专利名称：旋杯流速仪的旋转支承系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种江河水文测验领域中水流速度测量仪器，尤其涉及一种旋杯流速仪的部件，旋杯流速仪的旋转支承系统。
背景技术：
旋杯流速仪属于常用的江河水流速度测量仪器，其结构由旋杯部件，旋转支承系统，发信部件等主机和尾翼部件等组成。旋杯部件安装在旋转轴上，构成仪器旋转部份，为流速传感头，支承在装于仪器安装支架的上、下横梁间的旋转支承系统上，发信部件是一减速传动付和机械触点开关，仪器的安装支架尾部装有仪器定向的尾翼部件，其中间有一测量安装孔，测量江河水流流速时，把其装在测量设备上，仪器下放到预定测点水深中，水流速度V越快，旋杯部件转速n越快，它们之间存在一定的函数关系V＝f(n)。通过SL/T150《直线明槽中转子式流速仪的检定》实验确定，建立流速检定公式。旋杯流速仪的旋转支承系统包括上、下轴承付和其自身结构形成的轴承油室及其密封装置。
由于现有技术存在产品缺陷、缺点，给使用带来不便，同时影响检定公式，即水文测量精度。仪器产品缺陷、缺点有1.上、下轴承付，由安装在仪器支架上部的轴颈-轴承和下部倒装锥形轴承-轴尖等组成，是仪表活动支承中用于低转速、轴向轻负荷工作的支承结构。作为流速测量的传感头，除测量低速外，更主要的是用于测量中、高速。水流作用力是径向的，其量值P＝0.2Vkg，是相当大的，而轴尖仅一点工作于锥形轴承斜面，单边受力，应力较大。由于产品结构缺陷，仪器使用中暴露的问题有①轴尖易磨损、断裂，特别是在汛期测量高速时，而在野外条件下，更换备用件十分不便，需要120号汽油洗涤剂清洗，并加仪表油，费事、费时、费钱，并殆误无法挽回的测量时机，影响测量精度；②这种结构的旋转轴轴向工作游隙太小，Δ＝0.03～0.05mm，调整、检测困难，一般凭经验，调整偏差引起的后果是Δ＜0.03mm时，旋转轴受轴向压力，摩阻力增大，仪器灵敏度差，影响低速测量精度；Δ＞0.1mm时，旋杯部件质量轴偏离中心，产生附加离心力偶，引起振动，导致轴尖磨损加剧，并断裂；③轴承付材料均为轴承钢，易锈蚀；④轴承付材料硬度低、差值小，易磨损，磨擦系数较大。
2.轴承油室，用于安装上、下轴承付，同时设有防止河水入侵的密封装置。由设有轴承工作油室的轴承座、安装轴尖的轴尖座、轴尖座的固定帽和护罩等组成。结构缺陷①轴承工作点位于轴承油室中，高度太低；②固定帽无密封措施，迷宫顶点直通外界，失去迷宫密封作用；③护罩形成的迷宫路径太短，曲折少，缝隙太大。长期实践表明，该结构密封性差，轴承油室易进水，并把比重轻的仪表油挤出，河水中泥沙沉淀，油室变成沉沙池，轴承被淹没在其中，河水中泥沙含有强烈切削力的碳化硅很快磨损轴承付。
发明内容
上述目前旋杯流速仪在使用中存在的产品缺陷和缺点，可用本实用新型旋杯流速仪旋转支承系统来解决，并达到仪器性能稳定、工作可靠，使用方便等要求，而要达到此目的，需具体解决如下技术问题1、旋转支承系统，系统作用力，支承付材料、硬度及其配比，耐磨和抗腐以及旋转部件轴向工作游隙调整等；
2.用于保护支承付工作的轴承油室密封装置及其密封性能。
为解决上述问题，本实用新型以理论为指导，总结经验，借鉴有关实验成果，创新结构，最后用实验进一步验证可行性。
