Name: 如何建立一个真空Spring的运输包装为纺转子规 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-04-07T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 26 s
Description: 学习为旋转转子规构建弹簧运输包装机制，确保转子在真空条件下固定运输。该设计经过 robustness 测试，可提高校准因子的长期稳定性，适用于精密仪器仪表工程领域。

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作者感谢美国国家标准与技术研究院（NIST）中子成像设施的仪器科学家 Daniel Hussey 博士在中子射线成像方面提供的帮助。

1. 采购弹簧传动机构的非定制部件
<ol>
	<li>准备弹簧、螺纹杆、间隔柱、螺母和垫圈。这些物品列在“特定材料/设备清单”中。在制造球形夹具之前，应先采购弹簧和间隔柱。所有材料应使用18-8不锈钢（除303外），或优选316不锈钢。</li>
	<li>准备转子。转子为直径4.5 mm的滚珠轴承，由440C不锈钢或E52100合金钢制成。</li>
	<li>准备“特定材料/设备清单”中所列的直角阀。</li>
</ol>
2. 准备运输容器所需材料
<ol>
	<li>准备运输容器。使用旋转模塑成型的聚乙烯硬壳箱，且箱体带有保护性凹槽，因为此类容器已通过成功测试。材料清单中所列的容器符合最小内部空间要求。</li>
	<li>准备泡沫包装材料。
	<ol>
		<li>准备2#（32 kg/m3）聚氨酯（聚酯型）泡沫。购买足量的聚酯泡沫，用于填充运输容器的顶部和底部。另购买一块5 cm厚的蛋格状聚酯泡沫。</li>
		<li>准备2#（PE）聚乙烯泡沫，厚度为7.6 cm，面积需足够覆盖运输容器的宽度和深度。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. 弹簧传动机构定制部件的采购与制作&#160;
注意：本节所述定制部件的示例图示见图2-4。&#160;
<ol>
	<li>绘制旋转转子规（SRG）套筒/法兰的加工图纸，并提交给定制供应商或内部加工车间进行制造。关键尺寸见图2。定制制造商必须熟悉超高真空（UHV）制造技术。该套筒结构相对简单，多数真空元器件公司均具备加工能力。</li>
	<li>获取用于将SRG探头固定至法兰的叉状支架（参见图1）。这些支架可从随SRG电子控制单元提供的商用SRG套筒/法兰组件中拆下。每个叉状支架由一颗螺栓（通常为公制内六角头螺钉）配合锁紧垫圈固定，使用合适的扳手（如公制内六角扳手）卸下螺栓即可拆卸。
	<ol>
		<li>也可由前一步骤中提供套筒/法兰的同一供应商加工制作，但无需遵循超高真空制造工艺。应精确复制商用SRG叉状支架的结构。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>绘制简易转接件的图纸，用于连接直角阀上的M6螺柱与8-32全螺纹螺柱（美标紧固件）。参见图3。</li>
	<li>绘制球体支架的加工图纸。关键尺寸见图4。球体支架应采用316L不锈钢材料，并按照超高真空制造技术进行加工。将球体支架点焊至弹簧一端，再将弹簧另一端点焊至支撑杆上。所有部件均需按照第5节所述清洗程序进行清洁。</li>
	<li>将8-32全螺纹螺柱截断至18 mm长度，并按第5节所述方法进行清洗。</li>
</ol>
4. 定制泡沫切割件的制备
<ol>
	<li>在聚乙烯泡沫中为弹簧运输机构制作一个切口。尽可能紧密地沿着阀组件的轮廓进行切割。可使用锋利的美工刀手工完成；或者，也可由包装供应商专业加工切割该轮廓。</li>
	<li>根据阀门制造商提供的阀门尺寸以及图2中给出的套筒/法兰尺寸，切割出足够大的套筒空间以容纳叉齿（1.5 cm × 3.8 cm）。</li>
</ol>
5. 真空组件的清洗&#160;
<ol>
