一种气体交变发生器的制作方法

1.本发明属于气体交变压力测试设备的技术领域，具体涉及一种气体交变发生器。


背景技术：

2.气体交变压力试验是很多航空领域产品，特别是压力传感器、信号器、压力表等元器件，非常重要的测试产品疲劳极限的重要试验手段。气体交变压力试验的方法是模拟这些元器件的实际使用工况，如模拟实际使用工况的循环介质压力变化。
3.传统的交变压力试验功能比较单一，一般只能模拟简单的固定波形，因此并不能精确地确定被试样件的极限使用寿命。随着航空领域技术的发展，为适应复杂的航空环境，各主机厂家对交变压力试验提出了更为苛刻的要求，不仅需要模拟实际运行工况的压力波形变化，如准正弦波、梯形波甚至任意波形，还需要模拟波形的频率，并能提高测试的精度要求。
4.在前端供压稳定的状态下，交变发生器就是产生交变压力的的核心执行元件。常见的制造气体交变压力试验台厂家，均采用控制电磁阀的通断，产生交变的气压。这种方式需要电磁阀不停的通断，对电磁阀本身寿命就是很大的考验，且需考虑在测试端尾端也添加电磁阀进行相间的排气，满足产生交变波形的要求，这样工作噪音就非常大；电磁阀通断频率也有一定的限制，不能灵活调整交变频率；靠阀芯切断气流，阀口截断面积变化突然，产生的气体交变压力波形突兀，且其峰值压力点精度最好仅能保证在2%左右。


技术实现要素：

5.本发明的目的提供一种气体交变发生器，旨在解决上述问题。本发明针对目前气体交变压力测试设备的交变发生器可靠性差、易造成噪声污染、测试形式固定单一、控制精度差等问题进行彻底优化，使其成为更加适应交变压力试验的执行元器件。
6.本发明主要通过以下技术方案实现：一种气体交变发生器，包括驱动机构、发生器壳体、转筒，所述转筒转动安装在发生器壳体内，且一端延伸出发生器壳体并与连接部连接，所述驱动机构与连接部连接，并驱动转筒转动；所述转筒的侧壁沿周向套设有格莱圈、o型圈，所述转筒的尾端套设有转筒轴套，且首端与连接部连接；所述发生器的外侧设置有与转筒限位连接的转筒固定座，所述转筒固定座与转筒之间设置有止推滚针轴承，所述连接部穿过转筒固定座并与驱动机构连接；所述发生器壳体、转筒分别对应设置有进气口、排气口、气压输出口，当发生器壳体、转筒的进气口相通时，所述发生器壳体、转筒的排气口错位设置；当当发生器壳体、转筒的排气口相通时，所述发生器壳体、转筒的进气口错位设置。
7.当为排气状态时，转筒的排气口和交变发生器壳体的排气口相通，且进气口互相错位封住孔口，此时交变发生器只排气不进气，使产品工装夹具端气体被排出，气压下降。当为进气状态时，转筒的进气口与交变发生器壳体的进气口相通，且出气口互相错位封住孔口，此时交变发生器只进气不排气，使产品工装夹具端气体充盈，气压升高。
8.为了更好地实现本发明，进一步地，所述驱动机构包括电动缸、推杆、摆杆、角接触球轴承，所述电动缸的驱动端设置有推杆，所述推杆的自由端设置有安装槽；所述摆杆与安装槽通过套设有角接触球轴承的转动销连接，所述摆杆上设置有中空腔，所述角接触球轴承设置在中空腔内；所述摆杆的底部与连接部连接。
9.为了更好地实现本发明，进一步地，所述摆杆的底部设置有开口槽，所述连接部插装在开口槽内，并通过螺钉旋紧开口槽的开口，实现固定安装。
10.为了更好地实现本发明，进一步地，还包括安装底板、电动缸安装座、壳体安装座，所述安装板上从前至后依次设置有壳体安装座、电动缸安装座；所述壳体安装座、电动缸安装座上分别安装有发生器壳体、电动缸。
11.为了更好地实现本发明，进一步地，所述转筒上出气口的两侧分别从内至外依次设置有格莱圈、o型圈。
12.为了更好地实现本发明，进一步地，所述连接部为杆状结构。
13.为了更好地实现本发明，进一步地，所述发生器壳体内部设置有安装腔，所述转筒转动安装在安装腔，所述安装腔对应设置有进气口、排气口、气压输出口。
