CN104210678A - 一种真空温变环境下的二维转台系统 - Google Patents

Abstract

一种真空温变环境下的二维转台系统，包括转台，转台安装在真空温变试验罐内，真空温变试验罐内设置温度为和真空度优于的环境，所述转台包括俯仰轴系及方位轴系，俯仰轴系及方位轴系包括基座、静密封圈、动密封基座、动密封压盖、动密封圈、转动轴、轴承，所述俯仰轴系及方位轴系的密封腔体经管路连接抽气管道，抽气管道连接设置在真空温变试验罐外的温控气体装置。解决了转台内部腔体在真空温变环境下能够维持一个常温、常压工作环境维持转台精密轴系正常润滑并保证轴系正常功能和精度的问题，具有密封可靠、转台对特殊环境适应能力强的特点。

Description

一种真空温变环境下的二维转台系统

技术领域

本发明涉及一种真空温变环境下的二维转台系统。 

背景技术

随着在太空环境下使用的大口径光学、红外探测设备等太空探测设备技术的不断发展与系统精度的不断提高，导致对在模拟真空环境中进行功能和精度测试的需求越来越迫切。常规高精度测试转台只能在常温、常压的环境中工作，无法在模拟的真空温变环境中对被测件进行测试。因此，需要研制一种可在模拟真空温变环境下正常工作的高精度测试转台，该转台要求机械台体整体安装在真空温变试验罐太空探测设备中，并且能够提供二维运动和高精度的位置定位，满足太空探测设备进行真空温变环境下的模拟试验条件和在最接近实际使用环境下所进行的测试条件。 

将大载荷、高精度二维转台机械台体整体安装在温度为-60℃～+40℃和真空度优于1×10^-3Pa的真空温变试验罐内使用，如此大的温差环境将导致机械台体各零件由于热胀冷缩发生变形。另外，转台两个轴系均由精密机械轴承、减速器、步进电机、齿轮等组成，在常温常压下运动时这些零部件通常都有润滑油进行润滑，以保证运动的良好，但是在真空温变环境中，这些润滑油不仅会大量挥发造成真空容器的污染，而且在低温环境下还可能发生因润滑油冻结而导致转动部件无法转动的失效情况。另外，二维转台在20℃左右的环境下才能够完成高精度的位置定位，温度过低过高会使其机械台体损坏而 无法完成精确定位。 

发明内容

本发明其目的就在于提供一种真空温变环境下的二维转台系统，使转台内部腔体在真空温变环境下能够维持一个常温、常压的工作环境，维持转台精密轴系正常润滑并保证轴系的正常功能和精度，具有密封可靠、转台对特殊环境适应能力强的特点。 

实现上述目的而采取的技术方案，包括转台，转台安装在真空温变试验罐内，真空温变试验罐内设置温度为-60℃～+40℃和真空度优于1×10^-3Pa的环境，所述转台包括俯仰轴系及方位轴系，方位轴系包括转动轴、轴承，转动轴两侧设有基座，基座连接俯仰轴系，基座上设有静密封圈，基座与转动轴之间设有动密封基座，动密封基座上设有动密封圈，动密封圈经动密封压盖固定，所述动密封圈为双密封圈结构，动密封圈包括外动密封圈、内动密封圈，外动密封圈、内动密封圈为○型密封圈，两道○型密封圈之间用动密封隔圈间隔，动密封基座上设有抽气通孔，抽气通孔一端连接在外动密封圈、内动密封圈之间；所述俯仰轴系的俯仰左轴、俯仰右轴及方位轴系的密封腔体经管路连接抽气管道，抽气管道经真空温变试验罐外壳的法兰接口连接设置在真空温变试验罐外的温控气体装置，所述温控气体装置包括热偶真空规、真空阀、真空机组和真空控制系统。 