	<li>在组装前清洁所有真空组件以达到超高真空（UHV）要求。我们推荐的清洁程序如下：
	<ol>
		<li>使用腈类、乳胶或乙烯基手套操作真空部件，禁止用手直接接触。</li>
		<li>使用温和洗涤剂（如材料/设备清单中所列）溶于去离子水或蒸馏水中，并配合无尘布清洁部件。</li>
		<li>将部件置于含温和洗涤剂的去离子水或蒸馏水浴中，放入超声波清洗器中清洗20分钟。</li>
		<li>用去离子水或蒸馏水彻底冲洗部件。</li>
		<li>用丙酮覆盖部件，并放入超声波清洗器中清洗20分钟。</li>
		<li>将部件从丙酮中取出，用乙醇覆盖，并放入超声游戏副本清洗器中清洗20分钟。</li>
		<li>将部件从乙醇中取出，用去离子水或蒸馏水彻底冲洗。</li>
		<li>用干燥氮气或洁净干燥空气吹干部件。</li>
		<li>将部件放置于洁净室级无尘布上晾干24小时。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
6. 组装弹簧传动机构
<ol>
	<li>组装过程中，请佩戴腈类、乙烯基或乳胶手套。切勿用手直接接触真空部件。</li>
	<li>准备所需工具：尖嘴钳、用于8-32螺母的内六角扳手、适配器用扳手、尺子或卡尺。用乙醇擦拭尺子/千分尺使其清洁；其余所有工具按照步骤5中的程序进行清洁。</li>
	<li>准备所需零件：阀门、套筒、滚珠轴承、滚珠支架/弹簧组件（见步骤3.5）、长度为18 mm的8-32螺柱、螺纹适配器、螺母和锁紧垫圈、3 mm内六角扳手以及美纹纸胶带。参见图5。</li>
	<li>弹簧传输机构组装：
	<ol>
		<li>顺时针旋转直角阀门直至完全关闭。</li>
		<li>透过阀门端口观察，确认阀座中心位置的M6螺柱。</li>
		<li>将适配器牢固地拧到M6螺柱上。通过端口插入超高空（UHV）清洁的扳手或钳子，尽可能拧紧适配器。</li>
		<li>将8-32螺柱插入适配器的另一端，并尽可能拧紧。8-32螺柱将穿过适配器并顶住M6螺柱。</li>
		<li>在8-32螺柱上放置一个锁紧垫圈，然后安装一个螺母。使用清洁的套筒扳手或钳子拧紧螺母。此步骤中可保持阀门关闭状态以方便拧紧。</li>
		<li>在8-32螺柱上再安装一个螺母，旋转至接近另一端的螺母但尚未接触。然后在8-32螺柱上放置锁紧垫圈。</li>
		<li>通过支柱将弹簧/滚珠支架连接到8-32螺柱上。旋转支柱直至其接触锁紧垫圈。 
		注：以下步骤描述如何检查弹簧组件的长度调节情况，参见图6。</li>
		<li>将转子放入定制的套筒中，并用商用SRG提供的磁铁固定：将磁铁置于套筒末端，并用美纹纸胶带固定。此时转子位于套筒末端。</li>
		<li>将套筒沿弹簧/滚珠支架滑动，当滚珠支架接触滚珠时停止。测量阀法兰与套筒法兰之间的间隙，如图6所示。
		<ol>
			<li>如果间隙在2 mm至6 mm范围内，则跳至步骤6.4.10.2)。理想间隙为3 mm，但2 mm至6 mm范围内的间隙均可接受。小于2 mm的间隙不可接受。</li>
			<li>取下套筒/法兰组件并放置一旁。如果间隙小于2 mm，则逆时针旋转支柱以增大间隙；如果间隙大于6 mm，则顺时针旋转支柱以减小间隙。返回步骤6.4.10重新操作。</li>
		</ol>
		</li>
		<li>取下套筒/法兰组件并放置一旁。如果间隙小于2 mm，则逆时针旋转支柱以增大间隙；如果间隙大于6 mm，则顺时针旋转支柱以减小间隙。返回步骤6.4.10重新操作。</li>
		<li>将螺母紧贴支柱拧紧。</li>
		<li>逆时针旋转打开阀门。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>组装法兰：
	<ol>
		<li>拆除美纹纸胶带和磁铁，小心让转子从套筒中滚出，从而取出转子。</li>
		<li>使用锁紧垫圈和螺栓将两个叉臂固定到法兰上，螺栓从定制法兰/套筒的背面穿入。锁紧垫圈和螺栓由商用SRG提供。该锁紧垫圈和螺栓无需进行超高真空清洁处理。</li>
