阅读说明：本技术 一种支撑力可控冷冻靶表征支撑机构 (Controllable freezing target of holding power sign supporting mechanism ) 是由 刘彦武 胡天龙 王轩 于 2020-06-16 设计创作，主要内容包括：一种支撑力可控冷冻靶表征支撑机构,属于惯性约束聚变技术领域。本发明解决了现有的在冷冻靶实验设备中,如果不为冷冻靶长悬臂增加支撑,则工作时易出现靶点振动量增加,而导致无法实现精确表征,而如果为冷冻靶长悬臂增加固定的支撑杆,则会导致工作时防碍悬臂运动的问题。它包括动力组件、伸缩组件及支撑组件,所述伸缩组件固定安装在真空腔体的外部且其伸缩端穿装在真空腔体内,所述伸缩组件通过动力组件提供伸缩动力,所述支撑组件包括顶块,所述顶块固定连接在伸缩组件的伸缩端。通过动力组件控制伸缩组件的伸缩,进而控制顶块顶紧与远离冷冻靶长悬臂,实现对长悬臂稳定支撑,同时不影响冷冻靶长悬臂运动。(A controllable supporting force freezing target representation supporting mechanism belongs to the technical field of inertial confinement fusion. The invention solves the problems that in the existing freezing target experiment equipment, if the support is not added to the freezing target long cantilever, the vibration quantity of the target spot is increased easily during working, so that the precise characterization cannot be realized, and if the fixed support rod is added to the freezing target long cantilever, the movement of the cantilever is prevented during working. It includes power component, flexible subassembly and supporting component, flexible subassembly fixed mounting wears the dress in the vacuum chamber at the outside of vacuum chamber body and its flexible end, flexible subassembly provides flexible power through power component, supporting component includes the kicking block, kicking block fixed connection is at flexible end of flexible subassembly. The telescopic component is controlled to stretch out and draw back through the power component, so that the jacking block is controlled to jack up and keep away from the long cantilever of the freezing target, stable support of the long cantilever is achieved, and meanwhile, the motion of the long cantilever of the freezing target is not influenced.)

一种支撑力可控冷冻靶表征支撑机构

技术领域

本发明涉及一种支撑力可控冷冻靶表征支撑机构，属于惯性约束聚变技术领域。

背景技术

惯性约束聚变是实现可控热核聚变的有效途径，是解决人类面临的能源问题的有效途径，具有重大的现实意义。

在惯性约束聚变领域中，冷冻靶101的是最有希望率先实现聚变的靶型。在冷冻靶101实验设备中，冷冻靶101安装在一个长悬臂102上，并且在真空环境下工作。如图8所示。长悬臂102底座103安装有滑块104，滑块104与滑轨105配合，因此长悬臂102底座103可带动长悬臂102和冷冻靶101在真空腔体106内直线运动。

冷冻靶101进行表征时，要求靶点的稳定性达到微米级。由于冷冻靶101安装在长悬臂102最前端，外界环境的微小扰动将会引起靶点的随机振动。当制冷系统、电机6等运动元件工作时，制冷机、电机6引起振动将会激励悬臂梁的振动量增加，从而导致靶点的振动量增加，超出冷冻靶101表征对稳定性的要求，无法实现精确表征，因此需要一种能减小冷冻靶101靶点振动的机构。

减少悬臂梁振动的一种方法是在悬臂端增加支撑。如下图8所示的支撑件107。但简单增加支撑后，面临一个问题，当冷冻靶101长悬臂102与长悬臂102底座103在滑轨105上运动时，支撑会妨碍悬臂的运动。这就出现了一个矛盾，为了在设备工作时降低冷冻靶101长悬臂102的振动，必须增加支撑来减小振动；而为了让冷冻靶101长悬臂102在真空腔体106内运动，又不能增加支撑，以免妨碍运动。

发明内容

本发明是为了解决现有的在冷冻靶实验设备中，如果不为冷冻靶长悬臂增加支撑，则工作时易出现靶点振动量增加，而导致无法实现精确表征，而如果为冷冻靶长悬臂增加固定的支撑杆，则会导致工作时防碍悬臂运动的问题，进而提供了一种支撑力可控冷冻靶表征支撑机构。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种支撑力可控冷冻靶表征支撑机构，它包括动力组件、伸缩组件及支撑组件，所述伸缩组件固定安装在真空腔体的外部且其伸缩端穿装在真空腔体内，所述伸缩组件通过动力组件提供伸缩动力，所述支撑组件包括顶块，所述顶块固定连接在伸缩组件的伸缩端。

