專利名稱：超低溫屏蔽罩對稱臂快速自開合系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及精密器件超低溫屏蔽罩技術(shù)領(lǐng)域，特別是ー種超低溫屏蔽罩對稱臂快速自開合系統(tǒng)(伺服電機+驅(qū)動機構(gòu))。
背景技術(shù)：
在某些特殊領(lǐng)域，通過建立超低溫使工作氣體固態(tài)化，從而提高工作介質(zhì)的能量密度。針對毫米級微小體積的工作介質(zhì)，必須建立起等數(shù)量級尺度的超低溫環(huán)境，一方面節(jié)約成本，另ー方面提高溫度控制精度，滿足介質(zhì)工作指標要求。對于多數(shù)情況，工作介質(zhì)在釋放能量時需暴露在常態(tài)環(huán)境以便與外部儀器等對接，實現(xiàn)完整的系統(tǒng)エ況。為此需設(shè)計可開合的屏蔽罩用于維持超低溫環(huán)境，同時滿足系統(tǒng)工作需要。目前解決上述問題的方法有ニ，ー是在工作介質(zhì)支撐機構(gòu)180°位置安裝屏蔽罩撤離機構(gòu)，在工作前實現(xiàn)封閉屏蔽罩的快速撤離(簡稱為對拉式)；ニ是在支撐機構(gòu)末端安裝對稱打開的半盒形態(tài)屏蔽罩，在エ作前快速打開(簡稱為自開合式)。相比兩種結(jié)構(gòu)，前者技術(shù)難度大，成本高，研發(fā)周期長，但現(xiàn)有的自開合屏蔽罩系統(tǒng)主要滿足冷凍介質(zhì)慢速釋放的技術(shù)要求(大于10秒)，對拉式則滿足介質(zhì)快速釋放的技術(shù)要求(0. I秒)，一般選擇兩種結(jié)構(gòu)的依據(jù)是冷凍介質(zhì)的釋放時間。綜上所述，在低成本和技術(shù)難度條件下，實現(xiàn)屏蔽罩的快速撤離，對超低溫介質(zhì)應(yīng)用工程而言有重要的現(xiàn)實意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供ー種適用于精密器件超低溫應(yīng)用的工作介質(zhì)保護屏蔽罩開合系統(tǒng)，其中的撤離機械系統(tǒng)采用自開合結(jié)構(gòu)，其兩側(cè)對稱配置兩相同半盒狀屏蔽罩，在屏蔽罩支架兩側(cè)平行配置兩套不同類型驅(qū)動單元，該撤離系統(tǒng)實現(xiàn)自開合結(jié)構(gòu)屏蔽罩的快速打開，最大程度滿足工作介質(zhì)快速釋放的技術(shù)要求。本發(fā)明提出的ー種超低溫屏蔽罩對稱臂快速自開合系統(tǒng)，其特征在干，該系統(tǒng)包括支撐體1，繞軸2，兩斜齒輪3，屏蔽罩支架4，半盒狀屏蔽罩5，旋轉(zhuǎn)軸和斜齒輪組件7，聯(lián)軸器8，旋轉(zhuǎn)伺服電機9，兩正齒輪10，活塞桿及齒條組件12和直線氣缸13，其中，旋轉(zhuǎn)伺服電機9通過聯(lián)軸器8連接水平放置的旋轉(zhuǎn)軸和斜齒輪組件7 ；旋轉(zhuǎn)軸和斜齒輪組件7分別連接在與其方向垂直的方向上放置的兩個斜齒輪3 ；每個斜齒輪3的中心設(shè)有ー繞軸2，繞軸2的一端2a露出斜齒輪3，使得斜齒輪3能夠繞著繞軸2轉(zhuǎn)動；另一方向，繞軸2向下穿過支撐體1，露出另一端頭2b ；兩個斜齒輪3的底面通過頂絲分別與兩個屏蔽罩支架4固定連接；屏蔽罩支架4的側(cè)面呈與水平面垂直放置的U型，U型屏蔽罩支架4其中的一臂與斜齒輪3的底面固定連接，另一臂與繞軸2的另一端頭2b連接；兩半盒狀屏蔽罩5分別相錯固連在兩U型屏蔽罩支架4的側(cè)面底部上；直線氣缸13連接有活塞桿及齒條組件12 ；
