一种四自由度高低温箱竖置穿箱轴气体密封装置的制作方法

本发明涉及物理实验领域，更具体的说是一种四自由度高低温箱竖置穿箱轴气体密封装置。

背景技术：

航天设备的地面模拟装置—高低温环境箱，要尽量模拟太空中的环境，尤其是太空的温度、湿度、微重力时传动件无摩擦、高清洁度环境等。如果采用传统的轴密封圈或者通过液油等方式密封，一方面无法保证高低温箱内部的露点温度；另一方面，一旦磨损或泄露会破坏高低温环境箱内部的洁净度；再一方面,因传动轴引入的摩擦使测试结果失真。

因此，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。然而，现有的密封装置大都存在清洁度低、而且安装精度要求过高的缺点，因此，如何克服上述问题，在现有的航天设备的地面模拟装置中，提供多自由度、清洁度高、气密性好的装置，是本领域技术人员有待解决的一个问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种四自由度高低温箱竖置穿箱轴气体密封装置，可以通过气封套对竖向传动轴进行密封，其可以维持环境箱内部的高洁净度，并且不引入摩擦的允许竖向传动轴绕自身轴线转动与沿自身轴线纵向移动两个自由度，同时通过横向平面移动气浮带动气封套在高低温箱上方平面内进行“x”和“y”轴方向上两个自由度的平面自由移动，能极大程度的适应航天及航天地面模拟装置中复杂的运行情况。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种四自由度高低温箱竖置穿箱轴气体密封装置，包括气封套、竖向传动轴、密封装置、连接装置、横向平面移动气浮、底座气浮和高低温箱，所述竖向传动轴套装在气封套内，竖向传动轴具有绕自身轴线转动与沿自身轴线纵向移动两个自由度，竖向传动轴和气封套之间形成间隙ⅰ，气封套通过供气设备向间隙ⅰ内提供气压，间隙ⅰ内的气压高于高低温箱内的气压，密封装置的内侧固定连接在气封套上，密封装置的外侧固定连接在连接装置，连接装置上固定连接有横向平面移动气浮，高低温箱上固定连接有底座气浮，平面移动气浮和底座气浮之间形成间隙ⅱ，平面移动气浮和底座气浮均通过供气设备向间隙ⅱ内提供气压，间隙ⅱ内的气压推动平面移动气浮浮在底座气浮上。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种四自由度高低温箱竖置穿箱轴气体密封装置，所述气封套包括气封套体、安装凸台、凹槽、传输通道、输出孔ⅰ、输气管ⅰ和铜套喷嘴ⅰ，气封套体的上端一体成型有安装凸台，气封套体上设置有凹槽，传输通道设置有多个，多个传输通道均沿凹槽的圆周均匀分布，每个传输通道内均连通有两个输出孔ⅰ，气封套体和竖向传动轴之间形成间隙ⅰ，多个输出孔ⅰ的内端均和间隙ⅰ连通，多个输出孔ⅰ内均固定连接有铜套喷嘴ⅰ，凹槽内设置有输气管ⅰ，输气管ⅰ上连接有供气设备。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种四自由度高低温箱竖置穿箱轴气体密封装置，所述多个输出孔ⅰ均与竖向传动轴的轴线方向垂直设置，每一个输出孔ⅰ均以竖向传动轴轴线为中心对称设置有另一个输出孔ⅰ。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种四自由度高低温箱竖置穿箱轴气体密封装置，所述密封装置包括气封套法兰盘和密封套，螺钉ⅰ从上至下依次穿过套法兰盘和密封套固定连接在气封套体上，密封套和气封套体接触将凹槽密封，输气管ⅰ穿过气封套法兰盘和密封套和凹槽连通。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种四自由度高低温箱竖置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从上至下依次穿过垫圈ⅰ和圆环状橡胶固定连接在安装凸台上。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种四自由度高低温箱竖置穿箱轴气体密封装置，所述横向平面移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ⅱ、输出孔ⅱ、铜套喷嘴ⅱ和限位挡环，螺栓ⅱ从上至下依次穿过垫圈ⅱ和圆环状橡胶固定连接在安装凸台上，螺栓ⅲ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，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ⅱ设置有多个，多个输出孔ⅱ均沿传输通道ⅰ周向均匀分布，多个输出孔ⅱ均和传输通道ⅰ连通，多个输出孔ⅱ内均固定连接有铜套喷嘴ⅱ，输气管ⅱ穿过移动气浮盖和传输通道ⅰ连通，输气管ⅱ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，本发明一种四自由度高低温箱竖置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ⅲ、输出孔ⅲ和铜套喷嘴ⅲ，螺钉ⅱ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ⅲ穿过底座和传输通道ⅱ连通，输气管ⅲ上连接有供气设备，输出孔ⅲ设置有多个，多个输出孔ⅲ均沿传输通道ⅱ周向均匀分布，多个输出孔ⅲ均和传输通道ⅱ连通，多个输出孔ⅲ内均固定连接有铜套喷嘴ⅲ，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，本发明一种四自由度高低温箱竖置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，本发明一种四自由度高低温箱竖置穿箱轴气体密封装置，所述多个输出孔ⅲ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，本发明一种四自由度高低温箱竖置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。

