CN103148221A - 用于轴杆往复运动的随动密封装置 - Google Patents

Abstract

用于轴杆往复运动的随动密封装置，包括固定槽和设置在固定槽内部的重叠放置的多层密封片；所述密封片为中心设有开孔的金属薄片，所述多层密封片的尺寸和开孔区域的尺寸由上至下依次增大；所述固定槽为由两片开口最大的密封片组成的盒子，所述固定槽的宽度不小于密封片的宽度，所述固定槽的厚度不小于其他密封片的厚度之和。本发明提供了一种电机轴杆相对于工作箱体作往复运动时，满足工作箱体基本密封要求的装置；所述装置不但解决了工作过程中工作箱体中介质和噪音大量泄漏的问题，提高了设备的环保性能，改善了作业环境，而且结构简单，安装方便，成本低廉；本发明不仅适用于轴杆，也适用于一些需要实现运动时密封的装置上。

Description

用于轴杆往复运动的随动密封装置

技术领域

本发明涉及工程和机械领域的密封装置，具体地说，涉及电机轴杆或其它运动体相对于工作箱体的一个平面作往复运动时实现工作箱体始终保持密封状态的随动密封装置。 

背景技术

电机工作时，电机轴杆进行旋转运动或前后往复运动。为了实现较高的密封要求，大多采用浮动密封、滑动定位角形接头随动密封和磁力随动密封等轴密封方式将轴杆与相邻部件密封为一体。对于磨粉机、打磨机、搅拌机、破碎机和切割机等设备，电机轴杆相对于工作箱体的一个平面进行直线往复运动时，为了避免粉尘与物料飞扬、控制噪音以及避免电机与粉尘或冷却液的接触，电机转轴前端往往被封闭在工作箱体中。因此，电机轴杆不仅自身进行旋转运动或沿轴杆轴方向的前后运动，还要作相对于工作箱体的直线往复运动、弧线往复运动等。而这一区域必须通过密封才能避免粉尘与物料飞扬、控制噪音、避免电机与粉尘或冷却液接触，保持工作环境的清洁和对设备的保护。当往复运动的区域相对于箱体来说足够小时，通过轴密封机构连接一块密封片就能解决轴杆往复运动区域的密封。当往复运动的区域相对于箱体来说足够大时，由于一块密封片在运动时受到边界限制，往往不能解决密封的问题。 

发明内容

针对现有技术不能解决的电机轴杆相对于工作箱体作往复运动时工作箱体的密封问题，本发明提供了一种用于轴杆往复运动的随动密封装置，解决了轴杆运动区域相对箱体较大时，轴杆运动区域的密封问题。 

本发明的技术方案：用于轴杆往复运动的随动密封装置I，包括固定槽和设置在固定槽内部的重叠放置的多层密封片；所述密封片为中心设有开孔的金属薄片，所述多层密封片的尺寸和开孔区域的尺寸由上至下依次增大；所述固定槽为由两片开口最大的密封片组成的盒子，所述固定槽的宽度不小于密封片的宽度，所述固定槽的厚度大于其他密封片的厚度之和。 

优选的是，所述随动密封装置为直线往复运动随动密封装置，所述密封片为中心设有开孔的长方形金属薄片；所述第一层密封片的开孔半径R₁等于轴杆半径r，所述每层密封片由开始时的中心位置移动到下一层密封片边缘的距离为m，所述第n层密封片的开孔宽度为2r，开孔长度R_n=(n-1)×m+r，所述每层密封片的开孔与密封片上、下两端的距离均为d₁，所述每层密封片的开孔与密封片左、右两端的距离均为L，所述相邻密封片之间的搭接长度不小于 d₂，所述固定槽的开孔长度D为多层密封片的运动半径；上述参数之间存在如下关系： 

L=2m+d₂（Eq.1），D=R_n=(n-1)×m+r   （Eq.2） 

根据Eq.1和Eq.2得到，所述密封片的数量n=[2(D-r)/(L-d₂)+1]+1；所述y=[x]为取整函数。 

优选的是，所述随动密封装置为圆形运动区域随动密封装置，所述密封片为中心设有开孔的圆形金属薄片；所述第一层密封片的半径为R₁，所述每层密封片由开始时的中心位置移动到下一层密封片边缘的距离为m，开孔半径r₁等于轴杆半径r，所述第n层密封片的半径为R_n，开孔半径r_n=(n-1)×m+r，所述每层密封片未开孔部分的宽度均为L，所述相邻密封片之间的搭接长度不小于d，所述固定槽的开孔半径D为多层密封片的运动半径；上述参数之间存在如下关系： 

