CN109990097A - 一种三自由度高低温箱竖置低速穿箱轴气体密封装置 - 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自由度高低温箱竖置低速穿箱轴气体密封装置,包括气封装置、竖向传动轴、连接装置、横向两自由度运动气浮、底座气浮和高低温箱，可以防止高低温箱中的保护气体溢出，同时在气封装置内形成气膜Ⅰ能够消除传动轴转动过程中的摩擦，有利于动力的传输，并且可以保证高低温箱内部的露点温度恒定；通过固定气浮装置与横向两自由度运动气浮之间形成的气膜Ⅱ，使横向两自由度运动气浮和气封装置在高低温箱上方平面自由移动，减少对气封装置和竖向传动轴安装精度的要求；本装置适用于竖向传动轴在低转动速度运行过程中的气体密封，能起到较好的密封作用。

Description

一种三自由度高低温箱竖置低速穿箱轴气体密封装置

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自由度高低温箱竖置低速穿箱轴气体密封装置。

背景技术

在航天地面模拟设备太空环境模拟箱中会使用低速穿箱轴，高低温箱中的试验台采用干燥无尘气体作为保护气体，在设备使用过程中会出现气体外露，高低温箱内的温度、湿度、洁净度受到外界条件影响，传动轴在运转过程中引入的摩擦等问题。现阶段类似的结构都不能够完全解决漏气与维持箱内低湿度问题，对于一般的油液密封采取循环填充油液的方式保证油液的量，填充过程中有油液的泄漏和飞溅等现象出现，对设备造成污染，而且这些类似的结构对装置安装的精度要求过高，对于要求较高的航天设备并不能够适用。气体密封可以保证设备洁净度、污染小、容易控制，能够减小摩擦，有利于动力的传输，横向平面两自由度移动可以降低安装过程的精度要求。因此，为保证高低温箱内的温度、湿度、洁净度不受外界条件的影响，传动轴不引入额外摩擦力，同时防止气体外露，急需一种适用于航天模拟中的多自由度密封装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种三自由度高低温箱竖置低速穿箱轴气体密封装置，可以消除竖直传动轴转动过程中的摩擦，有利于动力的传输，并且可以保证高低温箱内部的露点温度恒定；同时横向两自由度运动气浮和气封装置能够在高低温箱上方平面自由移动，减少了实际安装过程中对气封装置和竖向传动轴装配精度的要求。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种三自由度高低温箱竖置低速穿箱轴气体密封装置，包括气封装置、竖向传动轴、连接装置、横向两自由度运动气浮、底座气浮和高低温箱，所述气封装置包括壳体、轴套、气封凸台Ⅰ、气封凸台Ⅱ和调节环，壳体的上端固定连接有气封凸台Ⅱ，轴套的下端固定连接有气封凸台Ⅰ，壳体、轴套、气封凸台Ⅰ和气封凸台Ⅱ形成环状空间，环状空间内设置有调节环，调节环与壳体、轴套和气封凸台Ⅰ之间存在间隙Ⅰ，间隙Ⅰ在供气装置的供气下形成气膜Ⅰ，气膜Ⅰ内的气压高于高低温箱内的气压，竖向传动轴过盈配合在轴套内，连接装置的内侧固定连接在气封装置上，连接装置的外侧固定连接在横向两自由度运动气浮，底座气浮固定连接在高低温箱上，横向两自由度运动气浮和底座气浮之间存在间隙Ⅱ，间隙Ⅱ在供气装置的供气下形成气膜Ⅱ，气膜Ⅱ推动横向两自由度运动气浮浮在底座气浮上。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种三自由度高低温箱竖置低速穿箱轴气体密封装置，所述气封装置还包括导气管、通孔、气塞、环形槽Ⅰ、蜂窝形密封圈Ⅰ、通气孔、蜂窝形密封圈Ⅱ、环形槽Ⅱ、蜂窝形密封圈Ⅲ、挡环、分隔环和压缩弹簧，壳体上设置有通孔，导气管穿过壳体和通孔连通，导气管上连接有供气装置，通孔内设置有气塞，调节环上设置有环形槽Ⅰ，环形槽Ⅰ和通孔连通，调节环的外侧设置有两个蜂窝形密封圈Ⅰ，两个蜂窝形密封圈Ⅰ分别位于环形槽Ⅰ的上下两侧，调节环的底部设置有多个通气孔，多个通气孔的上端均和环形槽Ⅰ连通，多个通气孔的下端均和气封凸台Ⅰ和调节环之间的间隙Ⅰ连通，调节环下端的外侧设置有蜂窝形密封圈Ⅱ和环形槽Ⅱ，调节环下端的内侧设置有蜂窝形密封圈Ⅲ，蜂窝形密封圈Ⅲ上放置有挡环，挡环上连接有分隔环，分隔环和气封凸台Ⅱ之间设置有压缩弹簧。