Come costruire un vuoto primavera-trasporto Pacchetto per la filatura rotore Indicatori

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Fedchak, J. A., Scherschligt, J., Sefa, M. How to Build a Vacuum Spring-transport Package for Spinning Rotor Gauges. J. Vis. Exp. (110), e53937, doi:10.3791/53937 (2016).

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Abstract

Il calibro rotore (SSR) è un calibro alto vuoto spesso usato come standard secondario o trasferimento per pressioni di vuoto nella gamma di 1,0 x 10 -4 Pa a 1,0 Pa. In questa applicazione, i SRGS sono spesso trasportati ai laboratori per calibrazione. Gli eventi possono verificarsi durante il trasporto che cambiate le condizioni della superficie del rotore, cambiando così il fattore di calibrazione. Per garantire la stabilità di calibrazione, un meccanismo a molla trasporto è spesso usato per immobilizzare il rotore e tenerlo sotto vuoto durante il trasporto. E 'anche importante per trasportare il meccanismo a molla trasporto utilizzando imballaggi progettati per minimizzare il rischio di danneggiamento durante il trasporto. In questo manoscritto, una descrizione dettagliata viene data su come costruire un meccanismo a molla-trasporto robusta e container. Insieme, questi costituiscono un pacchetto di primavera-trasporti. Il design della confezione molla di trasporto è stata testata utilizzando drop-test e la performance è risultata eccellente. L'attuale primavera-trasport meccanismo disegno mantiene il rotore immobilizzato quando si verifica scosse di diverse centinaia g (g = 9,8 m / sec 2 ed è l'accelerazione di gravità), mentre il contenitore di trasporto assicura che il meccanismo non subirà urti superiore a circa 100 g durante comune contrattempi di spedizione (come definito da standard del settore).

Introduction

Il calibro rotore (SSR) è un calibro alto vuoto utilizzato per determinare la pressione di vuoto nella gamma di 1,0 x 10 -4 Pa a 1,0 Pa. Si tratta fondamentalmente una sfera di acciaio rotante che è sospeso tra due magneti permanenti. Elettromagneti sono utilizzati per ruotare o "spin-up", la palla certa frequenza (tipicamente 410 Hz); la sfera è quindi consentito di ruotare liberamente, ma la velocità di rotazione diminuisce nel tempo a causa delle collisioni di molecole di gas nel sistema di vuoto con la superficie della sfera. Pressione di vuoto è quindi correlata al tasso di decelerazione della sfera d'acciaio o rotore Figura 1 mostra gli elementi essenziali della SSR:. Rotore, ditale, testa con cavo di collegamento, e centralina elettronica. Il rotore, o la sfera, è contenuto all'interno del ditale durante il funzionamento e vengono normalmente non gestite da non è visibile all'utente SRG. Il ditale è collegato al sistema di aspirazione. Per far funzionare la SSR, la testa è scivolato sopra il ditale. Iltesta contiene due magneti permanenti e diverse serie di bobine di filo usati per la stabilizzazione verticale ed orizzontale, la guida del rotore, e rilevare la rotazione. Il controllore elettronico interpreta il segnale dalla bobina di rilevamento in modo che una misurazione della pressione può essere effettuata. Per un rotore con condizioni superficie ideale, la velocità di decelerazione è legata alla pressione di vuoto dalla fisica fondamentale. Per effettuare le misurazioni di pressione assoluta usando un SSR, un fattore di calibrazione, noto come efficace coefficiente di accomodazione, deve essere determinato. L'efficace coefficiente di accomodazione dipende dalle reali condizioni della superficie del rotore, come la rugosità, gas adsorbiti e graffi. Questi fattori tende ad essere stabile nel corso del suo utilizzo. Ulteriori dettagli di SRGS possono essere trovati in altri riferimenti 1 -. 3

La SSR è utilizzato in applicazioni in cui sono richieste misure vuoto assoluto. Ad esempio, laboratori di taratura spessousare SRGS come standard vuoto assoluto. In questo caso, calibri alto vuoto sono calibrati confrontando la loro lettura a quella della SSR. A sua volta, lo standard SSR deve essere periodicamente calibrata spedendo la SSR ad un laboratorio di taratura primaria per avere il suo coefficiente di accomodazione ri-determinato. laboratori di taratura primarie sono di solito istituti nazionali di metrologia, come il National Institute of Standards and Technology (NIST). Il laboratorio primaria determina la SRG coefficiente di alloggio, confrontando la lettura di uno standard vuoto primario, e poi ritorna la SSR al laboratorio di taratura "secondario". La SSR è anche usato come standard di trasferimento per il confronto delle norme tra i laboratori di taratura o istituti nazionali di metrologia. In questa applicazione, la SSR è trasportato nazionale o internazionale tra i vari laboratori. 4 - 8 Durante la spedizione, gli eventi possono accadere che il cambiamento del coefficiente di alloggio. Prima di shipment, il rotore deve essere de-sospeso e la testa viene rimossa; il rotore poggia quindi sulla parete interna del ditale. Durante il trasporto, la superficie del rotore è soggetto a modifiche dall'azione meccanico tra il rotore e ditale causa di vibrazioni e urti, o la superficie può variare a esposizione del rotore a gas atmosferico e umidità. Questi cambiamenti influenzano la stabilità a lungo termine del coefficiente alloggio. Idealmente, il rotore dovrebbe rimanere nel vuoto e immobilizzato durante il trasporto.

