CN101328858B - 基于自补偿复合密封技术的低摩擦高压转叶马达 - Google Patents

Abstract

基于自补偿复合密封技术的低摩擦高压转叶马达，本发明涉及一种转叶马达。本发明为解决现有转叶马达的动叶片与定子、定子与壳体之间的密封用铸铁密封条，密封性能差及密封压力小，限制了转叶马达在大功率舵机中应用的问题。本发明的两个单向阀组分别设置在动叶片两侧面的第一阀槽中，两个密封条分别设置在两个第一直槽中，转子体和滑动轴承的组件设置在壳体内止推轴承的上面，定子的一侧固定在壳体的内侧壁上，另一侧与转子轴贴合，下端盖设置在壳体的下端面上，两个单向阀组分别设置在定子两侧面的第二阀槽中，两个密封条分别设置在两个第二直槽中。本发明采用单向阀组和密封条实现径向密封，密封性能可靠、压力大，扩大了转叶马达的应用范围。

Description

基于自补偿复合密封技术的低摩擦高压转叶马达

技术领域

本发明涉及一种转叶马达。

背景技术

相对于往复式舵机，转叶舵机具有设计紧凑、安装方便、占用空间小等优势，在许多大型艉机型船舶和军舰上得到了广泛的应用，是很有前景的舵机形式。现有转叶舵机上广泛使用的转叶马达，其动叶片与静叶片(定子)之间的密封通常采用铸铁密封条密封的结构形式，如图11所示，以铸铁密封条62作为摩擦副材料，铸铁密封条62与转叶马达摩擦表面64接触，依靠铸铁密封条62后面的压缩弹簧61产生密封压力，这种密封形式具有耐磨性好、摩擦阻力小、磨损后能自动补偿，使用寿命长的特点，可以做到与转叶马达同寿命；由于铸铁材料包容性差，当液压介质中存在杂质时，容易划伤密封面，使得密封性能变差。而且，弹簧61产生的密封压力有限，最终使得转叶马达的工作压力不超过6MPa，限制了它在大功率舵机中的应用。

发明内容

本发明的目的是为解决现有舵机转叶马达的动叶片与定子之间、定子与壳体之间的密封采用铸铁密封条密封，密封性能差以及弹簧产生的密封压力小，限制了转叶马达在大功率舵机中应用的问题，提供一种基于自补偿复合密封技术的低摩擦高压转叶马达。

本发明包括壳体、下端盖、止推轴承、定子、螺栓、转子体、上端盖、两个滑动轴承、下压装置、防松板、四个单向阀组和四个密封条，转子体由转子轴和动叶片组成，从转子轴的截面方向看动叶片均布在转子轴的外圈上，动叶片与转子轴制成一体，动叶片的两侧面分别设有第一阀槽，两个第一阀槽之间设有第一油道，动叶片与壳体接触的一侧端面设有两个第一直槽，两个第一直槽与第一油道之间设有第一油孔，两个单向阀组分别设置在动叶片两侧面的第一阀槽中，两个密封条分别设置在两个第一直槽中，两个滑动轴承分别设置在转子体的上、下端外表面上，止推轴承设置在壳体内的底部，转子体和滑动轴承的组件设置在壳体内止推轴承的上端面，定子的一侧面固定在壳体的内侧壁上，定子的另一侧面与转子轴贴合，上端盖设置在壳体的上端面上，下压装置设置在转子体的上端面上，防松板设置在下压装置的上方，螺栓穿过防松板和下压装置固定在转子体的上端面上，下端盖设置在壳体的下端面上，定子与转子体贴合的侧面上设有两个第二直槽，定子的两侧面上分别设有第二阀槽，两个第二阀槽之间设有第二油道，两个第二直槽与第二油道之间设有第二油孔，两个单向阀组分别设置在定子两侧面的第二阀槽中，两个密封条分别设置在两个第二直槽中。

本发明的优点是：一、本发明的动叶片与壳体之间、定子与转子轴之间采用单向阀组和密封条密封，实现了径向密封，且密封性能更加可靠、密封压力大，使得转叶马达密封压力达到10MPa以上，扩大了转叶马达的应用范围，为其在大功率舵机上的使用奠定了基础。二、本发明适于作为转叶舵机的执行元件。

