CN103511469A - 一种无摩擦带扭矩和角度测量的密封轴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无摩擦带扭矩和角度测量的密封轴，涉及热真空实验下轴的测试装置领域，包括传动轴、两个气浮套、无磁性座、磁芯组件，磁芯组件、第一气浮套、第二气浮套从左至右依次套装在传动轴上，传动轴上位于第一气浮套和第二气浮套的间隙部分装有工型支座，工型支座两个土台的侧面均装有环形编码盘。本发明的磁芯组件起到密封效果，两个气浮套在传动轴上形成稳定的气膜，对传动轴形成气浮支撑，防止传动轴出现弯曲，由于气浮装置无摩擦的优点，避免了普通轴承的摩擦力对转矩测量的影响，进一步提高了测试精度，通过激光探头读取两个环形编码盘的读数，计算出轴的角度和扭矩。

Description

一种无摩擦带扭矩和角度测量的密封轴

技术领域

本发明涉及一种热真空实验下轴的角度测试装置，尤其涉及一种无摩擦带扭矩和角度测量的密封轴。 

背景技术

热真空试验是指在规定的真空和热循环条件下检验被测件的性能和功能的试验。热真空试验不仅需要有能模拟外太空真空环境的真空模拟系统，而且需要有能对设备进行驱动或加载以模拟机构所受驱动及负载装置，同时还要具备实时高精度测量设备的转矩、转角及转速等信息的能力。 

在对被测件进行扭转加载的热真空试验中，由于热真空环境下，传感器、动力设备的可靠性下降，使用寿命缩短，测试过程中难以控制，因此常采用热真空外模拟系统即真空罐外测试。罐外测试是指通过密封装置将转矩传递到真空罐的外部，转矩的测试在真空罐外进行。 

如罐外加载及测量装置通过传动轴与罐内的待测电机输出轴固定进行测试，以分析热真空环境下电机的各个特性，如果还需测量电机的空载特性，在测试过程中需要将电机输出轴与传动轴脱开，这在热真空环境下难度很大。若被测件为联轴器等，需要双向出轴与罐外加载及测量装置连接。 

热真空试验系统常采用磁流体密封传动装置与真空罐内被测件连接，旋转磁流体密封轴一方面可以满足保证热真空环境密封要求，另一方面也可以实现真空罐外对罐内的动力传递，如专利申请号为 200710068382.1的“真空设备传动轴用磁流体密封传动装置”就公开了一种采用检测精度高、可靠性好的磁流体密封传动装置。专利申请号为201010243123.X的“磁流体密封装置”也公开了一种磁性密封装置；由于传感器等测量装置位于热真空模拟系统外，这就使得对热真空模拟环境内被测件信息的测量成了间接测量，磁流体密封传动装置自身摩擦功耗小，但是磁流体密封轴两侧需轴承支撑来保证不发生偏转，如果使用轴承支撑，轴承的摩擦力会对转矩测量产生极大的影响；被测件通过磁流体密封传动装置与罐外的加载及测量装置固定相连，由于被测件在热真空环境下会产生变形，而被测件固定在罐内，变形会影响被测件与磁流体密封轴的连接，使其连接轴心发生改变，产生偏转等影响测试的结果。 

发明内容

针对热真空扭转实验中被测件形变及磁流体密封传动装置的摩擦影响等问题，本发明提供了一种消除摩擦力的、不受被测件变形影响的热真空环境下的带磁流密封的高精密度无摩擦扭矩和角度测量轴。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种无摩擦带扭矩和角度测量的密封轴，包括传动轴、气浮套、无磁性座、磁芯组件，所述气浮套包括第一气浮套和第二气浮套，所述磁芯组件、第一气浮套、第二气浮套从左至右依次套装在传动轴上，所述磁芯组件和第一气浮套、第一气浮套和第二气浮套之间间隔一定的距离，所述无磁性座套装在第一气浮套、第二气浮套、磁芯组件上，所述传动轴与第一气浮套、第二气浮套之间有微小间隙，所述无磁性座上设有两个径向 进气孔，所述径向进气孔分别与两个气浮套上的进气腔通，所述无磁性座左端外接热真空罐，无磁性座与热真空罐固接，所述无磁性座右端安装端盖，所述无磁性座位于磁芯组件与第一气浮套的间隙部分及第一气浮套和第二气浮套的间隙部分沿径向均布泄气孔； 