Storicamente, SRGS sono stati utilizzati come standard di trasferimento in confronti chiave di standard vuoto tra gli istituti nazionali di metrologia, dove SRGS vengono trasportati a livello internazionale molte volte tra i vari istituti. 9 Durante un confronto chiave presto, si è constatato che la stabilità a lungo termine del SSR coefficiente di accomodazione potrebbe essere migliorata utilizzando un meccanismo a molla di trasporto che sia immobilizzato il rotore e mantenuto sotto vuoto durante il trasporto. 1,10 Da allora, il meccanismo a molla di trasporto è stato usato molte volte in confronti chiave internazionali. Un recente studio dei dati storici hanno mostrato che il 90% di questi confronti avuto stabilità migliore di 0,75%, e il 70% ha avuto stabilità dello 0,5%. 9 Pertanto, utilizzando un meccanismo a molla trasporto, nella maggior parte dei casi, produrre una stabilità che è più che sufficiente per la maggior parte delle applicazioni.

Fino ad oggi, c'è stato poco di orientamento nella letteratura su come costruire un meccanismo a molla-trasporti. Le prime versioni di questi dispositivi sono stati conosciuti per riuscire immobilizzare completamente il rotore, a causa di una combinazione di essere insufficientemente progettato per la robustezza e la manomissione durante la spedizione. Questi primi insegnamenti mostrano che è importante sia per costruire un meccanismo a molla trasporto robusta e confezionare correttamente in modo da minimizzare urti durante il trasporto. Questo secondo momento è critico, ma spesso ignorato. Qui ci describall'e la costruzione di un meccanismo a molla trasporto robusta in aggiunta ad un pacchetto trasporti ben costruito. Il nostro progetto si basa su pochi testati, semplici principi, ingegneria che consentono la realizzazione di un pacchetto a molla trasporto resistente che minimizza la possibilità di errore durante il trasporto. Noi descriviamo anche i nostri test della solidità del nostro design. Ulteriori dettagli dei metodi di prova possono essere trovati in Fedchak et al. (2015). 11

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Protocol

Parti 1. Procure non personalizzate per il meccanismo di trasporto della molla

  1. Procurarsi le molle, asta filettata, distanziali, dadi e rondelle. Questi elementi sono elencati nella lista di specifici materiali / attrezzature. Acquistare le molle e distanziali prima produzione del titolare palla. Utilizzare 18-8 in acciaio inox (tranne 303), o, preferibilmente, acciaio inox 316, per tutti i materiali.
  2. Procurarsi rotore. Il rotore è un cuscinetto a sfera 4,5 millimetri di diametro in acciaio inossidabile 440C o acciaio legato E52100.
  3. Procurarsi la valvola ad angolo retto elencati nella lista di specifici materiali / attrezzature.

2. Materiali procurare il contenitore di spedizione

  1. Procurarsi il contenitore di spedizione. Utilizzare rotazionale-stampati, i casi a guscio rigido in polietilene con nicchie protette dal momento che questi sono stati il ​​tipo di casi che sono stati testati con successo. Il caso nella lista di specifici materiali / attrezzature soddisfi i requisiti minimi di spazio interno.
  2. procURE l'imballaggio di schiuma.
    1. Procurarsi 2 # (32 kg / m 3) di poliuretano (estere) di schiuma. Acquisto abbastanza schiuma estere per riempire la parte superiore e inferiore del contenitore di spedizione. L'acquisto di un pezzo di cinque centimetri di schiuma estere cartone delle uova.
    2. Procurarsi 2 foam # (PE) polietilene che è spessa 7,6 cm ed ha una superficie sufficiente a coprire la larghezza e la profondità del contenitore di spedizione.

3. Approvvigionamento e fabbricazione di parti custom per il meccanismo a molla-trasporti

Nota: i disegni esempio di parti personalizzate descritte in questa sezione sono riportati nelle figure 2-4.

  1. Elabora e presenta disegni a fornitore personalizzata o in-house negozio per la produzione del calibro di rotore (SRG) ditale / flangia. Dimensioni critiche sono riportati nella Figura 2. Il costruttore personalizzato deve avere familiarità con le tecniche di produzione ultra-alto vuoto (UHV). Il ditale è relativamente semplice realizzazione di unND è ben all'interno la capacità di molte aziende di componenti a vuoto.
  2. Acquisire i denti che tengono la testa SSR alla flangia (vedi Figura 1). Questi possono essere rimossi dal gruppo ditale / flangia commerciale SRG che viene fornito con la centralina elettronica SRG. Ogni dente è tenuto in posizione da un singolo bullone (tipicamente una metrica esagonale a brugola) con una rondella di sicurezza, e può essere rimosso svitando con la chiave appropriata (ad esempio una chiave esagonale metrica).
    1. In alternativa, fabbricare questi dallo stesso fornitore che fornisce il ditale / flange come nel passaggio precedente, ma le tecniche di fabbricazione ultra-alto vuoto non devono essere seguite. Fare copie esatte dei denti SRG commerciali.
  3. Produrre e presentare i disegni per il semplice adattatore per collegare il perno M6 sulla valvola ad angolo retto a un perno 8-32 all-filo (hardware standard americano). Vedi Figura 3.
  4. Produrre e presentare disegni per la fabbricazione del supporto palla. CriticaL dimensioni sono indicate in figura 4. Realizzare il titolare palla di acciaio inossidabile 316L in accordo con tecniche di produzione UHV. Tack saldare la porta sfere ad una estremità di una molla. Tack saldare l'altra estremità della molla per la situazione di stallo. Pulire tutte le parti in conformità con la procedura di pulizia di cui al punto 5.
  5. Tagliare il perno 8-32 all-thread per una lunghezza di 18 mm e pulito come descritto nella sezione 5.