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种三自由度高低温箱竖置低速穿箱轴气体密封装置，所述压缩弹簧处于压缩状态，间隙Ⅰ大于0.1mm，导气管和多个通气孔的轴线均和壳体的轴线平行。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种三自由度高低温箱竖置低速穿箱轴气体密封装置，所述壳体、轴套、气封凸台Ⅰ、气封凸台Ⅱ、调节环和分隔环之间相互对应部分的拐角均为圆角。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种三自由度高低温箱竖置低速穿箱轴气体密封装置，所述连接装置包括垫圈Ⅰ、垫圈Ⅱ和圆环状橡胶，螺栓Ⅰ从上至下依次穿过气封凸台Ⅱ和圆环状橡胶固定连接在垫圈Ⅰ上。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种三自由度高低温箱竖置低速穿箱轴气体密封装置，所述横向两自由度运动气浮包括移动气浮盖、移动气浮、密封橡胶环Ⅰ、传输通道Ⅰ、输气管Ⅰ、输出孔Ⅰ、铜套喷嘴Ⅰ和限位挡环，螺栓Ⅱ从下至上依次穿过移动气浮、移动气浮盖和圆环状橡胶固定连接在垫圈Ⅱ上，螺栓Ⅲ从下至上依次穿过移动气浮和移动气浮盖固定连接在移动气浮盖上，移动气浮盖和移动气浮之间设置有两个密封橡胶环Ⅰ，移动气浮上设置有传输通道Ⅰ，两个密封橡胶环Ⅰ均和传输通道Ⅰ同轴设置，传输通道Ⅰ的内外直径均位于两个密封橡胶环Ⅰ之间，输出孔Ⅰ设置有多个，多个输出孔Ⅰ均沿传输通道Ⅰ周向均匀分布，多个输出孔Ⅰ均和传输通道Ⅰ连通，多个输出孔Ⅰ内均固定连接有铜套喷嘴Ⅰ，输气管Ⅰ穿过移动气浮盖和传输通道Ⅰ连通，输气管Ⅰ上连接有供气设备，移动气浮下端的内侧固定连接有限位挡环。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种三自由度高低温箱竖置低速穿箱轴气体密封装置，所述底座气浮包括底座、底座气浮、密封橡胶环Ⅱ、传输通道Ⅱ、输气管Ⅱ、输出孔Ⅱ和铜套喷嘴Ⅱ，螺钉从上至下依次穿过底座和底座气浮固定连接在高低温箱上，底座和底座气浮之间设置有两个密封橡胶环Ⅱ，底座上设置有传输通道Ⅱ，两个密封橡胶环Ⅱ均和传输通道Ⅱ同轴设置，传输通道Ⅱ的内外直径均位于两个密封橡胶环Ⅱ之间，输气管Ⅱ穿过底座和传输通道Ⅱ连通，输气管Ⅱ上连接有供气设备，输出孔Ⅱ设置有多个，多个输出孔Ⅱ均沿传输通道Ⅱ周向均匀分布，多个输出孔Ⅱ均和传输通道Ⅱ连通，多个输出孔Ⅱ内均固定连接有铜套喷嘴Ⅱ，底座和移动气浮之间形成间隙Ⅱ。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种三自由度高低温箱竖置低速穿箱轴气体密封装置，所述多个输出孔Ⅰ的轴向均相对传输通道Ⅰ垂直设置，相对传输通道Ⅰ的内直径大于传输通道Ⅱ的外直径。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种三自由度高低温箱竖置低速穿箱轴气体密封装置，所述多个输出孔Ⅱ的轴向均相对传输通道Ⅱ垂直设置，底座气浮的内直径和高低温箱的内直径相等。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种三自由度高低温箱竖置低速穿箱轴气体密封装置，所述限位挡环下端的高度低于底座气浮上端的高度。

本发明一种三自由度高低温箱竖置低速穿箱轴气体密封装置的有益效果为：

本发明一种三自由度高低温箱竖置低速穿箱轴气体密封装置，可以防止高低温箱中的保护气体溢出，同时在气封装置内形成气膜Ⅰ能够消除竖向传动轴转动过程中的摩擦，有利于动力的传输，并且可以保证高低温箱内部的露点温度恒定；通过固定气浮装置与横向两自由度运动气浮之间形成的气膜Ⅱ，使横向两自由度运动气浮和气封装置在高低温箱上方平面自由移动，减少对气封装置和竖向传动轴安装精度的要求；本装置适用于竖向传动轴在低转动速度运行过程中的气体密封，能起到较好的密封作用。