		<li>调整叉臂方向，使其相互对齐成直角，如图1和图9所示。</li>
		<li>将SRG头部套入套筒，检查叉臂是否平直。头部应能顺畅滑入。</li>
		<li>对两个螺栓进行最终拧紧，并按照步骤6.5.3重新检查对齐情况。</li>
		<li>将转子重新放入套筒，并用磁铁和美纹纸胶带固定。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>完成弹簧传输组件组装：
	<ol>
		<li>在阀门端口上放置铜质或镀银铜质密封垫圈。</li>
		<li>将转子放入套筒中（若尚未按步骤6.5.6放入）。</li>
		<li>将法兰/套筒组件沿弹簧/滚珠支架滑动。调整法兰方向，使得当阀门连接至腔体时，叉臂上的紧定螺钉朝下。</li>
		<li>使用¼-28螺栓和螺母将法兰固定到阀门上。</li>
		<li>关闭阀门。</li>
		<li>移除用于固定滚珠的磁铁和胶带。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
7. 组装运输容器
<ol>
	<li>将聚酯泡沫切割至与运输容器尺寸相匹配。泡沫的厚度取决于容器的高度。在容器底部至少放置 7.6 cm 厚的泡沫。图 7 显示了泡沫组件的结构。</li>
	<li>将聚乙烯泡沫垫片置于聚酯泡沫的上方。</li>
	<li>在容器盖内放置一层聚酯泡沫，最小厚度应为 7.6 cm。图 8 显示了弹簧运输机构的最终安装位置。在运输过程中，使用洁净的铝箔和塑料端帽（随阀门提供）覆盖阀口的开口端，以进行保护。</li>
</ol>
8. 使用弹簧运输机制
<ol>
	<li>安装和悬浮转子： 
	注意：图9 显示了已安装的弹簧传输机构，其头部已连接。第一步是将弹簧传输机构从运输容器中取出。以下操作假设读者已熟悉旋转转子真空计的操作。控制器操作的详细信息请参见控制器用户手册。同时假设读者熟悉高真空技术。
	<ol>
		<li>从弹簧传输机构的开口端口上取下端盖和箔片。使用新的铜质或镀银铜垫圈以及¼-28螺栓组件，将开口端口连接至真空腔体上的DN 40（CF 2.75&#34;）接口。阀门的方向取决于叉臂的朝向。正确的朝向如图9所示：带锁紧螺钉的叉臂应朝下。将头部套入套筒，套筒的方向应保持在垂直方向的±2°以内。&#160; 使用水平仪检查方向。</li>
		<li>将真空腔体抽真空至低于10-3 Pa。缓慢打开弹簧传输机构的阀门。</li>
		<li>将头部连接至控制器。开启控制器并悬浮转子球。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>拆卸弹簧传输机构
	<ol>
		<li>使用电子控制器解除转子的悬浮状态。关闭控制器。</li>
		<li>关闭弹簧传输机构的阀门。</li>
		<li>取下头部。</li>
		<li>向真空腔体通大气。</li>
		<li>通过拆下连接阀门端口与真空腔体的螺栓，取下弹簧传输机构。</li>
		<li>在弹簧传输机构的开口端口上覆盖干净的箔片和塑料端盖。将弹簧传输机构放入运输容器的凹槽中。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Fremerey, J. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+spinning+rotor+gauge%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vac.+Sci.+Technol.+A%22%5BJournal%5D)">The spinning rotor gauge.</a> J. Vac. Sci. Technol. A. 3 (3), 1715-1720 (1985).</li>
