專利名稱：一種機(jī)械旋轉(zhuǎn)接頭密封裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械密封領(lǐng)域，具體是指一種機(jī)械旋轉(zhuǎn)接頭密封裝置。
背景技術(shù)：
高速高壓的機(jī)械旋轉(zhuǎn)接頭通常采用的是機(jī)械式密封裝置，在密封腔的兩側(cè)采用兩 個(gè)摩擦副，摩擦副材料是由硬質(zhì)的金屬及其它耐磨耐高溫材料制成。硬質(zhì)材料的機(jī)械式密 封一般由靜環(huán)(與殼體固定在一起)、動(dòng)環(huán)(與軸固定在一起)、彈簧等多個(gè)元件構(gòu)成。由 于軸和動(dòng)環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有徑向跳動(dòng)，所以難以采用徑向密封方式，因此目前市場(chǎng)上的機(jī)械式密 封主要是端面密封形式，即動(dòng)環(huán)與靜環(huán)的端面在流體壓力和補(bǔ)償彈力(彈簧力)作用下保 持貼合，作相對(duì)滑轉(zhuǎn)摩擦運(yùn)動(dòng)，動(dòng)環(huán)有徑向跳動(dòng)時(shí)可以沿端面滑移。這種無(wú)縫隙貼合形式的 機(jī)械密封一般需要彈簧壓緊，由于運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)軸也有軸向跳動(dòng)，因此在結(jié)構(gòu)上還要保證軸可以 有輕微的軸向跳動(dòng)。常用機(jī)械密封結(jié)構(gòu)的基本元件包括靜止環(huán)(靜環(huán))，防止靜止環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)的防轉(zhuǎn)銷， 防止靜環(huán)與殼體之間泄漏的密封圈，旋轉(zhuǎn)環(huán)(動(dòng)環(huán))，防止旋轉(zhuǎn)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)的緊定螺釘，防止動(dòng) 環(huán)與軸之間泄漏的密封圈，彈簧，彈簧座。旋轉(zhuǎn)環(huán)和靜止環(huán)往往還可根據(jù)它們是否具有軸向 補(bǔ)償能力而稱為補(bǔ)償環(huán)或非補(bǔ)償環(huán)。機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)形式很多，結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度差異很大， 而上述需要的結(jié)構(gòu)元件是最基本的。目前機(jī)械密封存在的主要問(wèn)題是(1)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，元件數(shù)量多，造成成本上升。(2)體積大，影響一些應(yīng)用機(jī)械密封的設(shè)備的性能。(3)轉(zhuǎn)速受到限制，原因除了材料的摩擦磨損性能的限制外，高速振動(dòng)也是一個(gè)原 因，元件多，之間配合有間隙，高速旋轉(zhuǎn)容易產(chǎn)生振動(dòng)噪聲。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種機(jī)械旋轉(zhuǎn)接頭密封 裝置，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明簡(jiǎn)化機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，零件數(shù)量少。本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種機(jī)械旋轉(zhuǎn)接頭密封裝置，其嵌裝在軸與殼體之間并對(duì)殼體與軸之間的流體進(jìn) 行密封，包括兩個(gè)動(dòng)環(huán)、兩個(gè)靜環(huán)、兩個(gè)膠圈、一個(gè)間隔套；動(dòng)環(huán)分別位于軸的最外兩端并與軸密封、固定連接；靜環(huán)分別位于動(dòng)環(huán)的內(nèi)側(cè)，其外端面與動(dòng)環(huán)的內(nèi)端面接觸構(gòu)成密封摩擦副；膠圈分別套設(shè)在靜環(huán)上，其外圓與殼體內(nèi)圓貼合，膠圈的內(nèi)圓與靜環(huán)的外圓錐形 配合；彈性間隔套位于膠圈之間形成的密封空腔內(nèi)，間隔套的圓周上開有作為液體通道 的孔；膠圈內(nèi)側(cè)端面與間隔套端面抵壓接觸。所述膠圈的內(nèi)圓與兩個(gè)靜環(huán)的外圓之間呈20°楔形配合。