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是本发明的三自由度高低温箱竖置低速穿箱轴气体密封装置整体结构示意图；

图2是本发明的三自由度高低温箱竖置低速穿箱轴气体密封装置局部结构示意图一；

图3是本发明的结构示意图三自由度高低温箱竖置低速穿箱轴气体密封装置局部二；

图4是本发明的A局部放大图结构示意图；

图5是本发明的气封装置结构示意图；

图6是本发明的连接装置结构示意图；

图7是本发明的横向两自由度气浮结构示意图；

图8是本发明的D局部放大图结构示意图；

图9是本发明的固定气浮结构示意图；

图10是本发明的E局部放大图结构示意图。

图中：气封装置1；壳体1-1；轴套1-2；气封凸台Ⅰ1-3；气封凸台Ⅱ1-4；导气管1-5；通孔1-6；气塞1-7；调节环1-8；环形槽Ⅰ1-9；蜂窝形密封圈Ⅰ1-10；通气孔1-11；蜂窝形密封圈Ⅱ1-12；环形槽Ⅱ1-13；蜂窝形密封圈Ⅲ1-14；挡环1-15；分隔环1-16；压缩弹簧1-17；竖向传动轴2；连接装置3；垫圈Ⅰ3-1；垫圈Ⅱ3-2；圆环状橡胶3-3；横向两自由度运动气浮4；移动气浮盖4-1；移动气浮4-2；密封橡胶环Ⅰ4-3；传输通道Ⅰ4-4；输气管Ⅰ4-5；输出孔Ⅰ4-6；铜套喷嘴Ⅰ4-7；限位挡环4-8；底座气浮5；底座5-1；底座气浮5-2；密封橡胶环Ⅱ5-3；传输通道Ⅱ5-4；输气管Ⅱ5-5；输出孔Ⅱ5-6；铜套喷嘴Ⅱ5-7；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1-10说明本实施方式，一种三自由度高低温箱竖置低速穿箱轴气体密封装置，包括气封装置1、竖向传动轴2、连接装置3、横向两自由度运动气浮4、底座气浮5和高低温箱6，所述气封装置1包括壳体1-1、轴套1-2、气封凸台Ⅰ1-3、气封凸台Ⅱ1-4和调节环1-8，壳体1-1的上端固定连接有气封凸台Ⅱ1-4，轴套1-2的下端固定连接有气封凸台Ⅰ1-3，壳体1-1、轴套1-2、气封凸台Ⅰ1-3和气封凸台Ⅱ1-4形成环状空间，环状空间内设置有调节环1-8，调节环1-8与壳体1-1、轴套1-2和气封凸台Ⅰ1-3之间存在间隙Ⅰ，间隙Ⅰ在供气装置的供气下形成气膜Ⅰ，气膜Ⅰ内的气压高于高低温箱6内的气压，竖向传动轴2过盈配合在轴套1-2内，连接装置3的内侧固定连接在气封装置1上，连接装置3的外侧固定连接在横向两自由度运动气浮4，底座气浮5固定连接在高低温箱6上，横向两自由度运动气浮4和底座气浮5之间存在间隙Ⅱ，间隙Ⅱ在供气装置的供气下形成气膜Ⅱ，气膜Ⅱ推动横向两自由度运动气浮4浮在底座气浮5上；气膜Ⅰ内的气压高于高低温箱6内的气压，可以防止高低温箱6中的保护气体溢出，同时在气封装置1内形成气膜Ⅰ能够消除竖向传动轴2转动过程中的摩擦，有利于动力的传输，并且可以保证高低温箱6内部的露点温度恒定；通过固定气浮装置5与横向两自由度运动气浮4之间形成的气膜Ⅱ，使横向两自由度运动气浮4和气封装置1在高低温箱上方平面自由移动，减少对气封装置1和竖向传动轴2安装精度的要求；本装置适用于竖向传动轴2在低转动速度运行过程中的气体密封，能起到较好的密封作用；本装置内的竖向传动轴2必须处于低速转动状态，且轴向方向不能发生移动。