14.本发明在使用过程中，先将电动缸固定在电动缸安装座上，发生器壳体固定在壳体安装座上，再将壳体安装座和电动缸安装座分别固定在安装底板上。给转筒套上格莱圈、o型圈和转筒轴套后塞入发生器壳体，不宜过紧也不宜过松，过紧会导致转动困难，过松会导致发生器漏气，压力无法保证。转筒轴套是起到类似轴承的作用，进气口有压力作用在转筒上，若做成一体式转筒，会造成转筒尾端与壳体内部的磨损。使用转筒固定座将转筒限位于在发生器壳体中，使其不被气压冲出，并且在转筒与转筒固定座之间要加止推滚针轴承，承受加压时对转筒朝外的轴向力，避免转筒端面与固定座直接接触转动磨损。转筒朝外端延生出连接部，与摆杆底部夹紧口相连，使用螺钉旋紧开口，摆杆摆动即带动转筒转动。
15.电动缸的推杆自由端外形如同“槽型钢”，将连接转筒的摆杆放入槽内，通过套有角接触球轴承的转动销进行连接，摆杆上部为中空结构，空出的部分要能够放入角接触球轴承，这样设计目的是为了不让转动销直接与摆杆接触，消除摆动过程中转动销的磨损，并且使用角接触球轴承，使摆动运动更加顺滑，避免卡滞情况的出现。
16.本发明是保证前端供给测试需求的稳定压力后，安装在产品试验工装夹具之前的部分，它的作用是控制流通气体的通断，并能在转筒这一部位就实现产品试验端的充压和泄压，进而实现气体交变压力的产生。本发明的工作原理如下：在转筒和发生器壳体上分别开有两处孔，一处为进气口，一处为排气口，其两孔位置错位对应，电动缸推出和拉回推杆，使角接触球轴承与转动销带动摆杆进行往复运动。推杆推出的极限位置为排气状态，转筒的排气口和交变发生器壳体的排气口相通，进气口互相错位封住孔口，此时交变发生器只排气不进气，使产品工装夹具端气体被排出，气压下降。推杆拉回的极限位置为进气状态，转筒的进气口与交变发生器壳体的进气口相通，出气口互相错位封住孔口，此时交变发生器只进气不排气，使产品工装夹具端气体充盈，气压升高。电动缸推杆的往复运动带动转筒在发生器壳体中往复旋转（在一定角度内往复，非圆周运动），交变发生器便进行着充气—排气—充气—排气
……
的循环，从而输出交变的气压到产品工装夹具端。
17.本发明的有益效果：
（1）与传统使用电磁阀控制气体通断产生交变气压的方式相比，本发明提高了设备的使用寿命，各主要连接部位均使用了轴承对力进行过渡，避免运动部件的磨损，操作人员只需定期对转筒表面涂抹润滑脂即可长时间连续使用；（2）本发明不会对测试现场造成噪声污染，交变发生器内部为往复旋转运动，没有金属零部件之间的碰撞，唯一的噪声是传统设备也具有的排气噪声，可在排气口接入消音器或者接管道将气体在室外排放；（3）本发明测试时的交变频率可调节，通过改变电动缸推杆推出和拉回的速度即是对交变频率快慢的影响，并且控制电动缸在推出和拉回极限位置的停顿时间 ，可产生不同交变类型；（4）本发明切断气流的方式很缓和，不会对后端输出的气压产生较大的波动，在保证前端供压稳定的情况下，交变峰值压力精度可以控制在0～1%之间，大大提高了气压控制精度；（5）传统方式中的电磁阀使用久损坏后只能重新更换，本发明使用久损坏的更多的是o型圈、格莱圈等辅件，直接进行更换即可，转筒、壳体等均是机加零件，更换成本远远小于电磁阀；（6）本发明将进气与排气部分进行了集成，在同一部位就能实现进气和排气的交替，大大缩小了对空间的占用，体积小。
附图说明
18.图1为本发明的整体结构示意图；图2为图1的主视图；图3为图1的左视图；图4为图1的俯视图；图5为转筒与壳体的连接结构示意图；图6为实施例中转筒的结构示意图；图7为图6的d-d剖视图；图8为图6的b-b剖视图；图9为转筒的立体结构示意图；图10为交变梯形波；图11为交变峰值采集图。
19.其中：1-摆杆，2-角接触球轴承，3-转动销，4-推杆，5-壳体安装座，6-电动缸，7-电动缸安装座，8-安装底板，9-发生器壳体，10-转筒固定座，11-转筒，12-止推滚针轴承， 13
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o型圈，14-格莱圈，15-转筒轴套。
具体实施方式
