CN109869410A - 一种三旋转自由度高低温箱穿箱轴球型气体密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航天地面模拟试验技术领域，更具体的说是一种三旋转自由度高低温箱穿箱轴球型气体密封装置,包括传动轴、球状大理石、气浮装置、密封橡胶、气浮盖和高低温箱，可以通过外界供气设备供气，然后在球状大理石表面输出的干燥无尘气体的气压大于高低温箱中的气压，从而避免高低温箱中的干燥无尘气体的溢出，达到密封效果；同时通过输出的气压，平衡球状大理石在水平方向的作用力和竖直方向的重力，使球状大理石带动穿箱轴无摩擦地在竖直方向自由旋转和水平面上两自由度的偏移，不仅能够有效的解决传统密封装置对设备和试验带来的各种问题，还具有很强的实用性，适用于航天地面模拟太空环境的试验。

Description

一种三旋转自由度高低温箱穿箱轴球型气体密封装置

技术领域

本发明涉及航天地面模拟试验技术领域，更具体的说是一种三旋转自由度高低温箱穿箱轴球型气体密封装置。

背景技术

穿箱轴常用于航天地面模拟设备太空环境模拟箱试验中，由于高低温箱要尽量模拟太空中的环境，但传统的轴密封方式多为轴密封圈或者液油密封，在设备使用过程中会出现气体外露，使高低温箱内的环境受到外界条件影响，同时这些传统的密方式对安装过程的精度要求过高，传动轴在运转过程中也会引入的摩擦等问题，导致试验结果失真。因此，采用气体密封装置成为航天地面模拟设备密封装置的首选，其可以维持环境箱内部的高洁净度，低露点温度，并且不会引入摩擦，同时给予传动轴自由度的运动可以减少密封装置的安装精度对设备造成的影响和试验的误差，提高了密封装置的实用性。因此提供一个清洁度高、气密性好、自由度多密封的装置是解决现有密封问题的一个重要的突破口。