实施的总体方案是旋杯流速仪旋转支承系统，上、下轴承付及其安装部分构成的轴承油室和密封装置，其特征在于，上、下轴承付均由两套水流的自适应结构构成，两套结构分别是轴颈-轴承和微钢球-轴垫。
更具体地说，总体方案是旋杯流速仪旋转支承系统，由轴颈-轴承和微钢球-轴垫两套自适支承组合结构组成低转速部分采用微钢球和平面轴垫支承，轴颈-轴承限位；中、高速部分采用轴颈和圆柱轴承支承，微钢球-轴承限位。
这种结构使得仪器可根据水流速度仪器旋转部分受力不同，结构本身可自动适应，并提高油室密封性能。
以上结构中，本申请推荐所述的微钢球采用不锈钢球；所述的平面轴垫材料采用硬质合金；所述的轴颈、圆柱轴承材料分别采用硬质合金和刚玉。
所述的上、下支承付各自安装在其本身形成的轴承油室中。
所述的上支承油室是有微钢球和微钢球座之间隙空间组成。
所述的上、下支承付各自安装在其本身形成的轴承油室。
所述的上支承油室是由微钢球和微钢球座之间隙空间组成。
系统作用力分析按照上述水流作用在旋杯转子上的力与速度率成正比计算，当仪器在测量毒素程0.1～4m/S两端工作时，作用力分别为0.02Kg和3.2Kg，显然，用于低速，轻负荷的轴尖支承是不适于高速工作的，可见上述方案是正确的。
支承付工作分析根据仪表活动支承理论和实践表明，滚动摩擦系数远低于滑动摩擦系数，且磨损小，因此，本实用新型把上、下轴承付的支承结构按其工作时受力情况不同分成两种组合结构，低转速部分采用微钢球和平面轴垫支承，中、高速部分采用轴颈和圆柱轴承支承，另一支承结构仅起限位作用，对于轴向限位要求也无须严格。另在轴颈支座罗纹肩部增设一弹簧垫圈以方便调整工作游隙。从仪器工作的作用力分析低速时，仪器旋转部件支承在微钢球一点上轻盈地滚动，摩阻力小，仪器灵敏度高；高速工作时，轴颈与轴承是线接触，结构抗冲击强度和耐磨性好。这样从结构上解决了各种速度下仪器正常工作受力以及轴向工作游隙调整问题。
摩擦理论从摩擦理论和实验还表明，支承摩阻与其磨损量与配偶材料硬度和硬度差值有关，目前现有技术使用的轴尖、锥形轴承材料均为GCr15轴承钢，硬度HRC分别为60～65，配偶硬度差值ΔHRC＝2～5，本实用新型低速部分的微钢球材料为不锈钢，硬度HRC65，平面轴垫材料为硬质合金，硬度HRC75，ΔHRC＝10；中、高速支承部分，轴颈、圆柱轴承材料分别为硬质合金和刚玉，硬度分别为HRC75和莫氐9级，满足摩擦理论要求。
本实用新型结构较好地解决了仪器工作的受力合理性和轴承付低摩阻、耐磨、抗腐、抗冲击，以及旋转部件轴向工作游隙调整等问题。
为确保本实用新型的仪器正常工作，并达到第2发明目的，本实用新型有以下优化方案在下轴承支部件和支承空间充满仪表油作为轴承油室，并把其上方套在旋转部件的下轴承支部件和旋转轴承孔中，构成轴承油室密封装置，该密封结构与现有技术比较有以下改进①密封迷宫回路弯道从2道增至7道，迷宫缝隙从0.5mm减少到0.2mm，特别是轴承付工作点处的缝隙，只有0.03mm，迷宫路径长度从10mm，加长至40mm；②将轴承工作点微钢球设于轴承油室，即密封迷宫最高处。根据波义耳定律，在一定容器中，体积V和压力P的乘积为一常数C，故仪器在深水中工作时，河水在水深压力作用下，无法达到密封迷宫路径的顶点，即轴承付工作点；③微钢球和钢球座之间空隙，只需加一滴仪表油便可使微钢球外表面黏附有油膜，构成粘滞性微型油室，可以长期工作；④在轴颈座肩部增设一弹簧垫圈和补偿垫圈，以方便调整轴承工作游隙；⑤在支撑座头部增设一密封盖、大密封圈，堵住此进水通道，从结构上确保密封迷宫的密封性和可靠性。