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<li>Chang, R. F., Abbott, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Factors+affecting+the+reproducibility+of+the+accommodation+coefficient+of+the+spinning+rotor+gauge%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vac.+Sci.+Technol.+A%22%5BJournal%5D)">Factors affecting the reproducibility of the accommodation coefficient of the spinning rotor gauge.</a> J. Vac. Sci. Technol. A. 25 (6), 1567-1576 (2007).</li>
</ol>

本文中提及的商用设备旨在增进理解，并不意味着美国国家标准与技术研究院的推荐或背书，也不意味着所提及的材料或设备一定是该用途下最佳的可用选择。作者无其他事项需要披露。

设计目标是构建一种具有足够夹持力的弹簧运输机构，以确保转子在运输过程中保持固定不动。然而，仅设计一个坚固的弹簧运输机构并不足以保证转子始终固定，例如，若将该机构从较大高度掉落至坚硬表面，会产生巨大的冲击力。通过合理包装弹簧运输机构，使其在包装内部经过一定距离缓慢减速，可显著降低作用于转子的冲击力。物体在跌落过程中所受到的冲力称为冲击（shock），通常以重力加速度g的倍数来衡量。若物体从高度h处跌落，并在距离d内完成减速，则所受冲击为(h/d) × g。例如，若物体从1 m高处跌落，并在1 cm的距离内减速，则其受到的冲击为100 g。此例大致反映了在搬运过程中一个包装良好的物体可能遭遇的典型冲击水平。因此，弹簧运输机构的设计需确保转子在至少承受100 g冲击时仍能保持固定。这一目标并不难实现。我们采用了一个弹簧常数为3 N/mm的弹簧，在阀门完全关闭时被压缩了3 mm。转子的质量为0.37 g，钢珠保持架的质量为0.55 g，因此压缩后的弹簧可产生数百g的夹持力。根据弹簧长度...

旋转转子真空计（SRG）是一种用于测定1.0 × 10-4 Pa至1.0 Pa范围内真空压力的高真空测量装置。其核心结构是一个被悬浮在两个永磁体之间的旋转钢球。通过电磁线圈驱动钢球旋转，即&#34;加速旋转&#34;至某一频率（通常为410 Hz）；随后让钢球自由旋转，但由于真空系统中气体分子与钢球表面发生碰撞，其转速会随时间逐渐降低。因此，真空压力与钢球（即转子）的减速速率相关。图1展示了SRG的主要组成部分：转子、套筒、带连接电缆的探头以及电子控制器。在运行过程中，转子（或称钢球）被密封在套筒内部，通常用户不会直接接触或看到转子。套筒与真空系统相连。使用SRG时，将探头套在套筒上。探头内包含两个永磁体以及多组线圈，用于实现垂直和水平方向的稳定、驱动转子旋转以及检测转速。电子控制器接收来自检测线圈的信号，从而完成压力测量。对于表面条件理想的转子，其减速速率与真空压力之间遵循基本物理规律。为了利用SRG进行绝对压力测量，必须确定一个称为有效贴附系数的校准因子。该有效贴附系数取决于转子实际表面状况，如表面粗糙度、吸附气体和划痕等。这些因素在其使用过程中通常保持稳定。有关SRG的更多详细信息可参见其他文献资料。1-3
