CN100570181C - 旋转动静密封装置及其应用 - Google Patents

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Abstract

旋转动静密封装置及其应用，该装置包括轴和与轴滑动套装的轴套，轴和轴套的接触面间开设环形槽隙，轴套开设与环形槽隙相通的介质通孔，轴体内也开设与环形槽隙相通的介质通孔。该旋转动静密封装置能够通过与圆周旋转体作同轴转动的轴或轴套中的一组件作为旋转组件，另一组件作为静止组件，实现非旋转的压力介质源与进行离心式恒加速度试验的旋转试验样品进行连续、稳定的压力介质导通，该装置简单实用、体积小巧、装卸方便、动摩擦阻力小，工作稳定性高，能够满足单路、回路和多路压力介质的导通需要，特别是高压力介质的稳定导通。该装置可以广泛的应用于各种离心式恒加速度试验和试验中对试验样品通压力介质特别是高压介质的应用需要。

Description

旋转动静密封装置及其应用
技术领域
本发明属于力学环境试验设备和装置技术领域，尤其涉及一种进行实时模拟试验的旋转动静密封装置以及该装置在离心式恒加速度试验中对试品通压力油或压力气介质的应用。
背景技术
力学环境试验是用来模拟产品、包装以及元器件在使用、运输或装卸过程中可能遭受的振动、冲击、摇摆等力学环境的模拟试验方法，力学环境试验设备包括振动试验台、冲击试验台、碰撞试验台、恒加速度试验台，以及能模拟运输过程中的摇摆、倾跌与翻倒、弹跳及自由跌落等力学环境的一系列试验设备。
恒加速度试验又称为稳态加速度试验，它是用于确定元器件、设备和其他电工电子产品经受稳态加速度即恒加速度环境所产生的力，如运行的车辆、空中运载工具、旋转机械和抛射体所产生的力的作用下，结构的适应性和性能是否良好，以及评价一些元器件的结构完好性。用于进行恒加速度试验的设备包括：能产生与地面、试验样品保持方向不变的直线恒加速度试验机，和能产生相对试验样品加速度方向保持不变而与地面相对关系在不断变化的离心恒加速度试验机。后一种试验设备造价相对便宜，易于控制加速度数值，试验费用低，得到广泛的采用。这种离心式恒加速度试验机有转盘式和转臂式两种结构。
试验样品进行离心式恒加速度试验时，试品装载在试验设备的转盘或转臂上，当电动机带动驱动轴驱动转盘或转臂匀速转动时，试验样品相对地面以驱动轴的轴线为中心作等速圆周运动，并承受法向加速度。在需要对液压及气动元器件、设备等试验样品进行恒加速度试验时，需要对转盘或转臂上的试验样品输入、输出单回路或多回路的高压油或高压气，该类试验样品包括带有流体压力驱动装置的断路器，高压油、气阀，高压流体仪表等，这就要求高压介质源与旋转试验环境中的试验样品保持单回路或多回路的导通。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构紧凑、安装方便、系统工作稳定，介质泄漏量少的旋转动静密封装置以及其该装置在恒加速度试验中通压力介质的应用，它能够稳定的向离心式恒加速度试验环境中的试验样品提供单路或回路的油、气等压力流体介质。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种旋转动静密封装置，其特征在于包括轴和与轴滑动套装的轴套，轴和轴套的接触面间开设环形槽隙，轴套开设与环形槽隙相通的介质通孔，轴体内也开设与环形槽隙相通的介质通孔。
具体的讲，该旋转动静密封装置中所述轴套滑动套装在轴体的一端，轴体内开设的介质通孔的一端与环形槽隙导通，另一端位于轴未套装轴套端。
所述轴和轴套接触面间开设的环形槽隙为一个或一个以上，轴套上相应开设一个或一个以上的介质通孔与环形槽隙相通，轴体内也相应的开设一个或一个以上的介质通孔与环形槽隙相通。
