本发明专利技术公开了一种用于离心超重力装置的上驱式主轴复合体。主轴上端和滑环轴下端同轴固接，滑环轴上端套装有滑环；主轴中部装有磁流体密封结构和密封法兰；磁流体密封结构包括轴承盖、深沟球轴承、壳体和O型圈；密封法兰在顶部内圈周面开设有环形缺口槽，环形缺口槽中安装有油封，油封上侧设有孔用弹性挡圈，密封法兰环形台阶表面开设有环形凹槽，环形凹槽中安装密封圈；主轴下端经胀紧套和连接法兰同轴固接。本发明专利技术解决了高转速、高载荷、真空环境下下驱式主轴复合体无法实现自动调平和载荷主动与主轴脱离的关键难题，能满足不同转速工况环境，适合长时间、高真空、超转速的特殊工况环境，能实现载荷在自身重力作用下自动调平功能。
【技术实现步骤摘要】
用于离心超重力装置的上驱式主轴复合体
本专利技术涉及主轴和轴承
的一种离心超重力用主轴，尤其涉及一种用于离心超重力装置的上驱式主轴复合体。
技术介绍
利用超重力加快多相介质相间相对运动效应以及超重力模拟常重力过程的缩尺效应、缩时效应和强化能量效应，在超重力离心机上搭载振动台、高压釜、熔铸炉、高压高温腔等机载实验装置，揭示其中的新现象和新规律。为此，深地、地质、材料等领域研究工作者，为了利用超重力离心模拟实验装置完成科学实验，需要在超重力离心模拟实验装置上安装一些特定的实验装置或仪器，如高温高压装置、熔铸炉、材料力学性能测试装置等。但由于超重力离心模拟实验装置工作时，处于高速旋转状态，为了确保特定的实验装置或仪器在离心机上安全运行，离心超重力装置的主轴就非常关键。为了在高转速下实现超大载荷的超重力实验，现有下驱式主轴复合体只能通过提高真空度，减少风阻，但由于该主轴复合体的扭矩输出在主轴上面，给超大载荷主轴动平衡调平带来困难，尤其当转速接近系统共振点时，“头重脚轻”结构非常危险，一旦发生意外，无法采用有效措施保护主轴免受破坏。
技术实现思路
为了解决针对转速大于5万转/min、载荷超过500kg、10-2Pa环境下17a驱式主轴复合体无法实现自动调平和发生意外时载荷与主轴不能自动脱离的关键难题，本专利技术提供了一种装配简单、使用方便、安全系数高的上驱式主轴复合体，结构简单，方便安装和零件更换，高速工作时安全可靠。本专利技术采用如下技术方案：本专利技术包括滑环、滑环轴、主轴、小带轮、磁流体密封结构、密封法兰、连接法兰和胀紧套。主轴上端和滑环轴下端同轴固接，滑环轴上端套装有滑环；主轴中部从上到下依次套装有磁流体密封结构和密封法兰；磁流体密封结构包括轴承盖、深沟球轴承、壳体和O型圈；壳体套装在主轴外，壳体和主轴中部之间具有径向间隙形成游动腔游动腔内部的上侧和下侧均安装有深沟球轴承，使得壳体和主轴之间通过深沟球轴承转动连接，游动腔上端口处的壳体开口并安装有轴承盖，轴承盖套装于主轴外并轴向对深沟球轴承限位；壳体在下端处的壳体封闭形成封闭端，壳体下端封闭端和主轴之间密封连接；壳体的下端部设有外凸缘，外凸缘开设连接孔，螺栓穿过连接孔连接到离心超重力装置的实验腔顶板，从而将壳体的下端部固定连接到离心超重力实验腔的顶板，且壳体的下端面开设有环形凹槽，环形凹槽中安装O型圈，通过O型圈使得壳体的下端面和实验腔的顶板顶面密封配合。密封法兰在顶部内圈周面开设有环形缺口槽，环形缺口槽中安装有油封，油封上侧设有孔用弹性挡圈，孔用弹性挡圈嵌装在密封法兰环形缺口槽内周面所开设的环形挡圈槽中；密封法兰顶面设有环形台阶，环形台阶表面开设有环形凹槽，环形凹槽中安装密封圈，通过密封圈使得密封法兰顶面和离心超重力实验腔的顶板底面密封配合；主轴下端经胀紧套和连接法兰同轴固接，连接法兰下端连接离心超重力装置的转子系统。所述的磁流体密封结构上方的主轴局部设置有环形外凸缘作为轴环部，轴环部的外周面设置为倾斜向下的外圆锥面，小带轮的内周面设置为倾斜向下的内圆锥面，小带轮通过内外圆锥面同轴套装于主轴的轴环部上。所述的油封选用SKF的氟橡胶油封。