与现有技术相比本发明具有以下优点。 

1)采用了整体真空密封技术，使转台台体内腔与真空温变试验罐真空环境隔离，同时使用多层隔热材料进行隔热、保温处理，满足 了真空环境的使用要求； 

2)能够为被测件提供高精度的位置定位能力，定位精度优于4″(峰－峰值)； 

3)对机械台体采用内腔微环境控制技术，使得转台内部常温常压； 

4)能够为太空测试设备和军事装备提供特殊环境下的高精度测试平台。 

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详述。 

图1为本装置结构示意图； 

图2为本装置中转台俯仰轴系及方位轴系的轴系动密封结构示意图。 

具体实施方式

包括转台，转台安装在真空温变试验罐1内，真空温变试验罐1内设置温度为-60℃～+40℃和真空度优于1×10^-3Pa的环境，所述转台包括俯仰轴系2及方位轴系3，如图1所示，方位轴系3包括转动轴17、轴承18，转动轴17两侧设有基座9，基座9连接俯仰轴系2，基座9上设有静密封圈10，基座9与转动轴17之间设有动密封基座12，动密封基座12上设有动密封圈，动密封圈经动密封压盖13固定，如图2所示，所述动密封圈为双密封圈结构，动密封圈包括外动密封圈14、内动密封圈16，外动密封圈14、内动密封圈16为○型密封圈，两道○型密封圈之间用动密封隔圈15间隔，动密封基座12上设 有抽气通孔11，抽气通孔11一端连接在外动密封圈14、内动密封圈16之间；所述俯仰轴系2的俯仰左轴、俯仰右轴及方位轴系3的密封腔体经管路连接抽气管道4，抽气管道4经真空温变试验罐1外壳的法兰接口连接设置在真空温变试验罐1外的温控气体装置，所述温控气体装置包括热偶真空规6、真空阀7、真空机组5和真空控制系统8。 

所述真空机组5包括真空泵，真空泵的极限真空应优于20Pa，所述真空泵采用干泵。 

所述真空温变试验罐1外壳内连接抽气管道4的管道采用多层隔热组件保温。 

实施例 

采用动密封和静密封技术对转台机械台体和各轴系进行密封，使转台机械台体内部与真空温变试验罐内的真空、温变环境隔离，形成转台机械台体内部常温常压的工作环境，使安装在转台内部的各运动部件和测角部件在常温常压的工作环境中正常工作。 

动密封为转台轴系旋转部分，有相对转动处的密封结构形式，静密封为转台机械台体无相对运动处密封的结构形式，它们共同组成了转台机械台体的密封，本装置是将真空密封技术应用于二维转台。 

转台轴系的动密封采用双密封圈结构，如图2所示，在转台轴系的转动轴密封段安装有两道○型密封圈，分别为内动密封圈16和外动密封圈14，两道○型密封圈之间用动密封隔圈15间隔，动密封压盖13对外动密封圈14进行挤压，并通过外动密封圈14和动密封 隔圈15对内动密封圈16进行挤压，使外动密封圈14和内动密封圈16充分压缩变形，以达到密封效果；动密封隔圈15上加工有环槽和通气孔，由内动密封圈16对转台台体内腔的温控气体进行密封，使其不泄露到真空温变试验罐内的真空环境中，如果有微量气体泄露，则通过与动密封隔圈15相通的抽气管道4将泄露的气体抽出，并通过抽气管道4将气体排出真空温变试验罐，外动密封圈14对微量泄露的气体进行密封，确保轴系动密封的可靠性。 

通过转台机械台体俯仰轴系壳体上的通气管道向密封腔体输入温控气体，通过连接在转台机械台体方位轴系壳体上的管道将密封腔体内的气体排出到真空温变试验罐外。 

转台密封腔体连接管道包括在真空温变试验罐外安装一台温控气体装置，从真空温变试验罐外通过真空温变试验罐壳体上的法兰引入管道，将该管道的一端连接在温控气体装置上，另一端连接在转台俯仰轴系及方位轴系的抽气管道上。 

首先在真空温变试验罐外安装一台温控气体装置，从真空温变试验罐壳体外通过真空温变试验罐壳体法兰引入一根进气管道，该进气管道在真空温变试验罐外与温控气体装置连接，在真空温变试验罐壳体内分为两路，分别连接在转台俯仰轴系的俯仰左轴、俯仰右轴的抽气管道上，在转台方位轴系上连接一根排气管道，并通过真空温变试验罐壳体法兰将该排气管道引到真空温变试验罐转台壳体外，所述抽气管道直径为10mm，真空温变试验罐转台壳体内的管道采用多层隔热组件保温，转台壳体外管道上安装热偶真空规，量程范围为400Pa～1Pa，并且真空温变试验罐转台壳体外的管道与真空机组之间安装真空阀，以保证真空温变测试二维重载转台机械台体密封腔内气 压和温度的稳定性，如图1所示。 