发明内容

本发明的目的是提供一种三旋转自由度高低温箱穿箱轴球型气体密封装置，可以解决传统密封方式的污染问题，不仅无摩擦损耗，同时还降低传动轴的回转精度和密封装置的安装精度。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种三旋转自由度高低温箱穿箱轴球型气体密封装置，包括传动轴、球状大理石、气浮装置、密封橡胶、气浮盖和高低温箱，所述传动轴固定连接在球状大理石上，传动轴穿过高低温箱，螺钉Ⅰ从上至下依次穿过气浮盖和气浮装置固定连接在高低温箱上，气浮盖和气浮装置形成转动空间，气浮盖和气浮装置之间挤压有密封橡胶，气浮盖和气浮装置连通，气浮盖上连接有供气设备，球状大理石间隙配合在气浮盖和气浮装置形成的转动空间内，球状大理石与气浮盖和气浮装置之间形成间隙，供气设备为球状大理石与气浮盖和气浮装置之间形成的间隙内提供气压，隙内的气压高于高低温箱内的气压，球状大理石浮在气浮盖和气浮装置形成的转动空间内。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种三旋转自由度高低温箱穿箱轴球型气体密封装置，所述球状大理石上设置有两个安装螺纹孔，两个安装螺纹孔内均设置有螺钉Ⅱ，球状大理石通过两个螺钉Ⅱ固定连接在传动轴上。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种三旋转自由度高低温箱穿箱轴球型气体密封装置，所述位于上端的安装螺纹孔高于气浮盖上端的平面，位于下端的安装螺纹孔低于气浮装置下端的平面。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种三旋转自由度高低温箱穿箱轴球型气体密封装置，所述气浮装置包括气浮装置体、传输通道Ⅰ、输出孔Ⅰ和铜套喷嘴Ⅰ，气浮装置体上设置有传输通道Ⅰ，气浮装置体周向均匀设置有多个输出孔Ⅰ，多个输出孔Ⅰ内均设置有铜套喷嘴Ⅰ，多个输出孔Ⅰ均和传输通道Ⅰ连通，多个输出孔Ⅰ的输出端均为球状大理石。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种三旋转自由度高低温箱穿箱轴球型气体密封装置，所述气浮装置体的外壁呈现圆柱状，气浮装置体内壁呈半球状。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种三旋转自由度高低温箱穿箱轴球型气体密封装置，所述多个输出孔Ⅰ的轴线方向均指向球状大理石的球心，每个输出孔Ⅰ都穿在一个以传动轴轴线为中心对称设置的输出孔Ⅰ。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种三旋转自由度高低温箱穿箱轴球型气体密封装置，所述气浮盖包括气浮盖体、传输通道Ⅱ、导气管、输出孔Ⅱ和铜套喷嘴Ⅱ，螺钉Ⅰ从上至下依次穿过气浮盖体和气浮装置体固定连接在高低温箱上，气浮盖体上设置有传输通道Ⅱ，导气管穿过气浮盖体和传输通道Ⅱ连通，导气管上连接有供气设备，气浮盖体周向均匀设置有多个输出孔Ⅱ，多个输出孔Ⅱ均和传输通道Ⅱ连通，多个输出孔Ⅱ内均设置有铜套喷嘴Ⅱ，多个输出孔Ⅱ的输出端均为球状大理石，传输通道Ⅱ和传输通道Ⅰ连通。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种三旋转自由度高低温箱穿箱轴球型气体密封装置，所述气浮盖体的外壁呈现圆柱状，气浮盖体内壁呈半球状，气浮盖体和气浮装置体的内壁形成转动空间。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种三旋转自由度高低温箱穿箱轴球型气体密封装置，所述多个输出孔Ⅱ的轴线均水平设置，每个输出孔Ⅱ都穿在一个以传动轴轴线为中心对称设置的输出孔Ⅱ。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种三旋转自由度高低温箱穿箱轴球型气体密封装置，所述密封橡胶包括外侧密封圈和内侧密封圈，外侧密封圈和内侧密封圈均挤压在气浮装置体和气浮盖体之间，外侧密封圈的内直径大于传输通道Ⅱ的外直径，内侧密封圈的外直径小于传输通道Ⅱ的内直径，外侧密封圈、内侧密封圈和传输通道Ⅱ均同轴设置。

本发明一种三旋转自由度高低温箱穿箱轴球型气体密封装置的有益效果为：

本发明一种三旋转自由度高低温箱穿箱轴球型气体密封装置，可以通过外界供气设备供气，然后在球状大理石表面输出的干燥无尘气体的气压大于高低温箱中的气压，从而避免高低温箱中的干燥无尘气体的溢出，达到密封效果；同时通过输出的气压，平衡球状大理石在水平方向的作用力和竖直方向的重力，使球状大理石带动穿箱轴无摩擦地在竖直方向自由旋转和水平面上两自由度的偏移，不仅能够有效的解决传统密封装置对设备和试验带来的各种问题，还具有很强的实用性，适用于航天地面模拟太空环境的试验。

附图说明

下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细的说明。

图1是本发明的三旋转自由度高低温箱穿箱轴球型气体密封装置整体结构示意图；

图2是本发明的三旋转自由度高低温箱穿箱轴球型气体密封装置局部结构示意图一；

图3是本发明的三旋转自由度高低温箱穿箱轴球型气体密封装置局部结构示意图二；

图4是本发明的三旋转自由度高低温箱穿箱轴球型气体密封装置局部结构示意图三。

图中：传动轴1；球状大理石2；安装螺纹孔2-1；气浮装置3；气浮装置体3-1；传输通道Ⅰ3-2；输出孔Ⅰ3-3；铜套喷嘴Ⅰ3-4；密封橡胶4；外侧密封圈4-1；内侧密封圈4-2；气浮盖5；气浮盖体5-1；传输通道Ⅱ5-2；导气管5-3；输出孔Ⅱ5-4；铜套喷嘴Ⅱ5-5；高低温箱6。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