4. Realizzazione di ordinazione Schiuma Cut-out

  1. Fare un cut-out per il meccanismo a molla di trasporto nella schiuma PE. Seguire i contorni del gruppo valvola il più vicino possibile. Fare questo a mano con un taglierino affilato; in alternativa, il profilo può essere tagliato professionalmente da un fornitore di imballaggio.
  2. Utilizzare le dimensioni della valvola indicata dal costruttore della valvola e le dimensioni ditale / flangia indicate nella figura 2. Tagliare lo spazio per il ditale abbastanza grande per accogliere i rebbi (1,5 cm x 3,8 cm).

5. Pulizia dei Componenti per il vuoto

  1. Pulire tutti i componenti per il vuoto per ultra-alto vuoto (UHV) prima del montaggio. La nostra procedura di pulizia consigliata è la seguente.
    1. Maneggiare parti vuoto utilizzando nitrile, lattice o guanti in vinile. Non toccare con le mani nude.
    2. Pulire le parti utilizzando un detergente delicato (come indicato nella / dotazioni materiali) disciolto in acqua distillata o deionizzata e un panno privo di lanugine.
    3. Mettere le parti in un bagno di detersivo delicato disciolto in acqua distillata o deionizzata e posto in un pulitore ultrasonico per 20 min.
    4. parti Sciacquare abbondantemente con acqua distillata o deionizzata.
    5. Coprire le parti con acetone e posto in un pulitore ad ultrasuoni per 20 minuti.
    6. Rimuovere le parti da acetone. Coprire le parti con etanolo e posto in un pulitore ad ultrasuoni per 20 minuti.
    7. Rimuovere le parti da etanolo. Sciacquare abbondantemente con acqua distillata o deionizzata.
    8. Soffiare le partisecco con azoto secco o aria secca e pulita.
    9. Lasciate parti di aria asciugare su un panno privo di lanugine qualità clean-room per 24 ore.

6. Montare il meccanismo a molla-trasporti

  1. Durante il montaggio, indossare guanti di nitrile, vinile o in lattice. Non toccare le parti del vuoto a mani nude.
  2. Raccogliere gli strumenti necessari: pinze ad ago, driver a brugola per 8-32 dado, chiave per l'adattatore, righello o calibro. Pulire il righello / micrometrica con etanolo; pulire tutti gli altri strumenti che utilizzano il procedimento al punto 5.
  3. Raccogliere le parti necessarie: il gruppo valvola, ditale, cuscinetti a sfera, ball-titolare / molla (vedi punto 3.5), 18 mm di lunghezza 8-32 perno, adattatore filettato, dadi e rondelle serrate, a 3 mm chiave a brugola e mascheramento nastro. Vedere la Figura 5.
  4. Primavera-Transport assieme meccanismo:
    1. Completamente chiudere la valvola ad angolo retto ruotandola in senso orario fino all'arresto.
    2. Guardando attraverso le porte della valvola, identificare il perno centere M6d sulla sede della valvola.
    3. Avvitare l'adattatore comodamente sul perno M6. Inserire una chiave pulito UHV o pinze attraverso la porta per ottenere l'adattatore come aderente possibile.
    4. Inserire 8-32 perno nell'altra estremità dell'adattatore. Serrare come perfettamente possibile. Il 8-32 perno si estenderà attraverso l'adattatore e spingerlo contro il perno M6.
    5. Posizionare lock-rondella sul perno 8-32 e poi un dado. Serrare il dado con un driver presa pulita o una pinza. La valvola può essere chiusa durante questo passaggio per rendere più semplice il fissaggio.
    6. Posizionare un dado sul perno 8-32. Girare fino a quasi toccare il dado sull'altra estremità. Posizionare la rondella di sicurezza sul 8-32 perno.
    7. Fissare la primavera / sfera-titolare al 8-32 perno dalla situazione di stallo. Girare la situazione di stallo fino a quando non è a contatto con il blocco-rondella.
      Nota: La seguente procedura descrive come controllare la regolazione della lunghezza del gruppo molla, vedi Figura 6.
    8. Posizionare il rotore nel ditale personalizzato e fissarlo con un magnete (da ACommercial SRG) appoggiandolo sul lato ditale e fissandolo con del nastro adesivo. Il rotore è ora alla fine del ditale.
    9. Far scorrere ditale sopra molla / sfera-titolare, fermarsi quando la palla-porta tocca la palla. Misurare la distanza tra la flangia della valvola e la flangia ditale, come in Figura 6.
      1. Se la distanza è nel range di 2 mm a 6 mm, passare al punto 6.4.10.2). Un gap nominale di 3 mm è ideale, ma un vuoto nella gamma è di 2 a 6 mm sufficienti. Un gap inferiore a 2 mm non è accettabile.
      2. Rimuovere il gruppo ditale / flangia e mettere da parte. Se il distacco era inferiori a 2 mm, ruotare il contrappeso in senso antiorario per fare il divario più ampio. Se il distacco era superiore a 6 mm, ruotare il contrappeso in senso orario per rendere il gap più piccolo. Tornare al passaggio 6.4.10.
    10. Rimuovere il gruppo ditale / flangia e mettere da parte. Se il distacco era inferiori a 2 mm, ruotare il contrappeso in senso antiorario per fare il divario più ampio. Se il distacco era superiore a 6 mm, ruotare la standoff senso orario per rendere il gap più piccolo. Tornare al passaggio 6.4.10.
    11. Stringere il dado contro la situazione di stallo.
    12. Aprire la valvola ruotando in senso antiorario.
  5. Montare la flangia:
    1. Rimuovere il rotore rimuovendo nastro adesivo e magnete e con attenzione consentendo il rotore a rotolare su ditale.
    2. Attaccare i due rebbi alla flangia utilizzando un lock-rondella e il bullone inserito attraverso il lato posteriore della flangia custom / ditale. Il lock-rondella e il bullone sono forniti dalla SRG commerciale. La serratura-rondella e il bullone non devono essere puliti per ultra-alto vuoto.
    3. Ruotare i denti in modo che essi sono quadrati tra loro, come in Figura 1 e Figura 9.
    4. Controllare denti per rettilineità facendo scivolare la testa SSR sopra il ditale. La testa deve scorrere sul liberamente.
    5. Dare i due bulloni di serraggio finale e ri-verificare l'allineamento come al punto 6.5.3.
    6. Posizionare il rotore di nuovo nel ditale, und fissare con il nastro magnetico e mascheramento.
  6. Insieme completo di trasporto Primavera:
    1. Posizionare rame o guarnizione in rame argentato sulla porta della valvola.
    2. Posizionare il rotore nel ditale (se non già in ditale dal punto 6.5.6).
    3. Far scorrere il / assemblaggio ditale flangia durante la primavera / sfera-titolare. Orientare la flangia in modo che la vite di fermo nei denti sarà rivolto verso il basso quando la valvola è collegata alla camera.
    4. Utilizzando ¼-28 bulloni e dadi, fissare la flangia alla valvola.
    5. Chiudere la valvola.
    6. Rimuovere il nastro magnetico e tenendo la palla.