本发明一种四自由度高低温箱竖置穿箱轴气体密封装置的有益效果为：

本发明一种四自由度高低温箱竖置穿箱轴气体密封装置，可以通过外界供气设备提供高压无尘干燥气体，在气封套和传动轴之间形成稳定的、厚度均匀的气膜，并且不引入摩擦的允许竖向传动轴绕自身轴线转动与沿自身轴线纵向移动两个自由度，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；外界供气设备提供高压无尘干燥气体，使横向平面移动气浮与底座气浮之间形成平稳的气膜，使横向平面移动气浮与气封套悬浮在底座气浮上，达到气封套在箱体上无摩擦地进行“x”和“y”轴方向上两个自由度的平面自由移动，能够降低了航天及航天地面模拟装置中对竖向传动轴的安装精度的要求；同时具有四自由度移动特点，对竖向传动轴的转速和轴向移动的不限制，不但可以密封具有轴向运动的竖向传动轴，还适用于从低速到高速的各个速度过程的气体密封。

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是本发明的四自由度高低温箱竖置穿箱轴气体密封装置整体结构示意图；

图2是本发明的四自由度高低温箱竖置穿箱轴气体密封装置局部结构示意图一；

图3是本发明的四自由度高低温箱竖置穿箱轴气体密封装置局部结构示意图二；

图4是本发明的a局部放大图结构示意图；

图5是本发明的气封套结构示意图；

图6是本发明的b局部放大图结构示意图；

图7是本发明的密封装置结构示意图；

图8是本发明的连接装置结构示意图；

图9是本发明的横向平面移动气浮结构示意图；

图10是本发明的d局部放大图结构示意图；

图11是本发明的底座气浮结构示意图；

图12是本发明的e局部放大图结构示意图。

图中：气封套1；气封套体1-1；安装凸台1-2；凹槽1-3；传输通道1-4；输出孔ⅰ1-5；输气管ⅰ1-6；铜套喷嘴ⅰ1-7；竖向传动轴2；密封装置3；气封套法兰盘3-1；密封套3-2；连接装置4；垫圈ⅰ4-1；垫圈ⅱ4-2；圆环状橡胶4-3；横向平面移动气浮5；移动气浮盖5-1；移动气浮5-2；密封橡胶环ⅰ5-3；传输通道ⅰ5-4；输气管ⅱ5-5；输出孔ⅱ5-6；铜套喷嘴ⅱ5-7；限位挡环5-8；底座气浮6；底座6-1；底座气浮6-2；密封橡胶环ⅱ6-3；传输通道ⅱ6-4；输气管ⅲ6-5；输出孔ⅲ6-6；铜套喷嘴ⅲ6-7；高低温箱7。

