CN102865369B - 一种具有静压和动压双重效应的浮动密封环 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种兼具静压和动压效应的新型浮动密封环，主要解决在高速高压工况下密封环严重磨损的问题。其特征在于密封环端面上开设周向均匀分布的节流孔，在高压油作用下形成静压效应，保证密封端面形成一定刚度的油膜，实现足够的开启力；同时周向均匀布置多个径向槽深不等的矩形槽，在密封环工作过程中形成动压效应。本发明能够有效减轻密封环的磨损程度，同时提高密封环的润滑性能，增强密封环工作稳定性，延长服役寿命，可适用于流体动密封技术领域，特别适合于应用在高速高压湿式离合器中。

Description

一种具有静压和动压双重效应的浮动密封环

技术领域

本发明属于流体密封技术领域，是流体动密封零件，更具体说是一种应用在湿式离合器中的浮动密封环。

背景技术

浮动密封环是属于流体动密封的一类部件，对防止泄漏、维持设备的正常工作起到关键作用，同时有助于消除或减轻环境污染，防止或减少物料和能源的消耗，达到提高设备效率、资源节约的目的。车辆湿式离合器使用浮动密封环作为流体密封装置来实现其接合油压的建立，密封性能影响到传动装置的动力性和稳定性，是评价总体传动性能的一个重要指标。

工业领域的拓展对机械部件的密封性能提出了更严格的要求。随着使用条件的提高，特别是满足车辆大功率的传动需求，密封环需要在高速、高压、高温工况下运行。在实际使用中，在此工况条件下密封环却出现了提早失效的现象，这直接影响到整个传动装置的使用性能，具体表现为离合器油压无法正常建立，密封环端面严重磨损，泄漏量增多等失效现象。因此，在保持湿式离合器参数不变的情况下，需要延长密封环服役寿命，减小密封环摩擦磨损。这样要求优化密封性能，改进密封环的结构，从而满足车辆在大功率传动需求下湿式离合器的接合性能。

发明内容

本发明的目的就是弥补上述现有技术的不足，提出一种新型浮动密封环，它主要针对浮动密封环在大功率传动需求下磨损严重的问题，通过密封环结构的改进，延长密封环的使用寿命，扩大密封环Pv值的使用上限，其中P—工作压力，v—工作线速度，增强密封工作的稳定性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：浮动密封环端面上开设周向均匀分布的节流孔，所述浮动密封环周向均匀布置槽形相同的矩形槽， 矩形槽的槽深从浮动密封环外径至内径逐渐递减呈楔形形状。

密封环端面上开设周向均匀分布的节流孔，此节流孔是在流体流经密封腔内的过程中在密封环上布设的一种节流装置，在高压作用下流束将在节流孔处形成局部收缩，从而使流速增加，静压力降低，于是在节流孔前后产生了静压力差，这样在高压油的作用下利用节流孔实现较稳定的静压力，形成较大的端面开启力和油膜刚度；节流孔特性包括进出口压力、节流孔直径和个数等参数，它们直接影响着端面开启力的大小，对形成稳定的油膜刚度起决定性的作用，是影响整个密封性能的关键因素，也是延长密封使用寿命的关键之处。

同时周向均匀布置多个径向槽深不等而槽形相同的矩形槽，在流场中构造台阶效应和楔形效应。矩形槽密封环与普通密封环在结构上的主要区别在于其主密封面上加工有矩形状凹槽，在矩形槽与主密封面之间形成台阶，同时矩形槽内部槽深不等形成收敛的楔形。其设计原理是在密封环与其对偶件相对运动时，将流体引入槽内，依靠流体在摩擦力作用下从间隙收敛部分被压出而产生的作用力来实现密封摩擦副表面的分离，通过流体膜承受挤压载荷，利用其动压效应产生的开启力使密封表面与其对偶摩擦面实现非接触。这样朝着滑动速度方向间隙收敛区域通过密封面布置台阶来产生，同时利用矩形槽的槽深不等形成的楔形，加强密封面旋转时的流体楔升压作用，把流体油液挤入端面之间，获得一层动压流体膜，从而增强流体动压效果，实现密封环端面充分润滑，从而有效避免密封端面过度磨损。

对密封环的参数作如下要求：在密封环的端面上开设节流孔，节流孔所在端面半径R _o 是密封环外半径R _a 与内半径R _b 之和的0.5倍，设计原理是节流孔位置的偏差直接影响油膜上的压力分布，节流孔位置偏移越大、节流孔尺寸误差越大，引起的干扰力矩越大，所以把节流孔的位置布置在密封环面的中心线上。同时，节流孔孔径尺寸变化体现为节流孔出口流体流量的变化，进而表现为节流孔周围压力的变化。节流孔的位置与节流孔的孔径二者均使密封油膜压力在圆周方向不对称，引起切向分流，进而引起干扰力矩。在密封油膜厚度较小时，随着节流孔直径的减小，油膜刚度随之增加，但孔径太小，将导致加工困难，且小孔容易堵塞而影响油膜刚度，孔径太大会影响油膜的刚度和流体流量。所以节流孔直径取0.1mm~0.5mm。油膜刚度随着节流孔个数的增加而增大，但节流孔个数大于8时，油膜刚度会有所下降，所以选择节流孔个数为2~8个，相邻两节流孔的中心线之间的夹角介于45°至180°之间。

