专利名称：单轴双销铰链式大门机构的制作方法
单轴双销铰链式大门机构
技术领域：
本发明涉及一种单轴双销铰链式大门机构，属于大中型卧式容器的大门机构领域。
背景技术：
大中型卧式容器的大门机构是进出容器的主要甚至唯一途径，容器内高压或高真
空的维持受大门密封性能的影响较大，大门关闭后若大门法兰与舱体法兰不能很好的贴
合，则不能保证容器在大门处的有效密封。直径大于4m的大中型卧式容器的大门质量多达
几吨甚至十几吨，该类重型大门的有效承重是大门设计时必须考虑的因素。 大中型卧式容器的大门机构多采用平移式或吊挂式，较少采用铰链式，主要是因
为铰链式大门机构在生产和组装过程中由于加工和装配误差，通常会出现大门法兰端面与
舱体法兰端面不贴合以及两法兰端面错位等"关不严"的问题，另外由于铰链通常安装在大
门的一侧，受力结构不对称，在大门生产装配和长期运行过程中，大门自重引起铰链机构的
变形会加剧"关不严"的程度。 为解决铰链式大门"关不严"的问题，先后出现了双铰链、三铰链等多铰链大门机
构，多铰链大门机构能很好的解决大门"关不严"的问题，但每增加一个转轴就增加一个大
门机构运行的自由度，为大门机构的运行控制增加难度，需单独设计大门的限位及导轨等
附属机构。另外多铰链大门机构的转轴越多，铰链机构的力臂越长，受力就越复杂，对重型
大门的承重设计不利，这也是多铰链形式很少应用于大中型卧式容器的另一原因。 综上所述，铰链式大门机构设计时应考虑大门自重的有效承载，同时考虑多转轴
时大门运行控制的限位及支撑等附属机构。
发明内容
本发明公开了一种基于双转轴原理的单轴双销铰链式大门机构，单轴双销铰链式大门机构指大门的开闭靠双转轴实现，"单轴"为一根通轴，大门能绕该轴做360°全转，"双销"为上下两个销组成的另一转轴，销轴受限转动，用于补偿大门关闭后两法兰端面不贴合的间隙。当容器抽真空后，大门法兰向舱体法兰移动压縮密封圈，单轴和双销轴协同微转动，始终保证两法兰端面紧密贴合。单轴双销铰链式大门机构安装在大门的一侧，销轴的受力单元为滑动轴承结构，单轴的受力单元为滚动轴承结构。 单轴双销铰链式大门机构包括前销连杆(7、8)、销轴连杆(9、 10)、单轴连杆(11、12)、单轴(13)、销(19、20)、轴瓦(21、22)、限转杆(15、16)、限转机构(17U8)、轴承(23、24、25)。前销连杆(7、8)通过大门弧形板(6)与大门法兰(3)连接，单轴连杆(11、12)通过舱体弧形板(5)与舱体(1)上的舱体法兰(2)连接，使得单轴双销大门机构与舱体和大门组成一个刚体，将大门自重对单轴双销机构的力和力矩分担到舱体上。前销上连杆(7)、销轴上连杆(9)、上销(19)和上轴瓦(21)组成销轴的上受力单元，前销下连杆(8)、销轴下连杆(1Q)、下销(20)和下轴瓦(22)组成销轴的下受力单元。销轴上连杆(9)、轴承1(23)和单轴上连杆(11)组成单轴的上受力单元，销轴下连杆(10)、轴承11(24)、轴承111(25)和单轴下连杆(12)组成单轴下受力单元。上限转杆(15)、上限转机构(17)和下限转杆(16)、下限转机构(18)分别组成上下限转装置，实现销轴的受限转动功能。限转杆(15、 16)分别与前销连杆(7、8)用螺钉连接、圆柱销定位，螺钉承受翻转力矩，圆柱销承受剪切力。限转机构(17、 18)分别安装在销轴连杆(9、 10)上，限转杆(15、 16)可在限转机构内作微转动，转动幅度与限转轴的限转角度有关，可通过调节限转机构(17、 18)上的调节弹簧(26)的压縮量实现。 单轴双销铰链式大门机构的积极效果在于 1.前销连杆(7、8)通过大门弧形板(6)与大门法兰(3)连接，单轴连杆(11、12)
通过舱体弧形板(5)与舱体(1)上的舱体法兰(2)连接，使得单轴双销大门机构与舱体和