进一步地，所述支撑组件还包括压力传感器，且所述压力传感器固装在顶块与伸缩组件的伸缩端之间。

进一步地，所述伸缩组件包括第一支撑腔体及设置于第一支撑腔体内的滚珠花键轴与滚珠花键套，其中所述第一支撑腔体固定连接在真空腔体的外部，滚珠花键轴与滚珠花键套配合连接，且滚珠花键套与第一支撑腔体固接，所述顶块固接在滚珠花键轴的伸出端。

进一步地，所述动力组件包括电机、传动组件、相互配合的丝母及丝杆，所述电机通过传动组件控制丝杆转动，且丝杆通过轴承转动穿装在第一支撑腔体中，所述滚珠花键轴与所述丝母固定连接。

进一步地，所述传动组件包括磁流体密封装置及联轴器，所述磁流体密封装置与第一支撑腔体之间通过法兰连接，电机的输出轴与磁流体密封装置的输入轴固接，丝杆与磁流体密封装置的输出轴之间通过联轴器固接。

进一步地，所述传动组件还包括过载法兰腔体及设置在过载法兰腔体内部的逆止过渡套、逆止过载连接器、超越离合器、扭矩限制器及转接轴，所述转接轴与电机的输出轴连接且通过电机实现转动，转接轴通过轴承组件转动穿装在所述过载法兰腔体内，所述超越离合器及所述扭矩限制器同轴套装在转接轴上，磁流体密封装置的输入轴与逆止过渡套固接，扭矩限制器与逆止过渡套之间通过逆止过载连接器连接，超越离合器与逆止过渡套连接。

进一步地，电机与转接轴之间通过带传动组件连接，其中带传动组件中的小带轮与电机的输出轴固接，大带轮与转接轴固接。

进一步地，第一支撑腔体的外部套装有第二支撑腔体，且两个支撑腔体的一端通过法兰连接，第二支撑腔体的另一端通过法兰固定安装在真空腔体的外部且与真空腔体连通。

进一步地，电机的输出轴上安装有手轮。

进一步地，第一支撑腔体上靠近真空腔体的一端固设有光电传感器，另一端部与滚珠花键轴之间连接有传感器拖链，连接第一支撑腔体与第二支撑腔体的法兰上安装真空航插。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

通过动力组件控制伸缩组件的伸缩，进而控制顶块顶紧与远离冷冻靶长悬臂，实现对长悬臂稳定支撑，提高冷冻靶靶点稳定性，同时不影响冷冻靶长悬臂运动。当冷冻靶长悬臂需要运动而不需要支撑时，动力组件控制伸缩组件收缩，带动顶块远离冷冻靶长悬臂及滑轨，给悬臂的运动留出空间，避免在工作时防碍悬臂运动；当冷冻靶长悬臂需要被支撑并减小振动时，动力组件控制伸缩组件伸展，进而带动顶块至规定的支撑位置，提供支撑力，降低靶点振动量，实现精确表征。

动力组件布置在真空腔体的外部，安装方便且有效避免散热不良的问题。

附图说明

图1为本申请的主剖视示意图(光电传感器、传感器拖链及真空航插未示出)；

图2为本申请的主剖视示意图(电机未示出)；

图3为图1的P处放大示意图；

图4为图1的I处放大示意图；

图5为本申请的第一立体结构示意图；

图6为本申请的第二立体结构示意图；

图7为本申请与真空腔体的连接示意图；

图8为现有技术中长悬臂的支撑示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～8说明本实施方式，一种支撑力可控冷冻靶表征支撑机构，它包括动力组件、伸缩组件及支撑组件，所述伸缩组件固定安装在真空腔体106的外部且其伸缩端穿装在真空腔体106内，所述伸缩组件通过动力组件提供伸缩动力，所述支撑组件包括顶块1，所述顶块1固定连接在伸缩组件的伸缩端。

通过动力组件控制伸缩组件的伸缩，进而控制顶块1顶紧与远离冷冻靶长悬臂102，实现对长悬臂102稳定支撑，提高冷冻靶靶点稳定性，同时不影响冷冻靶长悬臂102运动。当冷冻靶长悬臂102需要运动而不需要支撑时，动力组件控制伸缩组件收缩，带动顶块1远离冷冻靶长悬臂102及滑轨105，给悬臂的运动留出空间，避免在工作时防碍悬臂运动；当冷冻靶长悬臂102需要被支撑并减小振动时，动力组件控制伸缩组件伸展，进而带动顶块1至规定的支撑位置，提供支撑力，降低靶点振动量，实现精确表征。

所述动力组件作为动力源可以为多种形式，只要能够实现为伸缩组件提供动力及传递动力即可，例如电机6或手摇轮等，其传递动力的方式可以为简易的直线运动方式，也可以通过将旋转运动转为直线运动的方式。