L=R_n-r_n=2m+d（Eq.3），D=r_n=(n-1)×m+r     （Eq.4） 

根据Eq.3和Eq.4得到，所述密封片的数量n=[2(D-r)/(L-d)+1]+1；所述y=[x]为取整函数。 

优选的是，所述直线往复运动随动密封装置的固定槽（7）设置在圆周运动密封装置上，所述圆周运动密封装置包括圆环形的孔槽（4）和嵌合在孔槽（4）内部且能自由转动的圆形密封片（5），所述圆形密封片（5）为设有长方形开孔I（6）的金属薄片；所述圆形密封片（6）与直线往复运动密封装置在开孔I（6）处固定相连；所述孔槽的半径为D_c，所述开孔（5）与孔槽（4）的导槽壁之间的距离为d_c，所述开孔I（6）的尺寸与固定槽的尺寸匹配，所述圆形密封片（5）的半径为R_c，上述参数之间存在如下关系：D_c≥R_c+d_c（Eq.5）。 

优选的是，所述固定槽（7）设置在与所述直线往复式随动密封装置垂直的另一组直线往复运动随动密封装置I上；所述直线往复运动随动密封装置I包括设于工作箱体上的固定槽I和固定槽I内部的重叠放置的多层密封片I；所述密封片I为中心设有开孔I的长方形金属薄片，所述固定槽固定在开孔I处，所述多层密封片I的开孔I的长度由上至下依次增大；所述固定槽I为由两片开孔I最大的密封片I组成的盒子，所述固定槽I的宽度不小于密封片I的宽度，所述固定槽I的厚度大于其他密封片I的厚度之和；所述第一层密封片I的开孔半径R_I1等于轴杆半径r，所述每层密封片由开始时的中心位置移动到下一层密封片边缘的距离为m_I，所述第n层密封片I的开孔宽度为2r，开孔长度R_In=(nI-1)×m_I+r，所述每层密封片的开孔与密封片上、下两端的距离均为d_I1，所述每层密封片的开孔与密封片左、右两端的距离均为L_I，所述相邻密封片之间的搭接长度不小于d_I2，所述固定槽的开孔长度D_I为多层密封片 的运动半径；上述参数之间存在如下关系： 

L_I=2m_I+d_I2（Eq.6），D_I=R_In=(n_I-1)×m_I+r    （Eq.7） 

根据Eq.6和Eq.7得到，所述密封片的数量n_I=[2(D_I-r)/(L_I-d_I2)+1]+1；所述y=[x]为取整函数。 

优选的是，所述固定槽固定在工作箱体的开口部分以实现轴杆往复运动时工作箱体中的密封，所述固定方式为焊接或卯固；所述轴杆与第一层密封片之间的密封方式为轴密封。 

优选的是，所述孔槽固定在工作箱体的开口部分以实现轴杆运动时工作箱体中的密封，所述固定方式为焊接或卯固；所述固定槽固定在圆环形密封片的长方形开孔处以实现轴杆直线往复运动时工作箱体中的密封，所述固定方式为焊接或卯固；轴杆与第一层密封片之间的密封方式为轴密封。 

优选的是，所述孔槽的导槽壁内加入干性润滑剂，所述干性润滑剂为石墨。 

优选的是，所述固定槽I固定在工作箱体的开口部分以实现轴杆往复运动时工作箱体中的密封；所述固定槽固定在直线往复运动随动密封装置I的长方形开孔I处以实现轴杆直线往复运动时工作箱体中的密封，所述固定方式为焊接或卯固；所述轴杆与第一层密封片之间的密封方式为轴密封。 

本发明的设计原理： 

1.直线往复运动密封装置 

所述随动密封装置由固定槽和设置在固定槽内部的密封片组成，所述密封片随电机轴杆的直线往复运动活动错位重叠。根据电机轴杆直线往复运动区域以及箱体可利用区域的大小，按一定规则设计片的数量和尺寸，在满足密封要求的同时实现材料的节约，从而获得整个密封机构的经济性和实用性。 

