CN210799944U - 真空腔室动密封驱动总成 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种真空腔室动密封驱动总成，其基本结构包括：管架，为直管体，该直管体的轴向为预定的直线运动方向，且该直管体的一端与真空腔室间固定连接；直线驱动部，固定安装管架的另一端；托板，位于管架内，并由所述直线驱动部的输出构件所驱动；托杆，通过第一轴承安装在托板上，为驱动总成的驱动对象；键套，通过第二轴承安装在管架内，并与托杆间形成键连接，使托杆具有轴向的自由度和基于键套的周向自由度；以及旋转驱动部，安装在管架上，并输出驱动所述键套，以使托杆具有预定的旋转运动。依据本实用新型的驱动总成密封效果好，且能够实现复合的运动。

Description

真空腔室动密封驱动总成

技术领域

本实用新型涉及一种真空腔室动密封驱动总成。

背景技术

动密封始终是机械领域比较难解决的技术方向，随着技术的发展，动密封的某些方向已经得到了很好的解决，如直线运动的动密封，可采用例如焊接波纹管，焊接波纹管的轴向即直线运动的方向，基于焊接波纹管的伸缩性可实现运动条件下的静密封。对于旋转运动，较早的应用中，接触式密封主要采用盘根、轴封等进行密封，在非接触密封中主要采用迷宫密封、螺纹副密封、磁流体密封等密封结构进行密封。对于复合运动，即既包含直线运动又包含旋转运动的运动形式，其密封实现相对比较困难，当前没有很好地解决方案。

由于例如迷宫密封，其对密封结构相适配的结构体间有比较高的位置要求，无法在实现旋转动密封的条件下实现直线动密封。相对而言，再复合动密封应用中磁流体密封具有更好的改进前景。不过当前对于磁流体密封而言，其应用也主要用于单纯的旋转密封。

典型地，如中国专利文献CN208089802U、CN110082141A等，所适应的场景均是旋转动密封，无法实现复合运动条件下的动密封。

发明内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种具备复合运动条件下的动密封结构的真空腔室动密封驱动总成。

