CN102128266B - 一种机械旋转接头密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械旋转接头密封装置，包括2个动环、2个静环、2个胶圈、1个间隔套；动环位于最外侧与轴密封并固定连接在一起；静环位于动环内侧与动环组成密封摩擦副；胶圈套介于静环和壳体之间，胶圈内圆与静环的外圆具有20°的锥度配合；间隔套位于两个胶圈的中间，截面为弹簧曲线形状，在轴向具有弹性，外径大于壳体内径0.1～0.2mm，在圆周上有2～3mm宽开口，使间隔套装入壳体后保持一定涨力与壳体贴压在一起，端面与胶圈内侧端面接触，胶圈在间隔套的弹力和密封介质压力作用下利用锥度的楔紧作用使静环通过胶圈支承在壳体内圆上；本发明结构简单、体积小，胶圈的支撑具有减振效果，运行平稳，适合于高速运转。

Description

一种机械旋转接头密封装置

技术领域

本发明涉及机械密封领域，具体是指一种机械旋转接头密封装置。

背景技术

高速高压的机械旋转接头通常采用的是机械式密封装置，在密封腔的两侧采用两个摩擦副，摩擦副材料是由硬质的金属及其它耐磨耐高温材料制成。硬质材料的机械式密封一般由静环(与壳体固定在一起)、动环(与轴固定在一起)、弹簧等多个元件构成。由于轴和动环运转时有径向跳动，所以难以采用径向密封方式，因此目前市场上的机械式密封主要是端面密封形式，即动环与静环的端面在流体压力和补偿弹力(弹簧力)作用下保持贴合，作相对滑转摩擦运动，动环有径向跳动时可以沿端面滑移。这种无缝隙贴合形式的机械密封一般需要弹簧压紧，由于运转时轴也有轴向跳动，因此在结构上还要保证轴可以有轻微的轴向跳动。

常用机械密封结构的基本元件包括：静止环(静环)，防止静止环转动的防转销，防止静环与壳体之间泄漏的密封圈，旋转环(动环)，防止旋转环转动的紧定螺钉，防止动环与轴之间泄漏的密封圈，弹簧，弹簧座。旋转环和静止环往往还可根据它们是否具有轴向补偿能力而称为补偿环或非补偿环。机械密封的结构形式很多，结构的复杂程度差异很大，而上述需要的结构元件是最基本的。

目前机械密封存在的主要问题是：

(1)结构复杂，元件数量多，造成成本上升。

(2)体积大，影响一些应用机械密封的设备的性能。

(3)转速受到限制，原因除了材料的摩擦磨损性能的限制外，高速振动也是一个原因，元件多，之间配合有间隙，高速旋转容易产生振动噪声。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种机械旋转接头密封装置，相对于现有技术，本发明简化机械密封的结构，结构紧凑，零件数量少。

本发明通过下述技术方案实现：

一种机械旋转接头密封装置，其嵌装在轴与壳体之间并对壳体与轴之间的流体进行密封，包括两个动环、两个静环、两个胶圈、一个间隔套；

动环分别位于轴的最外两端并与轴密封、固定连接；

静环分别位于动环的内侧，其外端面与动环的内端面接触构成密封摩擦副；

胶圈分别套设在静环上，其外圆与壳体内圆贴合，胶圈的内圆与静环的外圆锥形配合；

弹性间隔套位于胶圈之间形成的密封空腔内，间隔套的圆周上开有作为液体通道的孔；胶圈内侧端面与间隔套端面抵压接触。

所述胶圈的内圆与两个静环的外圆之间呈20°楔形配合。

所述弹性间隔套截面为弹簧曲线形状，并沿轴的轴向上具有张力。

所述弹性间隔套由薄钢板压制而成。

所述间隔套的外径大于壳体内径0.1～0.2mm，并在圆周上设有一个2～3mm宽开口，使其保持一定张力并与壳体贴压。

所述动环与轴之间分别设置有“○”形密封圈。

所述动环的两端分别设置有防止动环旋转的柱销。

所述轴的其中一端设有对动圈进行轴向限位的卡环。

与现有技术相比本发明的有益效果在于：

(1)本发明的机械旋转接头密封装置元件数量少，体积小，运行平稳，且技术手段简便易行。胶圈的支撑具有减振效果，运行平稳，尤其适合于高速运转。

(2)壳体具有通孔，更有利于机械加工要求(一般的箱体多采用镗孔)，间隔套取代了传统机械密封的弹簧、弹簧座等，体积小，不需要旋转(传统机械密封的弹簧随动环旋转)，动态干扰小；

