CN101440873A - 复合式旋转轴封 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合式旋转轴封，属于液压、气动密封件技术领域。该轴封包括嵌装于壳体孔与转轴之间并沿轴向依次装配在一起的复合密封体、隔圈和活动挡圈；所述复合密封体由彼此端面紧密贴合的橡胶圈体和骨架圈体构成；所述橡胶圈体分别与壳体孔、转轴之间形成过盈配合，其沿轴向形成有面向高压介质的唇口结构；所述唇口结构由贴靠壳体孔的上唇、贴靠转轴的下唇和连接上唇、下唇的凹缺部构成，所述凹缺部由两段斜面和连接两段斜面的一段弧面构成，所述骨架圈体的截面形状基本呈U形。该轴封不仅可以长时间承受高压，使用寿命明显延长，而且密封性也显著提高。

Description

复合式旋转轴封

技术领域

本发明涉及一种密封装置，尤其是用于液压、气压设施的耐高压密封旋转密封装置，属于液压、气动密封件技术领域。

背景技术

骨架式橡胶旋转轴封(以下称轴封)是常用的密封件，此类密封件通常用于液压、气压传动装置中旋转面的密封，其基本结构在相应的密封技术手册上可以找到，通常安装在圆柱面的环型槽中。其中的橡胶圈对旋转轴进行密封，前后两个面分别承受阻隔开的高低压介质。

据申请人了解，在液、气压传动件中，尤其是液压泵、液压马达之类的产品中，基本的动力输出均为旋转扭矩，因而具有旋转面的密封，并要求密封结构能长时间耐受高压和磨损，以阻止密封介质的泄漏。例如，对于20mm轴径，在轴转速500rpm时，采用普通轴封只能承受背压1.0MPa。当液、气等密封介质以大于1.0Mpa的高压作用于轴封与转轴配合的唇口处时，会导致唇口外翻而使密封失效；同时在高压下轴封基体与转轴将剧烈磨损，也会很快使密封失效。而另一方面，由于液、气压传动件本身的装配需要，要求各部件的空间尺寸尽可能小。

申请人在先申请的中国专利“紧凑型高压旋转轴密封圈”(专利号ZL L200620070646.8)较好的解决了承压密封与结构紧凑的问题，承受背压能力已远远超出普通的轴封；但该轴封直接用于高压介质相通的产品(如高速配流摆线液压马达)时，其长时间承受高压的能力不足。为此申请人在先申请的另一项中国专利“背压式高压轴封”(专利号ZL200620078011.2)能够解决直接与高压介质相通的轴封处耐高压的问题；但该轴封实际使用中存在不可调整，因此仍然难以长时间承受高压。

检索发现，专利号为US5,213,343的美国专利公开了一种具有支撑构件和背环的轴封(Shaft seal with support member and backingring)，该轴封在现有密封件的基础上增加了背环以及位于背环和密封件之间的中隔件，可减小磨损、延长使用寿命；但该轴封的耐压能力不够。又检索发现，专利号为US6,783，339B2的美国专利公开了一种带轴阀的液压马达(hydraulic motor with a spool valve)，该液压马达中含有的轴封由组合密封件、垫圈和浮动挡圈沿轴向装配在一起，该轴封可以耐高压，但该轴封的组合密封件存在刚性低及与密封不严的弊病。

发明内容

本发明首要解决的技术问题是：针对以上现有技术存在的不足，提出一种可以长时间承受高压介质的复合式旋转轴封。

本发明针对上述技术问题的技术方案是：一种复合式旋转轴封，包括嵌装于壳体孔与转轴之间并沿轴向依次装配在一起的复合密封体、隔圈和活动挡圈；所述复合密封体由彼此端面紧密贴合的橡胶圈体和骨架圈体构成；所述橡胶圈体分别与壳体孔、转轴之间形成过盈配合，其沿轴向形成有开口朝向高压介质的唇口结构；所述唇口结构由贴靠壳体孔的上唇、贴靠转轴的下唇和连接上唇、下唇的凹缺部构成，所述凹缺部由两段斜面和连接两段斜面的一段弧面构成，改进之处在于：所述骨架圈体的截面形状基本呈U形。

