用于材料制备与性能测试的悬臂式离心超重力实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于材料制备与性能测试的悬臂式离心超重力实验装置。转子系统和上驱式主轴复合体安装在实验腔内，实验腔底部安装在装置底座上，离心主机安装在实验腔上方的升降系统上并上驱式主轴复合体上端连接，上驱式主轴复合体下端和转子系统驱动连接，升降系统安装在装置底座上且位于实验腔上方，升降系统和实验腔的腔盖连接。本发明专利技术实现离心超重力下材料高通量制备，以及体积力‑面力‑温度耦合作用下材料持久、蠕变、疲劳、热机械疲劳等性能的高通量测试，装置结构有效，操作方便且安全可靠。

【技术实现步骤摘要】
用于材料制备与性能测试的悬臂式离心超重力实验装置
本专利技术涉及了离心超重力材料制备与性能测试领域的一种实验装置，尤其涉及一种用于材料制备与性能测试的悬臂式离心超重力实验装置。
技术介绍
材料是实现科学技术和理念的重要载体，是社会发展和人类进步的物质基础。在高性能材料领域，经过多年发展，我国虽然取得了一些令人瞩目的成绩，但与发达国家相比，整体水平仍然比较落后，差距明显。传统的新材料研发过程周期长，投入大，且由于材料成分-结构-性能之间非线性关系，很难实现面向实际性能需求的材料设计。为解决我国新材料研发周期长，研发成本高的不足，2016年国家启动了材料基因组计划，旨在实现高性能结构材料研发由“经验指导试验”向“理论预测、试验验证”的模式转变，其中“材料基因组工程”的核心内容是高通量材料制备技术以及材料性能的高通量测试技术。已报道的高通量材料制备技术，组合薄膜制备技术最为成熟，但只能制备二维材料，无法实现块体材料的高通量制备。对比文件1(201910538197.7，超重力环境下使用的固定式实验舱)、对比文件2(201910538193.9，超重力环境固定式多场耦合作用下材料性能测试系统)、对比文件3(201910539151.7，超重力环境悬挂式多场耦合作用下材料性能测试系统)、对比文件4(201910853672.X，机载超重离心模拟装置的多功能实验舱)报道的现有超重力性能测试装置，仅适合臂式离心机，且每次只能悬挂两个实验舱，考虑到离心超重力主机和机载装置的动平衡，两个实验舱的实验内容和质心必须相同，这样每次实验只能完成一种类型的实验，无法在一台设备上同时实现多种类型实验，因而实验效率低，实验成本高。因此，迫切需要开发成分和组织可控的高通量块体材料制备和性能测试新方法和新技术，实现材料的快速集成设计，从根本上改变材料领域的研发模式。
技术实现思路
本专利技术针对现有基于超重力离心实验装置的材料制备或性能测试实验每次只能开展一种类型的实验，无法在一台设备上同时完成多种类型的实验，即高通量实验，公开了一种可以实现高通量材料制备或性能高通量测试的离心超重力实验装置，解决在高速旋转状态下制约材料高通量制备与性能高通量测试的关键难题，显著提高材料制备和测试的效率，降低成本，提供一种装配简单、使用方便、安全系数高，且适合高通量材料制备与性能测试的悬臂式离心超重力实验装置。本专利技术采用的技术方案：本专利技术包括离心主机、转子系统、实验腔和升降系统和上驱式主轴复合体；转子系统和上驱式主轴复合体安装在实验腔内，实验腔底部安装在装置底座上，离心主机安装在实验腔上方的升降系统上并上驱式主轴复合体上端连接，上驱式主轴复合体下端和转子系统驱动连接，升降系统安装在装置底座上且位于实验腔上方，升降系统和实验腔的腔盖连接。所述的实验腔包括实验腔体、保护壳、实验腔盖、立式肘夹和支座；实验腔体底部通过支座固定安装在装置底座上，实验腔体顶部开口并设有实验腔盖；实验腔盖周围的实验腔体顶面沿圆周均布固定安装有三个立式肘夹，实验腔盖通过立式肘夹与实验腔体固定，立式肘夹具体为卡扣式连接锁紧结构；实验腔盖和实验腔体接触面之间用O型橡胶圈密封，实验腔体侧壁开设有真空接口，真空接口与外部的地面真空系统或充气系统相连；实验腔体内周围设有三层防护壳。