密封片可以是铁片或具有一定强度的其它材料。无论各层密封片如何运动，相邻密封片之间都至少存在一定的搭接长度d₂，以保证两个相邻密封片之间的有效密封。多层密封片根据尺寸大小分为第一层密封片、第二层密封片、……第n层密封片。各层密封片的纵向尺寸（即宽度）相等，横向尺寸（即长度）和开孔依次增大（图1）。 

最大密封片（第n层密封片）是不动的，作为密封片的固定槽。所述固定槽是由双层密封片构成的一个带有开口的盒子，其开口大小就是轴杆直线往复运动区域的大小。其它密封片为单层，置于固定槽内，保证密封片在固定槽内随轴杆往复运动。固定槽的宽度大于密封片的宽度，固定槽的厚度略大于其他密封片的厚度之和，以确保能容纳全部密封片且密封片运动相对稳定。固定槽可采用焊接或卯固的方式固定在箱体上，属于箱体的一部分。 

第一层密封片的开孔半径为轴杆或运动体的半径，轴杆与第一层密封片之间采用轴密封或其它密封方式。 

1.1直线往复运动区域多片密封原理 

现在以3片密封片的随动密封装置为例来解释运动原理。 

通过各个密封片之间相互移动，各个密封片始终会封堵电机轴杆的运动区域，保证粉尘不能透过。密封片可依次重叠，可以交替重叠，也可以无序重叠，以获得良好的密封效果为准。运动时，第一层密封片1在轴杆的运动作用下，移动至第二层密封片2的开孔边缘；并带动第二层密封片2继续移动，在轴杆的拖动下，第一层密封片1和第二层密封片2一同移动至第三层密封片3的开孔边缘（图2）。往返运动时，第一层密封片1先行向反方向移动，到达第二层密封片2的开孔边缘，然后拖动第一层密封片1和第二层密封片2一同移动，运动到第三层密封片3的另一边缘。 

1.2直线往复运动区域多片密封机构设计 

轴杆或运动体相对于工作箱体作直线往复运动时，已知轴杆或运动体的半径为r，组成固定槽的密封片的开口长度2D为直线往复的开口尺寸，各个密封片密封搭接长度为d₂。每层密封片的开孔与密封片上、下两端的距离均为d₁，为了保持密封，密封片宽度h≥2×(r+d₁)（图3）。 

一层密封片的开孔半径取R₁=r。最大密封片不参与运动，为固定槽，固定槽的开孔半径D=R_n。固定槽的开孔半径D决定了轴杆最终的运动半径，其它各个密封片被置于固定槽内。固定槽即最大密封片（第n块）的尺寸受箱体尺寸的限制。 

对于各密封片的数量，各个密封片的开孔大小由以下公式确定： 

假设，运动开始时，密封片都处于中心位置（图3），密封片每次移动到下一层密封片边缘的距离为m，第一个密封片向左运动m距离后，左侧达到第二个密封片开孔边缘，同时在左侧第一个密封片端部与第二个密封片端部对齐，在右侧，第一个密封片端部与第二个密封片端部有长度d₂的搭接。由此得到，当最大密封片（固定槽）两侧的翼缘长度L为2m+d₂时，可满足密封片相对运动且保持密封的要求。固定槽为满足容纳密封片的要求，固定槽的翼缘长度L应不小于2m+d₂。 