在本实用新型的实施例中，提供一种真空腔室动密封驱动总成，其基本结构包括：

管架，为直管体，该直管体的轴向为预定的直线运动方向，且该直管体的一端与真空腔室间固定连接；

直线驱动部，固定安装管架的另一端；

托板，位于管架内，并由所述直线驱动部的输出构件所驱动；

托杆，通过第一轴承安装在托板上，为驱动总成的驱动对象；

键套，通过第二轴承安装在管架内，并与托杆间形成键连接，使托杆具有轴向的自由度和基于键套的周向自由度；以及

旋转驱动部，安装在管架上，并输出驱动所述键套，以使托杆具有预定的旋转运动。

可选地，所述直线驱动部包括第一动力舱，该第一动力舱与管架间形成第一密封结构。

可选地，所述直线驱动部包括一端通过第三轴承安装在第一动力舱的丝杠和安装在所述托板上并与丝杠间形成丝母丝杠机构的丝母；

于管架内固定设置有一座板，所述丝杠的另一端通过第四轴承安装在所述座板上；

相应地，丝杠的轴向与管架的轴向平行。

可选地，丝杠有两条，两条丝杠间关于托杆的轴线对称。

可选地，所述第一轴承为万向节轴承。

可选地，直线驱动部的原动部件安装在第一动力舱外，原动部件与第一动力舱间通过磁流体密封装置安装在第一动力舱上。

可选地，所述键套为花键套或平键套。

可选地，所述旋转驱动部位于管架的中部，并包括第二动力舱；

所述管架为多节段结构，于第二动力舱处，相应的管段与第二动力舱间构成法兰连接。

可选地，旋转驱动部包括：

从动构件，固定安装在所述键套上；

主动构件，与所述从动构件配合形成输出副；

旋转驱动原动件，位于所述第二动力舱外，输出部分与所述主动构件间配合并与第二动力舱间形成旋转动密封。

可选地，所述从动构件为涡轮或者从动锥齿轮；

相应地，所述主动构件为与所述涡轮配合的蜗杆或与所述从动锥齿轮配合的主动锥齿轮；

蜗杆或者主动锥齿轮的齿轮轴与所述直线运动方向垂直。

在本实用新型的实施例中，提供一个管架，管架具有管腔，将被驱动的托杆置于管腔内，托杆通过轴承安装在一个可在管腔轴向运动的托板上，由此可知，在托板具有直线运动形式的条件下，因托杆与托板间通过轴承装配而具有转动自由度，换言之，托杆具有转动和直线运动自由度。其中，托杆直线运动的实现在于管架另一端配置的直线驱动部，其直接驱动托板，与管架间最多只需要考虑单一的直线运动的动密封或者转动动密封（假定存在转动转换成直线运动的中间机构）；而对于托杆旋转运动的实现，则于管架内设置一键套，键套通过轴承安装在管架内而具有转动的自由度，而托杆与键套间通过键连接，其直线运动自由度不受键套的影响，而键连接属于机械领域典型的周向连接，当键套被驱动时可带动托杆转动，而对于旋转驱动部，其最多与管架间也仅存在单一的旋转动密封或者直线运动动密封。以上可实现对托杆复合的驱动，而在本实用新型的实施例中，实现对托杆实现复合运动的条件下，每一驱动部与管架间最多产生一种密封形式，基于现有技术也易于实现。

附图说明

图1为一实施例中真空腔室动密封驱动总成的主视结构示意图。

图2为图1的A-A剖视图。

图3为图1的B-B剖视图。

图中：1.第一动力舱，2.从动带轮，3.丝杠，4.万向节轴承，5.丝母，6.第一管道，7.托杆，8.座板，9.轴承，10.花键套，11.第二管道，12.法兰，13.真空腔，14.第三管道，15.蜗轮，16.第二动力舱，17.第二电机，18.托板，19.第一电机，20.磁流体密封装置，21.蜗杆，22.磁流体密封装置，23.同步带，24.主动带轮。

具体实施方式

图1所示结构为一立式结构，可以理解的是，对于真空腔室13而言，其对于动力引入结构更多的要求是水平地引入，但并不排除竖直引入的方式；此外，即便是竖直引入，动力部分可位于真空腔室13的上方，也可位于真空腔室13的下方，因此，图1所示的结构可在具体的设计中为图示状态，或者逆时针转动90度、180度或者270度的状态。

在前述的技术条件下，为描述方便，以图1中的方位为基础方位来阐释本实用新型的实施例，本领域的技术人员借此也易于理解真空腔室13动密封驱动总成的其它结构配置。

图1中，第一管道6、第二管道11顺接形成一个管架，图中所示结构用于示意性的示例本实用新型的结构、原理，对于管架的理解在图1中还可以包含如第三管道14。对于第三管道14也可以表示位于真空腔室13上的焊接法兰。

而对于如图1中所示的第二动力舱16也可以理解为管架的构成部分，同样地，第二动力舱16也可以理解为用于第一管道6与第二管道11连接的连接部分，还可以理解为是一个独立的部分。

对于管架，其整体上可以理解为是一个管体结构，优选为圆管体，其具有管腔，管腔的密封即基于动力引入条件下的真空腔室13的密封，管架的密封主要是端部密封，其中，如图1中第二管道11与第三管道14间的密封属于静密封，属于易于实现的密封，而本实用新型侧重于解决动密封的问题，因此，在本实用新型的实施例中对于静密封部分仅指出其位置，而不再赘述。

如果把管架当做一个具有多节段结构的管架，其至少部分管段与其他管段或者其本体与真空腔室13间存在可拆连接结构，例如法兰连接结构。

多节段之间的装配关系基于例如第一动力舱1和第二动力舱16的配置而优选可拆结构，在图1所示的结构中优选法兰连接结构。

图1中，管架整体上是一个竖直的直管体，其上端与真空腔室13上的焊接法兰部件，即图中所示的第三管道14间采用法兰连接结构。图中所示的托杆7作为复合运动部件的统称，其介入到真空腔室13内用于驱动真空腔室13内的部件或者负载其它的物件。

在本实用新型的实施例中，托杆7的复合运动由两个驱动部来实现，其中直线运动由直线驱动部实现，旋转运动则由旋转驱动部实现。其中，直线驱动部固定安装在管架如图1所示的下端。

直线驱动部与旋转驱动部间应不存在装配干涉和运动干涉，其中的装配干涉易于确定，如图1中，直线驱动部位于第一管道6的下端，旋转驱动部则位于第一管道6的上端。对于运动干涉，则是本实用新型所涉及的第一构思。

具体地，在管架内，具体在图1所示的结构中，于第一管道6的管腔内设有一托板18，该托板18直接由直线驱动部的输出构件所驱动。

需要说明的是，由于直线驱动部与旋转驱动部分开布置，单纯的实现驱动，在形式上属于机械领域最常规的运动形式之一，无论该直线驱动部介入到管腔内的构件是直线运动还是旋转运动部件，其需要与管腔间形成密封的结构只是一种，如液压缸活塞杆与端板间的轴孔配合，其中的端板为封接管腔下端的端盖。在此条件下，所考虑的只是直线运动副条件下的动密封，密封形式相对单一，易于实现。

