專利名稱：同步輻射雙晶單色器第一晶體驅(qū)動轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種驅(qū)動轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)，特別是一種同步輻射雙晶單色器第一晶體驅(qū)動轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)，用于機械設備領域。
背景技術：
目前，同步輻射雙晶單色器中的第一晶體轉(zhuǎn)軸驅(qū)動系統(tǒng)主要包括轉(zhuǎn)軸、一晶托架、Huber轉(zhuǎn)角儀、角度探測器、真空密封裝置和冷卻系統(tǒng)。它們的結(jié)構(gòu)設計和相對位置布置對雙晶單色器的性能有直接的影響。
經(jīng)文獻檢索發(fā)現(xiàn)，王峰等人2001年8月在《光學精密工程》第9卷第4期上發(fā)表的《同步輻射X射線雙晶單色儀能量掃描》中描述了已研制成功的合肥同步輻射光源(HLS)的第一晶體轉(zhuǎn)軸驅(qū)動系統(tǒng)。文中指出，在真空腔體的內(nèi)側(cè)，夾持一晶的托架直接與轉(zhuǎn)臺連成一體，腔體外側(cè)固定有轉(zhuǎn)角儀和角度探測器，蓋板上裝有自行研制的磁流體密封軸承，作為真空與大氣的動態(tài)隔離。角度探測器與轉(zhuǎn)軸之間通過聯(lián)軸器聯(lián)結(jié)，它們的軸線互相重合。這種結(jié)構(gòu)的不足之處是角度探測器和軸端之間的聯(lián)軸器容易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)誤差，使得探測器不能精確反映轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角。而且，安裝時，必須保證轉(zhuǎn)軸中心線必須通過一晶晶面，而一晶托架與轉(zhuǎn)臺相連，由于轉(zhuǎn)臺與轉(zhuǎn)軸之間的安裝誤差，增加了的安裝的難度和調(diào)節(jié)的復雜性。另外，合肥同步輻射光源(HLS)的第一晶體轉(zhuǎn)軸驅(qū)動系統(tǒng)沒有設計冷卻系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術中的不足，提供一種雙晶單色器第一晶體驅(qū)動轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)。使其通過高精度的增量式旋轉(zhuǎn)編碼器與轉(zhuǎn)軸直聯(lián)的方式保證轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)轉(zhuǎn)角的精確性，并利用磁性流體真空傳動裝置保持雙晶單色器腔體內(nèi)的高真空度。大部分的水冷通道直接沿軸向通過轉(zhuǎn)軸，不僅節(jié)省了空間，且在冷卻第一晶體的同時，還能在一定程度上消除磁流體密封組件和轉(zhuǎn)軸由于摩擦產(chǎn)生的熱量。
本發(fā)明是根據(jù)以下的技術方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括晶體微調(diào)壓板，晶體壓板，磁流體密封組件，角接觸軸承，轉(zhuǎn)角儀，定位鍵，傳動連接板，編碼器，編碼器安裝支架，管接頭，傳動連接套筒，軸承座，轉(zhuǎn)軸，O形圈，壓塊水管法蘭焊合，第一晶體，微調(diào)螺釘。