20.实施例1：一种气体交变发生器，如图1-图5所示，包括驱动机构、发生器壳体9、转筒11，所述转筒11转动安装在发生器壳体9内，且一端延伸出发生器壳体9并与连接部连接，所述驱动机构与连接部连接，并驱动转筒11转动；所述转筒11的侧壁沿周向套设有格莱圈14、o型圈
13，所述转筒11的尾端套设有转筒轴套15，且首端与连接部连接；所述发生器的外侧设置有与转筒11限位连接的转筒固定座10，所述转筒固定座10与转筒11之间设置有止推滚针轴承12，所述连接部穿过转筒固定座10并与驱动机构连接；所述发生器壳体9、转筒11分别对应设置有进气口、排气口、气压输出口，当发生器壳体9、转筒11的进气口相通时，所述发生器壳体9、转筒11的排气口错位设置；当当发生器壳体9、转筒11的排气口相通时，所述发生器壳体9、转筒11的进气口错位设置。
21.当为排气状态时，转筒11的排气口和交变发生器壳体9的排气口相通，且进气口互相错位封住孔口，此时交变发生器只排气不进气，使产品工装夹具端气体被排出，气压下降。当为进气状态时，转筒11的进气口与交变发生器壳体9的进气口相通，且出气口互相错位封住孔口，此时交变发生器只进气不排气，使产品工装夹具端气体充盈，气压升高。
22.进一步地，如图6-图9所示，所述转筒11上出气口的两侧分别从内至外依次设置有格莱圈14、o型圈13。
23.本发明是保证前端供给测试需求的稳定压力后，安装在产品试验工装夹具之前的部分，它的作用是控制流通气体的通断，并能在转筒11这一部位就实现产品试验端的充压和泄压，进而实现气体交变压力的产生。与传统使用电磁阀控制气体通断产生交变气压的方式相比，本发明提高了设备的使用寿命，各主要连接部位均使用了轴承对力进行过渡，避免运动部件的磨损，操作人员只需定期对转筒11表面涂抹润滑脂即可长时间连续使用。
24.实施例2：本实施例是在实施例1的基础上进行优化，如图1-图4所示，所述驱动机构包括电动缸6、推杆4、摆杆1、角接触球轴承2，所述电动缸6的驱动端设置有推杆4，所述推杆4的自由端设置有安装槽；所述摆杆1与安装槽通过套设有角接触球轴承2的转动销3连接，所述摆杆1上设置有中空腔，所述角接触球轴承2设置在中空腔内；所述摆杆1的底部与连接部连接。
25.电动缸6的推杆4自由端外形如同“槽型钢”，将连接转筒11的摆杆1放入槽内，通过套有角接触球轴承2的转动销3进行连接，摆杆1上部为中空结构，空出的部分要能够放入角接触球轴承2，这样设计目的是为了不让转动销3直接与摆杆1接触，消除摆动过程中转动销3的磨损，并且使用角接触球轴承2，使摆动运动更加顺滑，避免卡滞情况的出现。
26.进一步地，所述摆杆1的底部设置有开口槽，所述连接部插装在开口槽内，并通过螺钉旋紧开口槽的开口，实现固定安装。
27.进一步地，还包括安装底板8、电动缸安装座7、壳体安装座5，所述安装板上从前至后依次设置有壳体安装座5、电动缸安装座7；所述壳体安装座5、电动缸安装座7上分别安装有发生器壳体9、电动缸6。
28.本发明在使用过程中，先将电动缸6固定在电动缸安装座7上，发生器壳体9固定在壳体安装座5上，再将壳体安装座5和电动缸安装座7分别固定在安装底板8上。给转筒11套上格莱圈14、o型圈13和转筒轴套15后塞入发生器壳体9，不宜过紧也不宜过松，过紧会导致转动困难，过松会导致发生器漏气，压力无法保证。转筒轴套15是起到类似轴承的作用，进气口有压力作用在转筒11上，若做成一体式转筒11，会造成转筒11尾端与壳体内部的磨损。使用转筒固定座10将转筒11限位于在发生器壳体9中，使其不被气压冲出，并且在转筒11与转筒固定座10之间要加止推滚针轴承12，承受加压时对转筒11朝外的轴向力，避免转筒11
端面与固定座直接接触转动磨损。转筒11朝外端延生出连接部，与摆杆1底部夹紧口相连，使用螺钉旋紧开口，摆杆1摆动即带动转筒11转动。