如果直线运动部介入到管腔内的部件为旋转运动构件，如图1中所示的丝杠3，其运动形式也是单一的旋转运动，也属于易于实现密封的结构。

需要单独说明的是，图1的下部为简化结构，装配在丝杠3暴露在管腔外的部分上的从动带轮2在图中并没有直接表示在丝杠3上，管腔上的部件可以认为是旋转90度后与管腔下方的部件适配。

对于托杆7，其具有在管腔轴向的直线运动，而可以单独为其配置导向结构，例如导套或者导孔，在图第二管道11的上端可见，于第二管道11内设有导套，以对托杆7进行导向。

可以理解的是，导套并不对托杆7的周向产生约束，换言之，其可以产生摩擦，但并不约束托杆7的周向自由度。

进一步地，对于托杆7而言，在一些实施例中可只需考虑一端位置的确定，如图1中所示的托板18，托板18用于确定托杆7在图1中下端位置。由于如前所述，托杆7自身可被可靠导向，因此，对于托板18而言，可不予单独设置导向结构。

可选地，于管腔内可针对托板18设置独立的导向装置或者结构。

在图1所示的结构中，托杆7通过第一轴承安装在托板18上，第一轴承需的载荷为复合载荷，第一轴承需配置为例如角接触轴承或者推力轴承与向心轴承的组合。

在一些实施例中，如图1中所示，由于丝杠3有两条，为有效减轻驱动的不严格同步性，第一轴承配置为万向节轴承4。

在图1所示的结构中，托杆7与管腔共轴线，如果采用单一的丝杠3，则会产生附加的翻转力矩，导致托杆7的导向结构或者导向装置对托杆7产生附加载荷，导向的平顺性相对较差，因此在图1所示的结构中配有一对丝杠3，相应地，在托板18上需要适配一对丝母5。理想条件下，前述结构所形成的两个丝母丝杠机构具有理想的同步性，但实际工况无法做到理想状态，因此，适配前述的万向节轴承4以减轻两丝母丝杠不同步所产生的机械卡滞。

消除两驱动部运动干涉的再一个条件是如图1中所示的花键套10，花键套10传动可靠性比较好，不过也可以采用其它的键套，如平键套，平键套结构简单，对键套自身强度削弱相比于花键套10要大。

键连接在机械领域用于传递周向载荷，可以采用附属结构进行轴向定位，换言之，在没有附属结构的条件下，例如卡簧、圆螺母、轴肩等部件或结构的条件下，在机械领域通常认为键连接不产生轴向限位（钩头键除外）。

键套通过第二轴承安装在管架内，在图1所示的实施例中，花键套10的上下两端各有一个轴承9，两轴承9将花键套10支撑在第二管道11内。

在花键套10与托杆7间形成键连接后，花键套10与托杆7间具有周向连接，使托杆7具有轴向的自由度和基于轴承9对键套的支承的周向自由度。

对于旋转驱动部，在安装位置处应避开直线驱动部，相对于直线运动部安装在管架的下端的情况，旋转驱动部直接安装在管架上。相应地，旋转驱动部输出驱动所述键套，以使托杆7具有预定的旋转运动。

在图1所示的结构中，旋转驱动部安装在管架的中部，在旋转驱动部下方的管架部分上，如图1所示的第一管道6上，托板18具有足够的运动行程，换言之，第一管道6的轴向长度主要用来确定托板18的工作行程。

在图1~3中，为直线驱动部配有第一动力舱1，直线驱动部部分或者全部地容置在第一动力舱1内，当直线驱动部全部容置在第一动力舱1内时，相关的密封结构均为静密封，而不必设置如图1中所示的磁流体密封装置20。将直线驱动部全部安装在第一动力舱1内会使得例如第一电机19无法直接散热，因此，在如图1所示的结构中，至少将直线驱动部中的原动部件，即第一电机19安装在第一动力舱1外，在此条件下，需要提供一个旋转动密封结构，即如图1中所示的磁流体密封装置20。

同样地，对于第二动力舱16，可参见第一动力舱16的配置。

两个动力舱的存在相当于于增加了一道密封，例如第一动力舱1与第一管道6之间的装配结构，第一动力舱1的管道壁与第一管道6的下端形成静密封，尽管还存在着丝杠3与该管道壁间的装配密封问题，但整体上多一道密封，使整体的密封性能更佳。