具体实施方式二：

下面结合图1-10说明本实施方式，所述气封装置1还包括导气管1-5、通孔1-6、气塞1-7、环形槽Ⅰ1-9、蜂窝形密封圈Ⅰ1-10、通气孔1-11、蜂窝形密封圈Ⅱ1-12、环形槽Ⅱ1-13、蜂窝形密封圈Ⅲ1-14、挡环1-15、分隔环1-16和压缩弹簧1-17，壳体1-1上设置有通孔1-6，导气管1-5穿过壳体1-1和通孔1-6连通，导气管1-5上连接有供气装置，通孔1-6内设置有气塞1-7，调节环1-8上设置有环形槽Ⅰ1-9，环形槽Ⅰ1-9和通孔1-6连通，调节环1-8的外侧设置有两个蜂窝形密封圈Ⅰ1-10，两个蜂窝形密封圈Ⅰ1-10分别位于环形槽Ⅰ1-9的上下两侧，调节环1-8的底部设置有多个通气孔1-11，多个通气孔1-11的上端均和环形槽Ⅰ1-9连通，多个通气孔1-11的下端均和气封凸台Ⅰ1-3和调节环1-8之间的间隙Ⅰ连通，调节环1-8下端的外侧设置有蜂窝形密封圈Ⅱ1-12和环形槽Ⅱ1-13，调节环1-8下端的内侧设置有蜂窝形密封圈Ⅲ1-14，蜂窝形密封圈Ⅲ1-14上放置有挡环1-15，挡环1-15上连接有分隔环1-16，分隔环1-16和气封凸台Ⅱ1-4之间设置有压缩弹簧1-17；高低温箱6中充满了干燥无尘气体，供气装置负责气封装置的供气，可以恒定输送具有一定压力的干燥无尘气体，输送的干燥无尘气体的压力大于高低温箱6中干燥无尘气体的压力；蜂窝形密封圈Ⅰ1-10、蜂窝形密封圈Ⅱ1-12和蜂窝形密封圈Ⅲ1-14的作用是维持气体在气封凸台Ⅰ1-3、调节环1-8和差轴套1-2之间的压，使得气封凸台Ⅰ1-3、调节环1-8和差轴套1-2保持稳定、均匀的间隙Ⅰ，分隔环1-16和气封凸台Ⅱ1-4之间设置有压缩弹簧1-17保证调节环1-8、壳体1-1和气封凸台Ⅱ1-4始终存在一定的压力保证气膜Ⅰ内的压强；气封装置1内的干燥无尘高压气体由供气装置通过导气管1-5经过通孔1-6注入到环形槽Ⅰ1-9内，环形槽Ⅰ1-9内的气体顺着通气孔1-11流通到调节环1-8和气封凸台Ⅰ1-3之间的间隙Ⅰ时，分成两个方向分别流到蜂窝形密封圈Ⅱ1-12和蜂窝形密封圈Ⅲ1-14此时产生湍流效应增加了气流阻尼作用，同时蜂窝形密封圈Ⅲ1-14的吸附效应可起到摩阻密封等功能，气流流经蜂窝形密封圈Ⅲ1-14时经过挡环1-15，一部分从分隔环1-16和轴套1-2之间的间隙Ⅰ流过，另一部分从挡环1-15与调节环1-8之间的间隙Ⅰ流过，气体将压缩弹簧1-17顶起，气体经过一个大的空间，使气流得以缓冲，气流均匀地从轴套1-2、气封凸台Ⅰ1-3、壳体1-1和气封凸台Ⅱ1-4之间的间隙Ⅰ流出形成气膜Ⅰ从而实现气体的密封；在轴套1-2和调节环1-8之间形成厚度均匀的稳定气膜Ⅰ，气体可经过竖直传动轴2的上端和下端均匀流出，由于输入的干燥无尘气体压力大于高低温箱6中的干燥无尘气体压力，从而避免高低温箱6中的干燥无尘气体溢出，从而达到良好的密封效果；压缩弹簧1-17最终压紧调节环1-8，可以保证气膜Ⅰ在初始转动时有足够的压强，有助于气膜维持气膜Ⅰ的稳定；优选的气膜Ⅰ大于0.2mm。

具体实施方式三：

下面结合图1-10说明本实施方式，所述压缩弹簧1-17处于压缩状态，间隙Ⅰ大于0.1mm，导气管1-5和多个通气孔1-11的轴线均和壳体1-1的轴线平行。

具体实施方式四：

下面结合图1-10说明本实施方式，所述壳体1-1、轴套1-2、气封凸台Ⅰ1-3、气封凸台Ⅱ1-4、调节环1-8和分隔环1-16之间相互对应部分的拐角均为圆角；干燥无尘高压气体通过高压通道进入环形槽Ⅰ1-9和环形槽Ⅱ1-13时，经过的拐角处为均匀的圆角，可避免在过渡处压力的急剧增大。

具体实施方式五：

下面结合图1-10说明本实施方式，所述连接装置3包括垫圈Ⅰ3-1、垫圈Ⅱ3-2和圆环状橡胶3-3，螺栓Ⅰ从上至下依次穿过气封凸台Ⅱ1-4和圆环状橡胶3-3固定连接在垫圈Ⅰ3-1上。