要得到每个密封片的所有参数，在已知杆轴半径r和密封片机构的运动半径D时，还要知道密封片的数量n和密封片每次的运动距离m。 

n级密封片实现n-1次运动，移动的距离是(n-1)×m（图3），则： 

(n-1)×m+r=D        （Eq.1.1） 

则：m=(D-r)/(n-1)     （Eq.1.2） 

又因为，L=2m+d₂     （Eq.1.3） 

结合式（Eq.1.2）、式（Eq.1.3），则密封片数量n由下公式确定： 

n=2（D-r）/（L-d₂）+1       （Eq.1.4） 

由于片数只能取整，实际片数n_a为： 

n_a=[n]+1=[2（D-r）/（L-d₂）+1]+1       （Eq.1.5） 

由式（Eq.1.4）可知，若开口半径D越大，翼缘长度L越小，需要的密封片数量越多。当L≥D+d₂时，一层活动片，一个固定槽就可以实现密封。 

计算出n_a后，将n_a代替n，根据式（Eq.1.2）计算密封片每次移动距离m，再计算各密封片的尺寸。 

通过以下公式就可获知开孔半径，密封片半径。 

第一片：开孔半径R₁=r，密封片半径S₁=r+2m+d₂； 

第二片：开孔半径R₂=r+m，密封片半径S₂=r+3m+d₂； 

第三片：开孔半径R₃=r+2m，密封片半径S₃=r+4m+d₂； 

…… 

第n片：开孔半径R_n=r+(n-1)m=D，密封片半径S_n=r+(n+1)m+d₂。 

通过公式得知，所有密封片的翼缘长度（未开孔长度）L为2m+d₂，与每次的移动距离m有关。所以，可以通过增加密封片的数量来减小密封片每次的移动距离m，同时也就减小了密封片的翼缘长度L，从而减小了固定槽的长度。按该方法计算的结果满足2m+d≤L_a，L_a为固定槽的实际翼缘长度。（图4）。 

1.3直线往复运动区域多片密封机构优化 

为了提高经济性，可以减小箱体尺寸，固定槽的实际翼缘长度L_a可减少到2m+d₂。如果没有必要减小箱体尺寸，则可进一步扩大轴杆的活动区域，按照（Eq.1.4）式，将n′代替n，开口半径D增加修正值△，同时翼缘长度L减少△，得到： 

△=[（n′-1）×（L-d）-2×（D-r）]/（n′+1）      （Eq.1.6） 

得到修正后的密封片每次移动距离m′： 

m′=(D+△-r)/（n′-1）（Eq.1.7） 

可根据m′重新计算各密封片优化后的尺寸。 

此法得到的固定槽的最终开口半径为（D+△），翼缘长度为（L-△）。 

2.圆形运动区域的随动密封装置 

整个密封装置由一组圆环形密封片组成。所述密封片重叠布置，可以随电机轴杆在圆形区域内相互错动，实现了电机轴杆在圆形区域内任意方向运动时工作箱体的密封。 

根据电机轴杆圆形运动区域和工作箱体可利用区域的大小，按一定规则设计密封片的数量和尺寸，不仅满足密封要求，同时获得整个密封装置总体的经济性。 

密封片可以是铁片或具有一定强度的其他材料。多层密封片之间留有一定的最小搭接长度d，保证粉尘不会从两个密封片搭接处泄漏。 

密封装置的组成：多层密封片根据尺寸大小分为第一层密封片、第二层密封片、……第n层密封片。其中第n层密封片是不动的，作为密封片的固定槽。固定槽由两片第n层密封片组成，所述第n层密封片的开孔半径是轴杆圆形运动区域的大小。其它密封片均为单层，置于固定槽内，保证密封片在固定槽内运动时密封片不脱落。固定槽的厚度大于各个密封片的厚度之和，以容纳密封片且保持圆形区域内密封片运动的稳定性为准。固定槽可以通过焊接或卯固的方式固定在工作箱体上，属于工作箱体的一部分。 

第一层密封片的开孔半径为轴杆半径，轴杆与密封片之间采用轴密封。 

2.1多片密封原理 

不同的密封片半径和开孔半径均不同，所对应各个密封片的具体参数不同，现以3片密封片的随动密封装置为例解释圆形区域多级密封片密封原理。 

通过各个密封片之间相互移动，各个密封片始终会封堵运动区域。以下以依次重叠进行说明，密封片I处于第1层，密封片II处于第2层，密封片III处于第3层（图6）。运动时，密封片I在轴杆的运动作用下，移动至密封片II的开孔边缘。带动密封片II继续移动，在轴杆的拖动下，密封片I和密封片II一同移动至密封片III的开孔边缘（图7）。按照这种运动方式，实现密封片装置的随动性和密封性。各种方向运动和前面所述相似，不管是左右往复运动、上下往复移动和弧形运动皆可。 

由于密封片是组装在特制的固定槽中，为了达到运动要求，固定槽的开孔半径大于其他密封片的开孔半径。如果密封片按照由小到大的叠加顺序，最小的密封片处于最外层；当最小的密封片半径小于最大开孔半径时，则最小密封片可能在运动中从固定槽的开孔中脱落（图8），因此采用交叉叠加的方式排列，将最小的密封片置于最中间，然后将其他密封片交叉置于最小密封片的左右两侧，由于左侧最大开口密封片是固定槽，可将其它密封片嵌固，以实现密封效果，具体排列见图9所示。 