在需要绝对真空测量的应用中，SRG 被广泛使用。例如，校准实验室通常将 SRG 用作绝对真空标准。在此情况下，通过将高真空计的读数与 SRG 的读数进行比较，来对其进行校准。相应地，SRG 标准必须定期送往主要校准实验室重新测定其适应系数，以完成校准。主要校准实验室通常是国家计量院，例如美国国家标准与技术研究院（National Institute of Standards and Technology, NIST）。主要实验室通过将 SRG 的读数与基本真空标准进行比较，确定其适应系数，然后将 SRG 送回&#34;二级&#34;校准实验室。SRG 还可用作传递标准，用于不同校准实验室或国家计量院之间的标准比对。在此类应用中，SRG 会在各实验室之间进行国内或国际运输。4-8 在运输过程中，可能发生改变适应系数的事件。在运输前，转子必须解除悬浮状态，并拆下表头；此时转子将静置于套筒内壁上。在运输期间，由于振动和冲击导致转子与套筒之间的机械作用，转子表面可能发生改变；或者由于转子暴露于大气气体和湿度环境中，其表面也可能发生变化。这些变化会影响适应系数的长期稳定性。理想情况下，转子在运输过程中应始终保持在真空环境中并被固定不动。
历史上，标准旋转规（SRG）被用作各国计量研究院之间真空标准关键比对中的传递标准，这些SRG在各研究院之间进行了多次国际运输9。在早期的一次关键比对中发现，通过采用一种弹簧运输机制，可在运输过程中固定转子并使其保持在真空环境中，从而改善SRG长期稳定性中的容纳系数1,10。自那时起，弹簧运输机制已在多次国际关键比对中得到应用。最近一项对历史数据的研究表明，90%的此类比对稳定性优于0.75%，70%的比对稳定性达到0.5%9。因此，在大多数情况下，使用弹簧运输机制所获得的稳定性已完全满足绝大多数应用需求。
迄今为止，文献中关于如何构建弹簧运输机构的指导非常有限。早期版本的此类装置由于设计上未能充分考虑坚固性，以及在运输过程中操作不当，常出现无法完全固定转子的问题。这些早期经验表明，不仅需要构建一个坚固的弹簧运输机构，还必须以适当的方式进行包装，以尽量减少运输过程中的冲击。后一点至关重要，却常常被忽视。本文将介绍一种坚固的弹簧运输机构及其配套的合理运输包装的构建方法。我们的设计基于一些简单且经过验证的工程原理，能够制造出耐用的弹簧运输包装，最大限度地降低运输过程中发生故障的可能性。我们还描述了对设计坚固性的测试。测试方法的更多细节可参见 Fedchak et al. (2015)11。

<table><tbody><tr><td>弹簧，3 N/m</td><td>Lee Spring (www.leespring.com)</td><td>LC 042C 18 S316</td><td>外径 0.240&amp;nbsp;英寸，线径 0.042&amp;nbsp;英寸，刚度 17.1&amp;nbsp;磅&amp;#8288;/&amp;#8288;英寸，自由长度 2.25&amp;nbsp;英寸，线圈数 29.3</td></tr><tr><td>8-32 螺纹杆，316 不锈钢</td><td>McMaster-Carr (www.mcmaster.com)</td><td>90575A260</td><td>316 型不锈钢全螺纹螺柱，8-32 螺纹，3&quot; 长度。&amp;nbsp; 按照方案中指定长度截取</td></tr><tr><td>圆柱形间隔柱，8-32 螺钉尺寸</td><td>McMaster-Carr (www.mcmaster.com)</td><td>91125A140</td><td>18-8 不锈钢内螺纹圆形间隔柱，1/4&quot; 外径，1/4&quot; 长度，8-32 螺钉尺寸</td></tr><tr><td>螺母，8-32</td><td>McMaster-Carr (www.mcmaster.com)</td><td>90205A309</td><td>316 不锈钢小尺寸六角螺母，8-32 螺纹尺寸，1/4&quot; 宽度，3/32&quot; 高度</td></tr><tr><td>分体式锁紧垫圈，316 不锈钢</td><td>McMaster-Carr (www.mcmaster.com)</td><td>92147A425</td><td>316 型不锈钢分体式锁紧垫圈，NO. 8 螺钉尺寸，0.3&quot; 外径，最小厚度 0.04&quot;</td></tr><tr><td>钢制转子</td><td>McMaster-Carr (www.mcmaster.com)</td><td>9292K38</td><td>轴承级 E52100 