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靜壓平衡組合式高壓旋轉(zhuǎn)軸油封的制作方法

文檔序號(hào):5569474閱讀:230來(lái)源:國(guó)知局
專利名稱:靜壓平衡組合式高壓旋轉(zhuǎn)軸油封的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明是一種關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸油封、特別是一種采用了組合式結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)油封體的靜壓平衡以及良好的偏心追隨性的新型旋轉(zhuǎn)軸用油封。
旋轉(zhuǎn)軸油封(當(dāng)然也可以用于密封除礦物油以外的其它適當(dāng)流體),是現(xiàn)代工業(yè)許多機(jī)械設(shè)備及裝置中所不可缺少的重要零部件。其主要使用場(chǎng)所包括各種變速裝置,發(fā)動(dòng)機(jī),空氣壓縮機(jī),電動(dòng)機(jī),油泵及油馬達(dá),機(jī)床,冶金設(shè)備,礦山設(shè)備,化工設(shè)備,食品及制藥設(shè)備,汽車,摩托車,輪船,飛機(jī)及各種建筑機(jī)械等。雖然油封在整個(gè)設(shè)備中所占成本很小,但其性能的好壞卻直接影響到整機(jī)的性能與壽命。在對(duì)保護(hù)環(huán)境、控制泄漏與污染要求日益嚴(yán)格的今天,提高油封的密封性能與可靠性已是一個(gè)可不容緩的迫切問(wèn)題。
現(xiàn)有的各種旋轉(zhuǎn)軸油封,一般都采用橡膠或其它工程塑料作為密封體(或稱油封體),直接與旋轉(zhuǎn)軸表面產(chǎn)生接觸進(jìn)行密封。從結(jié)構(gòu)上看,可大致分為兩類,一類為有骨架式結(jié)構(gòu),另一類為無(wú)骨架式結(jié)構(gòu)。前者的骨架多用金屬制成,與軟材料制成的彈性密封體燒制成一體或壓制成一體。與無(wú)骨架式相比,有骨架的油封可用于較高的壓力。進(jìn)一步分類,又有單唇口及多唇口等不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。此外還有一些組合式結(jié)構(gòu)的油封及采用耐磨材料制造密封體的特殊油封。但無(wú)論哪種結(jié)構(gòu),目前都存在著至少下述兩個(gè)問(wèn)題(1),密封體本身在徑向所受流體壓力不能平衡,當(dāng)油封的工作壓力升高時(shí),密封唇口(有時(shí)也被稱為油封刃口)便與旋轉(zhuǎn)軸之間產(chǎn)生很高的接觸應(yīng)力,使得熱量劇增,磨損加劇,然后迅速導(dǎo)致油封失效及破壞;
(2),由于密封唇口、密封體及骨架等為整體式結(jié)構(gòu)或者說(shuō)密封唇口相對(duì)于軸表面的徑向位移的自由度很小,當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)偏心量或振動(dòng)較大時(shí),圓環(huán)形的密封唇口很難保證有效地、始終均勻地緊抱在軸表面上,從而導(dǎo)致油封的局部泄漏及加劇密封體腰部部分的疲勞應(yīng)力及破壞。在使用滑動(dòng)軸承支承傳動(dòng)軸且載荷變化較大的場(chǎng)合,這種現(xiàn)象尤其嚴(yán)重。
為了解決上述問(wèn)題,雖然各國(guó)有關(guān)廠家及研究單位作了大量的研究開(kāi)發(fā)工作并設(shè)計(jì)出了一些特殊的結(jié)構(gòu),但令人遺憾的是,迄今仍未見(jiàn)到一種能真正令人滿意的油封產(chǎn)品。實(shí)際情況是,現(xiàn)有油封一般只能使用在壓力很低的場(chǎng)合(如不高于一個(gè)大氣壓)。有些采用了特殊材料及組合結(jié)構(gòu)的油封雖然可以使用在壓力較高的場(chǎng)合如五個(gè)大氣壓或更高壓力,但因?yàn)槿匀晃茨芙鉀Q壓力平衡及偏心追隨性能的問(wèn)題,在高壓及振動(dòng)較大的使用條件下,摩擦及發(fā)熱的現(xiàn)象嚴(yán)重,容易出現(xiàn)泄漏,工作壽命很短。