2.2多片密封机构设计 

已知轴杆或运动体的半径为r，圆形密封片的最大开口半径为D，各个密封片密封搭接长度为d（图10）。 

第一层密封片的开孔半径r₁=r。最大密封片不参与运动，为固定槽，固定槽的开孔半径为D。三层密封片的密封效果图见图10。固定槽的开孔半径D决定了轴杆最终的运动半径， 其它各个密封片被置于固定槽内。固定槽即最大密封片（第n块）的尺寸受箱体尺寸的限制。 

对于各密封片的数量，各个密封片的开孔大小由以下公式确定： 

假设，运动开始时，密封片都处于中心位置（图7），密封片每次移动到下一层密封片边缘的距离为m，第一个密封片向上运动m距离后，达到第二个密封片开孔边缘，同时在第一个密封片端部与第二个密封片端部对齐；在下侧，第一个密封片端部与第二个密封片端部有长度d的搭接。由此得到，当最大密封片（固定槽）两侧的翼缘长度L为2m+d时，可满足容纳密封片的要求，固定槽的翼缘长度L≥2m+d。 

已知杆轴半径为r，最大运动半径为D，密封片的数量为n。 

n级密封片可实现（n-1）次运动，运动的距离是（n-1）×m，则： 

（n-1）×m+r=D            （Eq.2.1） 

则：m=(D-r)/(n-1)           （Eq.2.2） 

若固定槽的翼缘长度为L，则有（图10）： 

L=2m+d                 （Eq.2.3） 

结合式（Eq.2.2）、式（Eq.2.3），则密封片数量n由下公式确定： 

n=2（D-r）/（L-d）+1              （Eq.2.4） 

由于片数n只能取整，实际片数n′为： 

n′=[n]+1=[2（D-r）/（L-d）+1]+1          （Eq.2.5） 

由式（Eq.2.4）可知，若开口半径D越大，翼缘长度L越小，需要的密封片数量越多。当L≥D+d时，一层活动片，一个固定槽就可以实现密封。 

计算出n′后，将n′代替式（Eq.2.2）中的n，重新计算密封片每次移动距离m，再计算各密封片的尺寸。 

通过以下公式就可获知每层密封片的开孔半径和密封片总半径。 

由图5可知密封片的开孔半径是递增的等差数列，开孔半径每次递增m： 

第一层密封片：开孔半径r₁=r 

第二层密封片：开孔半径r₂=m+r 

第三层密封片：开孔半径r₃=m+r₂=2m+r 

…… 

第n层密封片：开孔半径r_n=(n-1)×m+r=D 

由图5可知密封片的总半径是递增的等差数列，密封片的总半径每次递增m： 

第一层密封片：总半径R₁=2m+r+d； 

第二层密封片：总半径R₂=3m+r+d； 

第三层密封片：总半径R₃=4m+r+d； 

…… 

第n层密封片：总半径R_n=(n+1)×m+r+d=2m+d+D 

由以上公式可知，在得到运动半径和轴杆半径之后，再确认采用的密封片数，就能够获得所有密封片的所有参数。 

密封片可依次重叠，交替重叠，也可以无序重叠，重叠方式根据密封片大小和密封方式获得良好的密封效果为准。设计中采用依次重叠还是交叉重叠的判断公式如下： 

R₁>D，第一片密封片的总半径R₁大于最大密封片的开孔半径D时，使用依次重叠； 

R₁≤D，第一片密封片的总半径R₁不大于最大密封片的开孔半径D时，使用交叉重叠。 

3.圆形运动区域的组合式随动密封装置 

用于轴杆圆形运动区域的组合式随动密封装置，包括圆周运动密封装置和直线往复运动密封装置。轴杆在圆形区域所处的半径由直线往复运动密封装置调节；轴杆在圆形区域所处的弧线位置由可旋转的圆形密封片调节；轴杆实现在较大的圆形区域内的任意位置的运动。 

圆周运动密封装置中，采用一片圆形密封片，嵌合在圆周型孔槽中，孔槽以焊接或卯固的形式固定在箱体上。孔槽嵌合密封片的导槽壁加工时应保证摩擦力小，必要时可加入干性润滑剂（如石墨）。直线往复运动密封装置的固定槽以焊接或卯固的形式固定于圆形密封片的径向位置。 