(3)本发明胶圈分别套设在静环上，其外圆与壳体内圆贴合，胶圈的内圆与静环的外圆锥形配合；这种结构，静环用胶圈支撑起到了稳定静环和防止泄漏的作用，静环不需要专门的键销等元件，简化了结构。这种结构还具有胶圈对静环的直接稳定和吸振作用，可大幅度提升运转速度，目前市场上传统机械密封产品的线速度小于20m/s，pv值小于30m/s.MPa(摩擦副材料为碳化钨对石墨)，本发明通过试验表明超过了90m/s.MPa，线速度超过50m/s。

附图说明

图1为本发明机械旋转接头密封装置的结构示意图。

图2为图1胶圈受力分析示意图。

图3为本发明机械旋转接头密封装置应用例示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。

实施例

如图1所示，本发明机械旋转接头密封装置，其嵌装在轴5与壳体6之间并对壳体6与轴5之间的流体进行密封，它有两个动环1、1-1、两个静环2、2-2、两个胶圈3、3-3、一个间隔套4；动环1、1-1分别位于轴5的最外两端并与轴5密封、固定连接；静环2、2-2分别位于动环1、1-1的内侧，其外端面与动环1、1-1的内端面接触构成密封摩擦副；胶圈3、3-3分别套设在静环2、2-2上，其外圆与壳体6内圆贴合，胶圈3、3-3的内圆与静环2、2-2的外圆锥形配合；弹性间隔套4位于胶圈3、3-3之间形成的密封空腔6-2内，间隔套4的圆周上开有作为液体通道的孔6-1；胶圈3、3-3内侧端面与间隔套4端面抵压接触。

所述胶圈3、3-3的内圆与静环2、2-2的外圆之间大约呈20°楔形配合。

所述弹性间隔套4截面为弹簧曲线形状，其张力沿着轴5的轴向延伸。胶圈3在间隔套4的轴向弹力和密封介质压力作用下利用锥度的楔紧作用支撑静环2，防止静环2旋转，并在静环2与壳体6之间起密封作用；当动环1和静环2的摩擦副表面磨损时，静环2在间隔套4和胶圈3的弹力作用下会自动外移。

所述弹性间隔套4由薄钢板压制而成；所述间隔套4的外径大于壳体6内径0.1～0.2mm，并在圆周上设有一个2～3mm宽开口，使其保持张力并与壳体6贴压。

为了防止所述动环1和轴5之间发生泄漏和相对旋转运动，所述动环1、1-1与轴5之间分别设置有“○”形密封圈；所述动环1的两端分别设置有防止动环1旋转的柱销；所述轴的其中一端设有对动圈1进行轴向限位的卡环9。采用柱销7进行了旋转限位，采用了轴用卡环9卡在轴5的槽内进行轴向限位。动环1与轴5的连接和密封方式有多种，例如动环1与轴5的连接若采用过盈配合就不需要柱销7和密封圈8。

本发明工作原理，轴5旋转的时候，液体由壳体6上的通孔6-1进入后，其压力作用于静环2、2-2和胶圈3、3-3上，推动它们向两侧运动，使静环2、2-2的外端面与动环1、1-1的内端面紧贴在一起构成密封摩擦副；胶圈3、3-3在液体压力下和间隔套4的初始弹力作用下分别向外侧(轴5的两端)移动，锥度配合面镶嵌的更紧，使胶圈3、3-3与静环2、2-2与壳体6之间产生很大的摩擦力矩，该摩擦力矩远大于端面摩擦副的旋转摩擦力矩，防止了静环2、2-2转动，同时在静环2、2-2与壳体6之间起到密封作用；由于胶圈3、3-3的粘弹性作用，可自动适应摩擦面的贴合，吸收高速运转时的振动。