針對(duì)這一現(xiàn)狀,本發(fā)明的目的旨在提供一種能解決上述全部問(wèn)題的新型靜壓平衡組合式旋轉(zhuǎn)軸油封。這種油封的特點(diǎn)在于不僅密封體所受徑向流體靜壓力全部或基本平衡,而且密封唇口及密封體能在相當(dāng)大的一個(gè)偏心范圍內(nèi)始終對(duì)旋轉(zhuǎn)軸表面保持良好的追隨性及密封性。
發(fā)明的意圖是這樣實(shí)現(xiàn)的油封為組合式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),主要由徑向定位環(huán)(1),軸向承壓板(2),徑向補(bǔ)償環(huán)(3),密封體(4),“O”型密封圈(5)等零件組成。徑向定位環(huán)(1)與軸向承壓板(2)壓裝在一起(兩者也可加工成一個(gè)整體)。密封唇口開(kāi)設(shè)在密封體(4)的內(nèi)圓面上,密封體的外圓環(huán)面裝入徑向補(bǔ)償環(huán)(3)的內(nèi)圓環(huán)面,兩者不能沿壓降方向相對(duì)軸向運(yùn)動(dòng)但可一起作徑向運(yùn)動(dòng),徑向補(bǔ)償環(huán)(3)的底部支承在軸向承壓板(2)的密封平面上。為了保證密封體在徑向所受的流體靜壓力平衡或基本平衡及不會(huì)從其非密封面產(chǎn)生泄漏,在密封體與徑向補(bǔ)償環(huán)的配合面之間,安設(shè)了一個(gè)“O”型密封圈(5),該密封圈還可使密封體產(chǎn)生對(duì)軸表面的預(yù)緊及對(duì)磨損進(jìn)行補(bǔ)償。在徑向定位環(huán)(1)的內(nèi)圓面與徑向補(bǔ)償環(huán)(3)的外圓面之間,設(shè)有足夠的徑向間隙,以保證密封體及徑向補(bǔ)償環(huán)一起在徑向的自由移動(dòng)。
為了使密封唇口及徑向補(bǔ)償環(huán)的底部分別與軸表面及軸向承壓板密封面之間產(chǎn)生良好的預(yù)接觸,可在徑向補(bǔ)償環(huán)(3)的外斜面與徑向定位環(huán)(1)的內(nèi)斜面之間,安設(shè)了一個(gè)“O”型彈型圈(2),如附圖
二所示。當(dāng)然也可在徑向補(bǔ)償環(huán)的頭部加工出一個(gè)薄壁彈性環(huán),同時(shí)產(chǎn)生軸向及徑向初始接觸力,如附圖四所示。
上述全部零件裝配成一個(gè)整體,其外形尺寸可以設(shè)計(jì)成與現(xiàn)有油封的相同或基本性同。裝配使用時(shí),只需將油封壓入油封安裝孔內(nèi),用一孔用卡圈擋住軸向承壓板即可。
由于作用在封油體內(nèi)圓環(huán)面及外圓環(huán)面上的流體靜壓力完全平衡或基本平衡(視具體設(shè)計(jì)而定),從理論上說(shuō),無(wú)論被密封流體壓力有多高,作用在密封唇口與軸表面上的接觸應(yīng)力都不會(huì)有明顯改變,從而保證油封的工作壓力基本上只受制于密封唇口與軸表面的邊界潤(rùn)滑流體膜的剪斷強(qiáng)度。
另一方面,因?yàn)槊芊怏w與徑向補(bǔ)償環(huán)在徑向?yàn)闊o(wú)間隙式配合,即徑向補(bǔ)償環(huán)與密封體可以一起相對(duì)于軸向承壓板(或者說(shuō)相對(duì)于孔的軸線)作足夠大的徑向位移,所以,當(dāng)軸表面產(chǎn)生偏心運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)時(shí),由密封唇口(或加上輔助唇口)與軸表面之間的偏心接觸力便會(huì)帶動(dòng)密封體與徑向補(bǔ)償板一起相對(duì)于軸向承壓板(亦即相對(duì)于安裝孔及軸的靜態(tài)軸心線)作徑向擺動(dòng),從而控制作用在密封唇口上的附加應(yīng)力不會(huì)太大及消除其他不良影響。進(jìn)而言之,在本發(fā)明中,有兩個(gè)動(dòng)密封面一是密封唇口與軸表面的高速圓環(huán)型動(dòng)密封面;二是徑向補(bǔ)償環(huán)底部與軸向承壓板之間的低速平面密封面。為了保持后者的摩擦力或摩擦力矩為一個(gè)大小適當(dāng)?shù)闹?,可在兩平面之間開(kāi)設(shè)數(shù)條環(huán)型靜壓平衡油槽及采用低摩擦系數(shù)的材料組成摩擦平面。對(duì)于流體粘度較低的流體,可在所論兩平面之間安設(shè)一個(gè)軟材料制成的輔助密封圈。