活塞桿及齒條組件12連接水平放置的兩個正齒輪10 ；每個正齒輪10的中心均套設(shè)在繞軸2的端頭2b上；兩個正齒輪10的頂面通過頂絲與兩個屏蔽罩支架4的連接端頭2b的另一臂固定連接。本發(fā)明為快速屏蔽罩撤離系統(tǒng)的設(shè)計提供ー種新的途徑，拓寬了設(shè)計人員的思路，使設(shè)計人員在設(shè)計屏蔽罩快速撤離系統(tǒng)結(jié)構(gòu)時有更多結(jié)構(gòu)設(shè)計和驅(qū)動單元配置形式選擇，去實現(xiàn)ー些傳統(tǒng)方法很難實現(xiàn)的功能。本發(fā)明可有效抑制因旋轉(zhuǎn)伺服驅(qū)動導(dǎo)致的屏蔽罩振動，并可提高系統(tǒng)的打開速度。


圖I是現(xiàn)有技術(shù)中單旋轉(zhuǎn)驅(qū)動屏蔽罩撤離系統(tǒng)的側(cè)向和俯視圖；圖2是本發(fā)明旋轉(zhuǎn)+直線驅(qū)動超低溫屏蔽罩對稱臂快速自開合系統(tǒng)的側(cè)向和俯視圖；圖3是本發(fā)明的驅(qū)動カ矩控制策略示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進ー步詳細說明。圖I是現(xiàn)有技術(shù)中單旋轉(zhuǎn)驅(qū)動屏蔽罩撤離系統(tǒng)的側(cè)向和俯視圖，圖I (a)是現(xiàn)有技術(shù)中單旋轉(zhuǎn)驅(qū)動屏蔽罩撤離系統(tǒng)的側(cè)向圖，圖1(b)是現(xiàn)有技術(shù)中單旋轉(zhuǎn)驅(qū)動屏蔽罩撤離系統(tǒng)的俯視圖，如圖I所示，現(xiàn)有技術(shù)中的單旋轉(zhuǎn)驅(qū)動屏蔽罩撤離系統(tǒng)包括支撐體1，繞軸2，兩斜齒輪3，屏蔽罩支架4，半盒狀屏蔽罩5，軸承座6，旋轉(zhuǎn)軸和斜齒輪組件7，聯(lián)軸器8，旋轉(zhuǎn)伺服電機9。其中，旋轉(zhuǎn)伺服電機9通過聯(lián)軸器8連接水平放置的旋轉(zhuǎn)軸和斜齒輪組件7 ;旋轉(zhuǎn)軸和斜齒輪組件7分別連接在與其方向垂直的方向上放置的兩個斜齒輪3 ;姆個斜齒輪3的中心設(shè)有ー繞軸2，繞軸2的一端2a露出斜齒輪3，使得斜齒輪3能夠繞著繞軸2轉(zhuǎn)動；另一方向上，繞軸2向下穿過支撐體1，露出另一端頭2b ;支撐體I對整個系統(tǒng)起到支撐的作用；軸承座6的一端與繞軸2的端頭2a連接，另一端固定于支撐體I上；兩個斜齒輪3的底面通過頂絲分別與兩個屏蔽罩支架4固定連接；屏蔽罩支架4的側(cè)面呈與水平面垂直放置的U型，U型屏蔽罩支架4其中的一臂與斜齒輪3的底面固定連接，另一臂與繞軸2的另一端頭2b連接；兩半盒狀屏蔽罩5分別相錯固連在兩U型屏蔽罩支架4的底部上，當屏蔽罩支架4沒有驅(qū)動カ吋，兩半盒狀屏蔽罩5緊閉在一起，當屏蔽罩支架4受到驅(qū)動カ時，兩半盒狀屏蔽罩5對稱張開。系統(tǒng)工作時，旋轉(zhuǎn)伺服電機9通過聯(lián)軸器8驅(qū)動旋轉(zhuǎn)軸和斜齒輪組件7旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸和斜齒輪組件7驅(qū)動兩斜齒輪3繞著繞軸2旋轉(zhuǎn)，從而帶動兩側(cè)屏蔽罩支架4、繼而帶動半盒狀屏蔽罩5對稱張開，實現(xiàn)屏蔽罩的自開合運動。圖2是本發(fā)明采用旋轉(zhuǎn)+直線驅(qū)動的屏蔽罩撤離系統(tǒng)的側(cè)向和俯視圖，圖2(a)是本發(fā)明采用旋轉(zhuǎn)+直線驅(qū)動的屏蔽罩撤離系統(tǒng)的側(cè)向圖，圖2(b)是本發(fā)明采用旋轉(zhuǎn)+直線驅(qū)動的屏蔽罩撤離系統(tǒng)的俯視圖。如圖2所示，圖2(a)中的頂部驅(qū)動部分與圖1(a)中的傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)的頂部驅(qū)動部分結(jié)構(gòu)相同，本發(fā)明在現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)的底部増加了 兩正齒輪10，軸承座11，活塞桿及齒條組件12和直線氣缸13，以采用兩個不同特性的驅(qū)動單元(旋轉(zhuǎn)伺服電機9和直線氣缸13)來實現(xiàn)屏蔽罩快速低振動地對稱張開。