所述传动轴上位于第一气浮套和第二气浮套的间隙部分装有工型支座，所述工型支座设有左凸台和右凸台；所述左凸台的右侧面上装有第一环形编码盘，所述右凸台的左侧面上装有第二环形编码盘；所述第一气浮套和工型支座、第二气浮套和工型支座之间有微小间隙；所述第一气浮套和第二气浮套靠近工型支座的两个环形端面沿着轴向均匀分布排气孔；所述无磁性座上位于第一气浮套和第二气浮套之间的部分设有两个盲孔，所述盲孔内装有第一激光头安装块和第二激光头安装块；所述第一激光头安装块的端部安装第一激光探头，所述第一激光探头正对第一环形编码盘；所述第二激光头安装块的端部安装第二激光探头，所述第二激光探头正对第二环形编码盘； 

所述磁芯组件包括两个环形磁极、永磁铁，所述永磁铁位于两块环形磁极之间，所述环形磁极的内表面上设有极齿凹槽，所述极齿凹槽与传动轴的微小间隙间设有密封用磁性流体；所述无磁性座上设有磁性流体灌装孔； 

所述无磁性座与热真空罐间设有第一〇型密封圈，所述两块环形磁极与无磁性座之间安装有设第二〇型密封圈，所述第一、第二气浮套外圈与无磁性座之间安装有第三〇型密封圈。 

本发明的设计思路及优点表现在:传动轴上套装磁芯组件起到密封效果，但磁芯组件不起支撑作用；传动轴上套装两个气浮套，通 过无磁性座上的径向进气孔供气，可在传动轴上形成稳定的气膜，两个气浮套间隔一定的距离，对传动轴形成气浮支撑，防止传动轴出现弯曲，由于气浮装置无摩擦的优点，避免了普通轴承的摩擦力对转矩测量的影响，进一步提高了测试精度。 

第一气浮套和第二气浮套靠近工型支座的两个环形端面沿着轴向均匀分布排气孔，在两个气浮套和工型支座之间形成稳定气膜，防止法兰盘和气浮套直接接触导致的相对摩擦影响测量的精度。工型支座左右形成的气膜可以防止传动轴的左右窜动。 

在热真空的环境下工件受高温容易产生变形，直接在热真空的环境中测量不仅会影响测量的精度，还可以破坏整套测量装置，因此我们将测量工具放在热真空层环境外，通过磁流体密封，防止高温对测量装置的影响，利用磁流体密封装置和密封圈将整个热真空罐密封，传动轴与热真空罐内被测件的输出轴通过联轴器连接，通过激光探头读取环形编码盘上的读数，测出轴的角度，再利用两个读数的差值计算出轴的转矩。 

附图说明

图1是本发明的结构示意图。 

具体实施方式

现结合附图对本发明进行进一步的说明。 

结合附图1，一种无摩擦带扭矩和角度测量的密封轴，包括传动轴1、气浮套、无磁性座2和磁芯组件，气浮套包括第一气浮套3和第二气浮套4，磁芯组件、第一气浮套3、第二气浮套4从左至右依次套装在传动轴1上，磁芯组件和第一气浮套3、第一气浮套3和第二气浮 套4之间间隔一定的距离，无磁性座2套装在第一气浮套3、第二气浮套4、磁芯组件上，无磁性座2与第一气浮套3、第二气浮套4、磁芯组件之间不产生转动。 

传动轴1与第一气浮套3、第二气浮套4之间有微小间隙，进气后第一气浮套3和传动轴1、第二气浮套4和传动轴1之间形成稳定的气膜，第一气浮套3和第二气浮套4之间间隔一定的距离，对传动轴1起到支撑的作用，磁芯组件仅起到密封的作用，不会产生支撑的作用。 

无磁性座2上设有两个径向进气孔8，径向进气孔8分别与两个气浮套上的进气腔通。无磁性座2左端外接热真空罐，无磁性座2与热真空罐通过螺栓固接，热真空罐上设有通孔，传动轴1穿过通过连接热真空罐内的被测件上的被测件输出轴。无磁性座2右端安装端盖11。无磁性座2位于磁芯组件与第一气浮套3的间隙部分及第一气浮套3和第二气浮套4的间隙部分沿径向均布泄气孔7。 