本专利技术能满足不同转速工况环境，具有很强的适应性和拓展性，适合长时间、高真空、超转速的特殊工况环境，能实现载荷在自身重力作用下自动调平功能；在高转速时，解决了高转速、高载荷、真空环境下下驱式主轴复合体无法实现自动调平和载荷主动与主轴脱离的关键难题。本专利技术主要适用于转速大于5万转/min高速旋转工况环境，能够搭载重量超过500kg的载荷，同时具备在10-2Pa高真空环境下使用的可行性，具有在低转速下通过载荷自重自动调平的能力，也具备在发生意外时载荷自动与主轴脱离的功能，结构模块化设计，安装和拆卸方便，具有很强的适应性和拓展性。本专利技术采用的技术方案：本专利技术的磁流体密封结构、密封法兰和油封组成主轴复合体的密封和润滑系统，通过密封法兰和油封实现一次密封，当他们的密封效果无法满足10-2Pa高真空要求时，磁流体密封结构可以实现二次密封，解决高速旋转状态下现有主轴无法同时满足过载保护、高真空等特殊要求的关键难题，使该专利技术的主轴复合体可以适应真空、非真空、动密封等多种工况条件，具有应用范围广的特点。如果主轴复合体在非真空条件下工作，可以去掉磁流体密封结构。本专利技术中，连接法兰、胀紧套与离心超重力装置搭载机载装置的转子系统相连，这种结构使连接法兰、胀紧套直接与载荷连接，在载荷自身重力作用下，以主轴为轴心可以自动找平衡；安装好载荷后，通过低转速调试转子系统和主轴系统的动平衡；由于连接法兰为自由端，在高转速情况下，通过转子系统和主轴末端的自由晃动，避免形成过静定结构，从而在高转速情况下再次达到动平衡，有利于上驱式主轴复合体在高转速、超大载荷下长时间安全运行。本专利技术中，连接法兰、胀紧套与离心超重力装置搭载机载装置的转子系统相连，这种结构使连接法兰、胀紧套直接与载荷连接。高速试验过程中，一旦载荷在离心作用下发生破坏或意外，与主轴连接的胀紧套，如果瞬间受力超过设计要求，胀紧套的内外套内涨外缩，减少主轴和胀紧套51包容面产生的摩擦力，通过主轴和胀紧套异速旋转，保护主轴。当转子系统的重量大于胀紧套51包容面产生的摩擦力时，转子系统在重力作用下自动与主轴脱落，直接掉到实验舱底部；主轴复合体空载后，在自身重力作用下，再次自动找回平衡，免受破坏。这种结构安装和拆卸方便。在主轴过载或意外发生时，通过胀紧套自动失去与离心超重力装置传动系统的联结，使主轴复合体免受损坏。本专利技术的小带轮与离心超重力装置的传动系统相连，可根据需要通过调整小带轮传动比满足不同转速工况环境，具有很强的适应性和拓展性。本专利技术的有益效果和特点是：本专利技术的上驱式主轴复合体，采用磁流体密封结构和密封法兰分体密封结构，有利于根据实验所需的真空要求，灵活地进行非真空、低真空、高真空功能扩展和/或功能组合，有利于在高转速下满足各种真空要求。本专利技术的上驱式主轴复合体，通过搭载高速滑环，可以实时在线检测、跟踪实验过程中的各种信号。本专利技术的上驱式主轴复合体，主轴下端经胀紧套和连接法兰同轴固接，解决了高转速、高载荷、真空环境下下驱式主轴复合体无法实现自动调平和载荷主动与主轴脱离的关键难题，能满足不同转速工况环境，适合长时间、高真空、超转速的特殊工况环境，能实现载荷在自身重力作用下自动调平功能。本专利技术的上驱式主轴复合体具有安装和拆卸方便，在主轴过载或意外发生时，通过自动失联，使主轴复合体免受损坏；可通过调整小带轮传动比，满足不同转速工况环境；能适应不同转速下搭载不同重量的机载装置。本专利技术的上驱式主轴复合体适应转速大于5万转/min、载荷超过500kg工况下真空、非真空、动密封等多种工况条件，具有应用范围广的特点，解决17a下驱式主轴复合体无法实现自动调平和载荷主动与主轴59脱离的关键难题。