附图说明

图1是本发明的高压转叶马达的整体结构示意图，图2是图1的俯视图(去掉上端盖8、两个滑动轴承9、下压装置10、防松板11、两个密封装置12、两个单向阀13和螺栓6)，图3是转子体7的结构示意图，图4是图3的A-A剖视图，图5是图3的B-B剖视图，图6是定子5的外部结构立体图，图7是图6的C-C剖视图，图8是密封条16的结构示意图。图9是图1的I局部放大图，图10是图1的II局部放大图，图11是现有动叶片与定子之间的密封采用铸铁密封条密封的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～图7说明本实施方式，本实施方式包括壳体1、下端盖2、止推轴承4、定子5、螺栓6、转子体7、上端盖8、两个滑动轴承9、下压装置10、防松板11、四个单向阀组15和四个密封条16，转子体7由转子轴7-1和动叶片7-2组成，从转子轴7-1的截面方向看动叶片7-2均布在转子轴7-1的外圈上，动叶片7-2与转子轴7-1制成一体，动叶片7-2的两侧面分别设有第一阀槽7-2-1，两个第一阀槽7-2-1之间设有第一油道7-2-2，动叶片7-2与壳体1接触的一侧端面设有两个第一直槽7-2-3，两个第一直槽7-2-3与第一油道7-2-2之间设有第一油孔7-2-4，第一油孔7-2-4使第一直槽7-2-3与第一油道7-2-2相通，两个单向阀组15分别设置在动叶片7-2两侧面的第一阀槽7-2-1中，两个密封条16分别设置在两个第一直槽7-2-3中，两个滑动轴承9分别设置在转子体7的上、下端外表面上，止推轴承4设置在壳体1内的底部，转子体7和滑动轴承9的组件设置在壳体1内止推轴承4的上端面，定子5的一侧面固定在壳体1的内侧壁上，定子5的另一侧面与转子轴7-1贴合，上端盖8设置在壳体1的上端面上，下压装置10设置在转子体7的上端面上，防松板11设置在下压装置10的上方，螺栓6穿过防松板11和下压装置10固定在转子体7的上端面上，下端盖2设置在壳体1的下端面上，定子5与转子体7贴合的侧面上设有两个第二直槽5-1，定子5的两侧面5-2上分别设有第二阀槽5-3，两个第二阀槽5-3之间设有第二油道5-4，两个第二直槽5-1与第二油道5-4之间设有第二油孔5-5，第二油孔5-5使第二直槽5-3与第二油道5-4相通，两个单向阀组15分别设置在定子5两侧面的第二阀槽5-3中，两个密封条16分别设置在两个第二直槽5-1中。当转叶马达工作时，动叶片7-2或定子5两侧之一的单向阀组15通有高压油，另一侧则为回油。单向阀组15的作用是为了保证转叶马达工作时，总能保证与系统工作压力相同的油压作用在密封条16上，使得密封条16紧密地贴合在转子轮毂或壳体上上，实现径向可靠密封，有效提高密封能力。动叶片7-2与转子轴7-1制成一体，可以减少泄露通道并增加转子强度。上端盖8和壳体1具有足够的厚度并铸有加强筋，防止它们在高压强作用下发生变形，使得马达泄漏量增大。上端盖8与壳体1通过30个圆周均布的12.9级螺钉连接。转子体7在壳体1内定位通过止推轴承4和滑动轴承9实现，止推轴承4和滑动轴承9是转叶马达的心脏，止推轴承4和滑动轴承9采用加拿大生产的型号为thordon HPSXL的赛龙轴承，该轴承取代了传统的青铜轴承，该轴承摩擦系数在0.06～0.12之间，耐磨性好、具有良好的耐腐蚀性，而且液压介质中少量杂质也不会划伤转子轴表面，减少拆机维修的几率。

具体实施方式二：结合图5、图7和图8说明本实施方式，本实施方式的密封条16由密封外条16-1、底座16-2和两个弹簧16-3组成，密封外条16-1上对应第一油孔7-2-4或第二油孔5-5一侧设有一排弹簧安装孔16-1-1，每个弹簧安装孔16-1-1内嵌有底座16-2，弹簧16-3设置在弹簧安装孔16-1-1内并套在底座16-2上，密封条16除弹簧安装孔16-1-1所在的侧面外，其余三面均开有均压槽16-1-2，均压槽16-1-2可以降低通过密封条的压降，有利于提高密封效果。密封条16切割后与定子5上的直槽5-6配研而成，底座16-2选用45号钢。