具体实施方式六：

下面结合图1-10说明本实施方式，所述横向两自由度运动气浮4包括移动气浮盖4-1、移动气浮4-2、密封橡胶环Ⅰ4-3、传输通道Ⅰ4-4、输气管Ⅰ4-5、输出孔Ⅰ4-6、铜套喷嘴Ⅰ4-7和限位挡环4-8，螺栓Ⅱ从下至上依次穿过移动气浮4-2、移动气浮盖4-1和圆环状橡胶3-3固定连接在垫圈Ⅱ3-2上，螺栓Ⅲ从下至上依次穿过移动气浮4-2和移动气浮盖4-1固定连接在移动气浮盖4-1上，移动气浮盖4-1和移动气浮4-2之间设置有两个密封橡胶环Ⅰ4-3，移动气浮4-2上设置有传输通道Ⅰ4-4，两个密封橡胶环Ⅰ4-3均和传输通道Ⅰ4-4同轴设置，传输通道Ⅰ4-4的内外直径均位于两个密封橡胶环Ⅰ4-3之间，输出孔Ⅰ4-6设置有多个，多个输出孔Ⅰ4-6均沿传输通道Ⅰ4-4周向均匀分布，多个输出孔Ⅰ4-6均和传输通道Ⅰ4-4连通，多个输出孔Ⅰ4-6内均固定连接有铜套喷嘴Ⅰ4-7，输气管Ⅰ4-5穿过移动气浮盖4-1和传输通道Ⅰ4-4连通，输气管Ⅰ4-5上连接有供气设备，移动气浮4-2下端的内侧固定连接有限位挡环4-8。

具体实施方式七：

下面结合图1-10说明本实施方式，所述底座气浮5包括底座5-1、底座气浮5-2、密封橡胶环Ⅱ5-3、传输通道Ⅱ5-4、输气管Ⅱ5-5、输出孔Ⅱ5-6和铜套喷嘴Ⅱ5-7，螺钉从上至下依次穿过底座5-1和底座气浮5-2固定连接在高低温箱6上，底座5-1和底座气浮5-2之间设置有两个密封橡胶环Ⅱ5-3，底座5-1上设置有传输通道Ⅱ5-4，两个密封橡胶环Ⅱ5-3均和传输通道Ⅱ5-4同轴设置，传输通道Ⅱ5-4的内外直径均位于两个密封橡胶环Ⅱ5-3之间，输气管Ⅱ5-5穿过底座5-1和传输通道Ⅱ5-4连通，输气管Ⅱ5-5上连接有供气设备，输出孔Ⅱ5-6设置有多个，多个输出孔Ⅱ5-6均沿传输通道Ⅱ5-4周向均匀分布，多个输出孔Ⅱ5-6均和传输通道Ⅱ5-4连通，多个输出孔Ⅱ5-6内均固定连接有铜套喷嘴Ⅱ5-7，底座5-1和移动气浮4-2之间形成间隙Ⅱ；竖向传动轴2穿过气封装置1与高低温箱6内部设备连接，气封装置1通过连接装置3与横向两自由度运动气浮4连为一体，横向两自由度运动气浮4通过输气管Ⅰ4-5一端与外界供气设备相通，另一端与传输通道Ⅰ4-4相通，传输通道Ⅰ4-4沿横向两自由度运动气浮4的圆周方向均匀分布输出孔Ⅰ4-6，输出孔Ⅰ4-6的气体输出端为固定气浮5，输出孔Ⅰ4-6的内部设有孔径为0.2mm的铜套喷嘴Ⅰ4-7，铜套喷嘴Ⅰ4-7向固定气浮5均匀喷气在间隙Ⅱ内形成气膜Ⅱ，固定气浮5通过螺钉固定在高低温箱6上，通过输气管Ⅱ5-5一端与外界供气设备相通，输气管Ⅱ5-5的另一端与传输通道Ⅱ5-4相通，传输通道Ⅱ5-4沿固定气浮5的圆周方向均匀分布输出孔Ⅱ5-6，输出孔Ⅱ5-6的气体输出端为横向两自由度运动气浮4，输出孔Ⅱ5-6的内部设有孔径为0.2mm的铜套喷嘴Ⅱ5-7，铜套喷嘴Ⅱ5-7向固定气浮4均匀喷气在间隙Ⅱ内形成气膜Ⅱ，通过外界供气设备使横向两自由度运动气浮4与固定气浮5相互吹气在间隙Ⅱ内形成气膜Ⅱ，通过气压使横向两自由度运动气浮4利用连接装置3带动气封装置1悬浮在高低温箱6上方平面进行“X”和“Y”轴方向上两个自由度的平面自由移动。