合金钢，硬化钢球，直径 4.5 mm</td></tr><tr><td>直角阀</td><td>VAT Valve (www.vatvalve.com)</td><td>54132-GE02-0001</td><td>易关闭全金属角阀，DN 40 (1.5&quot;)</td></tr><tr><td>运输容器</td><td>Allcases, Reekstin &amp; Associates (www.allcases.com)</td><td>REAL1616-1205</td><td>锌制五金件配锌制把手，旋转模塑成型，轻质高抗冲聚乙烯箱体，带保护凹槽五金件。&amp;nbsp; 15.75&quot; × 15.88&quot; × 16.45&quot;</td></tr><tr><td>聚酯泡沫</td><td>Carry Cases Plus (www.carrycasesplus.com)</td><td>ES-PAD 3&quot; 厚</td><td>3&quot; 厚，2&amp;nbsp;磅炭黑色聚酯泡沫垫，24&quot; × 27&quot;。</td></tr><tr><td>聚酯泡沫</td><td>Carry Cases Plus (www.carrycasesplus.com)</td><td>ES-PAD 1&quot; 厚</td><td>1&quot; 厚，2&amp;nbsp;磅炭黑色聚酯泡沫垫，24&quot; × 27&quot;。</td></tr><tr><td>蛋格状聚酯泡沫</td><td>Carry Cases Plus (www.carrycasesplus.com)</td><td>ES-CONV</td><td>ES-CONV，2&amp;nbsp;磅，24&quot; × 27&quot; × 1 1/2&quot;。&amp;nbsp; &quot;蛋格&quot; 聚酯泡沫。&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>泡沫切割件，PE 泡沫</td><td>Willard Packaging Co. (www.willardpackaging.com)</td><td></td><td>定制泡沫切割件。</td></tr><tr><td>旋转转子真空计&amp;nbsp;</td><td>MKS Instruments (www.mks.com)</td><td>SRG-3</td><td>控制器、探头和套筒。&amp;nbsp; 弹簧输送机构必须使用定制套筒</td></tr><tr><td>定制套筒</td><td>MDC vacuum Inc. (www.mdcvacuum.com)</td><td></td><td>需提交图纸以制造定制部件</td></tr><tr><td>清洗剂</td><td>Fisher Scientific Co (www.fischersci.com)</td><td>04-320-4</td><td>Sparkleen 1 清洗剂</td></tr><tr><td>丙酮</td><td>Fisher Scientific Co (www.fischersci.com)</td><td>A18-S4</td><td>丙酮（符合 ACS 标准）</td></tr><tr><td>乙醇</td><td>Warner-Graham Company (www.warnergraham.com)</td><td>190 proof USP</td><td>190 Proof USP 乙醇</td></tr><tr><td>阀门用螺栓组</td><td>Kurt J. Lesker (www.lesker.com)</td><td>TBS25028125P</td><td>B,N&amp;W 套件，12 点，(25)1/4-28 × 1.25&quot;，用于 2.75&quot; 通孔，银镀层</td></tr><tr><td>银镀铜密封垫圈</td><td>Kurt J. Lesker (www.lesker.com)</td><td>GA-0275LBNSP</td><td></td></tr><tr><td>弹簧组件（焊接）</td><td>Omley Industries, Inc. (www.omley.com)</td><td>N/A</td><td>机械加工和焊接在 NIST 车间完成。然而，Omley Industries 也可作为弹簧组件焊接的替代选择。</td></tr></tbody></table>