旋转轴上部支承结构按相同原理设计。经理论分析和室内实验是可行的。
本实用新型与现有技术比较有益效果1.旋转支承系统，本实用新型旋转支承系统结构在受力状态，轴承付材料、配偶硬度及其差值和防腐性能，旋轴轴向工作游隙的调整等方面设计均较现有技术合理，轴承付可在高、低速下长期、正常地工作而不损坏，确保测速精度，延长检修期限，使用中旋轴轴向工作游隙值Δ要求不严，调整方便。
2.轴承油室密封装置，密封可靠，确保轴承付不被河水污染，可长期正常工作，并节约洗涤剂汽油和润滑仪表油。
在具体实施中，本实用新型可以是单独的旋杯流速仪的旋转支承系统；也可以是包括有本结构的旋杯流速仪的旋转支承系统的整体的旋桨流速仪；还可以是同时包括有本结构的旋杯流速仪的旋转支承系统与轴承油室密封装置的整体的旋桨流速仪，以上三种方式均可以形成商品。
本实用新型旋杯流速仪旋转支承系统结构性能比较完善，可在产品规定的测速量程下，正常、长期工作，确保水文测验精度，使用方便，具有较好的社会、经济效益。
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细的说明。
图1是旋杯流速仪主机结构图；图2是旋杯流速仪旋转支承系统下轴承付和轴承油室结构图；图3是旋杯流速仪旋转支承系统上轴承付结构图；具体实施方式
实施例1，图1是旋杯流速仪主机结构图，包括仪器安装支架2，发信部件6，上、下轴承付7、12，旋转轴部件8，旋杯部件9和六角螺母、垫圈10、11等。旋杯部件9用六角螺母、垫圈10、11安装在旋转轴部件8的轴承座具有定位槽的外圆上，构成旋杯流速仪旋转部分，它装于固定在仪器安装支架2上、下横梁的上、下轴承付7、12中，发信部件6安装在上轴承付7后侧处。
图2是旋杯流速仪支承系统下轴承付和轴承油室结构图。包括轴颈座13、轴颈14，微钢球15，长轴垫16，长轴垫座17，小密封圈18，旋轴座19，微钢球座20，轴承21，支承座22，大密封圈23，密封盖24，弹簧垫圈25和补偿垫圈26等。轴承21，微钢球座20，微钢球15，长轴垫16，小密封圈18按序装进长轴垫座17孔中，构成下轴承支部件27，长轴垫座17上部有螺纹，下部有一起子槽，借起子拧紧在旋转轴座19螺孔中，更换装卸十分方便。轴颈14压合在轴颈座13孔中，成为一体，在其轴肩部垫有弹簧25、补偿垫圈26，安装在支承座22螺孔中，当调整好旋转轴部件8轴向工作游隙后，用大密封圈23、密封盖24盖紧、并密封，构成下轴颈支部件28，装于仪器安装支架2下横梁孔中，下轴承支部件27装于旋转轴部件8下部旋转轴座螺孔中，并以其上的微钢球15支承在下轴承支部件27的轴颈14上，构成下轴承付12，其中微钢球15、长轴垫16和轴颈14在低速测量中主要承受轴向负荷；而轴颈14、轴承21在中、高速测量中主要承受径向负荷。在低转速工作时，主要运动方式为滚动，摩阻力小，故仪器灵敏度好；在中、高转速工作时，运动方式以线接触滑动方式为主，强度好，磨损小。下轴承付12整体及其配装零件都容易更换，装卸便捷。
下轴颈支部件28、支承座22外圆分别套在下轴承支部件27和旋转部件8下方旋转轴19的孔中，构成轴承油室的转轴动态密封迷宫装置，其密封迷宫回路径向缝隙细，路径曲折而长，密封性好，轴承付的微钢球15位于轴承油室顶点处，微钢球15-5和微钢球座20的间隙空间只需注入一滴仪表油，依靠油的粘滞力粘附在微钢球周围，便可正常润滑，长期工作。