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1-12说明本实施方式，一种四自由度高低温箱竖置穿箱轴气体密封装置，包括气封套1、竖向传动轴2、密封装置3、连接装置4、横向平面移动气浮5、底座气浮6和高低温箱7，所述竖向传动轴2套装在气封套1内，竖向传动轴2具有绕自身轴线转动与沿自身轴线纵向移动两个自由度，竖向传动轴2和气封套1之间形成间隙ⅰ，气封套1通过供气设备向间隙ⅰ内提供气压，间隙ⅰ内的气压高于高低温箱7内的气压，密封装置3的内侧固定连接在气封套1上，密封装置3的外侧固定连接在连接装置4，连接装置4上固定连接有横向平面移动气浮5，高低温箱7上固定连接有底座气浮6，平面移动气浮5和底座气浮6之间形成间隙ⅱ，平面移动气浮5和底座气浮6均通过供气设备向间隙ⅱ内提供气压，间隙ⅱ内的气压推动平面移动气浮5浮在底座气浮6上；可以通过外界供气设备提供高压无尘干燥气体，在气封套1和竖向传动轴2之间形成稳定的、厚度均匀的气膜，并且不引入摩擦的允许竖向传动轴2绕自身轴线转动与沿自身轴线纵向移动两个自由度，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；外界供气设备提供高压无尘干燥气体，使横向平面移动气浮5与底座气浮6之间形成平稳的气膜，使横向平面移动气浮5与气封套1悬浮在底座气浮6上，达到气封套1在箱体上无摩擦地进行“x”和“y”轴方向上两个自由度的平面自由移动，能够降低了航天及航天地面模拟装置中对竖向传动轴2的安装精度的要求；同时具有四自由度移动特点，对竖向传动轴2的转速和轴向移动的不限制，不但可以密封具有轴向运动的竖向传动轴2，还适用于从低速到高速的各个速度过程的气体密封。

具体实施方式二：

下面结合图1-12说明本实施方式，所述气封套1包括气封套体1-1、安装凸台1-2、凹槽1-3、传输通道1-4、输出孔ⅰ1-5、输气管ⅰ1-6和铜套喷嘴ⅰ1-7，气封套体1-1的上端一体成型有安装凸台1-2，气封套体1-1上设置有凹槽1-3，传输通道1-4设置有多个，多个传输通道1-4均沿凹槽1-3的圆周均匀分布，每个传输通道1-4内均连通有两个输出孔ⅰ1-5，气封套体1-1和竖向传动轴2之间形成间隙ⅰ，多个输出孔ⅰ1-5的内端均和间隙ⅰ连通，多个输出孔ⅰ1-5内均固定连接有铜套喷嘴ⅰ1-7，凹槽1-3内设置有输气管ⅰ1-6，输气管ⅰ1-6上连接有供气设备；外界供气设备将干燥、纯净的气体通过输气管ⅰ1-6进入到气封套1的凹槽1-3内，凹槽1-3通过密封装置3完全密封，传输通道1-4沿凹槽1-3的圆周均匀分布，每个传输通道1-4内均连通有两个输出孔ⅰ1-5，输出孔ⅰ1-5出口端为气封套1的内壁，传输通道1-4的长度小于气封套1的长度，与气封套1的底端封死，另一端与密封装置3紧密接触，防止密封气体泄漏；传输通道1-4靠向竖向传动轴2的一侧设有输出孔ⅰ1-5，输出孔ⅰ1-5轴向方向与传传输通道1-4轴向垂直，输出孔ⅰ1-5的一端与传输通道相连，输出孔ⅰ1-5的另外一端与竖向传动轴2的外壁形成相隔一个0.1mm至0.2mm的气膜；输出孔ⅰ1-5的内部设有孔径为0.2mm的铜套喷嘴ⅰ1-7，输出孔ⅰ1-5沿传输通道1-4轴向方向设置两个；每一个输出孔ⅰ1-5均以竖向传动轴2轴线为中心对称设置有另一个输出孔ⅰ1-5，在通过输出气体对竖向传动轴2进行密封的过程中同时也保证输出气体对传动轴的作用力均衡。

具体实施方式三：

下面结合图1-12说明本实施方式，所述多个输出孔ⅰ1-5均与竖向传动轴2的轴线方向垂直设置，每一个输出孔ⅰ1-5均以竖向传动轴2轴线为中心对称设置有另一个输出孔ⅰ1-5。

具体实施方式四：

下面结合图1-12说明本实施方式，所述密封装置3包括气封套法兰盘3-1和密封套3-2，螺钉ⅰ从上至下依次穿过套法兰盘3-1和密封套3-2固定连接在气封套体1-1上，密封套3-2和气封套体1-1接触将凹槽1-3密封，输气管ⅰ1-6穿过气封套法兰盘3-1和密封套3-2和凹槽1-3连通。