如何为旋转转子真空计构建真空弹簧运输包装

How to Build a Vacuum Spring-transport Package for Spinning Rotor Gauges

旋转转子真空计（SRG）是一种高真空规，常作为次级标准或传递标准，用于测量 1.0 × 10-4 Pa 至 1.0 Pa 范围内的真空压力。在此类应用中，SRG 经常被运送至实验室进行校准。在运输过程中可能发生影响转子表面状态的事件，从而改变其校准因子。为确保校准的稳定性，通常采用弹簧运输机构来固定转子，并在运输期间使其保持在真空环境中。同时，使用专为降低运输损坏风险而设计的包装来运输弹簧运输机构也至关重要。本文详细描述了如何构建一个坚固的弹簧运输机构及运输容器。二者共同构成一个弹簧运输包装。该弹簧运输包装设计已通过跌落测试验证，性能表现优异。当前的弹簧运输机构设计可在承受数百 g 冲击（g = 9.8 m/sec2，即重力加速度）时仍保持转子固定不动，而运输容器则确保在常见的运输意外（按行业标准定义）中，该机构所受冲击不会超过约 100 g。

商业SRG的所有组件如图1所示，包括转子、套筒、包含用于悬浮和信号拾取的永磁体与线圈的头部，以及电子控制器。图1c所示的小弹簧用于将钢球固定在套筒内；该固定弹簧不用于弹簧传输机构。弹簧传输机构中使用的是商用控制器和头部。可将商用套筒上的叉状部件取下用于弹簧传输机构，也可自行加工复制这些简单零件。转子可直接使用，也可根据材料清单选用其他类型的滚珠轴承。图2-4中的机械图纸提供了构建弹簧传输机构所需定制零件的关键尺寸。图4中的球夹具点焊在弹簧一端，弹簧的另一端则点焊在支撑柱上。除套筒外，组装弹簧传输机构所需的所有零件如图5所示。弹簧的压缩量至少应为2 mm，作者建议标称压缩量为3 mm。图6展示了用于判断弹簧是否被适当压缩的测量方法，具体将在实验步骤中讨论。
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本文介绍了如何构建一种用于旋转转子规的可靠弹簧运输机构。该装置可牢固固定转子，并在运输过程中使其保持在真空状态。我们还描述了可最大限度降低运输过程中损坏风险的包装方法。测试结果表明，我们的设计能够有效应对运输过程中常见的冲击。

旋转转子真空计（SRG）是一种高真空测量装置，常作为次级标准或传递标准，用于测量1.0 × 10-4 Pa至…范围内的真空压力

本实验的总体目标是构建一种用于运输旋转转子真空计的弹簧运输装置。本文所展示的设计经过了耐用性测试，可为用户提供更稳定的长期校准因子。旋转转子真空计（Spinning Rotor Gauges，简称SRGs）常被用作传递标准，但在运输过程中转子表面若受到损伤，可能会改变其校准因子，即所谓的吸附系数。采用弹簧运输机制的优点在于，转子在运输过程中处于固定状态且处于真空环境中，从而最大限度地减少了转子表面发生变化的可能性。一些国家级冶金研究机构已使用弹簧运输机制超过20年，但已知该设计存在失效案例，且至今尚未公开发表。我们意识到，不仅需要构建一个坚固可靠的弹簧运输机制，还需以适当的方式对其进行包装，以在运输过程中最大限度地减小冲击。 本文字协议回顾了组装弹簧传输机构前的若干预处理步骤，包括制造机构的各个部件以及清洗真空组件。在装配过程中，应佩戴腈类、乙烯基或乳胶手套，切勿徒手直接接触真空部件。需要使用多种工具。确保使用乙醇清洁这些部件，或按照真空部件的清洗步骤进行操作。附加部件包括阀门、套筒、滚珠轴承、18 毫米 8-32 螺柱、螺纹转接头、螺母和锁紧垫圈、3 毫米内六角扳手以及遮蔽胶带。