為了減少油封在高速工作時(shí)密封唇口與軸表面接觸處的溫升及磨損,可采用如下方法在使密封體保持靜壓靜壓平衡的前提下,將密封唇口環(huán)形面做成一個(gè)相對(duì)于軸表面傾斜的橢圓環(huán)面。換言之,該橢圓環(huán)面的軸線與軸的中心線有一個(gè)夾角。這樣,當(dāng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),密封唇口與軸表面的接觸部分總是不停地發(fā)生變化即始終有被密封流體進(jìn)入密封唇口與軸表面的環(huán)帶接觸區(qū)域內(nèi),潤(rùn)滑及冷卻該表面,降低溫升及磨損,延長(zhǎng)油封及軸表面的使用壽命。
與傳統(tǒng)的各種油封相比,依據(jù)本發(fā)明所提出的油封具有零件加工簡(jiǎn)單,不需采用高溫成型工序等而使加工成本有所降低,密封體所受靜壓力平衡或基本平衡,摩擦及發(fā)熱小,對(duì)軸的偏心追隨性能及抗振動(dòng)性能好,密封性強(qiáng),工作壓力高,壽命長(zhǎng),安裝維修方便等一系列優(yōu)點(diǎn)。
依據(jù)本發(fā)明提出的油封實(shí)施例由附圖一-附圖四給出。
附圖一為分離式密封體所受徑向流體靜壓力平衡的示意圖。
附圖二為一種單密封唇口結(jié)構(gòu)的靜壓平衡組合式高壓油封的斷面圖;
附圖三為帶有輔助密封唇口的靜壓平衡組合式高壓油封結(jié)構(gòu)圖;
附圖四表示一種密封唇口為橢園環(huán)形面的靜壓平衡組合式高壓油封。
下面,結(jié)合附圖一-附圖四,詳細(xì)說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明提出的新型油封的工作原理及特點(diǎn)等。
首先,說(shuō)明作用在密封體上的靜壓力如何平衡。為簡(jiǎn)單起見(jiàn),將實(shí)際問(wèn)題簡(jiǎn)化成平面問(wèn)題,如圖一所示。設(shè)被密封流體的壓力為“pd”,壓力流體對(duì)密封體的徑向作用長(zhǎng)度為“L”,將作用在密封體的外圓面及內(nèi)圓面上的流體壓力分別表示在圖中“X”軸的上半部分及下半部分。由圖可知,只要密封唇口的位置設(shè)計(jì)恰當(dāng),便可使作用在密封體上的流體徑向合力完全平衡。圖中“X”軸上部壓力分布線的非直線部分,表示由于“O”型圈受壓而產(chǎn)生的附加接觸力。從理論上說(shuō),無(wú)論被密封流體的壓力有多高,只要密封唇口和“O”型圈的位置以及“O”型圈的壓縮量等設(shè)計(jì)適當(dāng),均可保證作用在密封體徑向的靜壓力平衡,即密封唇口對(duì)軸表面“S”的應(yīng)力不會(huì)隨密封流體壓力的增高而增加。
圖二為一種單唇口靜壓平衡油封的具體結(jié)構(gòu),油封由徑向定位環(huán)(1),軸向承壓板(2),徑向補(bǔ)償環(huán)(3),密封體(4),“O”型密封圈(5),“O”型彈性圈(6)組成?!癘”型彈性圈的作用使保證密封體對(duì)軸表面及徑向補(bǔ)償環(huán)對(duì)軸向承壓板密封面的初始接觸。如果軸表面的偏心擺動(dòng)量較大,則密封體及徑向承壓環(huán)將同時(shí)隨著軸的擺動(dòng),相對(duì)于軸向承壓板的密封面作相應(yīng)的擺動(dòng),而不會(huì)出現(xiàn)密封唇口脫離軸表面的情況。為減少?gòu)较蜓a(bǔ)償環(huán)底面與軸向承壓板密封面之間的摩擦,可以在徑向補(bǔ)償環(huán)的底面開(kāi)設(shè)數(shù)條環(huán)形槽(Cg),并將被密封流體導(dǎo)入某一條環(huán)形槽中,但同時(shí)又不使流體通過(guò)該密封面泄漏。
圖三表示在徑向補(bǔ)償環(huán)的內(nèi)圓面上開(kāi)設(shè)了數(shù)條輔助唇口的靜壓平衡式油封結(jié)構(gòu)。油封仍由徑向定位環(huán)(1),軸向承壓板(2),徑向補(bǔ)償環(huán)(3),密封體(4),“O”型密封圈(5),“O”型彈性圈(6)組成。與前述實(shí)施例不同的是在本實(shí)施例中,徑向補(bǔ)償環(huán)的內(nèi)圓環(huán)面直徑與密封唇口的直徑幾乎相等,并在其上開(kāi)設(shè)了數(shù)條環(huán)形槽或螺旋槽,構(gòu)成數(shù)條輔助唇口。這種結(jié)構(gòu)尤其適應(yīng)于軸表面偏擺較大的場(chǎng)合。