具体实施方式八：

下面结合图1-10说明本实施方式，所述多个输出孔Ⅰ4-6的轴向均相对传输通道Ⅰ4-4垂直设置，相对传输通道Ⅰ4-4的内直径大于传输通道Ⅱ5-4的外直径。

具体实施方式九：

下面结合图1-10说明本实施方式，所述多个输出孔Ⅱ5-6的轴向均相对传输通道Ⅱ5-4垂直设置，底座气浮5-2的内直径和高低温箱6的内直径相等。

具体实施方式十：

下面结合图1-10说明本实施方式，所述限位挡环4-8下端的高度低于底座气浮5-2上端的高度；限位挡环4-8可以在自由移动的过程中对横向两自由度运动气浮4平面移动范围进行限制，保证本装置时刻处在最佳气密性条件下工作。

本发明的一种三自由度高低温箱竖置低速穿箱轴气体密封装置，其工作原理为：

高低温箱6中充满了干燥无尘气体，供气装置负责气封装置的供气，可以恒定输送具有一定压力的干燥无尘气体，输送的干燥无尘气体的压力大于高低温箱6中干燥无尘气体的压力；蜂窝形密封圈Ⅰ1-10、蜂窝形密封圈Ⅱ1-12和蜂窝形密封圈Ⅲ1-14的作用是维持气体在气封凸台Ⅰ1-3、调节环1-8和差轴套1-2之间的压，使得气封凸台Ⅰ1-3、调节环1-8和差轴套1-2保持稳定、均匀的间隙Ⅰ，分隔环1-16和气封凸台Ⅱ1-4之间设置有压缩弹簧1-17保证调节环1-8、壳体1-1和气封凸台Ⅱ1-4始终存在一定的压力保证气膜Ⅰ内的压强；气封装置1内的干燥无尘高压气体由供气装置通过导气管1-5经过通孔1-6注入到环形槽Ⅰ1-9内，环形槽Ⅰ1-9内的气体顺着通气孔1-11流通到调节环1-8和气封凸台Ⅰ1-3之间的间隙Ⅰ时，分成两个方向分别流到蜂窝形密封圈Ⅱ1-12和蜂窝形密封圈Ⅲ1-14此时产生湍流效应增加了气流阻尼作用，同时蜂窝形密封圈Ⅲ1-14的吸附效应可起到摩阻密封等功能，气流流经蜂窝形密封圈Ⅲ1-14时经过挡环1-15，一部分从分隔环1-16和轴套1-2之间的间隙Ⅰ流过，另一部分从挡环1-15与调节环1-8之间的间隙Ⅰ流过，气体将压缩弹簧1-17顶起，气体经过一个大的空间，使气流得以缓冲，气流均匀地从轴套1-2、气封凸台Ⅰ1-3、壳体1-1和气封凸台Ⅱ1-4之间的间隙Ⅰ流出形成气膜Ⅰ从而实现气体的密封；在轴套1-2和调节环1-8之间形成厚度均匀的稳定气膜Ⅰ，气体可经过竖直传动轴2的上端和下端均匀流出，由于输入的干燥无尘气体压力大于高低温箱6中的干燥无尘气体压力，从而避免高低温箱6中的干燥无尘气体溢出，从而达到良好的密封效果；压缩弹簧1-17最终压紧调节环1-8，可以保证气膜Ⅰ在初始转动时有足够的压强，有助于气膜维持气膜Ⅰ的稳定；优选的气膜Ⅰ大于0.2mm；竖向传动轴2穿过气封装置1与高低温箱6内部设备连接，气封装置1通过连接装置3与横向两自由度运动气浮连为一体，横向两自由度运动气浮4通过输气管Ⅰ4-5一端与外界供气设备相通，另一端与传输通道Ⅰ4-4相通，传输通道Ⅰ4-4沿横向两自由度运动气浮4的圆周方向均匀分布输出孔Ⅰ4-6，输出孔Ⅰ4-6的气体输出端为固定气浮5，输出孔Ⅰ4-6的内部设有孔径为0.2mm的铜套喷嘴Ⅰ4-7，铜套喷嘴Ⅰ4-7向固定气浮5均匀喷气在间隙Ⅱ内形成气膜Ⅱ，固定气浮5通过螺钉固定在高低温箱6上，通过输气管Ⅱ5-5一端与外界供气设备相通，输气管Ⅱ5-5的另一端与传输通道Ⅱ5-4相通，传输通道Ⅱ5-4沿固定气浮5的圆周方向均匀分布输出孔Ⅱ5-6，输出孔Ⅱ5-6的气体输出端为横向两自由度运动气浮4，输出孔Ⅱ5-6的内部设有孔径为0.2mm的铜套喷嘴Ⅱ5-7，铜套喷嘴Ⅱ5-7向固定气浮4均匀喷气在间隙Ⅱ内形成气膜Ⅱ，通过外界供气设备使横向两自由度运动气浮4与固定气浮5相互吹气在间隙Ⅱ内形成气膜Ⅱ，通过气压使横向两自由度运动气浮4利用连接装置3带动气封装置1悬浮在高低温箱6上方平面进行“X”和“Y”轴方向上两个自由度的平面自由移动。