具体实施方式三：结合图8说明本实施方式，本实施方式的每个底座16-2的顶端与密封外条16-1的顶端距离相等。这样设计使得每个弹簧16-3的压缩量相同且对中，使得密封条16能很好的与所摩擦转子轴7-1的面贴合。

具体实施方式四：结合图1、图9和图10说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式三的不同点是它还增加有两个密封装置12和两个单向阀13，壳体1内与转子轴7-1的端面对应处设有第一凹槽1-2、第二螺纹凹槽1-3和第一油槽1-4，上端盖8的底面8-1上设有第三凹槽8-2、第四螺纹凹槽8-3和第二油槽8-4，两个密封装置12分别设置在壳体1上的第一凹槽1-2和上端盖8上的第三凹槽8-2内，两个单向阀13分别设置在壳体1上的第二螺纹凹槽1-3和上端盖8上的第四螺纹凹槽8-3内。壳体1上的第一油槽1-4与第一凹槽1-2相通，上端盖8上的第二油槽8-4与第三凹槽8-2相通。密封装置12和单向阀13为动压复合密封设计，单向阀13的作用是转叶马达工作时，总能保证与系统工作压力相同的油压作用在密封装置12内侧且马达高低压腔室互不连通，使得转子轴端能保证可靠的密封。转子轴7-1两端的密封装置12可以自动补偿磨损量，避免了转子轴端面密封不好而引起的泄漏，导致舵效慢、跑舵、滞舵等现象，从而杜绝了舰船事故。(现有转叶舵机的转子轴端面密封磨损后不能自动补偿，容易引起泄漏，导致舵效慢、跑舵、滞舵等现象，甚至没有舵效，引发舰船事故)。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：结合图9和图10说明本实施方式，本实施方式的密封装置12由凹形密封圈12-1和O型密封圈12-2组成，凹形密封圈12-1的外表面上设有环形凹槽12-1-1，O型密封圈12-2设置在凹形密封圈12-1上的环形凹槽12-1-1内。O型密封圈12-2在上端盖8与壳体1连接后有15％的压缩量，为密封装置12提供初始压力。凹形密封圈12-1在压力油和O型密封圈12-2的作用下有效地保证了端面的密封且能自动补偿，消除了安全隐患，免除更换密封所带来的舵效慢、跑舵、滞舵、停船的损失，有效克服现有转叶马达泄漏和卡死的现象。

具体实施方式六：结合图6说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式五的不同点是它还增加有橡胶密封条17，定子5与壳体1接触的一侧端面上设有环形槽5-6，橡胶密封条17设置在环形槽5-6中，密封圈17设置在沟槽5-7中，橡胶密封条17选用O型密封圈。这样设计为防止液压油从定位销孔和螺纹孔泄漏到壳体1的外面。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。

具体实施方式七：结合图2和图4说明本实施方式，本实施方式的转子轴7-1上的动叶片7-2数量为2～4个，定子5的数量与动叶片7-2的数量相同。每个定子5设置在两个动叶片7-2之间。上述数值范围内的动叶片7-2和定子5使得转叶马达传动效果好。

具体实施方式八：结合图2和图4说明本实施方式，本实施方式的转子轴7-1上的动叶片7-2数量为3个，定子5的数量为3个。每个定子5设置在两个动叶片7-2之间。这个数量的动叶片7-2和定子5使得转叶马达能满足摆动角度要求且输出扭矩最大。根据使用条件的不同，这个数量可以不同。

具体实施方式九：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式二的不同点是它还增加有翅形密封圈3，翅形密封圈3设置在壳体1下端与下端盖2之间。这样设计使得下端盖2的密封效果更好。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。

Claims (9)