大门组成一个刚体，将大门自重对单轴双销机构的力和力矩分担到舱体(1)上。 2.大门法兰(3)、大门封头(4)、大门弧形板(6)、前销连杆(7、8)、销轴连杆(9、
10)等组成的刚体可绕单轴(13)作全轴转动，实现大门的开闭；大门法兰(3)、大门封头
(4)、大门弧形板(6)等组成的刚体可绕上销(19)和下销(20)组成的销轴作受限转动，用
于补偿两法兰端面不贴合时的位移或错位。 3.当容器抽真空后，大门法兰向舱体法兰移动压縮密封圈，单轴和双销轴协同微转动，始终保证两法兰端面紧密贴合。 4.单轴的上下受力单元为滚动摩擦形式，用于承担复杂力和力矩；受限转轴的上下受力单元为滑动摩擦形式，便于装配。 5.单轴(13)的轴线与双销(19、20)组成的销轴轴线所在的平面始终与大门重心共面，保证大门绕单轴(13)转动时，使得前销连杆(7、8)和销轴连杆(9、10)组成的平面钢架受到的翻转力或力矩最小。 6.销轴连杆(9、 10)组成的平面钢架与前销连杆(7、8)组成的平面钢架共面，当补偿两法兰端面不贴合的间隙时，两法兰端面的错位位移最小。
图1单轴双销铰链式大门机构简化图
图2单轴双销铰链式大门机构原理图
图3单轴双销机构装配图
图4限转机构原理图 图中1-舱体，2-舱体法兰，3-大门法兰，4-大门封头，5-舱体弧形板，6-大门弧形板，7_前销上连杆，S-前销下连杆，9-销轴上连杆，10-销轴下连杆，11-单轴上连杆，12-单轴下连杆，13-单轴，14-连杆支撑梁，15-上限转杆，16-下限转杆，17-上限转机构，18-下限转机构，19-上销，20-下销，21-上轴瓦，22-下轴瓦，23-轴承I， 24-轴承II， 25-轴承111 ， 26-弹簧，27-调节螺钉。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明。 单轴双销铰链式大门机构可简化为三连杆机构，如图1所示，由于单轴(13)与单
4轴连杆(11、12)相连，且单轴连杆(11、12)通过舱体弧形板(5)固定到舱体(1)上，易知单轴(13)的位置固定，双销(19、20)组成的销轴为可动轴，能随前销连杆(8、9)和大门一起运动，所以位置不定，单轴与双销轴间用销轴连杆(9、10)相连。设销轴连杆(9、10)长都为L，单轴连杆(11、12)长都为L1，前销连杆(7、8)长都为L2。单轴双销铰链式大门机构的设计目标是使整个机构的力臂最短，即在保证转轴结构功能实现的前提下，销轴连杆(9、10)L、单轴连杆(11、12)Ll、前销连杆(7、8)L2都应最短。 理想状态下，当大门关闭时，假设前销连杆(7、8)、销轴连杆(9、10)和单轴连杆(11、12)的位置关系如图l所示，单轴与双销轴的轴线所在的平面不能与舱体(1)的中轴线平行(即0l^O)，否则单轴连杆(11、12)与销轴连杆(9、10)会在单轴(13)配合处出现"死点"，设销轴连杆(9、10)的轴线与舱体(1)的轴线间的夹角为0i。假设将单轴(13)作为360°全转时，双销轴为受限转轴，单轴(13)位置的确定与调节两法兰端面的能力有关，假设两法兰端面不贴合距离为s，为补偿不贴合距离s，单轴(13)的转动角度为02，从图中可得以下几何关系 s:2Lsin(02/2)'cos(02/2+0i)公式1 公式1中s为前销连杆(7、8)沿垂直舱体轴线方向的移动距离(两法兰端面错位位移)，在单轴双销铰链式大门机构的设计中，错位位移s会使法兰上的密封圈受到剪切力而失效，所以应尽量避免或使s的值最小。由公式l可知，单轴(13)的转动角度很小，可以认为是定值，销轴连杆(9、10)L的长度也为定值，所以错位位移s与销轴连杆(9、10)轴线与舱体(1)轴线的夹角0i的余弦有关，当0广9Oc时错位位移最小，即理想状态下大门关闭后，销轴连杆(9、 10)的轴线应与前销连杆(7、8)的轴线重合。 当大门运行时，选择不同的轴作为全转轴会有不同情况。假设销轴为全转轴，大门绕销轴开闭时大门的运行轨迹最小，大门运行所需的空间较小，此时将双销轴作为全转轴较为理想。但是将双销轴作为全转轴，大门处于打开状态时，上下销轴连杆(9、10)受到的力不在销轴连杆(9、10)所在的平面内，铰链机构受到大门重力引起的支反力，销轴上连杆