具体实施方式五：

下面结合图1-12说明本实施方式，所述连接装置4包括垫圈ⅰ4-1、垫圈ⅱ4-2和圆环状橡胶4-3，螺栓ⅰ从上至下依次穿过垫圈ⅰ4-1和圆环状橡胶4-3固定连接在安装凸台1-2上；竖向传动轴2在竖直方向存在两个自由度，竖向传动轴2既可以在竖直方向自由移动，同时竖向传动轴2还可以绕着自身轴线旋转；竖向传动轴2穿过气封套1与高低温箱7内部相通，气封套1通过连接装置4与横向移动气浮5连为一体，连接装置4的垫圈ⅰ4-1的外径与垫圈ⅱ4-2的内径至少相距5cm，垫圈ⅰ4-1与垫圈ⅱ4-2之间通过圆环状橡胶4-3连接，在航天地面模拟试验过程中，可以通过圆环状橡胶4-3减小气封套1和竖向传动轴2在安装过程中由于装配误差所带来的影响。

具体实施方式六：

下面结合图1-12说明本实施方式，所述横向平面移动气浮5包括移动气浮盖5-1、移动气浮5-2、密封橡胶环ⅰ5-3、传输通道ⅰ5-4、输气管ⅱ5-5、输出孔ⅱ5-6、铜套喷嘴ⅱ5-7和限位挡环5-8，螺栓ⅱ从上至下依次穿过垫圈ⅱ4-2、圆环状橡胶4-3和固定连接在安装凸台1-2上，螺栓ⅲ从下至上依次穿过移动气浮5-2和移动气浮盖5-1圆环状橡胶4-3固定连接在垫圈ⅱ4-2上，移动气浮盖5-1和移动气浮5-2之间设置有两个密封橡胶环ⅰ5-3，移动气浮5-2上设置有传输通道ⅰ5-4，两个密封橡胶环ⅰ5-3均和传输通道ⅰ5-4同轴设置，传输通道ⅰ5-4的内外直径均位于两个密封橡胶环ⅰ5-3之间，输出孔ⅱ5-6设置有多个，多个输出孔ⅱ5-6均沿传输通道ⅰ5-4周向均匀分布，多个输出孔ⅱ5-6均和传输通道ⅰ5-4连通，多个输出孔ⅱ5-6内均固定连接有铜套喷嘴ⅱ5-7，输气管ⅱ5-5穿过移动气浮盖5-1和传输通道ⅰ5-4连通，输气管ⅱ5-5上连接有供气设备，移动气浮5-2下端的内侧固定连接有限位挡环5-8。

具体实施方式七：

下面结合图1-12说明本实施方式，所述底座气浮6包括底座6-1、底座气浮6-2、密封橡胶环ⅱ6-3、传输通道ⅱ6-4、输气管ⅲ6-5、输出孔ⅲ6-6和铜套喷嘴ⅲ6-7，螺钉ⅱ从上至下依次穿过底座6-1和底座气浮6-2固定连接在高低温箱7上，底座6-1和底座气浮6-2之间设置有两个密封橡胶环ⅱ6-3，底座6-1上设置有传输通道ⅱ6-4，两个密封橡胶环ⅱ6-3均和传输通道ⅱ6-4同轴设置，传输通道ⅱ6-4的内外直径均位于两个密封橡胶环ⅱ6-3之间，输气管ⅲ6-5穿过底座6-1和传输通道ⅱ6-4连通，输气管ⅲ6-5上连接有供气设备，输出孔ⅲ6-6设置有多个，多个输出孔ⅲ6-6均沿传输通道ⅱ6-4周向均匀分布，多个输出孔ⅲ6-6均和传输通道ⅱ6-4连通，多个输出孔ⅲ6-6内均固定连接有铜套喷嘴ⅲ6-7，底座6-1和移动气浮5-2之间形成间隙ⅱ；横向平面移动气浮5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ⅰ5-4相通，传输通道ⅰ5-4沿横向平面移动气浮5的圆周方向均匀分布输出孔ⅱ5-6，输出孔ⅱ5-6的气体输出端为底座气浮6，底座气浮6通过螺钉ⅱ固定在高低温箱7上，输气管ⅲ6-5一端与外界供气设备相通，输气管ⅲ6-5的另一端与传输通道ⅱ6-4相通，传输通道ⅱ6-4沿底座气浮6的圆周方向均匀分布输出孔ⅲ6-6，输出孔ⅲ6-6的气体输出端为横向平面移动气浮5，通过外界供气设备使横向平面移动气浮5与底座气浮6相互吹气，在间隙ⅱ内形成气膜，通过气压使横向平面移动气浮5利用连接装置4带动气封套1在高低温箱7上方平面进行无摩擦地进行“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1-12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ⅰ5-4垂直设置，相对传输通道ⅰ5-4的内直径大于传输通道ⅱ6-4的外直径。