圖四表示密封唇口為一個(gè)橢園環(huán)面的靜壓平衡組合式油封,這種油封尤其適應(yīng)于高轉(zhuǎn)速。油封由徑向定位環(huán)(1),軸向承壓板(2),徑向補(bǔ)償環(huán)(3),密封體(4),“O”型密封圈(5)組成。為了實(shí)現(xiàn)在沒(méi)有外部強(qiáng)制冷卻的條件下,仍能大大改善密封面的發(fā)熱情況,將密封唇口的圓環(huán)面做成一個(gè)橢園環(huán)面,該橢園環(huán)面的軸線相對(duì)于軸線偏移了一個(gè)角度“A”。這意味著,當(dāng)軸表面相對(duì)于油封轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),密封唇口與軸表面的接觸部位總是周期性地發(fā)生變化,從而可不停地對(duì)接觸表面進(jìn)行交替性潤(rùn)滑及冷卻。
采用本發(fā)明的另一個(gè)好處在于因?yàn)檩S表面只同密封體的密封唇口進(jìn)行對(duì)磨,故可在油封使用到設(shè)計(jì)時(shí)間后,只更換密封體而繼續(xù)使用其他零件,以便進(jìn)一步降低運(yùn)行成本。
順便指出,根據(jù)本發(fā)明提出的基本原理,還可制造出其他變形或派生產(chǎn)品如多唇口式軸封等。本發(fā)明提出的將密封體與密封圈主體進(jìn)行分離、使其所受流體壓力平衡的原理,同樣適用于制造靜壓平衡式滑動(dòng)密封圈等。
附圖中圖號(hào)說(shuō)明(1)徑向定位環(huán);(2)軸向承壓板;(3)徑向補(bǔ)償環(huán);(4)密封體;(5)“O”型密封圈;(6)“O”型彈性圈。
權(quán)利要求
“靜壓平衡組合式高壓旋轉(zhuǎn)軸油封”,為一種采用了組合式結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)油封體的靜壓平衡以及良好的偏心追隨性的新型旋轉(zhuǎn)軸用油封。油封主要由徑向定位環(huán)(1),軸向承壓板(2),徑向補(bǔ)償環(huán)(3),密封體(4),“0”型密封圈(5)等零件組成,其權(quán)利要求如下1、密封體為一個(gè)分離式零件,可與徑向定位環(huán)一起隨軸表面的偏心擺動(dòng)而擺動(dòng)或徑向移動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求“1”所述的油封,其特征是作用在密封體徑向的流體靜壓力可完全平衡。
3.在密封體的外圓面與徑向補(bǔ)償環(huán)的內(nèi)圓面之間,安設(shè)了一個(gè)“O”型密封圈。
4.在徑向定位環(huán)(1)的內(nèi)圓面與徑向補(bǔ)償環(huán)(3)的外圓面之間,設(shè)有足夠的徑向間隙,以滿足密封體及徑向補(bǔ)償環(huán)在徑向的移動(dòng)。
5.油封工作時(shí),共有兩個(gè)動(dòng)密封面一個(gè)是密封唇口與軸表面的高速密封面,一個(gè)是徑向定位環(huán)底部與軸向承壓板之間的低速擺動(dòng)密封面。
6.對(duì)于高速油封,密封唇口為一個(gè)橢圓環(huán)形面,其軸線相對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)軸軸線有一個(gè)夾角“A”。
全文摘要
“靜壓平衡組合式高壓旋轉(zhuǎn)軸油封”,為一種采用了組合式結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)油封體的靜壓平衡以及良好的偏心追隨性的新型旋轉(zhuǎn)軸用油封。其特點(diǎn)是密封體同密封圈主體為分離式結(jié)構(gòu),密封體在徑向所受流體靜壓力可完全平衡,且可與徑向補(bǔ)償環(huán)一起隨轉(zhuǎn)動(dòng)軸的偏心擺動(dòng)而擺動(dòng)或徑向移動(dòng)。對(duì)于高速用密封,其密封唇口為一個(gè)橢圓環(huán)面以利于潤(rùn)滑及冷卻密封接觸面。本發(fā)明具有加工簡(jiǎn)單、工作壓力及轉(zhuǎn)速高、偏心追隨性及抗振動(dòng)性好、密封性強(qiáng)、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F16J15/16GK1114018SQ9410570
公開(kāi)日1995年12月27日 申請(qǐng)日期1994年5月24日 優(yōu)先權(quán)日1994年5月24日
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