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)

1.一种三自由度高低温箱竖置低速穿箱轴气体密封装置，包括气封装置(1)、竖向传动轴(2)、连接装置(3)、横向两自由度运动气浮(4)、底座气浮(5)和高低温箱(6)，其特征在于：所述气封装置(1)包括壳体(1-1)、轴套(1-2)、气封凸台Ⅰ(1-3)、气封凸台Ⅱ(1-4)和调节环(1-8)，壳体(1-1)的上端固定连接有气封凸台Ⅱ(1-4)，轴套(1-2)的下端固定连接有气封凸台Ⅰ(1-3)，壳体(1-1)、轴套(1-2)、气封凸台Ⅰ(1-3)和气封凸台Ⅱ(1-4)形成环状空间，环状空间内设置有调节环(1-8)，调节环(1-8)与壳体(1-1)、轴套(1-2)和气封凸台Ⅰ(1-3)之间存在间隙Ⅰ，间隙Ⅰ在供气装置的供气下形成气膜Ⅰ，气膜Ⅰ内的气压高于高低温箱(6)内的气压，竖向传动轴(2)过盈配合在轴套(1-2)内，连接装置(3)的内侧固定连接在气封装置(1)上，连接装置(3)的外侧固定连接在横向两自由度运动气浮(4)，底座气浮(5)固定连接在高低温箱(6)上，横向两自由度运动气浮(4)和底座气浮(5)之间存在间隙Ⅱ，间隙Ⅱ在供气装置的供气下形成气膜Ⅱ，气膜Ⅱ推动横向两自由度运动气浮(4)浮在底座气浮(5)上。

2.根据权利要求1所述的一种三自由度高低温箱竖置低速穿箱轴气体密封装置，其特征在于：所述气封装置(1)还包括导气管(1-5)、通孔(1-6)、气塞(1-7)、环形槽Ⅰ(1-9)、蜂窝形密封圈Ⅰ(1-10)、通气孔(1-11)、蜂窝形密封圈Ⅱ(1-12)、环形槽Ⅱ(1-13)、蜂窝形密封圈Ⅲ(1-14)、挡环(1-15)、分隔环(1-16)和压缩弹簧(1-17)，壳体(1-1)上设置有通孔(1-6)，导气管(1-5)穿过壳体(1-1)和通孔(1-6)连通，导气管(1-5)上连接有供气装置，通孔(1-6)内设置有气塞(1-7)，调节环(1-8)上设置有环形槽Ⅰ(1-9)，环形槽Ⅰ(1-9)和通孔(1-6)连通，调节环(1-8)的外侧设置有两个蜂窝形密封圈Ⅰ(1-10)，两个蜂窝形密封圈Ⅰ(1-10)分别位于环形槽Ⅰ(1-9)的上下两侧，调节环(1-8)的底部设置有多个通气孔(1-11)，多个通气孔(1-11)的上端均和环形槽Ⅰ(1-9)连通，多个通气孔(1-11)的下端均和气封凸台Ⅰ(1-3)和调节环(1-8)之间的间隙Ⅰ连通，调节环(1-8)下端的外侧设置有蜂窝形密封圈Ⅱ(1-12)和环形槽Ⅱ(1-13)，调节环(1-8)下端的内侧设置有蜂窝形密封圈Ⅲ(1-14)，蜂窝形密封圈Ⅲ(1-14)上放置有挡环(1-15)，挡环(1-15)上连接有分隔环(1-16)，分隔环(1-16)和气封凸台Ⅱ(1-4)之间设置有压缩弹簧(1-17)。

3.根据权利要求2所述的一种三自由度高低温箱竖置低速穿箱轴气体密封装置，其特征在于：所述压缩弹簧(1-17)处于压缩状态，间隙Ⅰ大于0.1mm，导气管(1-5)和多个通气孔(1-11)的轴线均和壳体(1-1)的轴线平行。

4.根据权利要求3所述的一种三自由度高低温箱竖置低速穿箱轴气体密封装置，其特征在于：所述壳体(1-1)、轴套(1-2)、气封凸台Ⅰ(1-3)、气封凸台Ⅱ(1-4)、调节环(1-8)和分隔环(1-16)之间相互对应部分的拐角均为圆角。