动力组件布置在真空腔体106的外部，安装方便且有效避免散热不良的问题。

所述支撑组件还包括压力传感器2，且所述压力传感器2固装在顶块1与伸缩组件的伸缩端之间。通过设置压力传感器2，结合控制系统给冷冻靶长悬臂102提供可设定的支撑力，即能够实现给冷冻靶长悬臂102施加任意设定的支撑力。避免压力过大损坏机构或者压力过小无法起到降低悬臂振动的效果。控制系统为现有技术，此处不再赘述。在支撑组件工作前，先将需要的压力值在控制系统中设定好，当顶块1伸出后并接触到冷冻靶长悬臂102时，压力传感器2开始感应压力值大小，并且顶块1继续微量的伸出，当压力值达到设定的力值时，控制系统控制动力组件停止动力输出，进而使得顶块1停止动作。

所述伸缩组件包括第一支撑腔体3及设置于第一支撑腔体3内的滚珠花键轴4与滚珠花键套5，其中所述第一支撑腔体3固定连接在真空腔体106的外部，滚珠花键轴4与滚珠花键套5配合连接，且滚珠花键套5与第一支撑腔体3固接，所述顶块1固接在滚珠花键轴4的伸出端。如此设计，滚珠花键轴4与滚珠花键套5相配合形成移动副，通过动力组件带动滚珠花键轴4沿滚珠花键套5轴向移动，进而带动滚珠花键轴4伸出端的顶块1实现伸缩。

所述动力组件包括电机6、传动组件7、相互配合的丝母8及丝杆9，所述电机6通过传动组件7控制丝杆9转动，且丝杆9通过轴承转动穿装在第一支撑腔体3中，所述滚珠花键轴4与所述丝母8固定连接。如此设计，电机6输出扭矩和转速，滚珠花键轴4的一端为伸出端，另一端与丝母8固接，丝杆9推动丝母8与滚珠花键轴4在滚珠花键套5中做直线运动，滚珠花键套5固定不动。即通过丝杆9及丝母8实现滚珠花键轴4沿滚珠花键套5的轴向移动。丝杆9通过轴承与第一支撑腔体3形成转动副，轴承外圈压盖10与第一支撑腔体3相连并且将轴承的外圈固定在第一支撑腔体3上，挡套压环11与丝杆9相连接，并且压紧轴承内圈挡套12，轴承内圈挡套12压紧轴承的内圈，并将丝杆9固定在轴承的内圈上。当压力值达到设定的值时，电机6停止转动，顶块1也停止动作，此时顶块1会受到冷冻靶长悬臂102提供的大小相等并且方向相反的反作用力，因此会有反向运动的趋势。本申请中丝母8与丝杆9之间的螺纹可自锁，使得顶块1、滚珠花键轴4和丝母8保持位置不动，进而实再在电机6停止后保持顶块1对冷冻靶悬臂的压力。

所述传动组件7包括磁流体密封装置7-1及联轴器7-2，所述磁流体密封装置7-1与第一支撑腔体3之间通过法兰连接，电机6的输出轴与磁流体密封装置7-1的输入轴固接，丝杆9与磁流体密封装置7-1的输出轴之间通过联轴器7-2固接。如此设计，磁流体密封装置7-1与法兰之间设置密封圈密封。法兰与磁流体密封装置7-1对接处由磁流体密封圈密封，而磁流体密封装置7-1本身可使输出轴与输入轴的轴旋转间隙密封。从而实现支撑机构与真空腔体106连接的密封性。而电机6在大气中输出的扭矩最终通过磁流体密封装置7-1传入真空环境中的丝杆9上。

所述传动组件7还包括过载法兰腔体7-3及设置在过载法兰腔体7-3内部的逆止过渡套7-4、逆止过载连接器7-5、超越离合器7-6、扭矩限制器7-7及转接轴7-8，所述转接轴7-8与电机6的输出轴连接且通过电机6实现转动，转接轴7-8通过轴承组件转动穿装在所述过载法兰腔体7-3内，所述超越离合器7-6及所述扭矩限制器7-7同轴套装在转接轴7-8上，磁流体密封装置7-1的输入轴与逆止过渡套7-4固接，扭矩限制器7-7与逆止过渡套7-4之间通过逆止过载连接器7-5连接，超越离合器7-6与逆止过渡套7-4连接。电机6将扭矩传递给转接轴7-8，转接轴7-8通过轴承与过载法兰腔体7-3连接形成转动副。电机6通过电机6座与过载法兰腔体7-3固接。