(9)受拉力、销轴下连杆(10)受推力，两个力与销轴连杆(9、10)所在的平面所成的角度接近90° ，由于上下销轴连杆(9、10)为平面钢架结构，对在平面钢架所处平面内的力承载效果较好，而对不在平面内的力承载效果较差。 从上述分析可知，单轴双销铰链式大门机构不宜选择双销轴作为全转轴。单轴(13)作为全转轴，大门运行时，前销连杆(7、8)组成的平面钢架与销轴连杆(9、10)组成的平面钢架基本位于同一平面内，且大门(4)重心也基本处于该平面内，通过加强前销连杆(7、8)组成的平面钢架和销轴连杆(9、10)组成的平面钢架的强度，即可抵销大门(4)自重对钢架的力和力矩。 在结构设计时，受力单元采用滑动轴承或滚动轴承也与全转轴的确定有关，全转
轴上的受力单元应采用滚动轴承，滚动轴承受力单元能承受更大的力和力矩，且全转轴做
360°全转时，滚动轴承比滑动轴承运行摩擦力更小。限转轴采用滑动轴承受力单元主要是
考虑其转角较小，滑动轴承即可满足其设计要求，且滑动轴承加工装配方便。 根据以上结论设计单轴双销铰链式大门机构如图2所示，单轴双销铰链式大门机
构装配图如图3所示。单轴(13)的上受力单元主要由圆柱滚子轴承I(23)实现，与单轴的
下受力单元的圆柱滚子轴承11(24) —起承担单轴(13)上的径向载荷，单轴(13)的下受力单元还包括推力滚子轴承III (25)，该轴承只承担轴向力。销轴的上受力单元为上轴瓦 (21)，下受力单元为下轴瓦(22)，上轴瓦只承担径向载荷，下轴瓦既承担径向载荷又承担轴 向载荷。 下面结合附图1进一步说明单轴双销铰链式大门机构在大门关闭时出现大门法 兰(3)端面和舱体法兰(2)端面不贴合时的补偿功能。单轴双销铰链式大门机构由于加 工装配的误差和大门自重引起的铰链机构变形，会导致铰链机构偏离理论设计位置，从而 出现大门关闭时大门法兰端面与舱体法兰端面不贴合的情况。此时只需单轴(13)与双销 (19、20)的协同微转动即可保证大门法兰端面与舱体法兰端面紧密贴合。
限转角度由限转机构(17、18)上的可调螺钉(27)调节弹簧(26)压縮量确定。限 转杆(15、16)的一端分别连接到前销连杆(7、8)上，用圆柱销定位并承受转动的剪切力，用 螺栓锁紧并承受翻转力矩，限转杆(17、18)可随大门旋转而转动。限转杆的另一端两侧与 调节螺钉(27)连接，调节螺钉压縮挡块凹槽内安装的弹簧(26)压縮量实现限转角度的调 节，限转角度与可调弹簧(26)的位置和上下限转杆的长度有关，其结构原理图如图4所示， 由图中可得 w = t*u/(u_v) 公式2 因为u为无穷大，所以t二w，即大门的轴向调节距离与调节螺钉(27)的距离有 关，而与限位杆的长度v无关，该结论有利于减小单轴轴线与限转轴轴线间的距离，使铰链 机构的受力更合理。 综上所述可知单轴双销铰链式大门机构通过单轴(13)和双销轴(19、20)的协同 微转动使大门法兰(3)与舱体法兰(2)紧密贴合；通过绕双销轴(19、20)微调使大门法兰 (3)更好地平行于舱体法兰(2)，将销轴连杆(9、10)与大门法兰(3)设计在一个平面内能 最大地减小垂直于舱体(1)轴向的大门法兰(3)错位位移。
权利要求
单轴双销铰链式大门机构，包括单轴上受力单元、单轴下受力单元、销轴的上受力单元、销轴的下受力单元、上下限转装置、限转轴和双销等。