7. Montare il contenitore di spedizione

  1. Tagliare la schiuma estere alle dimensioni del contenitore di spedizione. Lo spessore della schiuma dipende dall'altezza del contenitore. Posizionare uno spessore minimo di 7,6 cm di schiuma sul fondo. La Figura 7 mostra l'assieme di schiuma.
  2. Posizionare il ritaglio PE espanso in cima tegli estere schiuma.
  3. Posizionare uno strato di schiuma di estere nel coperchio. Lo spessore minimo dovrebbe essere 7,6 cm. Figura 8 illustra la posizione finale del meccanismo a molla di trasporto. Utilizzare un foglio di alluminio pulito e un fondello di plastica (fornito con la valvola) per proteggere l'estremità aperta della luce di valvola durante la spedizione.

8. Usando il meccanismo a molla-trasporti

  1. Montaggio e sospende il rotore:
    Nota: La Figura 9 mostra il meccanismo a molla trasporto montato con la testa attaccata. Il primo passo è rimuovere il meccanismo a molla trasporto dal contenitore di spedizione. Nel seguito, si presume che il lettore abbia familiarità con il funzionamento del misuratore di filatura a rotore. Dettagli del funzionamento del controllore possono essere trovati nel manuale dell'utente del controller. Si presume inoltre che il lettore abbia familiarità con la tecnologia ad alto vuoto.
    1. Rimuovere il cappuccio e lamina dalla porta aperta del meccanismo di trasporto a molla. Fissare laporta aperta ad un DN 40 (CF 2.75 ") porta su una camera a vuoto con un nuovo rame o guarnizione in rame argentato e un set ¼-28 bullone. L'orientamento della valvola dipende dall'orientamento dei denti. Il corretto orientamento è mostrato in Figura 9. il dente con i punti di avvitamento insieme verso il basso. slittamento della testa sopra il ditale, l'orientamento del ditale dovrebbe essere verticale entro 2 °. Controllare l'orientamento con un livello.
    2. Evacuare la camera a vuoto a meno di 10 -3 Pa. Aprire lentamente la valvola molla-trasporti.
    3. Fissare la testa al controllore. Accendere controller e sospendere la palla.
  2. De-montaggio del meccanismo a molla-Transport
    1. De-sospendere il rotore utilizzando il controller elettronico. Spegnere controllore.
    2. Chiudere la valvola molla-trasporti.
    3. Togliere la testa.
    4. Vent camera a vuoto.
    5. Rimuovere il meccanismo a molla trasporto non-bullonatura la valvolaporta dalla camera a vuoto.
    6. Posizionare un foglio pulito e un fondello di plastica sopra la porta aperta del meccanismo a molla di trasporto. Luogo meccanismo a molla-trasporto in cut-out in container.

