抽气嘴座间由螺纹压紧密封圈密封连接。转动处于大气环境中的磁钢套，由磁力驱动抽气管内部的磁钢轴，由磁钢轴右端花键带动螺纹堵，将橡胶圈压紧，实现卡口密封。密封后，反转抽气管松开螺纹连接，将操作扳手和抽气嘴分开。该装置的卡口密封在真空环境下操作，并可多次重复使用；抽气嘴和操作扳手可拆分，抽气嘴体积小、重量轻。特别适用于控制力矩陀螺、惯性动量轮等航天设备的抽真空和密封卡口。

Description

一种抽真空用密封卡口装置

技术领域

本发明涉及一种抽真空用密封卡口装置，该装置具有在真空环境下卡口密封、可重复使用和体积小的特点，特别适用于要求对体积重量要求严格，且要求真空度高的控制力矩陀螺、惯性动量轮等航天产品的抽真空与卡口密封。

背景技术

控制力矩陀螺、惯性动量轮等航天产品均存在高速或要求转速精度很高的转子。空气阻力的存在，不仅会增大系统的功耗，而且还会影响转子的转速精度。因此这些仪器设备均需要很高的真空度，并且需要密封卡口操作。同时，航天产品对体积、重量的要求非常严格。由于控制力矩陀螺、惯性动量轮等产品由大量金属和非金属材料制成，并使用漆、胶、和导线等辅助材料，并在零件设计上或多或少的存在由于螺纹连接形成的盲孔，因此将这些产品内部抽成真空度较高的真空非常困难。为实现高真空并能够保持，必须将这些产品内腔吸附在零件表面的气体全部抽走，而这些吸附气体的释放过程非常缓慢，为此抽真空所需时间一般都很长。实际操作过程中，一般是断续抽真空，即先抽一段时间，当真空度比较小时，关闭抽气阀门，使仪器腔内吸附在零件表面的气体释放一段时间，然后再打开阀门继续抽真空。如此往复多个循环，确保腔内气体充分抽空后，再密封卡口。因此要求所设计的抽气密封卡口装置，必须具备密封卡口瞬间能够防止气体向仪器设备内腔渗漏，而且体积重量小，能够重复使用的特点。

目前现有的真空密封卡口装置及工艺主要有两类。第一类是采用市场上常见的针阀(或单向截止阀)。这类装置一般具有进气口、出气口和手柄三个端部，进气口端安装在仪器设备上，出气口与真空泵连接。当抽真空完成后，通过旋紧手柄进行卡口密封。此类装置具有操作简单的优点，但是由于抽真空和卡口装置集成在一起，手柄等装置不能与控制力矩陀螺和动量轮等产品分离，存在体积和重量大的缺点。第二类是将抽气管加工成带座的铜管，并将其安装在仪器设备上，铜管与真空泵通过软管连接。铜管一般采用退火处理的无氧铜制造。当抽真空完成后，采用圆口钳或液压钳将铜管压扁，靠铜原子间的紧密结合进行密封。该类装置具有体积小的特点，但在卡口瞬间容易漏气，致使卡口密封操作失败，同时由于铜管压扁为一次性使用，不可重复使用。该类装置宜将要密封的仪器设备置于更大的真空容器中，并在真空容器中用机械手进行密封卡口，此方法必需设计专用工装，成本较高。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种体积和重量小、可重复使用的抽真空密封卡口装置，尤其是，该装置能够在真空环境中对抽气口进行密封卡口操作。