由于本发明复合式旋转轴封的骨架圈体截面呈U形，因此可显著增加骨架圈体乃至整个复合密封体的刚性，从而能够长时间承受高压介质并延长轴封的使用寿命。

本发明进一步要解决的技术问题是：提高上述复合式旋转轴封的密封性。

本发明针对进一步要解决的技术问题对上述复合式旋转轴封的改进是：所述橡胶圈体分别与壳体孔和转轴之间沿轴向形成渐变过盈配合。

由于本发明复合式旋转轴封的橡胶圈体分别与壳体孔、转轴之间实现了渐变过盈配合，当受到进入凹缺部的高压介质压力作用时，可在橡胶圈体分别与壳体孔、转轴之间形成渐变的密封度。因此，相对于以往橡胶圈体分别与壳体孔、转轴之间仅形成单一均匀的密封度，本发明的复合式旋转轴封可以避免当橡胶圈体分别与壳体孔、转轴之间在一处接触密封失效就使其整个接触面密封都失效的弊病，从而相比现有旋转轴封提高密封性。

上述复合式旋转轴封的进一步改进是：所述凹缺部的两段斜面彼此基本平行，该两段斜面与水平面的夹角是5-15°。

这样，当使用上述进一步改进的复合式旋转轴封时，由于其凹缺部的两段斜面彼此基本平行，因此，进入凹缺部的高压介质就会在凹缺部两段斜面上形成环形压力，该环形压力将使上唇和下唇沿水平面形成一定的扭矩，该扭矩可以使上唇和下唇分别与壳体孔和转轴接触的局部压紧度进一步增大，从而进一步提高本发明复合式旋轴封的密封性。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

图1是本发明实施例的复合式旋转轴封装于高速配流摆线液压马达上时的剖面结构示意图。

图2是图1中I处的局部放大图。

图3是图2中复合密封体的放大图。

具体实施方式

实施例

如图1所示，本实施例的复合式旋转轴封嵌装在高速配流摆线液压马达的壳体孔1与转轴2之间。

如图2所示，该复合式旋转轴封包括沿轴向依次装配在一起的复合密封体、隔圈3和活动挡圈4。复合密封体由彼此端面紧密贴合的橡胶圈体5和骨架圈体6构成，橡胶圈体5分别与壳体孔1与转轴2之间形成过盈配合。橡胶圈体5沿轴向形成有面向高压介质的唇口结构。唇口结构由贴靠壳体孔1的上唇7、贴靠转轴2的下唇8和连接上唇7、下唇8的凹缺部9构成。

从图2可看出，橡胶圈体5与骨架圈体6彼此贴合端面的截面线基本呈U形，即骨架圈体6的截面形状基本呈U形。凹缺部9由两段斜面9-1、9-2和连接两段斜面9-1、9-2的一段弧面9-3构成，两段斜面9-1、9-2彼此基本平行并朝着骨架圈体6斜向朝上，两段斜面9-1、9-2与水平面的夹角是5-15°。

如图2所示，橡胶圈体5和骨架圈体6彼此贴合处通过胶合粘连为一个整体。橡胶圈体5采用丁腈橡胶或氟橡胶制作，骨架圈体6采用聚四氟乙烯添加减热减磨材料(如二硫化钼)制作，骨架圈体6在未安装的自由状态下分别与壳体孔1和转轴2形成间隙配合。活动挡圈4轴向靠近高压介质的一侧突出其位于壳体孔1的端面并抵靠在隔圈3的一侧，其突出长度为0.3mm至0.4mm，其与壳体孔1之间形成较大的间隙，其与转轴2之间形成间隙配合。隔圈3是一个厚度较薄(厚度为0.4mm-0.8mm)的环形薄环，其另一侧抵靠在骨架圈体6的一侧，其分别与壳体孔1和转轴2形成间隙配合。隔圈3与骨架圈体6抵靠一侧的表面粗糙度是Ra1.6至Ra3.2。