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Representative Results

Tutti i componenti della SSR commerciale sono mostrati in Figura 1. Questo include il rotore, ditale, testa contenente i magneti permanenti e bobine di filo utilizzati per la sospensione e ritiro, e il controllore elettronico. La piccola molla illustrato (figura 1c) viene utilizzato per mantenere la sfera nel ditale; questa primavera fermo non viene utilizzato nel meccanismo a molla di trasporto. Il controller commerciale e la testa sono utilizzati nel meccanismo a molla di trasporto. I denti del ditale commerciale possono essere rimossi e utilizzati nel meccanismo a molla di trasporto, o una copia di questi semplici parti possono essere fabbricate. Il rotore può anche essere usato, o in un altro cuscinetto a sfere può essere utilizzato, come specificato nella lista materiali. I disegni meccanici in figure 2-4 forniscono le dimensioni critiche delle parti personalizzate che devono essere fabbricati per costruire il meccanismo a molla-trasporti. La palla titolare in figura 4 ètack saldato su una estremità di una molla e l'altra estremità della molla è tack-saldata ad una situazione di stallo. Con l'eccezione del ditale, tutte le parti necessarie per assemblare il meccanismo a molla trasporto sono mostrati in Figura 5. La molla deve essere compresso un minimo di 2 mm e compressione nominale di 3 mm viene suggerito dagli autori. Figura 6 mostra la tecnica di misurazione per determinare se la molla viene compressa correttamente, come discusso nella procedura.

La figura 7 mostra un tipico complesso degli inserti in schiuma, la figura 8 mostra il meccanismo di trasporto della molla nel pacchetto di trasporto. Un contenitore di trasporto dovrebbe essere scelta che è sufficientemente grande per lasciare spazio per 7,6 cm di schiuma che circondano il meccanismo a molla-trasporto su tutti i lati e le estremità. Utilizzando un minimo di 7,6 cm di schiuma estere sulla parte superiore e inferiore e un minimo di 7,6 cm di schiuma PE sui lati, the scosse sperimentato dal meccanismo a molla trasporto si terrà a meno di 100 g, anche in caso di caduta da 152 cm, come mostrato in Figura 10. È molto importante assicurarsi la schiuma non è compresso quando imballa il meccanismo a molla di trasporto. Ciò può essere causato utilizzare schiuma che è troppo spessa Figura 11 mostra l'effetto di comprimere la schiuma anche da una piccola quantità. L'ammortizzatore è aumentata di circa il 40%. In questo caso, la schiuma compresso circa 1 ¼ cm oltre 22 ¾ cm. Dopo l'esecuzione di oltre 180 prove di caduta di uno dei nostri prototipi, abbiamo preso una immagine radiografia del neutrone, figura 12, il che dimostra chiaramente il meccanismo a molla di trasporto a lavorare come progettato. Si noti che la valvola in Figura 12 è di un diverso produttore rispetto alla valvola specificata nel presente procedimento. Il primo non è più disponibile in commercio. Infine, la Figura 9 mostra il meccanismo a molla trasporto montatouso.

Drop-test sono una pratica comune nel settore del packaging e, secondo le linee guida tipiche del settore, per i pacchetti di meno di 34 kg (75 lbs) l'altezza di caduta standard per i test è di 76 cm (30 pollici). Un obiettivo disegno ragionevole è che l'esperienza meccanismo a molla, il trasporto di uno shock inferiore a 50 g quando è sceso da 76 cm, e meno di 100 g in caso di caduta da 152 cm, che è due volte l'altezza consigliata per una prova di caduta. Duri casi mediante stampaggio rotazionale e due tipi di schiuma di serie sono stati scelti per confezionare il meccanismo di trasporto a molla. Poliuretano (estere) schiuma e schiuma di polietilene (PE) sono schiume comuni disponibili per il confezionamento. Essi sono disponibili in diverse densità e sono di solito specificate loro densità nominali come 2 # espanso (32 kg / m 3). Guide d'imballaggio commerciale danno curve mostrano il livello fragilità desiderato (in g, che rappresenta lo shock massima sopportabile dall'artefatto) contro spessore di schiuma, con curve diverse che rappresentano cadere la scatola da diverse altezze. Ad esempio, se un oggetto con un carico statico di 0,77 N schiuma PE / cm 2 è sceso da 76 cm, 7,6 cm di spessore estere schiuma 2 # e 12,7 cm di spessore 2 # sia dare una scossa di circa 30 g. La schiuma deve essere sufficiente a rallentare delicatamente l'oggetto su una distanza ragionevole elastica, ma abbastanza rigida in modo che non vi è poca o nessuna compressione della schiuma quando sotto carico statico. La compressione compromettere la capacità del schiuma per assorbire gli urti. 2 # schiuma estere è stato utilizzato sulla parte superiore e inferiore del meccanismo di molla di trasporto e 2 foam # PE è stato utilizzato per il disinserimento, come mostrato nella Figura 7. La ragione che la schiuma PE è stato utilizzato per il ritaglio perché il carico statico è maggiore alle estremità della valvola a causa della superficie inferiore.

test di caduta sono state eseguite sul pacchetto primavera-trasporto collegando un Accelerometer al meccanismo a molla di trasporto e far cadere il pacchetto da diverse altezze e orientamenti. La figura 10 mostra l'andamento di 7,6 cm e 15,2 cm nero schiuma 2 # PE. Come si vede, la schiuma spessa non ha eseguito meglio di schiuma 7.6 cm. Questo perché una volta la schiuma è spesso sufficiente per decelerare completamente l'oggetto rispetto al suo spessore, aggiunta più schiuma non aiuta. Pertanto si è concluso che la schiuma PE 7,6 centimetri era sufficiente per i lati. Sulla parte superiore e inferiore, si è riscontrato che uno spessore di 7,6 centimetri 2 # estere schiuma era necessaria e sufficiente. Questo è coerente con il carico statico leggero (area più grande) dei lati della valvola. Un piccolo pezzo di 5 cm di spessore di uovo schiuma stile estere è stato utilizzato anche per riempire il fondo del ritaglio in modo che il meccanismo a molla trasporto non circolare nel ritaglio. La Figura 11 illustra l'importanza di non compressione della schiuma. Nel test di caduta in cui la schiuma è stata leggermente compresso, lo shock è statopiù largo. I formati differenti di casi sono stati anche testati. Si è riscontrato che un piccolo caso con meno imbottitura prodotto uno shock più piccolo di una cassa più grande. Dapprima questo risultato sembrava sorprendente, ma si deve ricordare che una volta che lo spessore schiuma è sufficiente aggiunta più schiuma non ottenere migliori risultati di urto. Una ipotesi è che i casi più piccole producono meno urti in caso di caduta in quanto questi pesano meno di casi più grandi e rimbalzare più in caso di caduta, dissipando in tal modo una parte dell'energia. Le dimensioni minime interne dovrebbe essere grande abbastanza per circondare il meccanismo di trasporto della molla di 7,6 cm di schiuma su ciascun lato, in particolare 39,5 cm x 25,4 cm x 23 cm.