所述的升降系统包括驱动电机、联轴器、丝杠导轨、支架、螺母块、竖直导轨；升降支架安装在实验腔侧方的装置底座上，驱动电机固定在升降支架顶部，驱动电机输出轴朝下经联轴器和丝杠传动连接，丝杠竖直布置，丝杠上通过螺纹安装有螺母块，螺母块同时轴向活动套装于丝杠旁平行布置的竖直导轨上，形成丝杠螺母副；驱动电机工作带动丝杠旋转进而带动螺母块沿竖直导轨导向上下升降移动。所述的离心主机包括离心电机、上轴承支架、转速传感器、位移传感器和电机支座；电机支座固定于升降系统的螺母块侧面，离心电机固定安装在电机支座上，电机支座底部固定连接于实验腔的实验腔盖，离心电机侧旁安装有上驱式主轴复合体，上驱式主轴复合体支撑安装于上轴承支架上，上轴承支架固定连接电机支座，离心电机的输出轴朝下经带传动结构和上驱式主轴复合体连接，带动上驱式主轴复合体旋转运动；实验腔盖内顶面在上驱式主轴复合体侧方旁固定装有转速传感器，上驱式主轴复合体下部固定连接安装有位移传感器，上驱式主轴复合体下端和转子系统连接。所述的上驱式主轴复合体包括滑环、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；主轴上部套装从上倒下依次设有滑环轴和轴环部；滑环轴下端和主轴上端同轴固接，滑环轴外套装有滑环；所述滑环轴下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，小带轮经皮带和离心电机的输出轴同步连接传动，滑环轴和轴环部之间的主轴通过轴承套装于离心主机的上轴承支架的通孔中；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实验腔盖顶面，从而将壳体的下端部固定连接到实验腔盖顶面，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盖顶面密封配合；密封法兰位于实验腔体内且固定在实验腔盖底面，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实验腔盖底面密封配合；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。所述的转子系统包括挂杯臂、挂杯和挂销；上驱式主轴复合体主轴下端穿过实验腔盖的中心通孔伸入到实验腔体内，挂臂顶面中心和主轴底端的密封法兰同轴固接，挂臂的两端对称铰接安装有挂杯，挂杯均通过挂销铰接安装于挂臂的末端；挂臂底面中心可旋转活动地承托在中心支承轴顶端，支承轴底端竖直固定于实验腔体底部中心。材料制备或性能测试装置搭载在转子系统的挂杯中。转子系统可以设计为搭载一组或多组挂杯，以适应单次实验制备多种材料或完成多种类型材料性能测试实验。所述的实验腔体底面上开有视窗，视窗下方的装置底座上安装监视器，监视器朝向视窗并透过视窗向实验腔体内拍摄实验状况。所述的磁流体密封结构中，油封选用SKF的氟橡胶油封。所述的转子系统中，挂杯臂、挂杯之间的挂销外套装有轴用弹性挡圈。所述的转速传感器测量上驱式主轴复合体中主轴的转速，位移传感器测量上驱式主轴复合体中主轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于材料制备与性能测试的悬臂式离心超重力实验装置，其特征在于：包括离心主机(1)、转子系统(2)、实验腔(3)和升降系统(4)和上驱式主轴复合体(5)；转子系统(2)和上驱式主轴复合体(5)安装在实验腔(3)内，实验腔(3)底部安装在装置底座上，离心主机(1)安装在实验腔(3)上方的升降系统(4)上并上驱式主轴复合体(5)上端连接，上驱式主轴复合体(5)下端和转子系统(2)驱动连接，升降系统(4)安装在装置底座上且位于实验腔(3)上方，升降系统(4)和实验腔(3)的腔盖连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