传动轴1上位于第一气浮套3和第二气浮套4的间隙部分装有工型支座9，工型支座9和传动轴1连成一体，工型支座9设有左凸台和右凸台；左凸台的右侧面上装有第一环形编码盘，右凸台的左侧面上装有第二环形编码盘；第一气浮套3和工型支座9、第二气浮套4和工型支座9之间有微小间隙；第一气浮套3和第二气浮套4靠近工型支座9的两个环形端面沿着轴向均匀分布排气孔；通气时在第一气浮套3和工型支座9、第二气浮套4和工型支座9之间形成稳定的气膜，防止传动轴1轴向窜动。 

无磁性座上位于第一气浮套3和第二气浮套4之间的部分设有两个盲孔，盲孔内装有第一激光头安装块13和第二激光头安装块14；第 一激光头安装块13的端部安装第一激光探头10，第一激光探头10正对第一环形编码盘；第二激光头安装块14的端部安装第二激光探头12，第二激光探头12正对第二环形编码盘。 

磁芯组件包括两块环形磁极5、永磁铁6，永磁铁6位于两块环形磁极5之间，两块环形磁极5的内表面上设有极齿凹槽，极齿凹槽与传动轴1的微小间隙间设有密封用磁性流体；无磁性座2上设有磁性流体灌装孔。 

无磁性座2与热真空罐间设有第一〇型密封圈，两块环形磁极5与无磁性座2之间安装有设第二〇型密封圈，第一、第二气浮套外圈与无磁性座2之间安装有第三〇型密封圈。 

传动轴1的右侧安装外加载设备，左侧穿过热真空罐壁连接热真空罐内的被测件输出轴，安装的时候，先将无磁性座2用螺栓安装在热真空罐壁上，依次装上磁芯组件、第一气浮套3、传动轴1、第二气浮套4、端盖11。热真空罐内的被测件和被测件输出轴与传动轴的安装是在常温下进行的。将整个装置安装好后，利用无磁性座2上设有磁性流体灌装孔将磁性流体注入极齿凹槽与传动轴的微小间隙间，利用无磁性座2上设有两个径向进气孔8给第一气浮套3和第二气浮套4供气，装在传动轴1右侧的外加载设备启动，整个装置正常运转后，激光探头10读取出环形编码盘9上的刻度，利用导线将激光探头的数据导入设备中，即可完成对角度的测量。利用两个激光探头测出数据的差值可以计算出扭矩。 

Claims (1)

1.一种无摩擦带扭矩和角度测量的密封轴，包括传动轴、气浮套、无磁性座、磁芯组件，其特征在于：所述气浮套包括第一气浮套和第二气浮套，所述磁芯组件、第一气浮套、第二气浮套从左至右依次套装在传动轴上，所述磁芯组件和第一气浮套、第一气浮套和第二气浮套之间间隔一定的距离，所述无磁性座套装在第一气浮套、第二气浮套、磁芯组件上，所述传动轴与第一气浮套、第二气浮套之间有微小间隙，所述无磁性座上设有两个径向进气孔，所述径向进气孔分别与两个气浮套上的进气腔通，所述无磁性座左端外接热真空罐，无磁性座与热真空罐固接，所述无磁性座右端安装端盖，所述无磁性座位于磁芯组件与第一气浮套的间隙部分及第一气浮套和第二气浮套的间隙部分沿径向均布泄气孔；

所述传动轴上位于第一气浮套和第二气浮套的间隙部分装有工型支座，所述工型支座设有左凸台和右凸台；所述左凸台的右侧面上装有第一环形编码盘，所述右凸台的左侧面上装有第二环形编码盘；所述第一气浮套和工型支座、第二气浮套和工型支座之间有微小间隙；所述第一气浮套和第二气浮套靠近工型支座的两个环形端面沿着轴向均匀分布排气孔；所述无磁性座上位于第一气浮套和第二气浮套之间的部分设有两个盲孔，所述盲孔内装有第一激光头安装块和第二激光头安装块；所述第一激光头安装块的端部安装第一激光探头，所述第一激光探头正对第一环形编码盘；所述第二激光头安装块的端部安装第二激光探头，所述第二激光探头正对第二环形编码盘；

所述磁芯组件包括两个环形磁极、永磁铁，所述永磁铁位于两块环形磁极之间，所述环形磁极的内表面上设有极齿凹槽，所述极齿凹槽与传动轴的微小间隙间设有密封用磁性流体；所述无磁性座上设有磁性流体灌装孔；

所述无磁性座与热真空罐间设有第一〇型密封圈，所述两块环形磁极与无磁性座之间安装有设第二〇型密封圈，所述第一、第二气浮套外圈与无磁性座之间安装有第三〇型密封圈。

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