本发明所涉及的抽真空用密封卡口装置，由装在真空设备上的抽气嘴和密封卡口扳手两部分组成。抽气嘴由抽气嘴座、螺纹堵和橡胶圈组成；橡胶圈安装在螺纹堵右端的环槽上，螺纹堵左端部的多边形孔与其上的径向孔相通；螺纹堵通过螺纹安装在抽气嘴座的内螺纹孔内；操作扳手由磁钢轴、抽气管、轴承座、第一轴承、第二轴承、第三轴承、第四轴承、磁钢套、轴承盖和密封圈组成；磁钢轴由形状相同、径向充磁方向相反的瓦形第一内环磁钢和第二内环磁钢交叉排列拼成内磁环，用环氧胶粘在的扳手轴外壁上，并用压紧环通过螺纹压紧在扳手轴的左端构成，扳手轴的右端为多边形轴，与螺纹堵的多边形孔构成花键连接；磁钢轴的左、右两端分别装有第一轴承和第二轴承；第二轴承的外径安装在抽气管孔内右端台阶孔处，第一轴承的外径安装在轴承座的内孔中；轴承座通过螺纹安装在抽气管左端的孔内；抽气管外壁的左、右两端分别安装第三轴承和第四轴承；轴承盖用螺纹连接安装在抽气管的右端外部，并轴向压紧第四轴承的内环端面；第三轴承和第四轴承的外径分别安装在磁钢套的套筒零件左、右两端的孔内；磁钢套由形状相同、径向充磁方向相反的瓦形第一外环磁钢和第二外环磁钢交叉排列拼成外磁环，用环氧胶粘在套筒内孔壁上构成；密封圈安装在抽气管右端的阶梯孔内；抽气嘴安装在需要抽真空的仪器设备上，仪器设备的内腔与抽气嘴座的内孔相通；操作扳手右端与抽气嘴通过螺纹压紧密封圈实现抽气嘴和操作扳手之间的密封连接；操作扳手的左端接真空泵；螺纹堵左端的多边形孔与抽气嘴座的内腔相连通；抽真空时，逆时针(从左向右看)旋转磁钢套，由磁力驱动抽气管内部的磁钢轴逆时针转动，磁钢轴右端的多边形轴与螺纹堵的多边形孔所形成的花键驱动螺纹堵逆时针转动，螺纹堵与抽气嘴座之间的螺纹使螺纹堵在逆时针转动的同时向左侧移动，安装在螺纹堵右端环槽上的橡胶圈随螺纹堵一起向左侧移动，与抽气嘴内孔的锥面分开，仪器设备内腔的气体通过螺纹堵上的径向孔、磁钢轴中心的孔、抽气管左端的孔，进入真空泵被抽走；密封卡口时，顺时针(从左向右看)旋转磁钢套，由磁力驱动抽气管内部的磁钢轴顺时针转动，磁钢轴右端的多边形轴与螺纹堵的多边形孔所形成的花键驱动螺纹堵顺时针转动，螺纹堵与抽气嘴座之间的螺纹使螺纹堵在顺时针转动的同时向右侧移动，将橡胶圈压紧在抽气嘴座内孔的锥面上，使仪器设备内腔的气体与抽气管的内孔隔开，实现卡口密封；卡口密封后，逆时针(从左向右看)旋转抽气管，松开抽气管与抽气嘴座之间的螺纹连接，实现操作扳手和抽气嘴之间分离。

本发明与现有技术相比，由于采用抽气嘴和操作扳手可分离的方式，使抽气嘴的体积和重量急剧减小；操作扳手上使用磁力驱动装置，通过旋转处于大气环境中的磁钢套，由磁力驱动处于真空环境中的磁钢轴，进而驱动抽气嘴的螺纹堵进行动作，实现了在真空环境下的密封卡口操作；操作扳手与抽气嘴之间可以重复对接使用，使抽气嘴的抽真空和密封卡口操作可多次重复使用，为抽真空操作过程带来了方便；需要抽真空的仪器设备不需要放在真空容器中，采用本装置即可实现真空环境下的密封卡口，降低了抽真空卡口的成本。基于上述内容及装置所具有的特点，该装置特别适用于控制力矩陀螺、惯性动量轮等航天仪器设备或对抽气嘴的体积重量要求严格的抽真空和密封卡口操作中。