在本发明的描述中,需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”和“竖着”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接可以是直接连接，亦可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个部件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中,除非另有说明，“多个”、“多组”、“多根”的含义是两个或两个以上。

具体实施方式一：

下面结合图1-4说明本实施方式，一种三旋转自由度高低温箱穿箱轴球型气体密封装置，包括传动轴1、球状大理石2、气浮装置3、密封橡胶4、气浮盖5和高低温箱6，所述传动轴1固定连接在球状大理石2上，传动轴1穿过高低温箱6，螺钉Ⅰ从上至下依次穿过气浮盖5和气浮装置3固定连接在高低温箱6上，气浮盖5和气浮装置3形成转动空间，气浮盖5和气浮装置3之间挤压有密封橡胶4，气浮盖5和气浮装置3连通，气浮盖5上连接有供气设备，球状大理石2间隙配合在气浮盖5和气浮装置3形成的转动空间内，球状大理石2与气浮盖5和气浮装置3之间形成间隙，供气设备为球状大理石2与气浮盖5和气浮装置3之间形成的间隙内提供气压，隙内的气压高于高低温箱6内的气压，球状大理石2浮在气浮盖5和气浮装置3形成的转动空间内；可以通过外界供气设备供气，然后在球状大理石2表面输出的干燥无尘气体的气压大于高低温箱6中的气压，从而避免高低温箱6中的干燥无尘气体的溢出，达到密封效果；同时通过输出的气压，平衡球状大理石2在水平方向的作用力和竖直方向的重力，使球状大理石2带动穿箱轴1无摩擦地在竖直方向自由旋转和水平面上两自由度的偏移，不仅能够有效的解决传统密封装置对设备和试验带来的各种问题，还具有很强的实用性，适用于航天地面模拟太空环境的试验；优选球状大理石2与气浮盖5和气浮装置3之间形成间隙该间隙约为2mm。

具体实施方式二：

下面结合图1-4说明本实施方式，所述球状大理石2上设置有两个安装螺纹孔2-1，两个安装螺纹孔2-1内均设置有螺钉Ⅱ，球状大理石2通过两个螺钉Ⅱ固定连接在传动轴1上。

具体实施方式三：

下面结合图1-4说明本实施方式，所述位于上端的安装螺纹孔2-1高于气浮盖5上端的平面，位于下端的安装螺纹孔2-1低于气浮装置3下端的平面；方便安装也也可防止气压吹入两个安装螺纹孔2-1内，使得球状大理石2的受力受到影响。

具体实施方式四：

下面结合图1-4说明本实施方式，所述气浮装置3包括气浮装置体3-1、传输通道Ⅰ3-2、输出孔Ⅰ3-3和铜套喷嘴Ⅰ3-4，气浮装置体3-1上设置有传输通道Ⅰ3-2，气浮装置体3-1周向均匀设置有多个输出孔Ⅰ3-3，多个输出孔Ⅰ3-3内均设置有铜套喷嘴Ⅰ3-4，多个输出孔Ⅰ3-3均和传输通道Ⅰ3-2连通，多个输出孔Ⅰ3-3的输出端均为球状大理石2；气浮装置3的传输通道Ⅰ3-2与输出孔Ⅰ3-3相连，输出孔Ⅰ3-3沿着气浮装置3的内壁周向均匀分布，输出孔Ⅰ3-3的输出端为球状大理石2的表面，输出孔Ⅰ3-3的轴向方向指向球状大理石的球心，输出孔Ⅰ3-3的轴向方向与竖直方向形成的最小夹角大于45度，保证输出孔Ⅰ3-3对球状大理石2产生竖直方向的分力足以抵消球状大理石2自身的重力，通过输出孔Ⅰ3-3内的铜套喷嘴Ⅰ3-4朝球状大理石2的球心输出均匀气流，使球状大理石2带动穿箱轴1工作过程中保证方向受力平衡。