29.本发明的工作原理如下：在转筒11和发生器壳体9上分别开有两处孔，一处为进气口，一处为排气口，其两孔位置错位对应，电动缸6推出和拉回推杆4，使角接触球轴承2与转动销3带动摆杆1进行往复运动。推杆4推出的极限位置为排气状态，转筒11的排气口和交变发生器壳体9的排气口相通，进气口互相错位封住孔口，此时交变发生器只排气不进气，使产品工装夹具端气体被排出，气压下降。推杆4拉回的极限位置为进气状态，转筒11的进气口与交变发生器壳体9的进气口相通，出气口互相错位封住孔口，此时交变发生器只进气不排气，使产品工装夹具端气体充盈，气压升高。电动缸6推杆4的往复运动带动转筒11在发生器壳体9中往复旋转（在一定角度内往复，非圆周运动），交变发生器便进行着充气—排气—充气—排气
……
的循环，从而输出交变的气压到产品工装夹具端。
30.本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。
31.实施例3：本实施例是在实施例1或2的基础上进行优化，所述发生器壳体9内部设置有安装腔，所述转筒11转动安装在安装腔，所述安装腔对应设置有进气口、排气口、气压输出口。
32.进一步地，所述连接部为杆状结构，优选的所述连接部可以设置为细长杆结构。
33.本实施例的其他部分与上述实施例1或2相同，故不再赘述。
34.实施例4：一种气体交变发生器，如图6-图8所示，如果说交变发生器是交变压力测试设备的关键，那转筒11就是关键中的关键。转筒11的材质我们选用的是铍青铜，硬度较高，适应长时间在发生器壳体9中转动，不易磨损。如图6-图8所示，转筒11有三处开孔，φ6为排气口，φ7.3为进气口，φ16为交变气压输出口，进气口与排气口之间夹角为160
°
，发生器壳体9进气口与排气口之间的夹角为135
°
。
35.推杆4带动摆杆1往复运动，转筒11进出口只有一个孔口通过交变气压输出口与产品测试端相通。转筒11与发生器壳体9之间的相对运动模式为进气口完全接通时，排气口刚好封住，交变发生器充压；排气口完全接通时，进气口刚好封住，交变发生器泄压。交变发生器前端已经提供了稳定准确的压力，要保证经过交变发生器后的压力稳定供给，转筒11与发生器壳体9之间一定不能有泄漏，要实现密封。
36.旋转密封是本发明的设计重点，研制初期我们仅使用了o型圈13对转筒11两端进行了密封处理，但由于有气压作用于转筒11表面，使用不久o型圈13就被挤压断裂，导致漏气。后陆续采用了y型圈、星型圈，还更换了胶圈材料均未能达到很好的效果。如图5所示，最终我们在转筒11上开了四道槽，靠近进出气口的左右两道槽我们使用了格莱圈14，能够抵挡大部分气压，较远的两端槽口仍然选用o型圈13，抵挡少部分越过格莱圈14的气压，即采用四道防线完全实现了对交变发生器的旋转密封。其中设计槽深时遵循了转动密封o型圈13内径必对转轴空套的原则，使转轴直径小于o型圈13内径2%以上。如图6-图8所示，o型圈13规格为内径20
×
2.65，按以上原则o型圈13槽直径应小于20-20
×
2%=19.6mm，图7中我们设计为19.5mm；格莱圈14规格为外径25
×
1.8，其外径与转筒11外径大小相等，安装时需要使用格莱圈14专用工具。
37.所述转筒轴套15材料采用不锈钢，保证套上转筒11后能够顺滑地相对转动，转筒11前端延长杆部位有转筒固定座10承受排气时进气口的压力，但是转筒11中部和尾部仅放入发生器壳体9中，有气压时会产生向尾部倾斜的现象，所以在转筒11尾部需要一个支点，起到轴承的作用，就增加了转筒轴套15这一零件。
38.在转筒固定座10和转筒11端面之间，添加了止推滚针轴承12，其规格为外径26
×
4，内径12mm。一方面它可以承受轴向力，另一方面使转筒11相对于转筒固定座10的转动更加顺滑，不易造成卡滞等现象。
39.转筒11能够旋转是通过摆杆1将推杆4的直线运动转化而来。摆杆1底部通过锁紧螺钉将转筒11延长杆夹紧，另一端通过角接触球轴承2和转动销3与推杆4相连。角接触球轴承2外径面与摆杆1接触，转动销3从角接触球轴承2的内径孔穿过。转动销3两端有槽口，使用弹性挡圈将其卡在推杆4上。电动缸6控制推杆4的伸缩进而带动摆杆1摆动，最终实现转筒11一定角度的往复旋转。