于材料制备与性能测试的悬臂式离心超重力实验装置，其特征在于：包括离心主机(1)、转子系统(2)、实验腔(3)和升降系统(4)和上驱式主轴复合体(5)；转子系统(2)和上驱式主轴复合体(5)安装在实验腔(3)内，实验腔(3)底部安装在装置底座上，离心主机(1)安装在实验腔(3)上方的升降系统(4)上并上驱式主轴复合体(5)上端连接，上驱式主轴复合体(5)下端和转子系统(2)驱动连接，升降系统(4)安装在装置底座上且位于实验腔(3)上方，升降系统(4)和实验腔(3)的腔盖连接。


2.根据权利要求1所述的一种用于材料制备与性能测试的悬臂式离心超重力实验装置，其特征在于：所述的实验腔(3)包括实验腔体(3-1)、保护壳(3-2)、实验腔盖(3-3)、立式肘夹(3-4)和支座(3-6)；实验腔体(3-1)底部通过支座(3-6)固定安装在装置底座上，实验腔体(3-1)顶部开口并设有实验腔盖(3-3)；实验腔盖(3-3)周围的实验腔体(3-1)顶面沿圆周均布固定安装有三个立式肘夹(3-4)，实验腔盖(3-3)通过立式肘夹(3-4)与实验腔体(3-1)固定，立式肘夹(3-4)具体为卡扣式连接锁紧结构；实验腔盖(3-3)和实验腔体(3-1)接触面之间用O型橡胶圈(3-5)密封，实验腔体(3-1)侧壁开设有真空接口(3-9)，真空接口(3-7)与外部的地面真空系统或充气系统相连；实验腔体(3-1)内周围设有三层防护壳(3-2)；
所述的升降系统(4)包括驱动电机(4-1)、联轴器(4-2)、丝杠导轨(4-3)、支架(4-4)、螺母块(4-5)、竖直导轨(4-6)；升降支架(4-4)安装在实验腔(3)侧方的装置底座上，驱动电机(4-1)固定在升降支架(4-4)顶部，驱动电机(4-1)输出轴朝下经联轴器(4-2)和丝杠(4-3)传动连接，丝杠(4-3)竖直布置，丝杠(4-3)上通过螺纹安装有螺母块(4-5)，螺母块(4-5)同时轴向活动套装于丝杠(4-3)旁平行布置的竖直导轨(4-6)上，形成丝杠螺母副；驱动电机(4-1)工作带动丝杠(4-3)旋转进而带动螺母块(4-5)沿竖直导轨(4-6)导向上下升降移动；
所述的离心主机(1)包括离心电机(1-1)、上轴承支架(1-3)、转速传感器(1-4)、位移传感器(1-5)和电机支座(1-7)；电机支座(1-7)固定于升降系统(4)的螺母块侧面，离心电机(1-1)固定安装在电机支座(1-7)上，电机支座(1-7)底部固定连接于实验腔(3)的实验腔盖(3-3)，离心电机(1-1)侧旁安装有上驱式主轴复合体(5)，上驱式主轴复合体(5)支撑安装于上轴承支架(1-3)上，上轴承支架(1-3)固定连接电机支座(1-7)，离心电机(1-1)的输出轴朝下经带传动结构和上驱式主轴复合体(5)连接，带动上驱式主轴复合体(5)旋转运动；实验腔盖(3-3)内顶面在上驱式主轴复合体(5)侧方旁固定装有转速传感器(1-4)，上驱式主轴复合体(5)下部固定连接安装有位移传感器(1-5)，上驱式主轴复合体(5)下端和转子系统(2)连接；
所述的上驱式主轴复合体(5)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)上部套装从上倒下依次设有滑环轴(52)和轴环部；滑环轴(52)下端和主轴(59)上端同轴固接，滑环轴(52)外套装有滑环(51)；所述滑环轴(52)下方的主轴(59)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(510)的内周面设置为倾斜向下的内圆锥面，小带轮(510)通过内外圆锥面同轴套装于主轴(59)的轴环部上，小带轮(510)经皮带和离心电机(1-1)的输出轴同步连接传动，滑环轴...

【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