其連接方式為在轉(zhuǎn)軸的一端加工出一個中心與轉(zhuǎn)軸中心重合的突出的圓形軸端，在其中心上開一個螺孔，使用編碼器自帶的內(nèi)六角螺釘通過編碼器的中心孔擰入軸端上的螺孔。編碼器孔正好與軸端配合，其中編碼器孔的直徑精度為φ150+0.005mm，軸端直徑精度為φ15-0.005-0.001mm，軸端表面軸向跳動為0.01mm。突出軸端附近的表面需要與編碼器的表面接觸，所以所需的表面軸向跳動為0.0005mm。編碼器安裝支架與編碼器的法蘭部分連接，再與轉(zhuǎn)角儀的殼體連接。轉(zhuǎn)角儀與傳動連接板之間固定連接，傳動連接板與傳動連接套連接，傳動連接套與轉(zhuǎn)軸之間用定位鍵固定，同時通過緊定螺釘與轉(zhuǎn)軸連接。轉(zhuǎn)軸上背靠背安裝一對角接觸軸承，由軸承座支撐。
轉(zhuǎn)軸的另一端設有晶體槽，晶體微調(diào)壓板裝入晶體槽內(nèi)后，再放入第一晶體，晶體壓板、壓塊水管法蘭焊合壓住第一晶后與晶體槽連接，壓塊水管法蘭焊合與第一晶體側(cè)面之間分別用O形圈密封連接。在晶體槽的下底面擰有調(diào)整螺釘。另外第一晶體上還開有許多微通道。
在與編碼器連接的轉(zhuǎn)軸的那一端銑出兩個與中心對稱的圓形凹槽，從凹槽中心分別沿轉(zhuǎn)軸的軸向打兩個細長的通道，并用螺塞塞住。兩通道在接近轉(zhuǎn)軸的另一端時，改為與原來方向垂直的徑向，分別通向外部。通向外部的兩個孔分別與壓塊水管法蘭焊合相接，壓塊水管法蘭焊合上的法蘭與轉(zhuǎn)軸之間分別通過O形圈密封連接，再用螺釘固定。在編碼器安裝支架所在軸段上打兩個對稱的孔與兩通道相通，在這兩個孔中分別插入管接頭。
磁流體密封組件包括磁性流體，永久磁鐵，磁極，O型密封圈，壓蓋，殼體。其連接方式為在轉(zhuǎn)軸上加工出兩段多級環(huán)形間隙，其中充滿了磁性流體，磁性流體主要由精制油和二酯組成，具有較高的磁化強度和粘度。磁極分別安裝在兩段多級間隙上，永久磁鐵置于磁極之間，永久磁鐵產(chǎn)生的磁通經(jīng)過磁極形成磁場作用于磁性流體，使磁性流體被吸住在間隙內(nèi)，形成磁流體“O”型環(huán)，從而把間隙堵住，達到密封的目的。再在磁極和永久磁體外套上殼體，殼體與磁極之間安裝O形圈以起到靜密封的作用，然后安裝壓蓋，殼體和壓蓋之間用螺釘固定。
軸承座由金屬盤和金屬套兩部分焊接而成，金屬盤一端與轉(zhuǎn)角儀的殼體之間用螺釘連接，金屬套一端與磁流體密封組件的殼體通過螺釘連接，并安裝O形圈。金屬套的法蘭部分再與真空腔體通過螺釘連接，同時使用O形圈密封連接。
本發(fā)明運行時，轉(zhuǎn)角儀自帶有步進電機，給步進電機通電，帶動轉(zhuǎn)角儀中的渦輪蝸桿傳動，使轉(zhuǎn)角儀通過傳動連接板、傳動連接套筒和定位鍵帶動轉(zhuǎn)軸繞著軸線轉(zhuǎn)動，同時帶動第一晶體隨著轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動。而固定不動的磁流體密封組件與轉(zhuǎn)軸之間則形成相對的轉(zhuǎn)動，使磁性流體和轉(zhuǎn)動軸上的環(huán)形間隙、永久磁體和磁極形成動態(tài)密封回路，保證第一晶體所在的轉(zhuǎn)軸的左側(cè)的高真空度。轉(zhuǎn)軸通過螺釘?shù)倪B接將轉(zhuǎn)動傳給編碼器，編碼器直接測量轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角即實際的Bragg轉(zhuǎn)角，其讀出精度為一角秒。從一個管接頭注入一定溫度和速率的離子水，水沿著一條通道流入，經(jīng)過壓塊水管法蘭焊合流進第一晶體的微通道，形成微通道型冷卻結(jié)構(gòu)。離子水再從另一壓塊水管法蘭焊合和另一條通道通過另一個管接頭流出，從而完成第一晶體水冷的功能。