所述环形槽隙的两侧设置密封环，密封环位于轴套与轴的接触面间。
所述与轴套滑动套接的轴侧壁上开设有一个或一个以上的环形槽隙，轴套和轴体内相应开设一个或一个以上的介质通孔与环形槽隙相通，轴体内的介质通孔的另一端位于轴的侧壁上或端部。
所述环形槽隙的个数为一个或一个以上，环形槽隙的两侧均设置密封环，两密封环内侧的轴套上分别开设泄漏介质通孔。
所述轴套为套装在轴外的环形套筒，轴套由两段配合连接的环形套筒组成，轴与每段环形套筒接触面间均开设环形槽隙，每段环形套筒开设介质通孔与环形槽隙相通。
所述轴的一端侧壁套装环形套筒结构的轴套，轴套与轴体滑动连接，轴体内开的介质通孔由与环形槽隙相通的径向通道、沿轴向设置的通道和与轴外相通的径向通道组成，与轴外相通的径向通道位于轴体另一端的侧壁上。
所述轴或轴套的一端设置与圆周旋转体中心固定的连接装置，相应轴套或轴的另一端设置与静止件固定的连接装置，使轴和轴套间的一组件与圆周旋转体中心同轴转动的同时，另一组件处于静止状态。
所述旋转动静密封装置在恒加速度试验中通入压力介质时的应用，其特征在于包括圆周旋转体绕旋转轴的轴线作圆周转动，将轴体或轴套中一组件的一端与圆周旋转体的中心固定作为旋转组件，另一组件与静止物固定作为静止组件，从静止组件上的介质通孔通入压力介质，并由旋转组件上的介质通孔引出到圆周转动体承载的试品上，试品上返回的压力介质再从旋转体上的其它介质通孔引入，由静止组件上的其它介质通孔输出，实现恒加速度试验中压力介质的输入和/或输出。
当试验样品固定在圆周旋转体距离旋转中心具有一定半径的工作台面上，或者通过一定形状和工位的安装夹具固定在圆周旋转体的工作台面上时，电机或减速器的驱动轴带动圆周旋转体作旋转运动，此时如果将非旋转状态下压力介质源直接与试验样品连接进行通压力介质状态下的恒加速度试验是非常不切实际的，特别是圆周旋转体的旋转半径较大且旋转速度快时，无法保证试验样品与压力介质的有效导通。
本发明采用旋转动静密封装置，在圆周旋转体的旋转中心或轴线上连接该装置的轴体或轴套中的一个作为旋转组件，另一组件做为静止组件，通过轴体与轴套间形成的封闭环形槽隙，以及轴内和轴套上开设的与环形槽隙相通的通孔，实现轴套上的介质通孔与轴内介质通孔在旋转轴旋转状态下的连续导通。试验样品与旋转组件上的介质通孔导通，外部的压力介质源与静止组件上的介质通孔导通。这样压力介质源可以与旋转的试验样品上的介质通孔相联接，该联接不会影响离心式恒加速度试验的正常进行。压力介质由静止组件上的介质通孔进入轴套和轴间的密闭环形槽隙，并充满整个环形槽隙，压力介质又通过旋转组件上与环形槽隙相通的介质通孔将压力介质由旋转组件上介质通孔的另一端孔导出，并联接到圆周转动体上的试验样品上。在旋转组件随圆周转动体作旋转运动时，旋转组件上与试验样品联接的介质通孔与试验样品相对静止，同时，静止状态下的静止组件上的通孔也始终能与环形槽隙保持导通，即压力介质源能连续且稳定的向进行离心式恒加速度试验的试验样品提供压力介质源。该导通机构可以是两条或多条，满足单路或回路及多回路压力介质导通的恒加速度实验的需要。上文中所述的旋转组件可以是轴也可以是轴套，均能实现本发明目的。
为了满足不同试验样品和压力介质高流量的需要，也考虑到环形槽隙的截面积过大会造成压力介质泄漏的问题，在套装轴套的轴上开设多个环形槽隙，同时分别在轴套上开设介质通孔与环形槽隙相通，实现多个压力介质进出口，而轴内开设多条介质通道，介质通道的一端通过介质通孔与环形槽隙相通，每个环形槽隙只与其中的一个介质通道相通，在介质通道的另一端分别通过相应的介质通孔引出到轴的侧壁上或端部，这样，压力介质进出轴内介质通道的介质通孔数量多，流量大，可以满足压力介质高流量的单回路或多回路流通需要。在需要对恒加速度试验的试验样品通多路压力介质油或气等流体时，可以增加环形槽隙和轴内介质通道的个数实现，一般10条通道可以满足现有各种恒加速度离心试验的需求，但如果增大该旋转动静密封装置的轴和轴套的规格，也可实现更多介质通道及更多回路的导通，其原理和解决技术问题的手段是同样的。