Molti sono stati eseguiti test di caduta con il meccanismo a molla di trasporto. Il contatto tra rotore e estremità conica ditale è stata monitorata durante le prove di caduta accedendo la continuità elettrica tra la sfera e due fili passano attraverso un ditale collaudo appositamente realizzato, come described in riferimento 11. Non abbiamo osservato un guasto del meccanismo a molla per tenere il rotore durante qualsiasi test di caduta. Figura 12 mostra una radiografia neutroni 12 di un meccanismo a molla-transport costruito da NIST e sottoposto a oltre 180 test di caduta. Come si può vedere l'immagine radiografia in, le funzioni di meccanismo a molla di trasporto come progettato anche dopo una caduta così tante volte. Seguendo le procedure descritte qui, un gruppo molla-trasporto robusta può essere creato che è in grado di minimizzare gli effetti del trasporto sulla stabilità a lungo termine di filatura calibri rotore.

Figura 1
. Figura 1: Elementi di un tipico Gauge Spinning Rotor Questa immagine mostra tutti gli elementi di un calibro a rotore: (a) la sfera d'acciaio o rotore; (B) ditale che contiene il rotore (versione commerciale),le due parti rettangolari vicino al bordo della flangia sono i "denti" che fissano il gruppo testa; (C) di fermo a molla per il rotore (non utilizzato in un meccanismo a molla trasporto); (D) la testa e il gruppo del cavo; (E) il controllore elettronico.

figura 2
Figura 2: Disegno meccanico del Thimble personalizzato dimensioni critiche sono mostrati e sono dati in sistema consuetudinario statunitense (1 pollice = 25,4 mm).. Tutte le tolleranze sono 0,005 pollici (0,1 mm). Un file .step * è incluso in un file supplementare. La parte deve essere realizzato in acciaio inossidabile 316L, finitura RA16 (micro-pollici; RA 0,4 micron). Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 3
Figura 3: Disegno meccanico del Adattatore del filetto dimensioni critiche sono mostrati e sono dati in sistema consuetudinario statunitense (1 pollice = 25,4 mm).. Tutte le tolleranze sono 0,005 pollici (0,1 mm). Un file .step * è incluso in un file supplementare. La parte dovrebbe essere fatta di acciaio inossidabile 316L; i fili sono di tipo 2A. Il filo M6 ha un passo di 1 mm. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 4
Figura 4: Disegno meccanico del titolare sfera dimensioni critiche sono mostrati e sono dati in sistema consuetudinario statunitense (1 pollice = 25,4 mm).. Tutte le tolleranze sono 0,005 pollici (0,1 mm). Un file .step * è incluso in un file supplementare. La parte dovrebbe essere made di acciaio inossidabile 316L, finitura RA16 (micro-pollici; RA 0,4 micron)., senza spigoli vivi prega di cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 5
Figura 5:. Elementi del meccanismo di trasporto primavera in ordine di montaggio (da destra a sinistra), le parti indicate sono: valvola, adattatore filettato, blocco-rondella, il dado, tagliato 8-32 stallone, noce, lock-washer, palla -holder / gruppo molla, ed il rotore da 4,5 mm.

Figura 6
Figura 6:. Impostare la distanza della sfera Holder Dopo il montaggio del meccanismo di molla trasporto, chiudere la valvola, posizionare il rotore nel ditale personalizzato, fissare il rotore con un magnete filettato alla fine dei thimble e poi posto ditale sulla palla-titolare / primavera. Il divario dovrebbe misurare un minimo di 2 mm, ma non più di 6 mm.

Figura 7
Figura 7:. Montaggio della schiuma Il grigio scuro rappresenta il ritaglio PE espanso, i rettangoli di colore grigio chiaro sono la schiuma estere.

Figura 8
Figura 8:. Il meccanismo a molla di trasporto nel pacchetto trasporti Il meccanismo a molla di trasporto è in forma in un cut-out in PE espanso. schiuma Ester è utilizzato sotto la schiuma PE e nel coperchio caso. La schiuma estere è di spessore superiore a 7,6 cm. Il caso è un caso rigida stampaggio rotazionale.

Figura 9
Figura 9: La molla-traMeccanismo NSPORT montata una camera a vuoto. Il meccanismo di trasporto molla deve essere montata sulla camera da vuoto in modo tale che la testa è verticale entro 2 °, come mostrato.