其中，旋轉(zhuǎn)伺服電機9通過聯(lián)軸器8連接水平放置的旋轉(zhuǎn)軸和斜齒輪組件7 ;旋轉(zhuǎn)軸和斜齒輪組件7分別連接在與其方向垂直的方向上放置的兩個斜齒輪3 ;姆個斜齒輪3的中心設(shè)有ー繞軸2，繞軸2的一端2a露出斜齒輪3，使得斜齒輪3能夠繞著繞軸2轉(zhuǎn)動；另ー方向，繞軸2向下穿過支撐體1，露出另一端頭2b ;軸承座6的一端與繞軸2的端頭2a連接，另一端固定于支撐體I上；兩個斜齒輪3的底面通過頂絲分別與兩個屏蔽罩支架4固定連接；屏蔽罩支架4的側(cè)面呈與水平面垂直放置的U型，U型屏蔽罩支架4其中的一臂與斜齒輪3的底面固定連接，另一臂與繞軸2的另一端頭2b連接；兩半盒狀屏蔽罩5分別相錯固連在兩U型屏蔽罩支架4的側(cè)面底部上。 同時，位于本發(fā)明系統(tǒng)底部的直線氣缸13連接有活塞桿及齒條組件12 ;活塞桿及齒條組件12連接水平放置的兩個正齒輪10 ;每個正齒輪10的中心均套設(shè)在繞軸2的端頭2b上，使得正齒輪10能夠與斜齒輪3 —同繞著繞軸2轉(zhuǎn)動；兩個正齒輪10的頂面通過頂絲與兩個屏蔽罩支架4的連接端頭2b的另一臂固定連接；軸承座11的一端與繞軸2的端頭2b連接，另一端固定于支撐體I上；通過活塞桿及齒條組件12推動正齒輪10，使半盒狀屏蔽罩5能夠?qū)ΨQ張開。由上可知，本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有兩個驅(qū)動單元，這兩個驅(qū)動單元分別為直線驅(qū)動(直線氣缸13)和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(旋轉(zhuǎn)伺服電機9)，位于該系統(tǒng)底部的直線驅(qū)動單元采用氣動結(jié)構(gòu)實現(xiàn)高速平穩(wěn)運行，兩驅(qū)動機械結(jié)構(gòu)均采用齒輪驅(qū)動。本發(fā)明的系統(tǒng)工作吋，首先，旋轉(zhuǎn)伺服電機9以最大力矩Ms通過聯(lián)軸器8驅(qū)動旋轉(zhuǎn)軸和斜齒輪組件7、旋轉(zhuǎn)軸和斜齒輪組件7驅(qū)動兩斜齒輪3繞著繞軸2旋轉(zhuǎn)，從而帶動兩側(cè)屏蔽罩支架4、繼而帶動半盒狀屏蔽罩5對稱張開，同吋，正齒輪10與斜齒輪3 —同繞著繞軸2轉(zhuǎn)動，活塞桿及齒條組件12作為負載被拖動；當系統(tǒng)達到最大速度后，停止旋轉(zhuǎn)伺服電機9的カ矩輸出，減小因旋轉(zhuǎn)伺服電機9驅(qū)動導(dǎo)致的屏蔽罩支架4的振動，由直線氣缸13驅(qū)動活塞桿及齒條組件12作往復(fù)運動；活塞桿及齒條組件12驅(qū)動正齒輪10和斜齒輪3 —同繞著繞軸2旋轉(zhuǎn)，從而帶動兩側(cè)屏蔽罩支架4、繼而帶動屏蔽罩5對稱張開。也就是說，本發(fā)明能夠利用旋轉(zhuǎn)伺服電機9和直線氣缸13的協(xié)同驅(qū)動來實現(xiàn)屏蔽罩的快速打開。如圖1(b)和圖2(b)所示，本發(fā)明中的兩個正齒輪10的分布與現(xiàn)有技術(shù)中的兩斜齒輪3的分布位置相同，其繞統(tǒng)ー的轉(zhuǎn)軸2旋轉(zhuǎn)，屏蔽罩支架4均通過該轉(zhuǎn)軸2與正齒輪10和斜齒輪3固連，活塞桿及齒條組件12同時驅(qū)動兩個正齒輪10。圖3是本發(fā)明采用旋轉(zhuǎn)+直線驅(qū)動的屏蔽罩撤離系統(tǒng)中，旋轉(zhuǎn)伺服電機9和直線氣缸13的驅(qū)動カ矩協(xié)同控制策略示意圖。