因为轴套和轴间为滑动套接，两者间采用间隙密封，当压力介质为高压介质时，可能会发生部分泄漏，同时保证对试验样品通压力介质的稳定性，可以在每个环形槽隙的两侧或者通入同向压力介质的多个环形槽隙两侧设置密封环或者其它密封机构，降低或消除压力介质泄漏量。当试验样品需要通较高压力的介质时，不可避免的会发生轻微或部分的泄漏，该泄漏介质存在于轴套和轴的滑动接触面上，又会影响轴的转动，为解决该问题，本发明在单个或者多个环形槽隙两端设置环形密封圈后，又在两环形密封圈内侧的轴套上，开设泄漏介质通孔，当环形槽隙内的压力介质向两侧的滑动接触面渗漏时，可在环形密封圈的内侧由该泄漏介质通孔导出收集。
轴套为环形套筒结构，当需要开设多个环形通道或者进行多种高压介质接通时，轴套的长度增加，为便于维护和保持压力介质流通稳定性，可将轴套设计成两段环形筒体，两段轴套阶梯配合连接。轴套可以套转在轴体的一端，轴内介质通孔的另一端位于轴体另一端未套装轴套的轴体侧壁上。该介质通孔的另一端也可以开设在轴体的另一端部。
在采用该旋转动静密封装置对恒加速度试验中的试验样品通压力介质试验前，先将轴或轴套中的一个与圆周旋转体的旋转中心处固定连接作为旋转组件，圆周旋转体的旋转中心轴线与旋转组件的轴线重合设置，这样圆周旋转体就会和旋转组件同轴转动，放在圆周旋转体上的试验样品与旋转组件上的介质通孔在恒加速度试验中保持相对静止。轴或轴套中的另一组件可以通过固定支架或其它方式固定作为静止组件。最佳的方式是在圆周旋转体的上端面旋转中心处固定连接旋转组件，静止组件则通过上固定支架进行固定。如果采用将圆周旋转体的驱动轴作为旋转组件，也可以实现本发明，即将驱动轴一端连接驱动电机或变速箱驱动体，驱动轴的另一端穿过并固定圆周旋转体后套装轴套。也可以直接在驱动轴上套装轴套，与试品相通的介质通孔位于驱动轴端部的侧壁上。
本发明的有益效果在于，该旋转动静密封装置能够通过与圆周旋转体作同轴转动的轴或轴套中的一组件作为旋转组件，另一组件作为静止组件，实现非旋转的压力介质源与进行离心式恒加速度试验的旋转试验样品进行连续、稳定的压力介质导通，该装置简单实用、体积小巧、装卸方便、动摩擦阻力小，工作稳定性高，能够满足单路、回路和多路压力介质的导通需要，特别是高压力介质的稳定导通。该装置可以广泛的应用于各种离心式恒加速度试验和试验中对试验样品通压力介质特别是高压介质的应用需要。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的阐述。
图1是本发明装置实施例1的剖面结构示意图；
图2是本发明装置实施例1的应用状态的结构示意图；
图3是本发明装置实施例2的剖面结构示意图；
图4是本发明装置实施例2的应用状态的结构示意图；
图5是本发明装置实施例3的剖面结构示意图；
具体实施方式
实施例1如图1和2，该旋转动静密封装置由轴2和与轴滑动套装的轴套1组成，轴套滑动套装在轴体的一端，轴体的另一端设置与圆周旋转体连接的拨杆24，轴和轴套的接触面间开设环形槽隙22，轴套开设与环形槽隙相通的介质通孔12，轴体内也开设与环形槽隙相通的介质通孔21。轴体内开设的介质通孔的一端与环形槽隙导通，另一端23位于轴未套装轴套端的侧壁上。该介质通孔由与环形槽隙相通的径向通道、沿轴向设置的通道和与轴外相通的径向通道组成，便于加工，环形槽隙的两侧设置密封环11，密封环位于轴套与轴的接触面间。