本發(fā)明具有實質(zhì)性特點和顯著進步。采用了磁流體密封這種技術，為適應真空環(huán)境，磁性流體密封圈標準設計壓力大于兩個大氣壓，所以是絕對安全的。而且磁性流體包圍整個轉(zhuǎn)軸，成為隔絕空氣、水氣、煙霧等元素的密封圈，可以保證幾乎無泄漏，無機械磨損，使用壽命長。采取轉(zhuǎn)軸與編碼器直聯(lián)的方式，可以消除因聯(lián)軸器的扭轉(zhuǎn)變形而產(chǎn)生的誤差，提高了Bragg轉(zhuǎn)角的精度，有利于雙晶單色器工作的有效性。所采用的轉(zhuǎn)角儀具有高精度、高負載和結(jié)構(gòu)緊湊等特點，其外表面經(jīng)過拋光、陽極處理、鍍鉻，最小步程角為0.18”，重復精度小于2”，最大承載荷達到3600N。其自帶的步進電機采用三相混合式步進電機，以1000步/轉(zhuǎn)驅(qū)動轉(zhuǎn)角儀內(nèi)精制的1∶360渦輪蝸桿副和1∶20的齒輪變速器，產(chǎn)生平滑、無后沖且重復精度高的角位移。而且，在轉(zhuǎn)角儀的連接部件傳動連接套筒與轉(zhuǎn)軸之間不僅通過定位鍵連接，還使用緊定螺釘固定，使轉(zhuǎn)角儀帶動轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時不會因為定位鍵和鍵槽之間的間隙而產(chǎn)生滯后現(xiàn)象。本發(fā)明中，放置第一晶體的晶體槽是直接由轉(zhuǎn)軸加工而成的，避免了安裝過程的誤差，并且第一晶體下裝有晶體微調(diào)壓板和調(diào)整螺釘，可精確地調(diào)整第一晶體晶面的位置使之通過轉(zhuǎn)軸中心線。本發(fā)明的水冷系統(tǒng)的通道經(jīng)過轉(zhuǎn)軸內(nèi)部，不儀可適當減小整個系統(tǒng)尺寸，還對轉(zhuǎn)軸及其上安裝的零部件，如軸承、磁流體密封部件等起到一定的冷卻作用。


圖1本發(fā)明結(jié)構(gòu)正向剖面示意2第一晶體及水冷結(jié)構(gòu)俯視結(jié)構(gòu)示意3第一晶體及水冷結(jié)構(gòu)側(cè)視結(jié)構(gòu)示意4磁流體密封組件結(jié)構(gòu)示意圖具體實施方式
如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本發(fā)明包括晶體微調(diào)壓板1，2個晶體壓板2，磁流體密封組件3，2個角接觸軸承4，O形圈16、20，帶步進電機的轉(zhuǎn)角儀6，定位鍵7，傳動連接板8，編碼器安裝支架9，編碼器10，管接頭12，傳動連接套筒13，軸承座14，轉(zhuǎn)軸15，2個壓塊水管法蘭焊合17，第一晶體18，微調(diào)螺釘19。