附图说明

图1为本发明提出的抽气嘴1及其操作扳手2的剖面图；

图2为操作扳手2的横断面剖视图；

图3为螺纹堵13的一个实例的剖面和结构图；

图4为抽气管22的一个实例的剖面和结构图；

图5为扳手轴211的一个实例的剖面和结构图；

图中：1-抽气嘴、11-抽气嘴座、12-螺纹堵、13-橡胶圈、2-操作扳手、21-磁钢轴、211-扳手轴、212-内磁环、2121-第一内环磁钢、2122-第二内环磁钢、213-压紧环、22-抽气管、23-轴承座、241-第一轴承、242-第二轴承、251-第三轴承、252-第四轴承、26-磁钢套、261-外磁环、2611-第一外环磁钢、2612-第二外环磁钢、262-套筒、27-轴承盖、28-密封圈、121-径向孔、122-环槽、123-多边形孔、221-阶梯孔、2111-多边形轴。

具体实施方式

如图1所示，本发明由抽气嘴1和操作扳手2两部分组成；抽气嘴1由抽气嘴座11、螺纹堵12和橡胶圈13组成；橡胶圈13安装在螺纹堵12右端的环槽122(见图3)上，螺纹堵12左端部的多边形孔123(见图3)与其上的径向孔121(见图3)相通；螺纹堵12通过螺纹安装在抽气嘴座11的内螺纹孔内；操作扳手2由磁钢轴21、抽气管22、轴承座23、第一轴承241、第二轴承242、第三轴承251、第四轴承252、磁钢套26、轴承盖27和密封圈28组成；磁钢轴21由形状相同、径向充磁方向相反的瓦形第一内环磁钢2121和第二内环磁钢2122交叉排列拼成内磁环212，用环氧胶粘在的扳手轴211外壁上(如图2所示)，并用压紧环213通过螺纹压紧在扳手轴211的左端构成，扳手轴211的右端为多边形轴2111(见图5)，与螺纹堵12的多边形孔123(见图3)构成花键连接；磁钢轴的左、右两端分别装有第一轴承241和第二轴承242；第二轴承242的外径安装在抽气管22孔内右端台阶孔处，第一轴承241的外径安装在轴承座23的内孔中；轴承座23通过螺纹安装在抽气管22左端的孔内；抽气管22外壁的左、右两端分别安装第三轴承251和第四轴承252；轴承盖27用螺纹连接安装在抽气管22的右端外部，并轴向压紧第四轴承252的内环端面；第三轴承251和第四轴承252的外径分别安装在磁钢套26的套筒262零件左、右两端的孔内；磁钢套26由形状相同、径向充磁方向相反的瓦形第一外环磁钢2611和第二外环磁钢2612交叉排列拼成外磁环261，用环氧胶粘在套筒262内孔壁上构成(如图2)；密封圈28安装在抽气管22右端的阶梯孔221(见图4)内；抽气嘴1安装在需要抽真空的仪器设备上，仪器设备的内腔与抽气嘴座11的内孔相通；操作扳手2右端与抽气嘴1通过螺纹压紧密封圈28实现抽气嘴1和操作扳手2之间的密封连接；操作扳手2的左端接真空泵；螺纹堵12左端的多边形孔123(见图3)与抽气嘴座11的内腔相连通；抽真空时，逆时针(从左向右看)旋转磁钢套26，由磁力驱动抽气管22内部的磁钢轴21逆时针转动，磁钢轴21右端的多边形轴2111与螺纹堵12的多边形孔123所形成的花键驱动螺纹堵12逆时针转动，螺纹堵12与抽气嘴座11之间的螺纹使螺纹堵12在逆时针转动的同时向左侧移动，安装在螺纹堵12右端环槽122上的橡胶圈13随螺纹堵12一起向左侧移动，与抽气嘴11内孔的锥面分开，仪器设备内腔的气体通过螺纹堵12上的径向孔121(见图3中121)、磁钢轴21中心的孔、抽气管22左端的孔，进入真空泵被抽走；密封卡口时，顺时针(从左向右看)旋转磁钢套26，由磁力驱动抽气管22内部的磁钢轴21顺时针转动，磁钢轴21右端的多边形轴2111与螺纹堵12的多边形孔123所形成的花键驱动螺纹堵12顺时针转动，螺纹堵12与抽气嘴座11之间的螺纹使螺纹堵12在顺时针转动的同时向右侧移动，将橡胶圈13压紧在抽气嘴座11内孔的锥面上，使仪器设备内腔的气体与抽气管22的内孔隔开，实现卡口密封；卡口密封后，逆时针(从左向右看)旋转抽气管22，松开抽气管22与抽气嘴座11之间的螺纹连接，实现操作扳手2和抽气嘴1之间分离。