所有物品准备就绪后，即可开始组装。开始组装时，先关闭直角阀。通过阀体的端口观察，找到位于阀座中心的M6螺柱，然后将适配器紧密地拧到M6螺柱上。使用UHB洁净扳手或钳子将适配器尽可能拧紧。接着，将8-32螺柱插入适配器的另一端，并尽可能拧紧。8-32螺柱应穿过适配器并顶住M6螺柱。通过确保8-32螺柱紧压在阀座上的M6螺柱上，我们可保证适配器牢固地固定在位。在8-32螺柱上装入一个锁紧垫圈，并使用干净的套筒扳手或钳子拧紧螺母。接着，在8-32螺柱上再拧上第二个螺母，使其接近但尚未接触第一个螺母。然后，在立柱附近的 8-32 螺柱上安装一个锁紧垫圈，接着装上弹簧钢珠夹持器，并拧紧夹持器，直到压紧锁紧垫圈。现在，检查弹簧组件的长度调节情况。首先，将转子放入定制的套筒中。然后将磁铁吸附在定制套筒的外侧，并用美纹纸胶带固定。接着，将套筒套入弹簧球座，直至球座接触钢球，测量阀体法兰与套筒法兰之间的间隙。若间隙在2至6毫米范围内，则视为合格。否则旋转立柱以调整间隙。3 毫米为理想距离。确保间隙在 2 至 6 毫米范围内，可保证装置按设计功能正常运作，并能以足够的力量固定碗体。接下来，拆下筒状法兰组件并将其放置一旁。然后，将螺母拧紧至支柱上，并打开阀门。继续组装，将两个叉齿连接到法兰上。使用商用旋转转子规提供的锁紧垫圈和螺栓将其固定。通过移除遮蔽胶带和磁铁，并小心地让转子从套筒中滚出，从而拆下转子。现在，旋转齿部使其相互垂直，并通过将旋转转子规的头部套入套筒来检查其直线度。头部应能自由滑动。然后，将两个螺栓最终拧紧，并重新检查对齐情况。将转子放回套筒中，并用磁铁和美纹纸胶带固定。逆时针旋转打开阀门。下一步是在阀门接口处放置一个铜质或镀银铜质垫圈。如果转子尚未放入套筒中，请将其放入。现在，将法兰套筒组件滑动到弹簧球座上。调整法兰的方向，使得当阀门安装到腔室上时，齿部中的紧定螺钉朝下。最后，使用1/4-28螺栓和螺母将法兰固定到阀门上。然后，关闭阀门并移除固定钢球的磁铁和胶带。至此，弹簧输送机构的组装完成。使用该弹簧输送机构时，必须将其正确安装，并确保转子处于正确悬挂状态。此操作仅应由熟悉旋转转子规、控制器电子设备以及高真空技术的人员进行。第一步是从运输容器中取出弹簧运输机构。然后，从开口端口上取下端盖和箔片。接下来，使用一个新的铜制或镀银铜垫圈以及一套¼-28螺栓，将敞开端口连接到真空腔体的DN40端口上。阀门的安装方向取决于叉臂的方向。正确安装时，带有定位螺钉的叉臂应朝下。然后，将头部套入套筒，并将套筒垂直定向，精度控制在两度以内。现在，将真空室抽真空至低于千分之一帕斯卡。接着，缓慢打开弹簧输送机构的阀门。最后，将头部连接至控制器，打开控制器，使小球悬浮。弹簧输送机构组装完成后，用泡沫垫料进行包装。运输容器可在机构周围提供7.6厘米厚的泡沫保护。在弹簧运输机构的上方和下方填充了聚酯泡沫，侧面则填充了聚乙烯泡沫。在此配置下，即使从152厘米高度跌落，弹簧运输机构所承受的冲击也低于100 g。如果在包装过程中泡沫被压缩，即使压缩量很小，冲击也会增加约40%。在此情况下，泡沫在22-3/4厘米的跨度上被压缩了大约1-1/4厘米。在对一个原型模型进行了超过180次跌落测试后，对该机构拍摄了中子射线照相图像。该机构仍能正常工作，钢球仍牢固地固定在套筒内，且阀门处于关闭状态。请注意，此原型上的阀门比本方案中所述的阀门更小，且已不再生产。在所有部件采购完成后，弹簧运输机构只需几分钟即可组装完毕。必须采购我们设计中指定的定制套筒，因为商用套筒的长度或内部几何结构均无法完全固定钢球。我们定制部件的机械图纸可作为补充材料获取。如论文中所述，运输弹簧传送机构时，必须将其置于运输容器中，并确保周围至少有 7.6 厘米厚的泡沫包装。这可确保转子在常见的运输意外中保持固定不动。

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如何为旋转转子真空计构建真空弹簧运输包装

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