Figura 10
Figura 10:. Shock contro altezza per PE Foam Lo shock per due differenti spessori di schiuma PE sono presenti in funzione della altezza di caduta. Lo shock media a 76 cm Altezza goccia è vicino 50 g, ma la dispersione nei dati misurata dalla deviazione standard è quasi il 10% (mostrato come i bar incertezza). Anche a un'altezza di caduta di 152 cm, lo shock è inferiore a 100 g e ben all'interno della forza della molla di tenuta.

Figura 11
Figura 11: L'effetto di compressa Schiuma Una piccola quantità di schiuma gradi di compressione.Rades la capacità di schiuma per ridurre lo shock, come si vede dai valori di shock grandi della schiuma compresso.

Figura 12
Figura 12:. Neutron radiografia del meccanismo a molla Transport (a) è la valvola in posizione aperta e (b) è la valvola nella posizione chiusa, che mostra il rotore ben catturata nel vertice della palla-supporto a forma conica e ditale. Il meccanismo a molla trasporto mostrato è stato eliminato più di 180 volte prima che l'immagine è stata presa radiografia. Questo dato è stato precedentemente pubblicato in Fedchak, JA, Scherschligt, J., Sefa, M., Phandinh, N. Costruire un pacchetto a molla di trasporto per la filatura calibri del rotore. J. Vac. Sci. Technol. A. 33 (3), 033.201 (2015); utilizzato in conformità con la Creative Commons Attribution 3.0 Unported License.

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Discussion

L'obiettivo era quello di progettare un meccanismo a molla di trasporto con una forza di ritenuta sufficiente tale che il rotore sarebbe rimasto immobilizzato durante il trasporto. Progettare un meccanismo a molla trasporto robusta non è sufficiente ad assicurare il rotore rimarrà immobilizzato perché, per esempio, far cadere il meccanismo da altezza alto su una superficie dura può produrre un enorme shock. La forza sul rotore può essere notevolmente ridotto imballaggio meccanismo a molla trasporto tale che decelera dolcemente su una distanza all'interno del pacchetto, riducendo così lo shock. La forza d'impulso sperimentato da un oggetto quando è caduto è chiamato shock e viene tipicamente misurata in termini di accelerazione dovuta alla gravità, g. Se un oggetto è caduto da un'altezza h e decelera su una distanza d, lo shock è solo (a / p) x g. Ad esempio, se un oggetto è fatto cadere da un'altezza di 1 m ed è decelera su una distanza di 1 cm, i sHock vissuta da l'oggetto è di 100 g. Questo esempio rappresenta una ragionevole stima della scossa ci si può aspettare quando un oggetto ben confezionato è caduto durante la movimentazione. Pertanto il meccanismo a molla trasporto è stato progettato per mantenere il rotore immobilizzato durante lo shock di almeno 100 g. Questo non era difficile da raggiungere. Una molla con costante elastica 3 N / mm, che è stato compresso da 3 mm con la valvola completamente chiusa. La massa del rotore era 0,37 g e la massa della palla titolare era 0,55 g, così la molla compressa prodotta una forza di diverse centinaia g possesso. Dalla lunghezza della molla, sembrerebbe che una compressione di almeno 2 mm si ottiene facilmente; Tuttavia, abbiamo notato che il calore generato dalla puntatura tendeva ad accorciare la molla riducendo la spaziatura molla vicino alle estremità. La forma conica ditale e palla titolare assicurare che la palla non si muove lateralmente rispetto all'asse ditale. Il ditale doveva essere ma personalizzatode per due motivi: la fine interno è stato progettato per essere conica sagomato per vincolare la palla, e la lunghezza doveva essere tale che la molla potrebbe avere la compressione corretta quando la valvola è chiusa. La corsa della valvola è lo spostamento lineare totale della sede di valvola e critico nel determinare la lunghezza ditale. Se una marca o modello di valvola è scelto che ha una corsa diversa dalla valvola nella lista dei materiali, una lunghezza differente ditale può essere necessario. La valvola che abbiamo scelto in questa applicazione è specificato a più di 1.000 chiusure, non richiede una chiave dinamometrica per chiudere, e ha un perno posizione comoda per il montaggio della molla, che lo rende ideale per questa applicazione. Infine, l'uso di rondelle di sicurezza e di montaggio stretto assicura robustezza dei dispositivi, come i nostri test presentati qui di seguito indicano.

Come discusso in precedenza, le altre istituzioni hanno fatto e utilizzato meccanismi a molla di trasporto. Ci sono poche informazioni in letteratura su come questi OTHversioni ER sono stati progettati o testati. L'evidenza storica della stabilità a lungo termine dei calibri filatura a rotore trasportati utilizzando queste versioni del meccanismo a molla trasporto dimostra che è efficace nel preservare il coefficiente alloggio della SSR, a condizione che il meccanismo di trasporto della molla funziona come progettato e fa non sicuro per immobilizzare il rotore durante il trasporto. La versione qui presentata NIST è stato rigorosamente testato per la robustezza e si prevede di conservare il coefficiente di alloggio SSR almeno così come le versioni precedenti. Inoltre, l'importanza di confezionamento del meccanismo di molla di trasporto in modo da minimizzare gli urti non è stato discusso in letteratura. Ecco le specifiche e le istruzioni dettagliate sono riportate su come confezionare il meccanismo a molla di trasporto. I test di caduta discussi nella sezione precedente indicano che l'imballaggio riduce lo shock come progettato.