具体实施方式五：

下面结合图1-4说明本实施方式，所述气浮装置体3-1的外壁呈现圆柱状，气浮装置体3-1内壁呈半球状。

具体实施方式六：

下面结合图1-4说明本实施方式，所述多个输出孔Ⅰ3-3的轴线方向均指向球状大理石2的球心，每个输出孔Ⅰ3-3都穿在一个以传动轴1轴线为中心对称设置的输出孔Ⅰ3-3，这样设置可以保证在每个输出孔Ⅰ3-3向球状大理石2进行吹气时使得球状大理石2受到压力时，都有对称的力使得球状大理石2受力平衡，所述多个输出孔Ⅰ3-3的轴线方向均指向球状大理石2的球心，多个输出孔Ⅰ3-3产生竖直方向的分离，可以将球状大理石2受到的重力进行抵消，使得球状大理石2不受到重力的影响。

具体实施方式七：

下面结合图1-4说明本实施方式，所述气浮盖5包括气浮盖体5-1、传输通道Ⅱ5-2、导气管5-3、输出孔Ⅱ5-4和铜套喷嘴Ⅱ5-5，螺钉Ⅰ从上至下依次穿过气浮盖体5-1和气浮装置体3-1固定连接在高低温箱6上，气浮盖体5-1上设置有传输通道Ⅱ5-2，导气管5-3穿过气浮盖体5-1和传输通道Ⅱ5-2连通，导气管5-3上连接有供气设备，气浮盖体5-1周向均匀设置有多个输出孔Ⅱ5-4，多个输出孔Ⅱ5-4均和传输通道Ⅱ5-2连通，多个输出孔Ⅱ5-4内均设置有铜套喷嘴Ⅱ5-5，多个输出孔Ⅱ5-4的输出端均为球状大理石2，传输通道Ⅱ5-2和传输通道Ⅰ3-2连通；外界供气设备将干燥、无污染的气体通过导气管5-3进入到气浮盖5的传输通道Ⅱ5-2和气浮装置3的传输通道Ⅰ3-2内，气浮盖5的传输通道Ⅱ5-2与传输通道Ⅰ3-2相连通，输出孔Ⅱ5-4沿着气浮盖5内壁周向均匀分布，输出孔Ⅱ5-4的出口端为球状大理石2的表面，并且输出孔Ⅱ5-4的轴向方向与水平方向平行，输出孔Ⅱ5-4的内部设有孔径为0.2mm的铜套喷嘴Ⅱ5-5，输出孔Ⅱ5-4沿着穿箱轴1的轴向方向至少设置四个，通过输出孔Ⅱ5-4内置的铜套喷嘴Ⅱ5-5输出均匀气流，使球状大理石2在旋转或水平偏移的过程中，保证水平方向的受力平衡。

具体实施方式八：

下面结合图1-4说明本实施方式，所述气浮盖体5-1的外壁呈现圆柱状，气浮盖体5-1内壁呈半球状，气浮盖体5-1和气浮装置体3-1的内壁形成转动空间。

具体实施方式九：

下面结合图1-4说明本实施方式，所述多个输出孔Ⅱ5-4的轴线均水平设置，每个输出孔Ⅱ5-4都穿在一个以传动轴1轴线为中心对称设置的输出孔Ⅱ5-4；这样设置可以保证在每个输出孔Ⅱ5-4向球状大理石2进行吹气时使得球状大理石2受到压力时，都有对称的力使得球状大理石2受力平衡。