如圖3(a)為旋轉(zhuǎn)伺服電機的カ矩-時間圖，圖3(b)為直線氣缸的カ矩-時間圖,在系統(tǒng)的加速階段,旋轉(zhuǎn)伺服電機9輸出最大力矩札以驅(qū)動負載實現(xiàn)高加速度，此時，正齒輪10與斜齒輪3 —同繞著繞軸2轉(zhuǎn)動，活塞桿及齒條組件12作為負載被拖動，圖3(b)中直線氣缸的輸出力矩為-Metl,。由于旋轉(zhuǎn)伺服電機9容易產(chǎn)生機械振動，因此，當b時刻系統(tǒng)達到最大速度后，停止圖3(a)中旋轉(zhuǎn)伺服電機9的カ矩輸出，僅由圖3(b)中直線氣缸13輸出力矩M。推動屏蔽罩5運動，以實現(xiàn)屏蔽罩5的打開，減速階段直線氣缸13的輸出力矩為-M。，直到T時刻停止。本發(fā)明通過配置兩個不同特性的驅(qū)動單元來實現(xiàn)屏蔽罩撤離系統(tǒng)，實現(xiàn)屏蔽罩快速低振動地對稱張開。由于采用兩驅(qū)動單元輸出力矩控制實現(xiàn)協(xié)同驅(qū)動，其兩驅(qū)動単元的系統(tǒng)控制策略依據(jù)機械結(jié)構(gòu)振動特性和屏蔽罩打開時間特性而自行選擇，因此能夠?qū)崿F(xiàn)屏蔽罩撥尚系統(tǒng)的聞性能振動抑制和快速張開。 以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進ー步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種超低溫屏蔽罩對稱臂快速自開合系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括支撐體(1)，繞軸(2)，兩斜齒輪(3)，屏蔽罩支架(4)，半盒狀屏蔽罩(5)，旋轉(zhuǎn)軸和斜齒輪組件(7)，聯(lián)軸器(8)，旋轉(zhuǎn)伺服電機(9)，兩正齒輪(10)，活塞桿及齒條組件(12)和直線氣缸(13)，其中， 旋轉(zhuǎn)伺服電機(9)通過聯(lián)軸器(8)連接水平放置的旋轉(zhuǎn)軸和斜齒輪組件(7)； 旋轉(zhuǎn)軸和斜齒輪組件(7)分別連接在與其方向垂直的方向上放置的兩個斜齒輪(3)；每個斜齒輪(3)的中心設(shè)有一繞軸(2)，繞軸(2)的一端(2a)露出斜齒輪(3)，使得斜齒輪(3)能夠繞著繞軸(2)轉(zhuǎn)動；另一方向，繞軸(2)向下穿過支撐體(I)，露出另一端頭(2b)； 兩個斜齒輪(3)的底面通過頂絲分別與兩個屏蔽罩支架(4)固定連接； 屏蔽罩支架(4)的側(cè)面呈與水平面垂直放置的U型，U型屏蔽罩支架(4)其中的一臂與斜齒輪(3)的底面固定連接，另一臂與繞軸(2)的另一端頭(2b)連接； 兩半盒狀屏蔽罩(5)分別相錯固連在兩U型屏蔽罩支架(4)的側(cè)面底部上； 直線氣缸(13)連接有活塞桿及齒條組件(12)； 活塞桿及齒條組件(12)連接水平放置的兩個正齒輪(10)； 每個正齒輪(10)的中心均套設(shè)在繞軸(2)的端頭(2b)上； 兩個正齒輪(10)的頂面通過頂絲與兩個屏蔽罩支架(4)的連接端頭(2b)的另一臂固定連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括一第一軸承座，該第一軸承座的一端與繞軸(2)的端頭(2a)連接，另一端固定于支撐體(I)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括一第二軸承座，該第二軸承座的一端與繞軸(2)的端頭(2b)連接，另一端固定于支撐體(I)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述支撐體(I)用于為整個系統(tǒng)提供支撐力。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述正齒輪(10)能夠與斜齒輪(3)—同繞著繞軸(2)轉(zhuǎn)動。