为实现上述组成关系并实现功能，抽气嘴管座11采用1Cr18Ni9Ti不锈钢材料，螺纹堵12采用无氧铜TU1(或TU2)材料。套筒262和扳手轴211采用不锈钢2Cr13材料，扳手轴211的多边形扳手端部进行表面淬火。磁钢轴21上的压紧环213、抽气管22、轴承座23和轴承盖27采用铍青铜QBe2材料。抽气管22为薄壁零件，需进行尺寸稳定热处理。第一内环磁钢2121、第二内环磁钢2122、第一外环磁钢2611、第二外环磁钢2612均采用成本低的钕铁硼材料制造成瓦形，并径向充磁。第一轴承241和第二轴承242、第三轴承251和第四轴承252的内外圆安装处的配合分别采用间隙配合H8/g7与G8/h7。

在装配操作扳手2时，首先分别进行磁钢轴21和磁钢套26的粘接。将瓦形的第一内环磁钢2121和第二内环磁钢2122按充磁方向交替排列，用环氧胶将其粘接在扳手轴211的外表面上，并用压紧环213通过螺纹轴向压紧。胶固化后，用磨床磨削磁钢轴21的外表面，保证磁钢外表面和扳手轴211中心重合。同样，将瓦形的第一外环磁钢2611和第二外环磁钢2612用环氧胶粘接在套筒262的内表面，并磨削保证磁钢内表面与安装第三轴承251和第四轴承252的孔同轴。其次，将磁钢轴21两端分别装入第一轴承241和第二轴承242后，将磁钢轴21装入抽气管22的内腔，并用轴承座23的螺纹压紧。接着，将第三轴承251从抽气管22的右侧装入，将磁钢套26从抽气管22的右侧装入，并将第四轴承252从抽气管22的右侧装入后，将轴承盖27装在抽气管22的右侧，并用螺纹压紧第四轴承252的内环，最后将密封圈28放入抽气管22左侧的阶梯孔221(见图4)内，即完成密封卡口扳手2的装配。

抽气嘴1的安装比较简单，将橡胶圈13装在螺纹堵12左侧的环槽122内，将螺纹堵12旋入抽气嘴座11的内部即可。

Claims (2)