图3是旋杯流速仪支承系统上轴承付结构图，包括微钢球15、轴承21、旋转轴29、上轴颈30、传信座31、上轴垫32、上钢球座33和上轴承座34等。轴承21、上钢球座33、微钢球15、上轴垫32按序装进上轴承座34孔中，构成上轴承支部件35，用起子拧紧在传信座31螺孔中，上轴颈30压合在旋转部件8的旋转轴29孔中，上轴颈30外圆和端部分别与轴承21和微钢球15配合，构成上轴承付7，以轴向滚动、径向滑动的运动方式，与下轴承付一样，微钢球15位于轴承油室顶点处，加油润滑，可长期工作，并具有较小的摩阻，并能承受一定的径向负荷；传信座(31)圆柱深孔与旋转轴部件8的旋转轴29外圆之间构成间隙0.3mm，长40mm的密封细缝。
权利要求1.一种旋杯流速仪旋转支承系统，上、下轴承付及其安装部分构成轴承油室和密封装置，其特征在于，上、下轴承付均由两套对水流的自适应支承组合构成，两套自适应支承组合的结构分别是轴颈-轴承和微钢球-轴垫。
2.按照权利要求1所述的旋杯流速仪旋转支承系统，其特征在于，所述的两套自适支承组合结构是低转速部分采用微钢球和平面轴垫支承，轴颈-轴承限位；中、高速部分采用轴颈和圆柱轴承支承，微钢球-轴垫限位。
3.按照权利要求1或2所述的旋杯流速仪旋转支承系统，其特征在于，所述的微钢球为不锈钢球；所述的平面轴垫材料为硬质合金；所述的轴颈、圆柱轴承材料分别为硬质合金和刚玉。
4.按照权利要求3所述的旋杯流速仪旋转支承系统，其特征在于，上、下支承付各自安装在其本身形成的轴承油室。
5.按照权利要求4所述的旋杯流速仪旋转支承系统，其特征在于，上支承油室是由微钢球和微钢球座之间隙空间组成。
6.按照权利要求5所述的旋杯流速仪旋转支承系统，其特征在于，轴承油室还设有密封装置，其结构是密封迷宫回路弯道设置7道，迷宫缝隙为0.2mm，轴承付工作点处的缝隙为0.03mm，迷宫路径长度为40mm。
7.按照权利要求4或5或6所述的旋杯流速仪旋转支承系统，其特征在于，所述的轴承油室密封装置的轴承工作点设于迷宫最高处。
8.按照权利要求7所述的旋杯流速仪旋转支承系统，其特征在于，所述的微钢球外表面黏附有油膜，构成粘滞性微型油室。
9.按照权利要求8所述的旋杯流速仪旋转支承系统，其特征在于，所述轴承油室密封装置的轴尖支座肩部设有弹簧垫圈和补偿垫圈。
专利摘要旋杯流速仪旋转支承系统，上、下轴承付及其安装部分构成轴承油室和密封装置，特征是，上、下轴承付均由两套水流自适应支承组合构成，两套支承组合分别是轴颈－轴承和微钢球－轴垫。具体结构低转速部分采用微钢球和平面轴垫支承，轴颈－轴承限位；中、高速部分采用轴颈和圆柱轴承支承，微钢球－轴垫限位。优化方案轴承油室设有密封装置密封迷宫回路弯道设置7道，迷宫缝隙0.2mm，轴承付工作点的缝隙0.03mm，迷宫路径长度40mm。轴承油室密封装置的轴承工作点设于迷宫最高处。微钢球外表面黏附有油膜，构成粘滞性微型油室。本设计可在高、低速下长期正常工作，确保测速精度，调整方便。轴承油室密封可靠，使用方便。
文档编号G01C13/00GK2781376SQ20052006959
公开日2006年5月17日 申请日期2005年3月9日 优先权日2005年3月9日
发明者杨汉塘 申请人:水利部南京水利水文自动化研究所