其連接方式為在轉(zhuǎn)軸15的一端加工出一個中心與轉(zhuǎn)軸15中心重合的突出的圓形軸端，在其中心上開一個螺孔，使用編碼器10自帶的內(nèi)六角螺釘通過編碼器10的中心孔擰入軸端上的螺孔。編碼器孔正好與軸端配合，其中編碼器孔的直徑精度為φ150+0.005mm，軸端直徑精度為φ15-0.005-0.001mm，軸端表面軸向跳動為0.01mm。突出軸端附近的表面需要與編碼器10的表面接觸，所以所需的表面軸向跳動為0.0005mm。編碼器安裝支架9通過螺釘與編碼器10的法蘭部分連接，再與轉(zhuǎn)角儀6的殼體用螺釘連接。轉(zhuǎn)角儀6與傳動連接板8之間通過螺釘固定連接，傳動連接板8再用螺釘與傳動連接套13連接，傳動連接套13與轉(zhuǎn)軸15之間用定位鍵7固定，同時通過緊定螺釘與轉(zhuǎn)軸15連接。轉(zhuǎn)軸15上背靠背安裝一對角接觸軸承4，由軸承座14支撐，軸承座14一端與磁流體密封組件3連接。
轉(zhuǎn)軸15的另一端設有一個晶體槽，將晶體微調(diào)壓板1裝入晶體槽內(nèi)后，再放入第一晶體18，2個晶體壓板2壓住第一晶體18的晶面邊緣后與晶體槽用螺釘連接。2個壓塊水管法蘭焊合17壓住第一晶體18的側(cè)面后與晶體槽用螺釘連接，壓塊水管法蘭焊合17與第一晶體18側(cè)面之間分別用2個O形圈16密封連接。在晶體槽的下底面擰有4個調(diào)整螺釘19。另外第一晶體18上還開有許多微通道。
在與編碼器10連接的轉(zhuǎn)軸15的那一端銑出兩個與中心對稱的圓形凹槽，從凹槽中心分別沿轉(zhuǎn)軸15的軸向打兩個細長的通道，并用2個螺塞11塞住。兩通道在接近轉(zhuǎn)軸15的另一端時，改為與原來方向垂直的徑向，分別通向外部。通向外部的兩個孔分別與2個壓塊水管法蘭焊合17相接，壓塊水管法蘭焊合17上的法蘭與轉(zhuǎn)軸15之間分別通過O形圈20密封連接，再用螺釘固定。在編碼器安裝支架9所在軸段上打兩個對稱的孔與兩通道相通，在這兩個孔中分別插入2個管接頭12。
磁流體密封組件3包括磁性流體26，永久磁鐵23，2個磁極24，O型密封圈25，壓蓋27，殼體21。其連接方式為在轉(zhuǎn)軸15上加工出兩段多級環(huán)形間隙，其中充滿了磁性流體26，磁性流體26主要由精制油和二酯組成，具有較高的磁化強度和粘度。2個磁極24分別安裝在兩段多級間隙上，永久磁鐵23置于磁極24之間，永久磁鐵23產(chǎn)生的磁通經(jīng)過磁極24形成磁場作用于磁性流體26，使磁性流體26被吸住在間隙內(nèi)，形成磁流體“O”型環(huán)，從而把間隙堵住，達到密封的目的。再在磁極24和永久磁體26外套上殼體21，殼體21與磁極24之間安裝O形圈25以起到靜密封的作用，然后安裝壓蓋27，殼體21和壓蓋27之間用螺釘固定。
軸承座14由金屬盤和金屬套兩部分焊接而成，金屬盤一端與轉(zhuǎn)角儀6的殼體之間用螺釘連接，金屬套一端與磁流體密封組件3的殼體21通過螺釘連接，并安裝O形圈22。金屬套的法蘭部分再與真空腔體通過螺釘連接，同時使用O形圈5密封連接。
本發(fā)明運行時，給轉(zhuǎn)角儀6自帶的步進電機通電，帶動轉(zhuǎn)角儀6中的渦輪蝸桿傳動，使轉(zhuǎn)角儀6通過傳動連接板8、傳動連接套筒13和定位鍵7帶動轉(zhuǎn)軸15繞著軸線轉(zhuǎn)動，同時帶動第一晶體18隨著轉(zhuǎn)軸15一起轉(zhuǎn)動。而固定不動的磁流體密封組件3與轉(zhuǎn)軸15之間則形成相對的轉(zhuǎn)動，使磁性流體26和轉(zhuǎn)動軸15上的環(huán)形間隙、永久磁體25和磁極27形成動態(tài)密封回路，保證第一晶體18所在的轉(zhuǎn)軸15的左側(cè)的高真空度。轉(zhuǎn)軸15通過螺釘?shù)倪B接將轉(zhuǎn)動傳給編碼器10，編碼器10直接測量轉(zhuǎn)軸15的轉(zhuǎn)角即實際的Bragg轉(zhuǎn)角，其讀出精度為一角秒。從一個管接頭12注入一定溫度和速率的離子水，水沿著一條通道流入，經(jīng)過壓塊水管法蘭焊合17流進第一晶體18的微通道，形成微通道型冷卻結(jié)構(gòu)。離子水再從另一壓塊水管法蘭焊合17和另一條通道通過另一個管接頭12流出，從而完成一晶水冷的功能。
