用於低線脹係數材料低溫實驗的可調節支撐架及設計方法

2023-07-29 20:32:51

專利名稱：用於低線脹係數材料低溫實驗的可調節支撐架及設計方法
技術領域：
本發明涉及可調節支撐架及設計方法，具體涉及用於低線脹係數材料低溫實驗的可調節支撐架及設計方法，它主要應用於低線脹係數材料低溫實驗領域。
背景技術：
在進行低溫實驗時，需要在實驗件的一些關鍵點放置熱應變片和熱管用於導熱和控溫。現有的一些熱應變片、熱管具有一定的柔性，使用時要求其與被控溫部位具有良好的接觸。通常情況下，一些實驗件表面不能進行鑽孔以及粘貼，因此需要採用支撐架將熱應變片和熱管固定在實驗件表面。通常用支撐架對熱應變片和熱管的布置與安裝是在常溫下進行的。在進行低溫實驗時，由於溫度變化此類支撐架與低線脹係數材料製作的實驗件會發生不同的尺寸變化，導致熱應變片和熱管與被控溫部位發生脫離失去導熱和控溫作用。現有的一些支撐架採用鋁或鋼等具有較大線脹係數的材料製作，多為墊塊或者螺旋伸縮式杆，通常用於相似材料的結構支撐，無法滿足上述低線脹係數材料結構件的支撐。 因此，要求支撐結構具有對溫度的適應性，可滿足不同線脹係數材料實驗件的支撐。