附图说明图1是上驱式主轴复合体的结构剖视图；图2是主轴的结构图；图3本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于离心超重力装置的上驱式主轴复合体，其特征在于：包括滑环(51)、滑环轴(52)、主轴(59)、小带轮(510)、磁流体密封结构(511)、密封法兰(513)、连接法兰(515)和胀紧套(516)；/n主轴(59)上端和滑环轴(52)下端同轴固接，滑环轴(52)上端套装有滑环(51)；主轴(59)中部从上到下依次套装有磁流体密封结构(511)和密封法兰(513)；磁流体密封结构(511)包括轴承盖(511-2)、深沟球轴承(511-3)、壳体(511-4)和O型圈(511-7)；壳体(511-4)套装在主轴(59)外，壳体(511-4)和主轴(59)中部之间具有径向间隙形成游动腔(511-5)游动腔内部的上侧和下侧均安装有深沟球轴承(511-3)，使得壳体(511-4)和主轴(59)之间通过深沟球轴承(511-3)转动连接，游动腔(511-5)上端口处的壳体(511-4)开口并安装有轴承盖(511-2)，轴承盖(511-2)套装于主轴(59)外并轴向对深沟球轴承(511-3)限位；壳体(511-4)在下端处的壳体(511-4)封闭形成封闭端，壳体(511-4)下端封闭端和主轴(59)之间密封连接；壳体(511-4)的下端部设有外凸缘，外凸缘开设连接孔(511-6)，螺栓穿过连接孔(511-6)连接到离心超重力装置的实验腔顶板，从而将壳体(511-4)的下端部固定连接到离心超重力实验腔的顶板，且壳体(511-4)的下端面开设有环形凹槽，环形凹槽中安装O型圈(511-7)，通过O型圈(511-7)使得壳体(511-4)的下端面和实验腔的顶板顶面密封配合；/n密封法兰(513)在顶部内圈周面开设有环形缺口槽，环形缺口槽中安装有油封(513-1)，油封(513-1)上侧设有孔用弹性挡圈(513-2)，孔用弹性挡圈(513-2)嵌装在密封法兰(513)环形缺口槽内周面所开设的环形挡圈槽中；密封法兰(513)顶面设有环形台阶，环形台阶表面开设有环形凹槽，环形凹槽中安装密封圈(513-3)，通过密封圈(513-3)使得密封法兰(513)顶面和离心超重力实验腔的顶板底面密封配合；主轴(59)下端经胀紧套(516)和连接法兰(515)同轴固接，连接法兰(515)下端连接离心超重力装置的转子系统。/n...
【技术特征摘要】
1.一种用于离心超重力装置的上驱式主轴复合体，其特征在于：包括滑环(51)、滑环轴(52)、主轴(59)、小带轮(510)、磁流体密封结构(511)、密封法兰(513)、连接法兰(515)和胀紧套(516)；
主轴(59)上端和滑环轴(52)下端同轴固接，滑环轴(52)上端套装有滑环(51)；主轴(59)中部从上到下依次套装有磁流体密封结构(511)和密封法兰(513)；磁流体密封结构(511)包括轴承盖(511-2)、深沟球轴承(511-3)、壳体(511-4)和O型圈(511-7)；壳体(511-4)套装在主轴(59)外，壳体(511-4)和主轴(59)中部之间具有径向间隙形成游动腔(511-5)游动腔内部的上侧和下侧均安装有深沟球轴承(511-3)，使得壳体(511-4)和主轴(59)之间通过深沟球轴承(511-3)转动连接，游动腔(511-5)上端口处的壳体(511-4)开口并安装有轴承盖(511-2)，轴承盖(511-2)套装于主轴(59)外并轴向对深沟球轴承(511-3)限位；壳体(511-4)在下端处的壳体(511-4)封闭形成封闭端，壳体(511-4)下端封闭端和主轴(59)之间密封连接；壳体(511-4)的下端部设有外凸缘，外凸缘开设连接孔(511-6)，螺栓穿过连接孔(511-6)连接到离心超重力装置的实验腔顶板，从而将壳体(511-4)的下端部固定连接到离心超...
【专利技术属性】
技术研发人员：韦华，张泽，陈云敏，林伟岸，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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