应用上述旋转动静密封装置进行离心式恒加速度试验。采用的试验装置为转臂式离心恒加速度试验机，试验样品高压油控阀门6固定安装在转臂4一端的工作台面上，电动机驱动驱动轴5从而带动转臂作圆周旋转运动。本发明装置的轴体作为旋转组件，轴套作为静止组件，轴体通过拨杆24固定连接在转臂上端的旋转中心轴向上，这样轴2就会与转臂同轴旋转。轴套固定连接上固定支架3，上固定支架固定在试验室墙壁上。
静止组件轴套上的介质输入口12通过高压管与高压介质源连接构成通路。旋转组件轴体的下端侧壁上的介质出口23与高压油控阀门的介质入口导通。当驱动轴5带动转臂4进行转动时，轴体2与转臂同轴转动，而静止组件轴套1固定不动，轴体下端侧壁上的介质出口23与试验样品高压油控阀门6保持相对静止。高压油源输出的高压油可以依次经过轴套上的介质通孔12、环形槽隙22、轴内介质通孔21、轴体的下端侧壁上的介质出口23，稳定连续地输送到试验样品上，实现单路介质的导通，保证试验过程中介质的压力。
经试验表明，该装置摩擦发热少，试验系统在通高压介质情况下工作稳定。在国家军用标准GJB548及国外主要恒加速度试验标准所规定的试验时间内不需要冷却，能满足通35MPa高压油和同等压力高压气的试验需要。
实施例2如图3和4，该该旋转动静密封装置由轴2和与轴滑动套装的轴套1组成，轴套滑动套装在轴体的一端作为旋转组件，轴套将轴体的一端封闭后设置与旋转体的固定件24，轴体的另一端可以固定物连接作为静止组件，轴和轴套的接触面间开设两个环形槽隙22，轴套上开设与环形槽隙相通的介质通孔12，轴体内也相应开设两个分别与环形槽隙相通的介质通孔21。轴体内开设的介质通孔的一端与环形槽隙导通，另一端23位于轴未套装轴套端的侧壁上。每个环形槽隙的两侧均设置两个密封环11，密封环位于轴套与轴的接触面间。
应用上述旋转动静密封装置进行离心式恒加速度试验。采用的试验装置为转盘式离心恒加速度试验机，试验样品6固定安装在转盘4一端的工作台面上，电动机驱动驱动轴5从而带动转盘作圆周旋转运动。本发明装置的轴体作为静止组件，轴体的上端即未套装轴套端固定连接上固定支架3，上固定支架固定在试验室墙壁上。轴套作为旋转组件，轴套的下端通过固定件24固定连接在转盘上端面的中心位置，这样轴套就会与转盘同轴旋转。
轴体2上的一个介质通孔作为介质输入口，另一介质通孔作为介质输出口并通过高压管与高压介质源连接构成通路。轴套侧壁上的一个介质通孔作为介质输出口与试验样品的介质入口导通，另一介质通孔作为介质输入口与试验样品的介质出口导通。当驱动轴5带动转盘4进行转动时，轴套1与转盘同轴转动，而静止组件轴体2固定不动，轴套侧壁上的两个介质通孔与试验样品6保持相对静止。高压油源输出的高压油可以依次经过轴体上的介质输入孔、轴套内的一介质通孔、环形槽隙、轴套介质通孔与试验样品导通，然后再由试验样品、轴套介质通孔、环形槽隙、轴体介质通孔与高压介质形成回路，使压力介质稳定连续地输送到试验样品上，实现回路介质的导通，并保证试验过程中介质的恒定连续循环。
经试验表明，该装置摩擦发热少，试验系统在通高压介质情况下工作稳定。在国家军用标准GJB548及国外主要恒加速度试验标准所规定的试验时间内不需要冷却，能满足通35MPa高压油和同等压力高压气的试验需要。