所述彈性間隔套截面為彈簧曲線形狀，并沿軸的軸向上具有張力。所述彈性間隔套由薄鋼板壓制而成。所述間隔套的外徑大于殼體內(nèi)徑0. 1 0.2mm，并在圓周上設(shè)有一個(gè)2 3mm寬開 口，使其保持一定張力并與殼體貼壓。所述動(dòng)環(huán)與軸之間分別設(shè)置有“〇”形密封圈。所述動(dòng)環(huán)的兩端分別設(shè)置有防止動(dòng)環(huán)旋轉(zhuǎn)的柱銷。
所述軸的其中一端設(shè)有對(duì)動(dòng)圈進(jìn)行軸向限位的卡環(huán)。與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果在于(1)本發(fā)明的機(jī)械旋轉(zhuǎn)接頭密封裝置元件數(shù)量少，體積小，運(yùn)行平穩(wěn)，且技術(shù)手段 簡(jiǎn)便易行。膠圈的支撐具有減振效果，運(yùn)行平穩(wěn)，尤其適合于高速運(yùn)轉(zhuǎn)。(2)殼體具有通孔，更有利于機(jī)械加工要求(一般的箱體多采用鏜孔)，間隔套取 代了傳統(tǒng)機(jī)械密封的彈簧、彈簧座等，體積小，不需要旋轉(zhuǎn)(傳統(tǒng)機(jī)械密封的彈簧隨動(dòng)環(huán)旋 轉(zhuǎn))，動(dòng)態(tài)干擾?。?3)本發(fā)明膠圈分別套設(shè)在靜環(huán)上，其外圓與殼體內(nèi)圓貼合，膠圈的內(nèi)圓與靜環(huán)的 外圓錐形配合；這種結(jié)構(gòu)，靜環(huán)用膠圈支撐起到了穩(wěn)定靜環(huán)和防止泄漏的作用，靜環(huán)不需要 專門的鍵銷等元件，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)還具有膠圈對(duì)靜環(huán)的直接穩(wěn)定和吸振作用，可 大幅度提升運(yùn)轉(zhuǎn)速度，目前市場(chǎng)上傳統(tǒng)機(jī)械密封產(chǎn)品的線速度小于20m/s，pv值小于30m/ s. MPa (摩擦副材料為碳化鎢對(duì)石墨)，本發(fā)明通過(guò)試驗(yàn)表明超過(guò)了 90m/s. MPa，線速度超過(guò) 50m/sο


圖1為本發(fā)明機(jī)械旋轉(zhuǎn)接頭密封裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1膠圈受力分析示意圖。圖3為本發(fā)明機(jī)械旋轉(zhuǎn)接頭密封裝置應(yīng)用例示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限 于此，對(duì)于未特別注明的工藝參數(shù)，可參照常規(guī)技術(shù)進(jìn)行。實(shí)施例如圖1所示，本發(fā)明機(jī)械旋轉(zhuǎn)接頭密封裝置，其嵌裝在軸5與殼體6之間并對(duì)殼體 6與軸5之間的流體進(jìn)行密封，它有兩個(gè)動(dòng)環(huán)1、1-1、兩個(gè)靜環(huán)2、2-2、兩個(gè)膠圈3、3-3、一個(gè) 間隔套4 ；動(dòng)環(huán)1、1-1分別位于軸5的最外兩端并與軸5密封、固定連接；靜環(huán)2、2-2分別 位于動(dòng)環(huán)1、1_1的內(nèi)側(cè)，其外端面與動(dòng)環(huán)1、1_1的內(nèi)端面接觸構(gòu)成密封摩擦副；膠圈3、3-3 分別套設(shè)在靜環(huán)2、2-2上，其外圓與殼體6內(nèi)圓貼合，膠圈3、3-3的內(nèi)圓與靜環(huán)2、2-2的外 圓錐形配合；彈性間隔套4位于膠圈3、3-3之間形成的密封空腔6-2內(nèi)，間隔套4的圓周上 開有作為液體通道的孔6-1 ；膠圈3、3-3內(nèi)側(cè)端面與間隔套4端面抵壓接觸。所述膠圈3、3_3的內(nèi)圓與靜環(huán)2、2_2的外圓之間大約呈20°楔形配合。所述彈性間隔套4截面為彈簧曲線形狀，其張力沿著軸5的軸向延伸。膠圈3在 間隔套4的軸向彈力和密封介質(zhì)壓力作用下利用錐度的楔緊作用支撐靜環(huán)2，防止靜環(huán)2旋轉(zhuǎn)，并在靜環(huán)2與殼體6之間起密封作用；當(dāng)動(dòng)環(huán)1和靜環(huán)2的摩擦副表面磨損時(shí)，靜環(huán)2 在間隔套4和膠圈3的彈力作用下會(huì)自動(dòng)外移。所述彈性間隔套4由薄鋼板壓制而成；所述間隔套4的外徑大于殼體6內(nèi)徑0. 1 0. 2mm，并在圓周上設(shè)有一個(gè)2 3mm寬開口，使其保持張力并與殼體6貼壓。