1.一种基于自补偿复合密封技术的低摩擦高压转叶马达，它包括壳体(1)、下端盖(2)、止推轴承(4)、定子(5)、螺栓(6)、转子体(7)、上端盖(8)、两个滑动轴承(9)、下压装置(10)、防松板(11)、四个单向阀组(15)和四个密封条(16)，转子体(7)由转子轴(7-1)和动叶片(7-2)组成，从转子轴(7-1)的截面方向看动叶片(7-2)均布在转子轴(7-1)的外圈上，其特征在于动叶片(7-2)与转子轴(7-1)制成一体，动叶片(7-2)的两侧面分别设有第一阀槽(7-2-1)，两个第一阀槽(7-2-1)之间设有第一油道(7-2-2)，动叶片(7-2)与壳体(1)接触的一侧端面设有两个第一直槽(7-2-3)，两个第一直槽(7-2-3)与第一油道(7-2-2)之间设有第一油孔(7-2-4)，两个单向阀组(15)分别设置在动叶片(7-2)两侧面的第一阀槽(7-2-1)中，两个密封条(16)分别设置在两个第一直槽(7-2-3)中，两个滑动轴承(9)分别设置在转子体(7)的上、下端外表面上，止推轴承(4)设置在壳体(1)内的底部，转子体(7)和滑动轴承(9)的组件设置在壳体(1)内止推轴承(4)的上端面，定子(5)的一侧面固定在壳体(1)的内侧壁上，定子(5)的另一侧面与转子轴(7-1)贴合，上端盖(8)设置在壳体(1)的上端面上，下压装置(10)设置在转子体(7)的上端面上，防松板(11)设置在下压装置(10)的上方，螺栓(6)穿过防松板(11)和下压装置(10)固定在转子体(7)的上端面上，下端盖(2)设置在壳体(1)的下端面上，定子(5)与转子体(7)贴合的侧面上设有两个第二直槽(5-1)，定子(5)的两侧面(5-2)上分别设有第二阀槽(5-3)，两个第二阀槽(5-3)之间设有第二油道(5-4)，两个第二直槽(5-1)与第二油道(5-4)之间设有第二油孔(5-5)，两个单向阀组(15)分别设置在定子(5)两侧面的第二阀槽(5-3)中，两个密封条(16)分别设置在两个第二直槽(5-1)中。

2.根据权利要求1所述的基于自补偿复合密封技术的低摩擦高压转叶马达，其特征在于密封条(16)由密封外条(16-1)、底座(16-2)和两个弹簧(16-3)组成，密封外条(16-1)上对应第一油孔(7-2-4)或第二油孔(5-5)一侧设有一排弹簧安装孔(16-1-1)，每个弹簧安装孔(16-1-1)内嵌有底座(16-2)，弹簧(16-3)设置在弹簧安装孔(16-1-1)内并套在底座(16-2)上，密封条(16)除弹簧安装孔(16-1-1)所在的侧面外，其余三面均开有均压槽(16-1-2)。

3.根据权利要求2所述的基于自补偿复合密封技术的低摩擦高压转叶马达，其特征在于每个底座(16-2)的顶端与密封外条(16-1)的顶端距离相等。

4.根据权利要求3所述的基于自补偿复合密封技术的低摩擦高压转叶马达，其特征在于它还含有两个密封装置(12)和两个单向阀(13)，壳体(1)内与转子轴(7-1)的端面对应处设有第一凹槽(1-2)、第二螺纹凹槽(1-3)和第一油槽(1-4)，上端盖(8)的底面(8-1)上设有第三凹槽(8-2)、第四螺纹凹槽(8-3)和第二油槽(8-4)，两个密封装置(12)分别设置在壳体(1)上的第一凹槽(1-2)和上端盖(8)上的第三凹槽(8-2)内，两个单向阀(13)分别设置在壳体(1)上的第二螺纹凹槽(1-3)和上端盖(8)上的第四螺纹凹槽(8-3)内。

5.根据权利要求4所述的基于自补偿复合密封技术的低摩擦高压转叶马达，其特征在于密封装置(12)由凹形密封圈(12-1)和O型密封圈(12-2)组成，凹形密封圈(12-1)的外表面上设有环形凹槽(12-1-1)，O型密封圈(12-2)设置在凹形密封圈(12-1)上的环形凹槽(12-1-1)内。

6.根据权利要求5所述的基于自补偿复合密封技术的低摩擦高压转叶马达，其特征在于它还含有橡胶密封条(17)，定子(5)与壳体(1)接触的一侧端面上设有环形槽(5-6)，橡胶密封条(17)设置在环形槽(5-6)中，密封圈(17)设置在沟槽(5-7)中。

7.根据权利要求6所述的基于自补偿复合密封技术的低摩擦高压转叶马达，其特征在于转子轴(7-1)上的动叶片(7-2)数量为2～4个，定子(5)的数量与动叶片(7-2)的数量相同。

8.根据权利要求7所述的基于自补偿复合密封技术的低摩擦高压转叶马达，其特征在于转子轴(7-1)上的动叶片(7-2)数量为3个，定子(5)的数量为3个。

9.根据权利要求8所述的基于自补偿复合密封技术的低摩擦高压转叶马达，其特征在于它还含有翅形密封圈(3)，翅形密封圈(3)设置在壳体(1)下端与下端盖(2)之间。

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