5.根据权利要求4所述的一种三自由度高低温箱竖置低速穿箱轴气体密封装置，其特征在于：所述连接装置(3)包括垫圈Ⅰ(3-1)、垫圈Ⅱ(3-2)和圆环状橡胶(3-3)，螺栓Ⅰ从上至下依次穿过气封凸台Ⅱ(1-4)和圆环状橡胶(3-3)固定连接在垫圈Ⅰ(3-1)上。

6.根据权利要求5所述的一种三自由度高低温箱竖置低速穿箱轴气体密封装置，其特征在于：所述横向两自由度运动气浮(4)包括移动气浮盖(4-1)、移动气浮(4-2)、密封橡胶环Ⅰ(4-3)、传输通道Ⅰ(4-4)、输气管Ⅰ(4-5)、输出孔Ⅰ(4-6)、铜套喷嘴Ⅰ(4-7)和限位挡环(4-8)，螺栓Ⅱ从下至上依次穿过移动气浮(4-2)、移动气浮盖(4-1)和圆环状橡胶(3-3)固定连接在垫圈Ⅱ(3-2)上，螺栓Ⅲ从下至上依次穿过移动气浮(4-2)和移动气浮盖(4-1)固定连接在移动气浮盖(4-1)上，移动气浮盖(4-1)和移动气浮(4-2)之间设置有两个密封橡胶环Ⅰ(4-3)，移动气浮(4-2)上设置有传输通道Ⅰ(4-4)，两个密封橡胶环Ⅰ(4-3)均和传输通道Ⅰ(4-4)同轴设置，传输通道Ⅰ(4-4)的内外直径均位于两个密封橡胶环Ⅰ(4-3)之间，输出孔Ⅰ(4-6)设置有多个，多个输出孔Ⅰ(4-6)均沿传输通道Ⅰ(4-4)周向均匀分布，多个输出孔Ⅰ(4-6)均和传输通道Ⅰ(4-4)连通，多个输出孔Ⅰ(4-6)内均固定连接有铜套喷嘴Ⅰ(4-7)，输气管Ⅰ(4-5)穿过移动气浮盖(4-1)和传输通道Ⅰ(4-4)连通，输气管Ⅰ(4-5)上连接有供气设备，移动气浮(4-2)下端的内侧固定连接有限位挡环(4-8)。

7.根据权利要求6所述的一种三自由度高低温箱竖置低速穿箱轴气体密封装置，其特征在于：所述底座气浮(5)包括底座(5-1)、底座气浮(5-2)、密封橡胶环Ⅱ(5-3)、传输通道Ⅱ(5-4)、输气管Ⅱ(5-5)、输出孔Ⅱ(5-6)和铜套喷嘴Ⅱ(5-7)，螺钉从上至下依次穿过底座(5-1)和底座气浮(5-2)固定连接在高低温箱(6)上，底座(5-1)和底座气浮(5-2)之间设置有两个密封橡胶环Ⅱ(5-3)，底座(5-1)上设置有传输通道Ⅱ(5-4)，两个密封橡胶环Ⅱ(5-3)均和传输通道Ⅱ(5-4)同轴设置，传输通道Ⅱ(5-4)的内外直径均位于两个密封橡胶环Ⅱ(5-3)之间，输气管Ⅱ(5-5)穿过底座(5-1)和传输通道Ⅱ(5-4)连通，输气管Ⅱ(5-5)上连接有供气设备，输出孔Ⅱ(5-6)设置有多个，多个输出孔Ⅱ(5-6)均沿传输通道Ⅱ(5-4)周向均匀分布，多个输出孔Ⅱ(5-6)均和传输通道Ⅱ(5-4)连通，多个输出孔Ⅱ(5-6)内均固定连接有铜套喷嘴Ⅱ(5-7)，底座(5-1)和移动气浮(4-2)之间形成间隙Ⅱ。

8.根据权利要求7所述的一种三自由度高低温箱竖置低速穿箱轴气体密封装置，其特征在于：所述多个输出孔Ⅰ(4-6)的轴向均相对传输通道Ⅰ(4-4)垂直设置，相对传输通道Ⅰ(4-4)的内直径大于传输通道Ⅱ(5-4)的外直径。

9.根据权利要求7所述的一种三自由度高低温箱竖置低速穿箱轴气体密封装置，其特征在于：所述多个输出孔Ⅱ(5-6)的轴向均相对传输通道Ⅱ(5-4)垂直设置，底座气浮(5-2)的内直径和高低温箱(6)的内直径相等。

10.根据权利要求7至8任一项所述的一种三自由度高低温箱竖置低速穿箱轴气体密封装置，其特征在于：所述限位挡环(4-8)下端的高度低于底座气浮(5-2)上端的高度。