装有隔热的磁流体密封轴的热真空试验装置的制作方法

本发明涉及航天器热真空试验领域，更具体的说，尤其涉及一种装有隔热的磁流体密封轴的热真空试验装置。

背景技术：

在航天器的研制和服役过程中，必须进行各种类型的空间环境模拟试验，以充分暴露产品的潜在缺陷，检验航天器的设计和制造质量。航天器的热真空试验主要模拟热环境和真空环境。现有的热真空试验机械系统主要包括真空罐，热沉系统，真空抽气系统和加热装置。真空罐是用来提供密闭的试验空间，热沉系统是用来模拟空间冷黑环境的，真空抽气系统的作用是模拟空间真空环境，加热装置的作用是模拟空间热环境。

针对航天器的热真空长寿命试验，需要给被测工件提供温度相对不高且温度稳定的真空环境，该温度下驱动加载装置能正常工作。现有的做法将真空罐、热沉系统、加热装置、被测工件平台、升降机构和隔热板做成一体。这种做法使真空罐结构变得复杂，维修也变得困难。由于驱动加载装置不能在真空环境下正常工作，所以试验时，驱动加载装置置于真空罐外部，被测工件置于真空罐内部，驱动加载装置和被测工件安装在不同的平台上，需要调节各个安装平台的姿态来满足试验同轴度的要求，每个安装平台需要设置6个自由度可调的调节机构。试验开始前，由于温度变化、地面沉降以及自身应力变化的影响，需要对3个安装平台进行调节，使之达到规定的同轴度要求；试验进行过程中，由于真空罐内温度的变化会引起被测工件所在平台发生变形，从而使平面度发生变化，降低加载驱动装置与被测工件之间的同轴度，从而需要经常调节各个安装平台的姿态，使得各个安装平台的调节机构和调节过程变得复杂，同时也会降低热真空试验装置的系统刚度。在试验过程中，驱动加载装置的高速转动会使各个安装平台易发生不同频率的振动，从而影响试验结果。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种结构简单、系统刚度高的装有隔热的磁流体密封轴的热真空试验装置。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种装有隔热的磁流体密封轴的热真空试验装置，包括恒温箱、真空箱、带梯形槽的不锈钢底板、真空抽气系统、隔热的磁流体密封轴、驱动加载装置和被测工件，真空箱、带梯形槽的不锈钢底板、隔热的磁流体密封轴、驱动加载装置和被测工件均在恒温箱内，真空箱、驱动加载装置和被测工件设置在带梯形槽的不锈钢底板上，所述驱动加载装置设置在真空箱外部，所述被测工件设置在真空箱内部，隔热的磁流体密封轴设置在真空箱和驱动加载装置之间，用于连接真空箱内的被测工件和真空箱外的驱动加载装置，在传递运动的同时保证真空箱的密封性，安装真空箱的带梯形槽的不锈钢底板处有抽气孔，通过真空抽气系统将真空箱抽真空，模拟热真空试验的真空环境，真空箱箱壁上装有加热装置，加热温度较高，需要设置隔热的磁流体密封轴，保证隔热磁流体密封轴正常工作。

进一步的，所述恒温箱箱体由保温材料制成，减少热量的散失，内部有温度控制系统，可以控制恒温箱内部的温度，恒温箱内部温度的变化会导致真空箱内被测工件温度的变化，恒温箱温度控制系统产生的热量可以通过热传导和热辐射的方式传递给被测工件，被测工件的温度变化有一定的滞后性，当恒温箱长时间工作时，可使被测工件均匀的达到目标温度，从而模拟热真空试验中的热环境。

进一步的，所述真空箱箱壁上装有加热装置，当需要改变被测工件的温度时，真空箱箱壁上的加热装置与恒温箱同时工作，真空箱箱壁上的加热装置加热温度相对于恒温箱较高，并在被测工件加热到目标温度之前停止工作，恒温箱继续工作，从而使被测工件达到目标温度，真空箱箱壁上的加热装置能提高被测工件的温度变化速度，加快热真空试验的热环境的变化速度。

进一步的，所述带梯形槽的不锈钢底板上的梯形槽不是连续的，所述真空箱、驱动加载装置和被测工件通过梯形槽安装在所述带梯形槽的不锈钢底板上，安装过程中无需调整各个安装平台的姿态，梯形槽的存在使得安装变得简单，更易满足同轴度的要求，同时能提高系统刚度，从而提高试验精度。