為了防止所述動(dòng)環(huán)1和軸5之間發(fā)生泄漏和相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所述動(dòng)環(huán)1、1_1與軸5 之間分別設(shè)置有“〇”形密封圈；所述動(dòng)環(huán)1的兩端分別設(shè)置有防止動(dòng)環(huán)1旋轉(zhuǎn)的柱銷；所 述軸的其中一端設(shè)有對(duì)動(dòng)圈1進(jìn)行軸向限位的卡環(huán)9。采用柱銷7進(jìn)行了旋轉(zhuǎn)限位，采用了 軸用卡環(huán)9卡在軸5的槽內(nèi)進(jìn)行軸向限位。動(dòng)環(huán)1與軸5的連接和密封方式有多種，例如 動(dòng)環(huán)1與軸5的連接若采用過(guò)盈配合就不需要柱銷7和密封圈8。本發(fā)明工作原理，軸5旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，液體由殼體6上的通孔6-1進(jìn)入后，其壓力作 用于靜環(huán)2、2-2和膠圈3、3-3上，推動(dòng)它們向兩側(cè)運(yùn)動(dòng)，使靜環(huán)2、2-2的外端面與動(dòng)環(huán)1、
1-1的內(nèi)端面緊貼在一起構(gòu)成密封摩擦副；膠圈3、3-3在液體壓力下和間隔套4的初始彈 力作用下分別向外側(cè)(軸5的兩端)移動(dòng)，錐度配合面鑲嵌的更緊，使膠圈3、3-3與靜環(huán)2、
2-2與殼體6之間產(chǎn)生很大的摩擦力矩，該摩擦力矩遠(yuǎn)大于端面摩擦副的旋轉(zhuǎn)摩擦力矩，防 止了靜環(huán)2、2-2轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)在靜環(huán)2、2-2與殼體6之間起到密封作用；由于膠圈3、3_3的粘 彈性作用，可自動(dòng)適應(yīng)摩擦面的貼合，吸收高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)。圖2為膠圈3、3_3在殼體6內(nèi)的受力分析圖。由通孔6_1進(jìn)入殼體6內(nèi)的密封腔 6-2內(nèi)的液體作用于膠圈3內(nèi)側(cè)端面產(chǎn)生推力P1，取膠圈3、3-3內(nèi)圓錐面斜度為20°，Pl =P3Xsin(20° )，P2 = P3 X cos (20° )得P3= 2· 9XP1，P2 = 2· 7XP1。式中P2為殼體6對(duì)膠圈3、3_3的作用力，P3為靜環(huán)2、2_2的斜面對(duì)膠圈3、3_3的 作用力。設(shè)計(jì)上膠圈3、3_3內(nèi)側(cè)端面面積大于密封摩擦副接觸面積，因?yàn)槟z圈3、3_3與殼 體6和靜環(huán)2、2-2的摩擦系數(shù)大于摩擦副的摩擦系數(shù)，所以殼體6與膠圈3、3-3靜環(huán)2、2_2 與膠圈3、3-3之間的摩擦力矩要大于摩擦副摩擦力矩的2. 7倍以上，這表明，本結(jié)構(gòu)中的膠 圈3、3-3既起到密封作用，又起到防止靜環(huán)2、2-2旋轉(zhuǎn)和穩(wěn)定靜環(huán)2、2-2的作用。隨著密封摩擦副的磨損，靜環(huán)2、2_2和膠圈3、3_3會(huì)在液體推動(dòng)下向外側(cè)移動(dòng)，始 終保持摩擦副之間的密封和接觸壓力。如圖3為本發(fā)明的應(yīng)用實(shí)例，液壓系統(tǒng)的油泵12，換向閥13。其中，右側(cè)靜環(huán)2與 軸5的端面構(gòu)成密封摩擦副，左側(cè)的靜環(huán)2與螺母10構(gòu)成密封摩擦副，螺母10擰緊固定在 軸5上，即軸5和螺母10替代了動(dòng)環(huán)。本發(fā)明安裝時(shí)，膠圈3和間隔套4相互貼壓在一起，使靜環(huán)2與軸5和螺母10的 摩擦面緊貼壓在一起，保證一定的初始預(yù)壓力。工作狀態(tài)為軸5旋轉(zhuǎn)、殼體6固定。打開換向閥13到左位，油泵12泵出的高壓油 經(jīng)殼體6的通孔6-1進(jìn)入密封腔6-2，通過(guò)間隔套4上的孔進(jìn)入軸5的油孔5-1，推動(dòng)柱塞 11右移做功。在密封腔6-2內(nèi)，靜環(huán)2、軸5、螺母10的端面構(gòu)成密封摩擦副，膠圈3借助于 液壓力和間隔套4的彈力在靜環(huán)2和殼體6之間楔緊并起到密封作用，從而在軸的旋轉(zhuǎn)狀 態(tài)下防止了液壓油的泄漏，起到密封作用。本實(shí)施例中，表面上看沒有動(dòng)環(huán)1，但實(shí)際上軸5和螺母10起到了動(dòng)環(huán)1的作用，與靜環(huán)2構(gòu)成了摩擦副，因此本發(fā)明所述的機(jī)械旋轉(zhuǎn)接頭密封裝置的基本構(gòu)成仍然是動(dòng) 環(huán)、靜環(huán)、膠圈、間隔套。