具体实施方式十：

下面结合图1-4说明本实施方式，所述密封橡胶4包括外侧密封圈4-1和内侧密封圈4-2，外侧密封圈4-1和内侧密封圈4-2均挤压在气浮装置体3-1和气浮盖体5-1之间，外侧密封圈4-1的内直径大于传输通道Ⅱ5-2的外直径，内侧密封圈4-2的外直径小于传输通道Ⅱ5-2的内直径，外侧密封圈4-1、内侧密封圈4-2和传输通道Ⅱ5-2均同轴设置。

本发明的一种三旋转自由度高低温箱穿箱轴球型气体密封装置，其工作原理为：

外界供气设备将干燥、无污染的气体通过导气管5-3进入到气浮盖5的传输通道Ⅱ5-2和气浮装置3的传输通道Ⅰ3-2内，气浮盖5的传输通道Ⅱ5-2与传输通道Ⅰ3-2相连通，输出孔Ⅱ5-4沿着气浮盖5内壁周向均匀分布，输出孔Ⅱ5-4的出口端为球状大理石2的表面，并且输出孔Ⅱ5-4的轴向方向与水平方向平行，输出孔Ⅱ5-4的内部设有孔径为0.2mm的铜套喷嘴Ⅱ5-5，输出孔Ⅱ5-4沿着穿箱轴1的轴向方向至少设置四个，通过输出孔Ⅱ5-4内置的铜套喷嘴Ⅱ5-5输出均匀气流，使球状大理石2在旋转或水平偏移的过程中，保证水平方向的受力平衡；气浮装置3的传输通道Ⅰ3-2与输出孔Ⅰ3-3相连，输出孔Ⅰ3-3沿着气浮装置3的内壁周向均匀分布，输出孔Ⅰ3-3的输出端为球状大理石2的表面，输出孔Ⅰ3-3的轴向方向指向球状大理石的球心，输出孔Ⅰ3-3的轴向方向与竖直方向形成的最小夹角大于45度，保证输出孔Ⅰ3-3对球状大理石2产生竖直方向的分力足以抵消球状大理石2自身的重力，通过输出孔Ⅰ3-3内的铜套喷嘴Ⅰ3-4朝球状大理石2的球心输出均匀气流，使球状大理石2带动穿箱轴1工作过程中保证方向受力平衡。

当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种三旋转自由度高低温箱穿箱轴球型气体密封装置，包括传动轴(1)、球状大理石(2)、气浮装置(3)、密封橡胶(4)、气浮盖(5)和高低温箱(6)，其特征在于：所述传动轴(1)固定连接在球状大理石(2)上，传动轴(1)穿过高低温箱(6)，螺钉Ⅰ从上至下依次穿过气浮盖(5)和气浮装置(3)固定连接在高低温箱(6)上，气浮盖(5)和气浮装置(3)形成转动空间，气浮盖(5)和气浮装置(3)之间挤压有密封橡胶(4)，气浮盖(5)和气浮装置(3)连通，气浮盖(5)上连接有供气设备，球状大理石(2)间隙配合在气浮盖(5)和气浮装置(3)形成的转动空间内，球状大理石(2)与气浮盖(5)和气浮装置(3)之间形成间隙，供气设备为球状大理石(2)与气浮盖(5)和气浮装置(3)之间形成的间隙内提供气压，隙内的气压高于高低温箱(6)内的气压，球状大理石(2)浮在气浮盖(5)和气浮装置(3)形成的转动空间内。

2.根据权利要求1所述的一种三旋转自由度高低温箱穿箱轴球型气体密封装置，其特征在于：所述球状大理石(2)上设置有两个安装螺纹孔(2-1)，两个安装螺纹孔(2-1)内均设置有螺钉Ⅱ，球状大理石(2)通过两个螺钉Ⅱ固定连接在传动轴(1)上。

3.根据权利要求2所述的一种三旋转自由度高低温箱穿箱轴球型气体密封装置，其特征在于：所述位于上端的安装螺纹孔(2-1)高于气浮盖(5)上端的平面，位于下端的安装螺纹孔(2-1)低于气浮装置(3)下端的平面。