进一步的，所述真空箱为长方体，由不锈钢钢板和密封材料通过螺栓连接制成，不需要焊接，减少了焊接过程中焊点的存在对真空箱真空度的影响，真空箱通过螺栓固定在带梯形槽的不锈钢底板上，真空箱与带梯形槽的不锈钢底板之间有密封材料，实现真空箱的密封，真空箱带有观察窗，与所述恒温箱上的观察窗正对，可以在试验过程中实时观察真空箱内被测工件的运动状态。

进一步的，所述真空抽气系统在所述恒温箱外部，通过法兰盘与带梯形槽的不锈钢底板的抽气孔连接，负责将真空箱内的真空度抽到指定要求以下，模拟热真空试验的真空环境。

进一步的，所述恒温箱安装在所述带梯形槽的不锈钢底板上，通过对带梯形槽的不锈钢底板的安装可完成热真空试验装置的安装，提高了带梯形槽的不锈钢底板的稳定性。

进一步的，所述隔热的磁流体密封轴包括传动轴、非导磁套筒、隔热垫片、左轴承、右轴承、磁性组件和端盖，所述左轴承和磁性组件从左至右依次套装在传动轴上，所述右轴承套装在磁性组件的右侧，所述磁性组件和左轴承之间间隔一定的距离，所述非导磁套筒套装在左轴承、磁性组件和右轴承上，所述非导磁套筒左端外接热真空罐，非导磁套筒和热真空罐固定连接，所述非导磁套筒右端安装端盖，所述左轴承和右轴承的外表面与非导磁套筒的内壁过盈配合；所述非导磁套筒和端盖之间夹装有隔热垫片，非导磁套筒的左端和端盖上均开设有用于穿过传动轴的中心孔；

所述传动轴为具有三段阶梯的阶梯轴，传动轴从左至右依次为第一阶梯轴、第二阶梯轴和第三阶梯轴，第一阶梯轴的轴径大于第二阶梯轴的轴径，第二阶梯轴的轴径大于第三阶梯轴的轴径，第一阶梯轴的第一阶梯轴第一阶梯轴第一阶梯轴左端穿过非导磁套筒左端的中心孔并伸出到热真空罐内，且第一阶梯轴第一阶梯轴伸入热真空罐一侧的端部设置有花键，所述第三阶梯轴的右端穿过端盖上的中心孔伸出到非导磁套筒外侧；

所述非导磁套筒由套筒外层、隔热层和套筒内层三部分构成，隔热层套装在套筒外层内部，套筒内层套装在隔热层内部，左轴承、磁性组件和右轴承从左至右依次设置在套筒内层内部，左轴承套装在第一阶梯轴上，磁性组件和右轴承套装在第一阶梯轴上，左轴承与右轴承的外表面与套筒内层的内表面过盈配合，套筒内层内部靠近热真空罐的一侧设置有阶梯，左轴承的左侧与套筒内层的阶梯顶紧，所述左轴承的右侧和磁性组件的左侧通过第一轴套顶紧，所述磁性组件的右侧和右轴承的左侧通过第二轴套的顶紧，所述第二轴套的右侧通过端盖伸入非导磁套筒内侧的部分顶紧，所述第一轴套和第二轴套的外表面均与套筒内层的内表面过盈配合；

所述磁性组件包括导磁材料轴套、自锁螺母、环形的永磁体、两个环形的极靴和磁流体，所述导磁材料轴套套装在第二阶梯轴上，导磁材料轴套的右端通过固定在第二阶梯轴上的自锁螺母固定，所述永磁体设置在两个极靴之间，两个极靴的内表面上设置有极齿凹槽，所述极齿凹槽与导磁材料轴套导磁材料轴套之间设置有微小间隙，该微小间隙之间充满了磁流体。

进一步的，所述第一阶梯轴和导磁材料轴套上均设置有两个用于安装轴用弹性挡圈的圆环，第一阶梯轴上的轴用弹性挡圈用于卡紧左轴承的内圈，防止第一阶梯轴轴向窜动；导磁材料轴套上的轴用弹性挡圈用于卡紧右轴承的内圈，防止导磁材料轴套轴向窜动。

进一步的，所述套筒外层和热真空罐罐壁之间设置有第一o型密封圈，所述套筒外层和隔热层之间设置有第二o型密封圈，所述套筒内层和隔热层之间设置有第四o型密封圈，所述套筒内层和两个极靴之间设有第四o型密封圈。