2. 如权利要求l所述的单轴双销铰链式大门机构，其特征在于单轴的上受力单元由销轴上连杆(9)、轴承1(23)和单轴上连杆(11)组成；单轴的下受力单元由销轴下连杆(10)、轴承11(24)、轴承111(25)和单轴下连杆(12)组成；销轴的上受力单元由前销上连杆(7)、销轴上连杆(9)、上销(19)和上轴瓦(21)组成；销轴的下受力单元由前销下连杆(8)、销轴下连杆(10)、下销(20)和下轴瓦(22)组成；上下限转装置分别由上限转杆(15)、上限转机构(17)和下限转杆(16)、下限转机构(18)组成，销轴由上下两个销(19、20)组成。
3. 如权利要求1或2所述的单轴双销铰链式大门机构，其特征在于前销连杆(7、8)通过大门弧形板(6)与大门法兰(3)连接，后轴连杆(11、12)通过舱体弧形板(5)与舱体(1)上的舱体法兰(2)连接，使得单轴双销大门机构与舱体和大门组成一个刚体，将大门自重对单轴双销机构的力和力矩分担到舱体(1)上。
4. 如权利要求l-3所述的单轴双销铰链式大门机构，其特征在于"单轴"为一根通轴，大门法兰(3)、大门封头(4)、大门弧形板(6)、前销连杆(7、8)、销轴连杆(9、10)等可绕单轴(13)作360°全轴转动，实现大门(3、4)的开闭；"双销"为两个销(19、20)组成的销轴，大门法兰(3)、大门封头(4)、大门弧形板(6)、前销连杆(7、8)作受限转动。
5. 如权利要求l-4所述的单轴双销铰链式大门机构，其特征在于单轴(13)上的受力单元为滚动轴承结构，由一对圆柱滚子轴承(23、24)和一个推力滚子轴承(25)分别承担径向力和轴向力；销轴(19、20)上的受力单元为滑动轴承机构，上轴瓦(21)承担径向载荷，下轴瓦(22)既承担径向载荷又承担轴向载荷。
6. 如权利要求1-5中任一权利要求所述的单轴双销铰链式大门机构，其特征在于选择距离大门较远的轴为单轴，选双销(19、20)作微调转轴，使得大门打开时，铰链机构(7、8、9、10)受到的翻转力或力矩最小。
7. 如权利要求1-5中任一权利要求所述的单轴双销铰链式大门机构，其特征在于前销连杆(7、8)组成的平面钢架与销轴连杆(9、10)组成的平面钢架基本位于同一平面内，对平面钢架内的载荷承载效果好，能保证大门法兰(3)总是平行于舱体法兰(2)。
8. 如权利要求1-5中任一权利要求所述的单轴双销铰链式大门机构，其特征在于单轴(13)的轴线与双销轴的轴线所组成的平面与舱体(1)的中轴线垂直，保证大门绕单轴(13)转动补偿两法兰端面不贴合时，两法兰端面的错位位移最小。
9. 如权利要求1-5中任一权利要求所述的单轴双销铰链式大门机构，其特征在于当大门关闭后若大门法兰(3)端面与舱体法兰(2)端面不贴合时，或容器抽真空后大门法兰向舱体法兰平移压縮密封圈时，单轴(13)与双销轴(19、20)协同微转动即可保证两法兰(2 、3)端面紧密贴合。
全文摘要
本发明公开了一种是用于大中型卧式容器的单轴双销铰链式大门机构，单轴双销铰链式大门机构指大门的开闭靠双转轴实现，“单轴”为一根通轴，大门能绕该轴做360°全转，“双销”为上下两个销组成的另一转轴，销轴受限转动，限转角度由限转机构(17、18)上的可调螺钉(27)调节弹簧(26)压缩量确定，补偿大门关闭时两法兰端面不贴合的间隙。单轴双销铰链式大门机构安装在大门的一侧，受限转轴的受力单元为滑动轴承结构，全转轴的受力单元为滚动轴承结构。通过单轴(13)和双销轴(19、20)的协同微转动使大门法兰(3)与舱体法兰(2)紧密贴合，通过绕双销轴(19、20)微调使大门法兰(3)更好地平行于舱体法兰(2)。将前销连杆(7、8)和销轴连杆(9、10)组成的平面钢架与大门重心设计在一个平面内能最大地减小垂直于舱体(1)轴向的大门法兰(3)的错位位移。
文档编号E06B3/36GK101736972SQ20091024230
公开日2010年6月16日 申请日期2009年12月9日 优先权日2009年12月9日
发明者凌桂龙, 张国舟, 李晓娟, 王文龙, 蔡国飙, 黄本诚 申请人:北京航空航天大学