本装置中转台俯仰左轴、俯仰右轴及方位轴系的动密封圈采用双密封圈进行动密封以保证密封处的可靠性，每个双密封圈之间均有一根直径为10mm(管道越细，流导越小)的抽气管道，如图2所示，三根抽气管道在转台壳体内汇总为一根直径为25mm的管道，通过穿过转台壳体的法兰引到转台壳体外，与转台壳体外的真空机组相连，如图1所示，为保证较好的抽气效果，真空机组中的真空泵的极限真空应优于20Pa，因为油封式机械泵存在返油、排气含有油烟等弊端，因此该真空泵采用干泵。 

干泵的抽速按下式(1)计算： 

(1) 

式中： 

S_e——所选干泵的有效抽速，单位为L/S； 

C——管道总流导，单位为L/S； 

P_管道入——管道入口压力，单位为Pa； 

P_泵入——所选干泵的入口压力，单位为Pa； 

单根管道流导按下式(2)进行计算： 

(2) 

式中： 

D——管道直径，单位为cm； 

L——管道长度，单位为cm； 

——管道中气体的平均压力，单位为Pa； 

本发明中三根10mm管道并联后再与25mm汇总管道串联。并联管道流导按照式(3)进行计算，串联管道流导按照式(4)进行计算。 

C_并＝C₁+C₂+C₃

(3) 

(4) 

动密封处双密封圈之间直径为10mm的抽气管道每个长度均取为1m，25mm的汇总管道长度取为4m，按公式(2)可分别计算出直径为10mm的单根抽气管道流导为0.2L/S，单根汇总管道流导为1L/S。根据管道的串并联关系计算出从动密封处每个双密封圈至干泵入口之间管道的总流导为0.4L/S。 

将C＝0.4L/S、P_管道入＝20Pa、P_泵入＝1Pa代入公式(1)，可计算得到：S_e＝8L/S。 

综上所述，本发明所选择的干泵抽速应不小于8L/S。 

俯仰左轴、俯仰右轴及方位轴系以外各处的静密封均采用O型密封圈密封形式，开孔周围的螺钉用螺孔均为密封盲孔，以保证台体静密封的可靠性。 

本装置其转台壳体等外露零件材料需满足真空环境的使用要求，常规转台底座、支架等零件常采用HT250、ZL201等铸造材料，该铸造材料内部组织不均匀，常夹杂有气泡，在真空环境中会不断逸出气体，影响试验环境真空度稳定性，因此，本装置中包括转台壳体在内的所有外露壳体类零件均采用低合金结构钢Q345板材经加工而成，Q345具有综合机械、低温冲击韧性、冷冲压、焊接及切削加工性能 良好等特性，同时因强度较高而具有较好的耐磨、耐蚀、耐低温性能，另外，本装置中包括转台壳体在内的所有外露壳体类零件表面还必须防锈、防腐蚀，对这些外露零件表面进行了镀层(镀铬或镀锌)处理，以提高零件的防锈、防腐蚀能力。 

Claims (3)

1.一种真空温变环境下的二维转台系统，包括转台，转台安装在真空温变试验罐（1）内，真空温变试验罐（1）内设置温度为                                                和真空度优于的环境，所述转台包括俯仰轴系（2）及方位轴系（3），方位轴系（3）包括转动轴 （17）、轴承（18），转动轴 （17）两侧设有基座（9），基座（9）连接俯仰轴系（2），基座（9）上设有静密封圈（10），基座（9）与转动轴 （17）之间设有动密封基座（12），动密封基座（12）上设有动密封圈，动密封圈经动密封压盖（13）固定，其特征在于，所述动密封圈为双密封圈结构，动密封圈包括外动密封圈 （14）、内动密封圈（16），外动密封圈 （14）、内动密封圈（16）为○型密封圈，两道○型密封圈之间用动密封隔圈（15）间隔，

动密封基座（12）上设有抽气通孔（11），抽气通孔（11）一端连接在外动密封圈 （14）、内动密封圈（16）之间；所述俯仰轴系（2）的俯仰左轴、俯仰右轴及方位轴系（3）的密封腔体经管路连接抽气管道（4），抽气管道（4）经真空温变试验罐（1）外壳的法兰接口连接设置在真空温变试验罐（1）外的温控气体装置，所述温控气体装置包括热偶真空规（6）、真空阀（7）、真空机组（5）和真空控制系统（8）。

2.根据权利要求1所述的一种真空温变环境下的二维转台系统，其特征在于，所述真空机组（5）包括真空泵，真空泵的极限真空应优于，所述真空泵采用干泵。

3.根据权利要求1所述的一种真空温变环境下的二维转台系统，其特征在于，所述真空温变试验罐（1）外壳内连接抽气管道（4）的管道采用多层隔热组件保温。