进一步的，所述端盖、左轴承、右轴承、第二轴套和第一轴套均由导热材料制成。

进一步的，所述左侧的磁极和第一轴套的接触面上涂有导热硅胶，所述永磁体和两磁极的接触面上涂有导热硅胶，所述右侧的磁极和第二轴套的接触面上涂有导热硅胶，所述第二套筒与右轴承的接触面上涂有导热硅胶，所述右轴承和端盖的接触面上涂有导热硅胶。

进一步的，所述隔热垫片覆盖非导磁套筒的套筒外层、隔热层和套筒内层的最右侧端面。

本发明的有益效果在于：本发明将真空箱、驱动加载装置和被测工件设置在带梯形槽的不锈钢底板上，无需各个安装平台的姿态调整，简化了调节机构和调节过程，提高了系统刚度，从而提高了试验精度；真空箱由不锈钢钢板和密封材料通过螺栓连接制成，不需要焊接和热沉系统，提高了真空度，简化了原有真空罐的结构，降低了成本；真空箱做成长方体可以提高真空箱的空间利用率、抽真空速度和加热速度，节约了能源；真空箱置于恒温箱中，模拟恒温热环境，温度稳定性较好；使用隔热的磁流体密封轴，可以避免因温度过高而无法正常工作。

附图说明

图1是一种装有隔热的磁流体密封轴的热真空试验装置的结构示意图。

图2是一种装有隔热的磁流体密封轴的热真空试验装置的安装示意图。

图3是隔热的磁流体密封轴结构示意图。

图中，201-恒温箱、202-驱动加载装置、203-隔热的磁流体密封轴、204-真空箱、205-被测工件、206-带梯形槽的不锈钢底板、207-螺栓、301-花键、302-o型密封圈、303-套筒外层、304-隔热层、305极靴、306-极齿、307-磁流体、308-自锁螺母、309-端盖、310-传动轴、311-轴用弹性挡圈、312-套筒内层、313-第一轴套、314-永磁体、315-导磁材料轴套、316-第二轴套、317-右轴承、318-隔热垫片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1～3所示，一种装有隔热的磁流体密封轴的热真空试验装置，包括恒温箱201、真空箱204、带梯形槽的不锈钢底板206、真空抽气系统、隔热的磁流体密封轴203、驱动加载装置202和被测工件205，真空箱204、带梯形槽的不锈钢底板206、隔热的磁流体密封轴203、驱动加载装置202和被测工件205均在恒温箱201内，真空箱204、驱动加载装置202和被测工件205设置在带梯形槽的不锈钢底板206上，所述驱动加载装置202设置在真空箱204外部，所述被测工件205设置在真空箱204内部，隔热的磁流体密封轴203设置在真空箱204和驱动加载装置202之间，用于连接真空箱204内的被测工件205和真空箱204外的驱动加载装置202，在传递运动的同时保证真空箱204的密封性，安装真空箱204的带梯形槽的不锈钢底板206处有抽气孔，通过真空抽气系统将真空箱204抽真空，模拟热真空试验的真空环境，真空箱204箱壁上装有加热装置，加热温度较高，需要设置隔热的磁流体密封轴203，保证隔热磁流体密封轴203正常工作。

所述恒温箱201箱体由保温材料制成，减少热量的散失，内部有温度控制系统，可以控制恒温箱内部的温度，恒温箱内部温度的变化会导致真空箱内被测工件温度的变化，恒温箱温度控制系统产生的热量可以通过热传导和热辐射的方式传递给被测工件，被测工件的温度变化有一定的滞后性，当恒温箱长时间工作时，可使被测工件均匀的达到目标温度，从而模拟热真空试验中的热环境。

所述真空箱204箱壁上装有加热装置，当需要改变被测工件205的温度时，真空箱204箱壁上的加热装置与恒温箱201同时工作，真空箱204箱壁上的加热装置加热温度相对于恒温箱201较高，并在被测工件205加热到目标温度之前停止工作，恒温箱201继续工作，从而使被测工件205达到目标温度，真空箱204箱壁上的加热装置能提高被测工件205的温度变化速度，加快热真空试验的热环境的变化速度。

所述带梯形槽的不锈钢底板206上的梯形槽不是连续的，所述真空箱204、驱动加载装置202和被测工件205通过梯形槽安装在所述带梯形槽的不锈钢底板206上，安装过程中无需调整各个安装平台的姿态，梯形槽的存在使得安装变得简单，更易满足同轴度的要求，同时能提高系统刚度，从而提高试验精度。