40.如图10所示，本发明现已适用于最大6mpa气压，工作频率20次/min的交变测试设备中，可一次性连续试验30000次，目前试验总次数已近百万次。
41.如图11所示，第一条、第三条线分别为精度
±
1%的上下限，中间线为产品端采集的交变峰值处压力值，试验设置压力为6mpa，可从右侧峰值产品压力栏看到单次压力值可达到5.9998mpa，精度很高。
42.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种气体交变发生器，其特征在于，包括驱动机构、发生器壳体（9）、转筒（11），所述转筒（11）转动安装在发生器壳体（9）内，且一端延伸出发生器壳体（9）并与连接部连接，所述驱动机构与连接部连接，并驱动转筒（11）转动；所述转筒（11）的侧壁沿周向套设有格莱圈（14）、o型圈（13），所述转筒（11）的尾端套设有转筒轴套（15），且首端与连接部连接；所述发生器的外侧设置有与转筒（11）限位连接的转筒固定座（10），所述转筒固定座（10）与转筒（11）之间设置有止推滚针轴承（12），所述连接部穿过转筒固定座（10）并与驱动机构连接；所述发生器壳体（9）、转筒（11）分别对应设置有进气口、排气口、气压输出口，当发生器壳体（9）、转筒（11）的进气口相通时，所述发生器壳体（9）、转筒（11）的排气口错位设置；当当发生器壳体（9）、转筒（11）的排气口相通时，所述发生器壳体（9）、转筒（11）的进气口错位设置。2.根据权利要求1所述的一种气体交变发生器，其特征在于，所述驱动机构包括电动缸（6）、推杆（4）、摆杆（1）、角接触球轴承（2），所述电动缸（6）的驱动端设置有推杆（4），所述推杆（4）的自由端设置有安装槽；所述摆杆（1）与安装槽通过套设有角接触球轴承（2）的转动销（3）连接，所述摆杆（1）上设置有中空腔，所述角接触球轴承（2）设置在中空腔内；所述摆杆（1）的底部与连接部连接。3.根据权利要求2所述的一种气体交变发生器，其特征在于，所述摆杆（1）的底部设置有开口槽，所述连接部插装在开口槽内，并通过螺钉旋紧开口槽的开口，实现固定安装。4.根据权利要求2所述的一种气体交变发生器，其特征在于，还包括安装底板（8）、电动缸安装座（7）、壳体安装座（5），所述安装板上从前至后依次设置有壳体安装座（5）、电动缸安装座（7）；所述壳体安装座（5）、电动缸安装座（7）上分别安装有发生器壳体（9）、电动缸（6）。5.根据权利要求1-4任一项所述的一种气体交变发生器，其特征在于，所述转筒（11）上出气口的两侧分别从内至外依次设置有格莱圈（14）、o型圈（13）。6.根据权利要求1所述的一种气体交变发生器，其特征在于，所述连接部为杆状结构。7.根据权利要求1所述的一种气体交变发生器，其特征在于，所述发生器壳体（9）内部设置有安装腔，所述转筒（11）转动安装在安装腔，所述安装腔对应设置有进气口、排气口、气压输出口。

技术总结
本发明公开了一种气体交变发生器，包括驱动机构、发生器壳体、转筒，所述转筒转动安装在发生器壳体内，且一端延伸出发生器壳体并与连接部连接，所述驱动机构与连接部连接，并驱动转筒转动；所述转筒的侧壁沿周向套设有格莱圈、O型圈，所述转筒的尾端套设有转筒轴套；所述发生器的外侧设置有与转筒限位连接的转筒固定座，所述转筒固定座与转筒之间设置有止推滚针轴承，所述连接部穿过转筒固定座并与驱动机构连接；所述发生器壳体、转筒分别对应设置有进气口、排气口、气压输出口。本发明有效解决了现有交变发生器可靠性差、易造成噪声污染、测试形式固定单一、控制精度差等问题，具有较好的实用性。好的实用性。好的实用性。


技术研发人员：李永杰 高涛
受保护的技术使用者：成都凯天电子股份有限公司
技术研发日：2021.11.08
技术公布日：2022/3/7