Altri metodi sono spesso utilizzatitrasportare filatura calibri rotore. Il metodo più comune utilizzato per i clienti del servizio di taratura del NIST è quello di garantire il rotore al ditale utilizzando un magnete esterno. Un altro metodo è quello di rimuovere il rotore dalla ditale e metterla in un flacone di vetro o avvolgere il rotore in un foglio di alluminio o un panno che non lasci residui. Uno studio di 70 rotori del cliente con tarature ripetere a NIST ha indicato che la ripetibilità medio è stato di 0,94%. 13 Come già sottolineato, i dati storici per la meccanica a molla di trasporto ha indicato che, il 90% del tempo, rotori aveva di ripetibilità migliore di 0,75% in intercomprisons in cui i rotori sono spediti più volte a livello internazionale. Un altro metodo di trasporto utilizzato per rotori nave che ha dato ottimi risultati di stabilità è a portata di mano, portare il rotore. Purtroppo questo metodo non è pratico nella maggior parte dei casi.

Il disegno presente nel protocollo è specifico per il modello della valvola e tipo specificato. Altre valvole possono essere noied, ma sarebbe necessario modificare il design. In particolare, la lunghezza delle esigenze ditale da regolare per accogliere la corsa della valvola in modo che la molla comprime almeno 2 mm quando la valvola è completamente chiusa. Inoltre, è necessario scegliere una valvola che ha una comoda montaggio per il complesso di molle; Non tutte le valvole hanno tali caratteristiche.

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Acknowledgements

Gli autori sono grati per l'aiuto del NIST di imaging a neutroni strumento struttura scienziato Dr. Daniel Hussey per noi assistere con radiografie di neutroni.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Spring, 3 N/m Lee Spring (www.leespring.com) LC 042C 18 S316 Outside diameter 0.240 in, Wire Diameter 0.042 in, Rate 17.1 lb⁠/⁠in, Free Length 2.25 in, Number of Coils 29.3
8-32 threaded rod, 316 stainless steel McMaster-Carr (www.mcmaster.com) 90575A260 Type 316 Stainless Steel Fully Threaded Stud 8-32 Thread, 3" Length.  Cut to length specified in protocol
standoffs, 8-32 Screw Size McMaster-Carr (www.mcmaster.com) 91125A140 18-8 Stainless Steel Female Threaded Round Standoff, 1/4" OD, 1/4" Length, 8-32 Screw Size
nuts, 8-32 McMaster-Carr (www.mcmaster.com) 90205A309 316 SS Undersized Machine Screw Hex Nut 8-32 Thread Size, 1/4" Width, 3/32" Height
Split Lock-Washers, 316 Stainless Steel McMaster-Carr (www.mcmaster.com) 92147A425 Type 316 Stainless Steel Split Lock Washer NO. 8 Screw Size, .3" OD, .04" min Thick
Steel Rotor McMaster-Carr (www.mcmaster.com) 9292K38 Bearing-Quality E52100 Alloy Steel, Hardened Ball, 4.5 mm Diameter
Right-Angle Valve VAT Valve (www.vatvalve.com) 54132-GE02-0001 Easy-close all-metal angle valve, DN 40 (1.5")
Shipping Container Allcases, Reekstin & Associates (www.allcases.com) REAL1616-1205 Zinc Hardware w/Zinc Handles, Rotationally Molded, light-weight, high-impact, Polyethylene Case with protected recessed hardware.  15.75" x 15.88" x 16.45"
Ester Foam Carry Cases Plus (www.carrycasesplus.com) ES-PAD 3" Thick 3" Thick, 2 lb Charcoal Ester Foam Pad, 24" x 27".
Ester Foam Carry Cases Plus (www.carrycasesplus.com) ES-PAD 1" Thick 1" Thick, 2 lb Charcoal Ester Foam Pad, 24" x 27".
Egg-carton ester foam Carry Cases Plus (www.carrycasesplus.com) ES-CONV ES-CONV, 2 lb, 24" x 27" x 1 1/2".  "egg-crate" ester foam. 
Foam Cutout, PE foam Willard Packaging Co. (www.willardpackaging.com) Custom Foam Cutout.
Spinning Rotor Gauge  MKS Instruments (www.mks.com) SRG-3 Controller, head, and thimble.  Custom thimble must be used for the spring-transport mechanism
Custom thimble MDC vacuum Inc. (www.mdcvacuum.com) drawing must be submitted for custom part
Detergent Fisher Scientific Co (www.fischersci.com) 04-320-4 Sparkleen 1 Detergent
Acetone Fisher Scientific Co (www.fischersci.com) A18-S4 Acetone (Certified ACS)
Ethanol Warner-Graham Company (www.warnergraham.com) 190 proof USP 190 Proof USP ethyl alcohol
Bolt set for valve Kurt J. Lesker (www.lesker.com) TBS25028125P B,N&W set, 12 point, (25)1/4-28 x 1.25", for 2.75" thru, silver plat
Silver-plated copper gaskets Kurt J. Lesker (www.lesker.com) GA-0275LBNSP
Spring Assembly (welding) Omley Industries, Inc. (www.omley.com) N/A The machine work and welding were done in NIST's shop. However, Omley industries was used as an alternative for welding the spring assembly.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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  2. Jousten, K. Chapter 13, Total Pressure Vacuum Gauges. Handbook of Vacuum Technology. Jousten, K. Wiley-VCH. Weinheim. 573-583 (2008).
  3. Berg, R. F., Fedchak, J. A. NIST Calibration Services for Spinning Rotor Gauge Calibrations. NIST Special Publication. 250-293 (2015).
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