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，當屏蔽罩支架(4)沒有驅(qū)動力時，兩半盒狀屏蔽罩(5)緊閉在一起，當屏蔽罩支架(4)受到驅(qū)動力時，兩半盒狀屏蔽罩(5)對稱張開。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，兩斜齒輪(3)，第一軸承座，旋轉(zhuǎn)軸和斜齒輪組件(7)，聯(lián)軸器(8)和旋轉(zhuǎn)伺服電機(9)組成第一驅(qū)動系統(tǒng)，安裝在所述系統(tǒng)的頂部。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，兩正齒輪(10)，第二軸承座，活塞桿及齒條組件(12)和直線氣缸(13)組成第二驅(qū)動系統(tǒng)，安裝在所述系統(tǒng)的底部。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，通過活塞桿及齒條組件(12)推動正齒輪(10)，使半盒狀屏蔽罩(5)能夠?qū)ΨQ張開。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)工作時，首先，旋轉(zhuǎn)伺服電機(9)以最大力矩通過聯(lián)軸器(8)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)軸和斜齒輪組件(7)、旋轉(zhuǎn)軸和斜齒輪組件(7)驅(qū)動兩斜齒輪(3)繞著繞軸(2)旋轉(zhuǎn)，從而帶動兩側(cè)屏蔽罩支架(4)、繼而帶動半盒狀屏蔽罩(5)對稱張開，同時，正齒輪(10)與斜齒輪(3) —同繞著繞軸(2)轉(zhuǎn)動，活塞桿及齒條組件(12)作為負載被拖動；當系統(tǒng)達到最大速度后，停止旋轉(zhuǎn)伺服電機(9)的力矩輸出，減小因旋轉(zhuǎn)伺服電機(9)驅(qū)動導(dǎo)致的屏蔽罩支架(4)的振動，由直線氣缸(13)驅(qū)動活塞桿及齒條組件(12)作往復(fù) 運動；活塞桿及齒條組件(12)驅(qū)動正齒輪(10)和斜齒輪(3) —同繞著繞軸(2)旋轉(zhuǎn)，從而帶動兩側(cè)屏蔽罩支架(4)、繼而帶動屏蔽罩(5)對稱張開。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超低溫屏蔽罩對稱臂快速自開合系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括支撐體，繞軸，兩斜齒輪，屏蔽罩支架，半盒狀屏蔽罩，旋轉(zhuǎn)軸和斜齒輪組件，聯(lián)軸器，旋轉(zhuǎn)伺服電機，兩正齒輪，活塞桿及齒條組件和直線氣缸。旋轉(zhuǎn)伺服電機通過旋轉(zhuǎn)軸和斜齒輪組件、兩斜齒輪、屏蔽罩支架帶動半盒狀屏蔽罩對稱張開；直線氣缸通過活塞桿及齒條組件、兩正齒輪、屏蔽罩支架帶動屏蔽罩對稱張開。本發(fā)明采用旋轉(zhuǎn)伺服電機驅(qū)動交錯斜齒輪和直線伺服氣缸驅(qū)動齒輪齒條同步驅(qū)動的配置形式，實現(xiàn)兩驅(qū)動系統(tǒng)的同步驅(qū)動，通過協(xié)調(diào)兩驅(qū)動系統(tǒng)的輸出力矩實現(xiàn)半盒狀屏蔽罩的快速開合。本發(fā)明實現(xiàn)了超低溫屏蔽罩的快速撤離，對超低溫介質(zhì)應(yīng)用工程而言有重要的現(xiàn)實意義。
文檔編號G12B17/06GK102768862SQ20121022615
公開日2012年11月7日 申請日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月29日
發(fā)明者劉芳芳, 劉衍, 吳保林, 徐德 申請人:中國科學(xué)院自動化研究所