發明內容
本發明提供一種用於低線脹係數材料低溫實驗的可調節支撐架及設計方法，解決低溫實驗中支撐架由於與被支撐結構線脹係數不匹配導致的在較大溫差下發生與被支撐結構脫離而導致的支撐失效問題。本發明所述的可調節支撐架仍然採用常見的鋁、鋼等線脹係數較高的材料，通過在原有支撐架的基礎上引入新型結構以實現溫度適應性，可以滿足相同熱膨脹係數材料實驗件以及上述低線脹係數材料實驗件進行低溫實驗的支撐需求。該適用於低溫實驗的可調節支撐架結構按照從上而下的結構順序包括以下5個零件中心帶沉頭通孔的方形鋁製墊塊1 ；國標通用螺釘2 ；圓柱螺旋彈簧3 ；中心通孔且外側有螺紋的T形剖面圓柱凸臺調節旋鈕4 ；中心帶螺紋通孔的圓柱底座5。上述適用於低溫環境的支撐機構在室溫下進行裝配的。所述方形鋁製墊塊1中心有一用來放置國標通用螺釘2的沉頭通孔，所述國標通用螺釘2穿過方形鋁製墊塊1後再穿過圓柱螺旋彈簧3內孔並最終放置在圓柱凸臺調節旋鈕4的內孔中，所述圓柱螺旋彈簧3放置在方形鋁製墊塊1與圓柱凸臺調節旋鈕4之間，通過國標通用螺釘2進行徑向限位，通過方形鋁製墊塊1以及圓柱凸臺調節旋鈕4進行軸向限位，所述圓柱凸臺調節旋鈕4 通過外螺紋與中心帶螺紋通孔的圓柱底座5的內螺紋孔相連，通過轉動圓柱凸臺調節旋鈕 4可改變其與中心帶螺紋通孔的圓柱底座5上表面之間的距離從而實現支撐架的高度調節以滿足被支撐件的空間尺寸限制，並壓縮圓柱螺旋彈簧實現支撐架初始支撐力的調節以滿足被支撐件的力學要求。當進行低溫實驗時，由於溫度變化，該支撐架主體結構件與實驗件均會發生尺寸變化，但由於該支撐架相對於以往支撐方法增加了圓柱螺旋彈簧結構，當圓柱螺旋彈簧軸向限位結構距離發生變化時，對圓柱螺旋彈簧的壓縮力也減小，則圓柱螺旋彈簧長度增加， 從而保證熱應變片以及熱管不與被控溫部位發生脫離。本設計提到的可調節支撐架可以用於較小安裝面的狹長空間安裝。該結構組成部分簡單，針對不同使用情況，其設計參數各有不同。設定可調節支撐架在室溫下安裝，且被支撐結構的線膨脹係數為CI1，安裝高度為 H1，支撐力為F1,實驗裝置的工作溫度區間為200K 300K，支撐架的線膨脹係數為α 2，要求在整個溫區範圍內的最小支撐力不小於0.9Flt)則可按照以下方法確定滿足要求的可調節支撐架的各個參數，主要有圓柱螺旋彈簧的彈性係數、圓柱螺旋彈簧工作長度以及各支撐架結構件的高度。可知組成支撐架的方形鋁製墊塊、國標通用螺釘、圓柱螺旋彈簧、圓柱凸臺調節旋鈕和中心帶螺紋通孔的圓柱底座五個零件的安裝總高度為H2,其中圓柱螺旋彈簧的彈性係數為k，其自由長度為Xtl，工作長度為Xl。其中自由長度&滿足X0 < ^/2則根據初始支撐力可求得圓柱螺旋彈簧的彈性係數k，工作長度X1 F1 = k* (X0-X1)可知圓柱螺旋彈簧剛度為 , F權利要求
1.一種用於低線脹係數材料低溫實驗的可調節支撐架，它由方形鋁製墊塊(1)，國標通用螺釘( ，圓柱螺旋彈簧C3)，中心通孔且外側有螺紋的T形剖面圓柱凸臺調節旋鈕(4) 和中心帶螺紋通孔的圓柱底座( 組成，其特徵在於所述方形鋁製墊塊(1)中心有一用來放置國標通用螺釘O)的沉頭通孔，所述國標通用螺釘O)穿過方形鋁製墊塊(1)後再穿過圓柱螺旋彈簧(3)內孔並最終放置在圓柱凸臺調節旋鈕的內孔中，所述圓柱螺旋彈簧C3)放置在方形鋁製墊塊(1)與圓柱凸臺調節旋鈕(4)之間，通過國標通用螺釘(2)進行徑向限位，通過方形鋁製墊塊⑴以及圓柱凸臺調節旋鈕⑷進行軸向限位，所述圓柱凸臺調節旋鈕(4)通過外螺紋與中心帶螺紋通孔的圓柱底座(5)的內螺紋孔相連，通過轉動圓柱凸臺調節旋鈕(4)可改變其與中心帶螺紋通孔的圓柱底座( 上表面之間的距離從而實現支撐架的高度調節以滿足被支撐件的空間尺寸限制，並壓縮圓柱螺旋彈簧實現支撐架初始支撐力的調節以滿足被支撐件的力學要求。
2.一種如權利要求1所述可調節支撐架的設計方法其特徵在於設計方法如下1)選擇圓柱螺旋彈簧(3)自由長度^，計算圓柱螺旋彈簧C3)的彈性係數k，工作長度 X1，確定圓柱螺旋彈簧的選型；自由長度&X0 < H/2(1)工作長度X1 X1 ^ X0-IOffl1* Δ α 2-α ^(2)彈性係數k
全文摘要
本發明公開了一種用於低線脹係數材料低溫實驗的可調節支撐架及設計方法，它解決了低溫實驗中固定式支撐結構不能隨著被支撐結構在較大溫差下發生尺寸變化而導致的支撐失效問題。該支撐架由方形鋁製墊塊、國標通用螺釘、圓柱螺旋彈簧、中心通孔且外側有螺紋的T形剖面圓柱凸臺調節旋鈕和中心帶螺紋通孔的圓柱底座組成，能夠根據被支撐結構的空間尺寸限制和力學要求進行設計和模塊化更換，實現在較大溫度變化下對被支撐結構的穩定支撐應用於低線脹係數材料低溫實驗的可調節支撐架具有安裝簡單、定位精確、對溫度變化適應性高等特點。
文檔編號F16M11/28GK102537615SQ20121001905
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月20日 優先權日2012年1月20日
發明者孫麗崴, 林劍春, 陳凡勝 申請人:中國科學院上海技術物理研究所