逆止过渡套7-4和逆止过载连接器7-5均是加工件，作用是连接超越离合器和扭矩限制器，其结构即为在筒状结构的两端部开设若干连接孔，分别连接超越离合器和扭矩限制器。逆止过渡套受到的扭矩由超越离合器7-6和扭矩限制器7-7两个部件共同提供，即转接轴7-8的扭矩一部分传递给超越离合器7-6，另一部分传递给扭矩限制器7-7。逆止过渡套7-4带动磁流体密封装置7-1的输入轴转动。当装置出现故障时，即顶块1的压力值达到设定值后，电机6继续转动时，超越离合器7-6内部会分开，不再给逆止过渡套7-4提供扭矩，同时扭矩限制器7-7内部出现打滑，也不再给逆止过渡套7-4提供扭矩。此时转接轴7-8会发生空转，无法继续传递扭矩，进而实现了过载保护功能，保证了装置不会出现卡死或烧坏电机6等故障。

电机6与转接轴7-8之间通过带传动组件连接，其中带传动组件中的小带轮7-9与电机6的输出轴固接，大带轮7-10与转接轴7-8固接。电机6输出扭矩和转速，带动小带轮7-9转动，并且通过同步带7-11将扭矩传递给大带轮7-10，将扭矩放大。

第一支撑腔体3的外部套装有第二支撑腔体13，且两个支撑腔体的一端通过法兰连接，第二支撑腔体13的另一端通过法兰固定安装在真空腔体106的外部且与真空腔体106连通。如此设计，通过第二支撑腔体13将支撑机构整体安装在真空腔体106的外部，即在真空腔体106外部即可完成安装，并且保证了真空腔全的密封性，安装人员无需进入到狭窄的真空腔体106内。第二支撑腔体13与真空腔体106之间的法兰对接处由O型密封圈密封。连接磁流体密封装置7-1与第一支撑腔体3的法兰与连接第一支撑腔体3与第二支撑腔体13的法兰可以为同一法兰。

电机6的输出轴上安装有手轮7-12。如此设计，解决了在检修或调试支撑机构时，可以在断电状态下，手动旋转手轮7-12使电机6转动，进而控制顶块1伸缩。电机的输出轴两端分别在电机的两端，带轮安装在输出轴的一端部，手轮安装在输出轴的另一端部。

第一支撑腔体3上靠近真空腔体106的一端固设有光电传感器14，另一端部与滚珠花键轴4之间连接有传感器拖链15，连接第一支撑腔体3与第二支撑腔体13的法兰上安装真空航插16。所述传感器拖链15的一端通过连接板固定在第一支撑腔体3上。所述光电传感器14通过光电传感器14座固定在第一支撑腔体3上。真空航插16与法兰之间的连接处有密封圈密封。通过真空航插16与大气中的电线相连，最终接到控制机上。

工作原理：

在支撑机构工作前，先将所需要的支撑力值在控制系统中设定好。

支撑机构工作时，电机6输出扭矩，扭矩通过带传动组件进行放大并传递给转接轴7-8，转接轴7-8的一部分扭矩传递给超越离合器7-6，另一部分扭矩传递给扭矩限制器7-7，超越离合器7-6将扭矩传递给逆止过渡套7-4，扭矩限制器7-7通过逆止过载连接器7-5将扭矩传递给逆止过渡套7-4，逆止过渡套7-4带动磁流体密封装置7-1的输入轴与输出轴转动，磁流体密封装置7-1的输出轴通过联轴器7-2带动丝杆9转动，丝杆9推动丝母8及滚珠花键轴4在滚珠花键套5中直线运动，滚珠花键轴4带动顶块1及压力传感器2直线运动。

当顶块1接触到冷冻靶长悬臂102时，产生压力，随着顶块1继续运动，压力逐渐增大。压力传感器2将感应到的压力值传回控制系统，当压力值到达所需要的设定支撑力值时，控制系统使电机6断电，停止运动。

电机6停止后，由于丝杆9与丝母8之间发生自锁，可使丝母8受到来自顶块1的反向压力时不会反向运动，保证了支撑力的稳定。

当控制系统出现故障时，即顶块1达到了设定的压力值时，电机6没有及时停止并继续输出扭矩时，这时超越离合器7-6脱开，转接轴7-8无法通过超越离合器7-6给逆止过渡套7-4传递扭矩，并且扭矩限制器7-7开始打滑，转接轴7-8与无法通过扭矩限制器7-7给逆止过渡套7-4传递扭矩，这就使得转接轴7-8没有负载并发生空转，电机6也就空转，不会出现机构卡死等事故。

当支撑机构工作完成后并需要收回时，电机6反转，丝母8带动滚珠花键轴4、压力传感器2及顶块1反向运动，当丝母8运动到光电传感器14的感应区时，光电传感器14将感应信号传回控制系统，控制系统停止电机6工作，缩回运动完成。