如图3所示，橡胶圈体5在没有安装时的截面形状近似呈V形，具体表现是：其唇口结构的上唇7外边缘的截面线由外斜线7-1、倒角线7-2和上竖直连线7-3连接形成，外斜线7-1与水平面夹角是1-10°，倒角线7-2与水平面夹角是30-50°；其唇口结构的下唇8外边缘的截面线由内斜线8-1、水平线8-2和下竖直连线8-3连接形成，内斜线7-1与水平面夹角是18-25°。外斜线7-1与内斜线8-1的斜向相反(即它们的延伸线彼此交叉)。这样，上唇7的外斜线7-1处的斜面与壳体孔1的周面和在下唇8的内斜线8-1处的斜面与转轴2周面，沿轴向均分别形成斜交，从而在橡胶圈体5分别与壳体孔1和转轴2之间形成独特的斜向渐变过盈配合(其过盈量从大到小地变化)。下唇8在内斜线8-1所在的表面(即下唇8与转轴2的接触面)上制有网状细小纹路。上唇7的轴向长度小于下唇8轴向长度，上唇7的厚度小于下唇8的厚度，上唇7与壳体孔1的接触面积小于下唇8与转轴2的接触面积；在自由状态下，上唇7与壳体孔1和下唇8与转轴2的配合间隙均为0.4mm至0.9mm。

本实施例的复合式旋转轴封的有益效果有：

1)本实施例的复合式旋转轴封在橡胶圈体5分别与壳体孔、转轴之间形成渐变过盈配合是在橡胶圈体5的唇口结构处实现的。具体就是使上唇7在其外斜线7-1处的斜面与壳体孔1的周面形成斜向相交，这样就在上唇7与壳体孔1之间形成独特的斜向渐变过盈配合；同样，在下唇8与转轴2之间也形成独特的斜向渐变过盈配合。因此，在进入凹缺部的高压介质压力下，上唇7和下唇8分别与壳体孔、转轴之间即可形成渐变的密封度，从而避免唇口结构分别与壳体孔、转轴之间当在一处接触面密封失效就使其整个接触面密封都失效的弊病。

2)骨架圈体6的截面呈现轴向U形状，因此可以增加其与橡胶圈体5的胶合面积，从而增加彼此胶合的可靠性及胶合后的复合密封体的整体刚性(这种无钢骨架密封结构在往复运动状态时可以有较高硬度和承压力，但在旋转运动时的整体刚性较差，因此增强整体刚性是很重要的)；另外在自由状态下，骨架圈体6与壳体孔1和转轴2均为间隙配合，而在高压工作时橡胶圈体5受高压介质压力作用，就会挤压骨架圈体6分别与壳体孔1和转轴2紧密接触，从而增加了骨架圈体6分别与壳体孔1和转轴2之间的密封带；而且在高转速的工况下，骨架圈体6可以耐高温并耐磨经用。

3)由于活动挡圈4突出其位于壳体孔1的端面并抵靠在隔圈3的一侧，因此活动挡圈4始终抵靠隔圈3上并使隔圈3始终不与壳体孔1的孔端面接触，而且隔圈3与骨架圈体6抵靠的一侧面表面粗糙，有利于增大隔圈3与骨架圈体6之间的摩擦力，此外橡胶圈体5和骨架圈体6彼此是胶合；这样就使橡胶圈体5、骨架圈体6、隔圈3和活动挡圈4始终彼此紧靠成为一个整体，该整体可与转轴2形成动静配合而不会随着转轴2转动，并减少其与转轴2之间的磨损。

4)由于活动挡圈4与壳体孔1之间留有较大的间隙，利于转轴2在使用中出现一定绕度时，能够有足够的径向移动空间，而且该较大的间隙可吸纳渗透的压力液体形成了密封容腔，有利于平衡整个复合轴封体的两侧压力。