图2为胶圈3、3-3在壳体6内的受力分析图。由通孔6-1进入壳体6内的密封腔6-2内的液体作用于胶圈3内侧端面产生推力P1，取胶圈3、3-3内圆锥面斜度为20°，P1＝P3×sin(20°)，P2＝P3×cos(20°)

得：P3＝2.9×P1，P2＝2.7×P1。

式中P2为壳体6对胶圈3、3-3的作用力，P3为静环2、2-2的斜面对胶圈3、3-3的作用力。

设计上胶圈3、3-3内侧端面面积大于密封摩擦副接触面积，因为胶圈3、3-3与壳体6和静环2、2-2的摩擦系数大于摩擦副的摩擦系数，所以壳体6与胶圈3、3-3静环2、2-2与胶圈3、3-3之间的摩擦力矩要大于摩擦副摩擦力矩的2.7倍以上，这表明，本结构中的胶圈3、3-3既起到密封作用，又起到防止静环2、2-2旋转和稳定静环2、2-2的作用。

随着密封摩擦副的磨损，静环2、2-2和胶圈3、3-3会在液体推动下向外侧移动，始终保持摩擦副之间的密封和接触压力。

如图3为本发明的应用实例，液压系统的油泵12，换向阀13。其中，右侧静环2与轴5的端面构成密封摩擦副，左侧的静环2与螺母10构成密封摩擦副，螺母10拧紧固定在轴5上，即轴5和螺母10替代了动环。

本发明安装时，胶圈3和间隔套4相互贴压在一起，使静环2与轴5和螺母10的摩擦面紧贴压在一起，保证一定的初始预压力。

工作状态为轴5旋转、壳体6固定。打开换向阀13到左位，油泵12泵出的高压油经壳体6的通孔6-1进入密封腔6-2，通过间隔套4上的孔进入轴5的油孔5-1，推动柱塞11右移做功。在密封腔6-2内，静环2、轴5、螺母10的端面构成密封摩擦副，胶圈3借助于液压力和间隔套4的弹力在静环2和壳体6之间楔紧并起到密封作用，从而在轴的旋转状态下防止了液压油的泄漏，起到密封作用。

本实施例中，表面上看没有动环1，但实际上轴5和螺母10起到了动环1的作用，与静环2构成了摩擦副，因此本发明所述的机械旋转接头密封装置的基本构成仍然是动环、静环、胶圈、间隔套。

如上所述便可较好地实现本发明。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种机械旋转接头密封装置，其嵌装在轴与壳体之间并对壳体与轴之间的流体进行密封，其特征在于：包括两个动环、两个静环、两个胶圈一个间隔套；两个动环分别位于轴的最外两端并与轴密封、固定连接；两个静环分别位于两个动环的内侧，其外端面与两个动环的内端面接触构成密封摩擦副；两个胶圈分别套设在两个静环上，其外圆与壳体内圆贴合，两个胶圈的内圆与两个静环的外圆锥形配合；弹性间隔套位于两个胶圈之间形成的密封空腔内，间隔套的圆周上开有作为液体通道的孔；两个胶圈内侧端面与间隔套(4)端面抵压接触。

2.根据权利要求1所述的机械旋转接头密封装置，其特征在于：所述两个胶圈的内圆与两个静环的外圆之间呈20°楔形配合。

3.根据权利要求1或2所述的机械旋转接头密封装置，其特征在于：所述弹性间隔套截面为弹簧曲线形状，其张力沿着轴的轴向延伸。

4.根据权利要求3所述的机械旋转接头密封装置，其特征在于：所述弹性间隔套由薄钢板压制而成。

5.根据权利要求3所述的机械旋转接头密封装置，其特征在于：所述间隔套(4)的外径大于壳体(6)内径0.1～0.2mm，并在圆周上设有一个2～3mm宽开口，使其保持张力并与壳体贴压。

6.根据权利要求3所述的机械旋转接头密封装置，其特征在于：所述两个动环与轴之间分别设置有“○”形密封圈。

7.根据权利要求3所述的机械旋转接头密封装置，其特征在于：所述两个动环的两端分别设置有防止其旋转的柱销。

8.根据权利要求3所述的机械旋转接头密封装置，其特征在于：所述轴的其中一端设有对两个动圈进行轴向限位的卡环。 

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