在密封环的密封端面上布置矩形槽，其深度从密封环外径至内径逐渐递减，呈楔形。矩形槽最大深度位于密封环外径端面，介于密封环厚度B的0.2倍至1倍之间，其最小深度介于密封环厚度B的0.1倍至0.8倍之间。随着槽深的增大，台阶效应及动压效应减小，所以在运行速度高、工作压力小的应用工况，密封环可以选择矩形槽深度较深的类型。矩形槽长度l介于密封环外半径R _a 与内半径R _b 之差的0.1倍至1倍之间，径向不等深矩形槽在密封环密封端面上周向均匀布置。因矩形槽引起的动压效应对槽附近的端面压力分布影响较大，所以开槽数目不宜过少。槽数少时，密封端面间的压力场分布不太均匀，油膜刚度较小，随着槽数的增加，密封端面间的压力场分布比较均匀，而且趋于平稳，油膜刚度也随之增加。一般开槽数目应大于3，相邻两槽的中心线之间的夹角介于30°至120°之间，但槽之间不能连通，否则会降低开启力和油膜刚度。

本发明的效果主要是：在密封环工作时，既能实现静压效应，又能形成动压效应，这样有助于促进密封环与其对偶件接触端面间的润滑，预防磨损，延长使用寿命。密封环结构形式简单，适用性强。

附图说明

图1是本发明浮动密封环的主视图。

图2是图1的右视图。

图3是图1的A-A向视图。

图4是密封环安装图。

图5是密封环的卡扣结构图。

图中：1——节流孔；2——矩形槽；3——浮动密封环；4——密封环搭接卡扣形式；5——矩形槽的楔形形状；6——进油衬套；7——进油油路；8——密封环安装槽；9——配油套；10——密封环摩擦面；11——密封环卡扣凹槽部分；12——密封环卡扣凸出部分；R _a ——密封环外半径；R _b ——密封环内半径；R _o ——节流孔所在端面半径；B——密封环厚度；l——矩形槽长度。

具体的实施方式

图3中矩形槽的楔形形状5为从A-A向视图看，矩形槽2的断面形状为三角形；从图1中可以看出正视矩形槽2断面形状为矩形，矩形槽2的楔形形状即为通常工程应用中所说的楔形。因此，浮动密封环3周向均匀布置矩形槽2，矩形槽2为矩形，其槽深从浮动密封环3外径至内径逐渐递减。

图4为密封环在湿式离合器中的安装图。具有一定压力P的油液沿着进油油路7，经过进油衬套6给湿式离合器供油，进油衬套6是不旋转的；配油套9用于给湿式离合器的活塞缸配油，配油套9随着离合器轴一起旋转；由于在进油衬套6与配油套9之间存在缝隙，如果没有密封，在离合器的结合过程中，油液在油压作用下，容易在此处产生大量泄漏，直接导致无法给离合器正常建压，使工作失效。因此在设计时采用密封环3进行密封，分别布置在进油油路7的两侧。配油套9上开设密封环安装槽8，在装配时把密封环3张开，套入到密封环安装槽8中。安装时要把密封环布置有矩形槽2的一侧作为主密封面，朝向密封环安装槽8的密封环摩擦面10。图5所示为密封环卡扣结构，把密封环卡扣凸出部分12插入进密封环卡扣凹槽部分11，形成较为紧密的密封结构。

在密封环工作时，高压油通过开设的节流孔1给密封环提供静压力，形成密封环开启力和一定刚度的油膜。密封环与其对偶件相对转动，由于开设的矩形槽1兼具有台阶效应和楔形效应，这样密封端面间可以形成流体动压效应。静压和动压两种效应叠加，大大提高密封环的工作性能，增强密封稳定性，减轻磨损，延长使用寿命。由于密封环存在搭接卡扣形式4以及节流孔1的存在，在密封环工作中会存在少量泄漏，所以特别适用于车辆湿式离合器。因为在车辆湿式离合器中存在多道密封共同作用，能够保证提供给离合器足够的接合压力。按照整个传动装置的设计要求，规定在最大工作压力下，密封环组成的密封系统的静泄漏量需要满足一定要求。同时少量泄漏的油液会返回到储油槽中，经过过滤装置重新注入到油路里重复使用，不会泄漏到车体外面。

Claims (2)

1.一种具有静压和动压双重效应的浮动密封环，其特征在于：所述浮动密封环（3）端面上开设周向均匀分布的节流孔（1），所述浮动密封环（3）周向均匀布置槽形相同的矩形槽（2）， 矩形槽（2）的槽深从浮动密封环（3）外径至内径逐渐递减呈楔形形状；所述节流孔（1）所在端面半径R _o 是浮动密封环（3）外半径R _a 与内半径R _b 之和的0.5倍，节流孔直径介于0.1mm至0.5mm之间，节流孔个数为2~8个，相邻两节流孔的中心线之间的夹角介于45°至180°之间；所述矩形槽（2）最大深度位于浮动密封环（3）外径端面，介于浮动密封环（3）厚度B的0.2倍至1倍之间，其最小深度介于浮动密封环（3）厚度B的0.1倍至0.8倍之间；所述矩形槽（2）的长度l介于浮动密封环（3）外半径R _a 与内半径R _b 之差的0.1倍至1倍之间。

2.根据权利要求1所述的具有静压和动压双重效应的浮动密封环，其特征在于：所述矩形槽（2）的开槽数目大于3，相邻两槽的中心线之间的夹角介于30°至120°之间，每个槽之间不能连通。