实施例3如图5，该旋转动静密封装置由旋转组件轴2和静止组件轴套1组成，轴体的上端部套装轴套，轴套与轴滑动套装。轴套是由上、下两段环形套筒组成，两段环形套筒间阶梯配合固定连接。在与轴套内壁接触的轴体上开设有7个环形槽隙，与上段轴套相对应的轴体上设置有2个环形槽隙，每个环形槽隙的两侧均设有密封环，与下段轴套相对应的轴体上设置有5个环形槽隙，5个环形槽隙的两侧设置有两个密封环，轴套和轴将该环形槽隙封闭成环形的介质通道。在轴套侧壁上开设有垂直的通孔与环形槽隙相通，轴套的外壁通孔处为压力介质进出口。在轴内开设有7个压力介质通孔，介质通孔的另一端位于轴下端部的侧壁上。7个环形槽隙分别与轴套外壁的介质通孔相通，再通过轴内的介质通孔与轴下端的侧壁介质进出口相通。在下段轴套内5个环形槽隙的两侧，设置两个密封环，在两个密封环内侧的轴套壁上开设有泄漏介质通孔将泄漏介质导出，轴的下端设置拨杆，用于连接离心式恒加速度试验设备的圆周旋转体。
该旋转动静密封装置的轴体可作为旋转组件，轴套作为静止组件，实现多回路的压力介质导通，满足不同试验条件下通压力介质的需要。经试验表明，该装置摩擦发热少，试验系统在通高压介质情况下工作稳定。在国家军用标准GJB548及国外主要恒加速度试验标准所规定的试验时间内不需要冷却，能满足通高压油和同等压力高压气的试验需要。

Claims (10)

1.一种旋转动静密封装置，其特征在于包括轴和与轴滑动套装的轴套，轴和轴套的接触面间开设环形槽隙，轴套开设与环形槽隙相通的介质通孔，轴体内也开设与环形槽隙相通的介质通孔。
2.根据权利要求1所述的旋转动静密封装置，其特征在于所述轴套滑动套装在轴体的一端，轴体内开设的介质通孔的一端与环形槽隙导通，另一端位于轴未套装轴套端。
3.根据权利要求1所述的旋转动静密封装置，其特征在于所述轴和轴套接触面间开设的环形槽隙为一个或一个以上，轴套上相应开设一个或一个以上的介质通孔与环形槽隙相通，轴体内也相应的开设一个或一个以上的介质通孔与环形槽隙相通。
4.根据权利要求1所述的旋转动静密封装置，其特征在于所述环形槽隙的两侧设置密封环，密封环位于轴套与轴的接触面间。
5.根据权利要求1所述的旋转动静密封装置，其特征在于与轴套滑动套接的所述轴侧壁上开设有一个或一个以上的环形槽隙，轴套和轴体内相应开设一个或一个以上的介质通孔与环形槽隙相通，轴体内的介质通孔的另一端位于轴的侧壁上或端部。
6.根据权利要求1所述的旋转动静密封装置，其特征在于所述环形槽隙的个数为一个或一个以上，环形槽隙的两侧均设置密封环，两密封环内侧的轴套上分别开设泄漏介质通孔。
7.根据权利要求1所述的旋转动静密封装置，其特征在于所述轴套为套装在轴外的环形套筒，轴套由两段配合连接的环形套筒组成，轴与每段环形套筒接触面间均开设环形槽隙，每段环形套筒开设介质通孔与环形槽隙相通。
8.根据权利要求1所述的旋转动静密封装置，其特征在于所述轴的一端侧壁套装环形套筒结构的轴套，轴套与轴体滑动连接，轴体内开的介质通孔由与环形槽隙相通的径向通道、沿轴向设置的通道和与轴外相通的径向通道组成，与轴外相通的径向通道位于轴体另一端的侧壁上。
9.根据权利要求1所述的旋转动静密封装置，其特征在于所述轴或轴套的一端设置与圆周旋转体中心固定的连接装置，相应轴套或轴的另一端设置与静止件固定的连接装置，使轴和轴套间的组件与圆周旋转体中心同轴转动的同时，另一组件处于静止状态。
10.权利要求1所述旋转动静密封装置在恒加速度试验中通入压力介质时的应用，其特征在于包括圆周旋转体绕旋转轴的轴线作圆周转动，将轴体或轴套中一组件的一端与圆周旋转体的中心固定作为旋转组件，另一组件与静止物固定作为静止组件，从静止组件上的一个所述介质通孔通入压力介质，并由旋转组件上的一个所述介质通孔引出到圆周转动体承载的试品上，试品上返回的压力介质再从旋转体上的另一个所述介质通孔引入，由静止组件上的另一个所述介质通孔输出，实现恒加速度试验中压力介质的输入和/或输出。
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