述真空箱204为长方体，由不锈钢钢板和密封材料通过螺栓207连接制成，不需要焊接，减少了焊接过程中焊点的存在对真空箱真空度的影响，真空箱通过螺栓固定在带梯形槽的不锈钢底板上，真空箱与带梯形槽的不锈钢底板之间有密封材料，实现真空箱的密封，真空箱带有观察窗，与所述恒温箱上的观察窗正对，可以在试验过程中实时观察真空箱内被测工件的运动状态。

所述隔热的磁流体密封轴203包括传动轴310、非导磁套筒、隔热垫片318、左轴承、右轴承317、磁性组件和端盖309，所述左轴承和磁性组件从左至右依次套装在传动轴310上，所述右轴承317套装在磁性组件的右侧，所述磁性组件和左轴承之间间隔一定的距离，所述非导磁套筒套装在左轴承、磁性组件和右轴承317上，所述非导磁套筒左端外接热真空罐，非导磁套筒和热真空罐固定连接，所述非导磁套筒右端安装端盖309，所述左轴承和右轴承317的外表面与非导磁套筒的内壁过盈配合；所述非导磁套筒和端盖309之间夹装有隔热垫片318，非导磁套筒的左端和端盖309上均开设有用于穿过传动轴310的中心孔。

所述传动轴310为具有三段阶梯的阶梯轴，传动轴310从左至右依次为第一阶梯轴、第二阶梯轴和第三阶梯轴，第一阶梯轴的轴径大于第二阶梯轴的轴径，第二阶梯轴的轴径大于第三阶梯轴的轴径，第一阶梯轴的第一阶梯轴第一阶梯轴第一阶梯轴左端穿过非导磁套筒左端的中心孔并伸出到热真空罐内，且第一阶梯轴第一阶梯轴伸入热真空罐一侧的端部设置有花键301，所述第三阶梯轴的右端穿过端盖309上的中心孔伸出到非导磁套筒外侧。

所述非导磁套筒由套筒外层303、隔热层304和套筒内层312三部分构成，隔热层304套装在套筒外层303内部，套筒内层312套装在隔热层304内部，左轴承、磁性组件和右轴承317从左至右依次设置在套筒内层312内部，左轴承套装在第一阶梯轴上，磁性组件和右轴承317套装在第一阶梯轴上，左轴承与右轴承317的外表面与套筒内层312的内表面过盈配合，套筒内层312内部靠近热真空罐的一侧设置有阶梯，左轴承的左侧与套筒内层312的阶梯顶紧，所述左轴承的右侧和磁性组件的左侧通过第一轴套313顶紧，所述磁性组件的右侧和右轴承317的左侧通过第二轴套316的顶紧，所述第二轴套316的右侧通过端盖309伸入非导磁套筒内侧的部分顶紧，所述第一轴套313和第二轴套316的外表面均与套筒内层312的内表面过盈配合。

所述磁性组件包括导磁材料轴套315、自锁螺母308、环形的永磁体314、两个环形的极靴305和磁流体307，所述导磁材料轴套315套装在第二阶梯轴上，导磁材料轴套315的右端通过固定在第二阶梯轴上的自锁螺母308固定，所述永磁体314设置在两个极靴305之间，两个极靴305的内表面上设置有极齿306凹槽，所述极齿306凹槽与导磁材料轴套315导磁材料轴套315之间设置有微小间隙，该微小间隙之间充满了磁流体307。

所述第一阶梯轴和导磁材料轴套315上均设置有两个用于安装轴用弹性挡圈311的圆环，第一阶梯轴上的轴用弹性挡圈311用于卡紧左轴承的内圈，防止第一阶梯轴轴向窜动；导磁材料轴套315上的轴用弹性挡圈311用于卡紧右轴承317的内圈，防止导磁材料轴套315轴向窜动。

所述套筒外层303和热真空罐罐壁之间设置有第一o型密封圈302，所述套筒外层303和隔热层304之间设置有第二o型密封圈302，所述套筒内层312和隔热层304之间设置有第四o型密封圈302，所述套筒内层312和两个极靴305之间设有第四o型密封圈302。

所述端盖309、左轴承、右轴承317、第二轴套316和第一轴套313均由导热材料制成。

所述左侧的磁极和第一轴套313的接触面上涂有导热硅胶，所述永磁体314和两磁极的接触面上涂有导热硅胶，所述右侧的磁极和第二轴套316的接触面上涂有导热硅胶，所述第二套筒与右轴承317的接触面上涂有导热硅胶，所述右轴承317和端盖309的接触面上涂有导热硅胶。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。