具体实施方式九：

下面结合图1-12说明本实施方式，所述多个输出孔ⅲ6-6的轴向均相对传输通道ⅱ6-4垂直设置，底座气浮6-2的内直径和高低温箱7的内直径相等。

具体实施方式十：

下面结合图1-12说明本实施方式，所述限位挡环5-8下端的高度低于底座气浮6-2上端的高度；限位挡环5-8可以在自由移动的过程中对横向平面移动气浮5平面移动范围进行限制，保证四自由度高低温箱竖置穿箱轴气体密封装置时刻处在最佳气密性条件下工作。

本发明的一种四自由度高低温箱竖置穿箱轴气体密封装置，其工作原理为：

外界供气设备将干燥、纯净的气体通过输气管ⅰ1-6进入到气封套1的凹槽1-3内，凹槽1-3通过密封装置3完全密封，传输通道1-4沿凹槽1-3的圆周均匀分布，每个传输通道1-4内均连通有两个输出孔ⅰ1-5，输出孔ⅰ1-5出口端为气封套1的内壁，传输通道1-4的长度小于气封套1的长度，与气封套1的底端封死，另一端与密封装置3紧密接触，防止密封气体泄漏；传输通道1-4靠向竖向传动轴2的一侧设有输出孔ⅰ1-5，输出孔ⅰ1-5轴向方向与传传输通道1-4轴向垂直，输出孔ⅰ1-5的一端与传输通道相连，输出孔ⅰ1-5的另外一端与竖向传动轴2的外壁相隔一个0.1mm至0.2mm的气膜；输出孔ⅰ1-5的内部设有孔径为0.2mm的铜套喷嘴ⅰ1-7，输出孔ⅰ1-5沿传输通道1-4轴向方向设置两个；每一个输出孔ⅰ1-5均以竖向传动轴2轴线为中心对称设置有另一个输出孔ⅰ1-5，在通过输出气体对竖向传动轴2进行密封的过程中同时也保证输出气体对传动轴的作用力均衡；竖向传动轴2在竖直方向存在两个自由度，竖向传动轴2既可以在竖直方向自由移动，同时竖向传动轴2还可以绕着自身轴线旋转；竖向传动轴2穿过气封套1与高低温箱7内部相通，气封套1通过连接装置4与横向移动气浮5连为一体，连接装置4的垫圈ⅰ4-1的外径与垫圈ⅱ4-2的内径至少相距5cm，垫圈ⅰ4-1与垫圈ⅱ4-2之间通过圆环状橡胶4-3连接，在航天地面模拟试验过程中，可以通过圆环状橡胶4-3减小气封套1和竖向传动轴2在安装过程中由于装配误差所带来的影响；横向平面移动气浮5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ⅰ5-4相通，传输通道ⅰ5-4沿横向平面移动气浮5的圆周方向均匀分布输出孔ⅱ5-6，输出孔ⅱ5-6的气体输出端为底座气浮6，底座气浮6通过螺钉ⅱ固定在高低温箱7上，输气管ⅲ6-5一端与外界供气设备相通，输气管ⅲ6-5的另一端与传输通道ⅱ6-4相通，传输通道ⅱ6-4沿底座气浮6的圆周方向均匀分布输出孔ⅲ6-6，输出孔ⅲ6-6的气体输出端为横向平面移动气浮5，通过外界供气设备使横向平面移动气浮5与底座气浮6相互吹气，在间隙ⅱ内形成气膜，通过气压使横向平面移动气浮5利用连接装置4带动气封套1在高低温箱7上方平面进行无摩擦地进行“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。