權利要求
1.一種同步輻射雙晶單色器第一晶體驅(qū)動轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)，包括晶體微調(diào)壓板(1)、晶體壓板(2)、磁流體密封組件(3)、角接觸軸承(4)、轉(zhuǎn)角儀(6)、定位鍵(7)、傳動連接板(8)、編碼器安裝支架(9)、編碼器(10)、管接頭(12)，傳動連接套筒(13)、軸承座(14)、轉(zhuǎn)軸(15)、O形圈(16、20)、壓塊水管法蘭焊合(17)、第一晶體(18)和微調(diào)螺釘(19)，其特征在于，轉(zhuǎn)軸(15)一端設有圓形軸端，編碼器(10)設置在轉(zhuǎn)軸(15)的圓形軸端上，轉(zhuǎn)軸(15)的另一端設有晶體槽，晶體微調(diào)壓板(1)裝入晶體槽內(nèi)后，再放入第一晶體(18)，晶體壓板(2)、壓塊水管法蘭焊合(17)壓住第一晶體(18)后與晶體槽連接，壓塊水管法蘭焊合(17)與第一晶體(18)側(cè)面之間用O形圈(16)密封連接，晶體槽的下底面擰有調(diào)整螺釘(19)，編碼器安裝支架(9)與編碼器(10)連接，再與轉(zhuǎn)角儀(6)的殼體連接，轉(zhuǎn)角儀(6)與傳動連接板(8)固定連接，傳動連接板(8)與傳動連接套(13)連接，傳動連接套(13)與轉(zhuǎn)軸(15)之間用定位鍵(7)固定，轉(zhuǎn)軸(15)上背靠背設有一對角接觸軸承(4)，由軸承座(14)支撐，軸承座(14)一端與磁流體密封組件(3)連接，與編碼器(10)連接的轉(zhuǎn)軸(15)的一端設有兩通道，兩通道分別與壓塊水管法蘭焊合(17)相接，壓塊水管法蘭焊合(17)上的法蘭與轉(zhuǎn)軸(15)之間通過O形圈(20)密封連接，編碼器安裝支架(9)所在軸段上設兩個對稱的孔，這兩個孔中分別插入管接頭(12)。
2.根據(jù)權利要求1所述的同步輻射雙晶單色器第一晶體驅(qū)動轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)，其特征是，轉(zhuǎn)軸(15)的圓形軸端，是中心與轉(zhuǎn)軸(15)中心重合的突出的圓形軸端，在圓形軸端中心上有一個螺孔，編碼器(10)通過自帶的內(nèi)六角螺釘經(jīng)過編碼器(10)的中心孔擰入圓形軸端上的螺孔，編碼器孔正好與圓形軸端配合，其中編碼器孔的直徑精度為φ150+0.005mm，圓形軸端直徑精度為φ15-0.005-0.001mm，圓形軸端表面軸向跳動為0.01mm，突出軸端附近的表面與編碼器(10)的表面接觸，表面軸向跳動為0.0005mm。
3.根據(jù)權利要求1或者2所述的同步輻射雙晶單色器第一晶體驅(qū)動轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)，其特征是，與編碼器(10)連接的轉(zhuǎn)軸(15)的一端設有兩個與中心對稱的圓形凹槽，從凹槽中心分別沿轉(zhuǎn)軸(15)的軸向打兩個細長的通道，并用螺塞(11)塞住，兩通道在接近轉(zhuǎn)軸(15)的另一端時，改為與原來方向垂直的徑向，分別通向外部，通向外部的兩通道分別與壓塊水管法蘭焊合(17)相接，編碼器安裝支架(9)所在軸段上的兩個孔與兩通道相通。