5)当转轴2转动时，下唇8与转轴2接触面上的网状细小纹路，可以使渗透的油液不断返回高压区，在下唇8处形成高压油液的循环，从而有利于平衡下唇8处的压力，并且能够润滑和带走热量。

6)上唇7轴向长度小于下唇8轴向长度，上唇7的厚度小于下唇8的厚度，上唇7与壳体孔1的接触面积小于下唇8与转轴2的接触面积；均有利于提高橡胶圈体5的轴向密封效果。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。例如，1)外斜线7-1和内斜线8-1也可以由曲线或折线替代(多段折线时，橡胶圈体5则分别与壳体孔1和转轴2之间形成多段渐变过盈配合，其过盈量从大到小再从小到大地多次变化)；2)两段斜面9-1、9-2也可以朝着骨架圈体6斜向朝下；3)上唇7和下唇8的轴向长度、厚度及分别与壳体孔1和转轴2的接触面积也可以彼此相反；等等。凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种复合式旋转轴封，包括嵌装于壳体孔与转轴之间并沿轴向依次装配在一起的复合密封体、隔圈和活动挡圈；所述复合密封体由彼此端面紧密贴合的橡胶圈体和骨架圈体构成；所述橡胶圈体分别与壳体孔、转轴之间形成过盈配合，其沿轴向形成有面向高压介质的唇口结构；所述唇口结构由贴靠壳体孔的上唇、贴靠转轴的下唇和连接上唇、下唇的凹缺部构成，所述凹缺部由两段斜面和连接两段斜面的一段弧面构成，其特征在于：所述骨架圈体的截面形状基本呈U形。

2.根据权利要求1所述复合式旋转轴封，其特征在于：所述橡胶圈体分别与壳体孔和转轴之间沿轴向形成渐变过盈配合。

3.根据权利要求2所述复合式旋转轴封，其特征在于：所述凹缺部的两段斜面彼此基本平行。

4.根据权利要求3所述复合式旋转轴封，其特征在于：所述凹缺部的两段斜面与水平面的夹角是5-15°。

5.根据权利要求4所述复合式旋转轴封，其特征在于：所述橡胶圈体在没有安装时的截面形状近似呈V形。

6.根据权利要求5所述复合式旋转轴封，其特征在于：所述上唇的截面外边缘由外斜线、倒角线和上竖直连线连接形成，所述下唇的截面外边缘由内斜线、水平线和下竖直连线连接形成；所述外斜线与水平面夹角是1-10°，所述倒角线与水平面夹角是30-50°，所述内斜线与水平面夹角是18-25°，所述外斜线与内斜线的斜向相反。

7.根据权利要求6所述复合式旋转轴封，其特征在于：所述活动挡圈轴向靠近高压介质的一侧突出其位于壳体孔的端面并抵靠在隔圈的一侧，其与壳体孔之间形成较大的间隙，其与转轴之间形成间隙配合；所述隔圈是一个环形薄环，其另一侧抵靠在骨架圈体的一侧；所述隔圈与骨架圈体抵靠一侧的表面粗糙度是Ra1.6-Ra3.2。

8.根据权利要求7所述复合式旋转轴封，其特征在于：所述上唇的轴向长度小于下唇轴向长度，其厚度小于下唇的厚度，其与壳体孔的接触面积小于下唇与转轴的接触面积。

9.根据权利要求8所述复合式旋转轴封，其特征在于：所述活动挡圈突出其位于壳体孔的端面长度是0.3mm-0.4mm，所述隔圈的厚度是0.4mm-0.8mm；当自由状态下，所述上唇和下唇分别与壳体孔和转轴的配合间隙均为0.4mm至0.9mm。

10.根据权利要求1-9之任一所述复合式旋转轴封，其特征在于：所述橡胶圈体和骨架圈体彼此贴合处通过胶合粘连为一个整体，所述骨架圈体在未安装的自由状态下分别与壳体孔和转轴形成间隙配合，所述隔圈分别与壳体孔和转轴形成间隙配合，所述下唇与转轴接触面上制有网状细小纹路。

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