4.根据权利要求3所述的一种三旋转自由度高低温箱穿箱轴球型气体密封装置，其特征在于：所述气浮装置(3)包括气浮装置体(3-1)、传输通道Ⅰ(3-2)、输出孔Ⅰ(3-3)和铜套喷嘴Ⅰ(3-4)，气浮装置体(3-1)上设置有传输通道Ⅰ(3-2)，气浮装置体(3-1)周向均匀设置有多个输出孔Ⅰ(3-3)，多个输出孔Ⅰ(3-3)内均设置有铜套喷嘴Ⅰ(3-4)，多个输出孔Ⅰ(3-3)均和传输通道Ⅰ(3-2)连通，多个输出孔Ⅰ(3-3)的输出端均为球状大理石(2)。

5.根据权利要求4所述的一种三旋转自由度高低温箱穿箱轴球型气体密封装置，其特征在于：所述气浮装置体(3-1)的外壁呈现圆柱状，气浮装置体(3-1)内壁呈半球状。

6.根据权利要求5所述的一种三旋转自由度高低温箱穿箱轴球型气体密封装置，其特征在于：所述多个输出孔Ⅰ(3-3)的轴线方向均指向球状大理石(2)的球心，每个输出孔Ⅰ(3-3)都穿在一个以传动轴(1)轴线为中心对称设置的输出孔Ⅰ(3-3)。

7.根据权利要求6所述的一种三旋转自由度高低温箱穿箱轴球型气体密封装置，其特征在于：所述气浮盖(5)包括气浮盖体(5-1)、传输通道Ⅱ(5-2)、导气管(5-3)、输出孔Ⅱ(5-4)和铜套喷嘴Ⅱ(5-5)，螺钉Ⅰ从上至下依次穿过气浮盖体(5-1)和气浮装置体(3-1)固定连接在高低温箱(6)上，气浮盖体(5-1)上设置有传输通道Ⅱ(5-2)，导气管(5-3)穿过气浮盖体(5-1)和传输通道Ⅱ(5-2)连通，导气管(5-3)上连接有供气设备，气浮盖体(5-1)周向均匀设置有多个输出孔Ⅱ(5-4)，多个输出孔Ⅱ(5-4)均和传输通道Ⅱ(5-2)连通，多个输出孔Ⅱ(5-4)内均设置有铜套喷嘴Ⅱ(5-5)，多个输出孔Ⅱ(5-4)的输出端均为球状大理石(2)，传输通道Ⅱ(5-2)和传输通道Ⅰ(3-2)连通。

8.根据权利要求7所述的一种三旋转自由度高低温箱穿箱轴球型气体密封装置，其特征在于：所述气浮盖体(5-1)的外壁呈现圆柱状，气浮盖体(5-1)内壁呈半球状，气浮盖体(5-1)和气浮装置体(3-1)的内壁形成转动空间。

9.根据权利要求8所述的一种三旋转自由度高低温箱穿箱轴球型气体密封装置，其特征在于：所述多个输出孔Ⅱ(5-4)的轴线均水平设置，每个输出孔Ⅱ(5-4)都穿在一个以传动轴(1)轴线为中心对称设置的输出孔Ⅱ(5-4)。

10.根据权利要求9所述的一种三旋转自由度高低温箱穿箱轴球型气体密封装置，其特征在于：所述密封橡胶(4)包括外侧密封圈(4-1)和内侧密封圈(4-2)，外侧密封圈(4-1)和内侧密封圈(4-2)均挤压在气浮装置体(3-1)和气浮盖体(5-1)之间，外侧密封圈(4-1)的内直径大于传输通道Ⅱ(5-2)的外直径，内侧密封圈(4-2)的外直径小于传输通道Ⅱ(5-2)的内直径，外侧密封圈(4-1)、内侧密封圈(4-2)和传输通道Ⅱ(5-2)均同轴设置。