4.根據(jù)權利要求1所述的同步輻射雙晶單色器第一晶體驅(qū)動轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)，其特征是，晶體壓板(2)壓住第一晶體(18)的晶面邊緣后與晶體槽用螺釘連接，壓塊水管法蘭焊合(17)壓住第一晶體(18)的側(cè)面后與晶體槽用螺釘連接，第一晶體(18)上還設有許多微通道。
5.根據(jù)權利要求1所述的同步輻射雙晶單色器第一晶體驅(qū)動轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)，其特征是，磁流體密封組件(3)包括磁性流體(26)，永久磁鐵(23)，磁極(24)，O形圈(25)，壓蓋(27)，殼體(21)，其連接關系為在轉(zhuǎn)軸(15)上設置兩段多級環(huán)形間隙，其中充滿了磁性流體(26)，磁極(24)設置在兩段多級間隙上，永久磁鐵(23)置于磁極(24)之間，永久磁鐵(23)產(chǎn)生的磁通經(jīng)過磁極(24)形成磁場作用于磁性流體(26)，使磁性流體(26)被吸住在間隙內(nèi)，形成磁流體“O”型環(huán)，從而把間隙堵住，再在磁極(24)和永久磁體(26)外套上殼體(21)，殼體(21)與磁極(24)之間設置O形圈(25)，然后設置壓蓋(27)，殼體(21)和壓蓋(27)之間用螺釘固定。
6.根據(jù)權利要求1或者5所述的同步輻射雙晶單色器第一晶體驅(qū)動轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)，其特征是，軸承座(14)由金屬盤和金屬套兩部分焊接而成，金屬盤一端與轉(zhuǎn)角儀(6)的殼體連接，金屬套一端與磁流體密封組件(3)的殼體(21)連接，并設置O形圈(22)，金屬套的法蘭部分再與真空腔體連接，同時通過O形圈(5)密封。
全文摘要
一種機械設備領域的同步輻射雙晶單色器第一晶體驅(qū)動轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)，轉(zhuǎn)軸一端設有編碼器，轉(zhuǎn)軸另一端設晶體槽，晶體微調(diào)壓板、第一晶體設在晶體槽內(nèi)，晶體壓板、壓塊水管法蘭焊合壓住第一晶體后與晶體槽連接，壓塊水管法蘭焊合與第一晶體側(cè)面之間用O形圈密封連接，晶體槽下底面擰有調(diào)整螺釘，編碼器安裝支架與編碼器、轉(zhuǎn)角儀連接，轉(zhuǎn)角儀、傳動連接板、傳動連接套依次連接，傳動連接套與轉(zhuǎn)軸用定位鍵固定，轉(zhuǎn)軸上背靠背設有角接觸軸承，由軸承座支撐，軸承座一端與磁流體密封組件連接，壓塊水管法蘭焊合與轉(zhuǎn)軸之間通過O形圈密封連接，管接頭插入編碼器安裝支架所在軸段上設置的兩個對稱的孔中。本發(fā)明節(jié)省了空間，一定程度上消除摩擦產(chǎn)生的熱量。
文檔編號G02F1/01GK1605899SQ20041006642
公開日2005年4月13日 申請日期2004年9月16日 優(yōu)先權日2004年9月16日
發(fā)明者高雪官, 謝亞寧, 姚婧, 曹沖振 申請人:上海交通大學