1.一种抽真空用密封卡口装置，其特征在于：由抽气嘴(1)和操作扳手(2)两部分组成；抽气嘴(1)由抽气嘴座(11)、螺纹堵(12)和橡胶圈(13)组成；橡胶圈(13)安装在螺纹堵(12)一端的环槽(122)上，螺纹堵(12)另一端的多边形孔(123)与螺纹堵(12)上的径向孔(121)相通；螺纹堵(12)通过螺纹安装在抽气嘴座(11)的内螺纹孔内；操作扳手(2)由磁钢轴(21)、抽气管(22)、扳手轴(211)、内磁环(212)、压紧环(213)、轴承座(23)、第一轴承(241)、第二轴承(242)、第三轴承(251)、第四轴承(252)、磁钢套(26)、轴承盖(27)和密封圈(28)组成；磁钢轴(21)由形状相同、径向充磁方向相反的瓦形第一内环磁钢(2121)和第二内环磁钢(2122)交叉排列拼成内磁环(212)，将内磁环(212)用环氧胶粘在导磁的扳手轴(211)上，并用压紧环(213)通过螺纹压紧在扳手轴(211)的左端构成；扳手轴(211)的右端为多边形轴(2111)，与螺纹堵(12)的多边形孔(123)构成花键连接；磁钢轴的左、右两端分别装有第一轴承(241)和第二轴承(242)；第二轴承(242)的外径安装在抽气管(22)孔内右端台阶孔处，第一轴承(241)的外径安装在轴承座(23)的内孔中；轴承座(23)通过螺纹安装在抽气管(22)左端的孔内；抽气管(22)外壁的左、右两端分别安装第三轴承(251)和第四轴承(252)；轴承盖(27)用螺纹连接安装在抽气管(22)的右端外部，并轴向压紧第四轴承(252)的内环端面；第三轴承(251)和第四轴承(252)的外径分别安装在磁钢套(26)的套筒(262)左、右两端的孔内；磁钢套(26)是由形状相同、径向充磁方向相反的瓦形第一外环磁钢(2611)和第二外环磁钢(2612)交叉排列拼成的外磁环(261)，将外磁环(261)用环氧胶粘在导磁的套筒(262)内孔壁上构成；密封圈(28)安装在抽气管(22)右端的阶梯孔(221)内；抽气嘴(1)安装在需要抽真空的仪器设备上，仪器设备的内腔与抽气嘴座(11)的内孔相通；操作扳手(2)右端与抽气嘴(1)通过螺纹压紧密封圈(28)实现抽气嘴(1)和操作扳手(2)之间的密封连接；操作扳手(2)的左端接真空泵；螺纹堵(12)左端的多边形孔(123)与抽气嘴座(11)的内腔相连通；抽真空时，逆时针旋转磁钢套(26)，由磁力驱动抽气管(22)内部的磁钢轴(21)逆时针转动，磁钢轴(21)右端的多边形轴(2111)与螺纹堵(12)的多边形孔(123)所形成的花键驱动螺纹堵(12)逆时针转动，螺纹堵(12)与抽气嘴座(11)之间的螺纹使螺纹堵(12)在逆时针转动的同时向左侧移动，安装在螺纹堵(12)右端环槽(122)的橡胶圈(13)随螺纹堵(12)一起向左侧移动，与抽气嘴(11)内孔的锥面分开，仪器设备内腔的气体通过螺纹堵(12)上的径向孔(121)、磁钢轴(21)中心的孔、抽气管(22)左端的孔，进入真空泵被抽走；密封卡口时，顺时针旋转磁钢套(26)，由磁力驱动抽气管(22)内部的磁钢轴(21)顺时针转动，磁钢轴(21)右端的多边形轴(2111)与螺纹堵(12)的多边形孔(123)所形成的花键驱动螺纹堵(12)顺时针转动，螺纹堵(12)与抽气嘴座(11)之间的螺纹使螺纹堵(12)在顺时针转动的同时向右侧移动，将橡胶圈(13)压紧在抽气嘴座(11)内孔的锥面上，使仪器设备内腔的气体与抽气管(22)的内孔隔开，实现卡口密封；卡口密封后，逆时针(从左向右看)旋转抽气管(22)，松开抽气管(22)与抽气嘴座(11)之间的螺纹连接，实现操作扳手(2)和抽气嘴(1)之间分离。

2.根据权利要求1所述的抽真空用密封卡口装置，其特征在于：所述磁钢套(26)的磁钢N极和磁钢轴(21)的S极相对，磁钢套(26)的磁钢S极和磁钢轴(21)的N极相对，转动磁钢套(26)，在磁力作用下驱动内部的磁钢轴(21)转动。

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