如上所述便可較好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)械旋轉(zhuǎn)接頭密封裝置，其嵌裝在軸與殼體之間并對(duì)殼體與軸之間的流體進(jìn)行 密封，其特征在于包括兩個(gè)動(dòng)環(huán)、兩個(gè)靜環(huán)、兩個(gè)膠圈一個(gè)間隔套；兩個(gè)動(dòng)環(huán)分別位于軸 的最外兩端并與軸密封、固定連接；兩個(gè)靜環(huán)分別位于兩個(gè)動(dòng)環(huán)的內(nèi)側(cè)，其外端面與兩個(gè)動(dòng) 環(huán)的內(nèi)端面接觸構(gòu)成密封摩擦副；兩個(gè)膠圈分別套設(shè)在兩個(gè)靜環(huán)上，其外圓與殼體內(nèi)圓貼 合，兩個(gè)膠圈的內(nèi)圓與兩個(gè)靜環(huán)的外圓錐形配合；彈性間隔套位于兩個(gè)膠圈之間形成的密 封空腔內(nèi)，間隔套的圓周上開有作為液體通道的孔；兩個(gè)膠圈內(nèi)側(cè)端面與間隔套4端面抵 壓接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械旋轉(zhuǎn)接頭密封裝置，其特征在于所述兩個(gè)膠圈的內(nèi)圓 與兩個(gè)靜環(huán)的外圓之間呈20°楔形配合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的機(jī)械旋轉(zhuǎn)接頭密封裝置，其特征在于所述彈性間隔套 截面為彈簧曲線形狀，其張力沿著軸的軸向延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的機(jī)械旋轉(zhuǎn)接頭密封裝置，其特征在于所述彈性間隔套由薄 鋼板壓制而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的機(jī)械旋轉(zhuǎn)接頭密封裝置，其特征在于所述間隔套4的外徑 大于殼體6內(nèi)徑0. 1 0. 2mm，并在圓周上設(shè)有一個(gè)2 3mm寬開口，使其保持張力并與殼 體貼壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的機(jī)械旋轉(zhuǎn)接頭密封裝置，其特征在于所述兩個(gè)動(dòng)環(huán)與軸之 間分別設(shè)置有“〇，，形密封圈。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的機(jī)械旋轉(zhuǎn)接頭密封裝置，其特征在于所述兩個(gè)動(dòng)環(huán)的兩端 分別設(shè)置有防止其旋轉(zhuǎn)的柱銷。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的機(jī)械旋轉(zhuǎn)接頭密封裝置，其特征在于所述軸的其中一端設(shè) 有對(duì)兩個(gè)動(dòng)圈進(jìn)行軸向限位的卡環(huán)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種機(jī)械旋轉(zhuǎn)接頭密封裝置，包括2個(gè)動(dòng)環(huán)、2個(gè)靜環(huán)、2個(gè)膠圈、1個(gè)間隔套；動(dòng)環(huán)位于最外側(cè)與軸密封并固定連接在一起；靜環(huán)位于動(dòng)環(huán)內(nèi)側(cè)與動(dòng)環(huán)組成密封摩擦副；膠圈套介于靜環(huán)和殼體之間，膠圈內(nèi)圓與靜環(huán)的外圓具有20°的錐度配合；間隔套位于兩個(gè)膠圈的中間，截面為彈簧曲線形狀，在軸向具有彈性，外徑大于殼體內(nèi)徑0.1～0.2mm，在圓周上有2～3mm寬開口，使間隔套裝入殼體后保持一定漲力與殼體貼壓在一起，端面與膠圈內(nèi)側(cè)端面接觸，膠圈在間隔套的彈力和密封介質(zhì)壓力作用下利用錐度的楔緊作用使靜環(huán)通過(guò)膠圈支承在殼體內(nèi)圓上；本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小，膠圈的支撐具有減振效果，運(yùn)行平穩(wěn)，適合于高速運(yùn)轉(zhuǎn)。
文檔編號(hào)F16J15/34GK102128266SQ20111006617
公開日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月18日
發(fā)明者遲永濱 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)