对于第二动力舱16同上段所提及的第一动力舱1的相同配置。如图2所示的结构中，第二动力舱16的原动部件，即图中所示的位于第二动力舱16外的第二电机17，通过磁流体密封装置22介入到第二动力舱16内。同样地，如果不考虑充分散热，第二电机17也可以设置在第二动力舱16内，在此条件下，可以省略掉磁流体密封装置22。

前述的丝母丝杠机构用于托杆7直线运动的实现，可以理解的是，直线运动是机械领域最基础的运动之一，相对而言，丝母丝杠机构的传动精度比较高，对于传动精度要求稍低的应用，丝母丝杠机构可以替换为例如液压缸，液压缸可不考虑散热，而直接安装在第一动力舱1内，从而获得更佳的密封效果。

在传动精度要求更低的应用中，还可以采用例如气缸。

此外，在图2为图1的A-A剖视图，为了清楚的反映出细节，图2与图1并没有按照相同的比例绘制。图2所示结构的主体为蜗轮蜗杆机构，蜗轮蜗杆机构的蜗轮15固定安装在键套上，相应地，蜗轮15与托杆7之间共轴线。

蜗轮蜗杆机构中的蜗杆21则通过旋转动密封结构介入到第二动力舱16内，所适配的旋转动密封为图2中所示的磁流体密封装置22。对于密封级别要求不高的应用，也可以采用其它的旋转动密封结构，例如轴封，毡圈密封等结构。

在一些实施例中，还可以使用齿轮传动机构，若类似于蜗杆21的齿轮轴处于垂直于托杆7的位置时，需要适配锥齿轮进行驱动。

当齿轮轴与托杆7平行时，则可以采用圆柱齿轮。

此外，对于某些不需要散热的或者对散热要求不高的原动部件，例如液压马达，其可以内置于例如第二动力舱16内。

Claims (10)

1.一种真空腔室动密封驱动总成，其特征在于，包括：

管架，为直管体，该直管体的轴向为预定的直线运动方向，且该直管体的一端与真空腔室间固定连接；

直线驱动部，固定安装管架的另一端；

托板，位于管架内，并由所述直线驱动部的输出构件所驱动；

托杆，通过第一轴承安装在托板上，为驱动总成的驱动对象；

键套，通过第二轴承安装在管架内，并与托杆间形成键连接，使托杆具有轴向的自由度和基于键套的周向自由度；以及

旋转驱动部，安装在管架上，并输出驱动所述键套，以使托杆具有预定的旋转运动。

2.根据权利要求1所述的真空腔室动密封驱动总成，其特征在于，所述直线驱动部包括第一动力舱，该第一动力舱与管架间形成第一密封结构。

3.根据权利要求2所述的真空腔室动密封驱动总成，其特征在于，所述直线驱动部包括一端通过第三轴承安装在第一动力舱的丝杠和安装在所述托板上并与丝杠间形成丝母丝杠机构的丝母；

于管架内固定设置有一座板，所述丝杠的另一端通过第四轴承安装在所述座板上；

相应地，丝杠的轴向与管架的轴向平行。

4.根据权利要求3所述的真空腔室动密封驱动总成，其特征在于，丝杠有两条，两条丝杠间关于托杆的轴线对称。

5.根据权利要求4所述的真空腔室动密封驱动总成，其特征在于，所述第一轴承为万向节轴承。

6.根据权利要求2~5任一所述的真空腔室动密封驱动总成，其特征在于，直线驱动部的原动部件安装在第一动力舱外，原动部件与第一动力舱间通过磁流体密封装置安装在第一动力舱上。

7.根据权利要求1所述的真空腔室动密封驱动总成，其特征在于，所述键套为花键套或平键套。

8.根据权利要求1所述的真空腔室动密封驱动总成，其特征在于，所述旋转驱动部位于管架的中部，并包括第二动力舱；

所述管架为多节段结构，于第二动力舱处，相应的管段与第二动力舱间构成法兰连接。

9.根据权利要求8所述的真空腔室动密封驱动总成，其特征在于，旋转驱动部包括：

从动构件，固定安装在所述键套上；

主动构件，与所述从动构件配合形成输出副；

旋转驱动原动件，位于所述第二动力舱外，输出部分与所述主动构件间配合并与第二动力舱间形成旋转动密封。

10.根据权利要求9所述的真空腔室动密封驱动总成，其特征在于，所述从动构件为涡轮或者从动锥齿轮；

相应地，所述主动构件为与所述涡轮配合的蜗杆或与所述从动锥齿轮配合的主动锥齿轮；

蜗杆或者主动锥齿轮的齿轮轴与所述直线运动方向垂直。

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