直线往复运动密封装置由一组带有开口的条形密封片组成，条形密封片随电机轴杆直线往复运动错位重叠，每层条形密封片都可在一定区域随轴杆运动。根据电机轴杆复合运动区域和箱体可利用区域的大小，按一定规则设计条形密封片的数量和尺寸。 

4.矩形运动区域的组合式随动密封装置 

整个机构由两组带有开口的密封片组成。密封片随电机轴杆直线往复运动错位重叠，每层密封片都可在一定区域随轴杆运动，通过直线往复运动装置的两次叠加组合，即左右直线往复运动装置和上下往复运动装置组合，实现在矩形区域内的运动。将上下直线往复运动装置固定在左右直线往复运动装置的第一片密封片上，上下直线往复运动装置调节上下运动路径，左右直线往复运动装置调节左右路径，两者组合后可以在矩形区域运动。 

上下往复运动装置的密封片I放置在设于箱体的固定槽I内，上下往复运动装置中密封片I的宽度与箱体宽度对应，其原理与左右往复运动装置完全相同。左右往复运动装置的密封片II放置在相应的固定槽II里，通过焊接或卯固与上下往复运动装置的第一层密封片I固定（图6）。两组密封片通过组合运动，实现在矩形范围的运动（图6）。左右往复运动装置实现在矩形长度方向2D范围的运动；上下往复运动装置实现在矩形宽度方向2D′范围的运动。 左右与上下往复运动密封装置最终实现在该矩形范围的运动并保持密封。 

本发明的有益效果： 

（1）本发明提供了一种电机轴杆相对于工作箱体作往复运动时，满足工作箱体基本密封要求的装置；所述装置不但解决了工作过程中工作箱体中介质和噪音大量泄漏的问题，提高了设备的环保性能，改善了作业环境，而且结构简单，安装方便，成本低廉； 

（2）本发明通过设置在工作箱体开口处的固定槽内多层密封片的重叠和嵌固，实现了电机轴杆往复运动中工作箱体的密封； 

（3）本发明可以根据箱体的尺寸和轴杆往复运动区域的大小进行设计，从而确定密封片的数量和具体尺寸，实现了节约材料和密封效果的双赢，达到了较好的经济效果； 

（4）本发明所述的随动密封装置最大限度利用了箱体的空间，在空间有限前提下，获得电机工作的作用区域； 

（5）本发明不仅适用于轴杆，也适用于一些需要实现运动时密封的装置上。 

附图说明

图1为本发明中直线往复运动密封装置三层密封片的分解样式； 

图2为本发明中直线往复运动密封装置密封片运动到左侧的分解样式； 

图3为本发明直线往复运动密封装置的密封原理分解图； 

图4为本发明直线往复运动密封装置安装区域与机器实际情况； 

图5为机器与直线往复运动密封装置实际情况。 

图6为本发明中圆形运动区域往复运动密封装置三层密封片的分解样式； 

图7本发明中圆形运动区域往复运动密封装置三层密封片的叠加状态和工作状态； 

图8本发明中圆形运动区域往复运动密封装置密封片依次重叠样式的剖面结构图； 

图9本发明中圆形运动区域往复运动密封装置密封片交叉重叠样式的剖面结构图； 

图10本发明中圆形运动区域往复运动密封装置三层密封片的密封装置效果图。 

图11为本发明中圆形运动区域组合式随动密封装置的圆周运动密封装置的分解结构示意图； 

图12为本发明圆形运动区域的组合式随动密封装置的原理分解图； 

图13为本发明矩形运动区域的组合式随动密封装置的运动轨迹和运动范围原理图； 

图14为本发明中矩形运动区域的组合式随动密封装置直线往复上下运动的四层密封片示意图； 

图15为本发明矩形运动区域的组合式随动密封装置叠加时的具体样式。 

其中：1.第一层密封片，2.第二层密封片，3.第三层密封片，4.孔槽，5.圆形密封片，6.长方形开孔I，7.固定槽，8.工作箱体上的矩形开孔，9.轴杆左右运动轨迹，10.轴杆，11.轴心最大运动轨迹。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。 

实施例1： 

用于轴杆往复运动的随动密封装置I，包括固定槽和设置在固定槽内部的重叠放置的多层密封片；所述密封片为中心设有开孔的长方形金属密封片，所述多层密封片开孔区域的长度由上至下依次增大；所述固定槽为由两片开口最大的密封片组成的盒子，所述固定槽的宽度不小于密封片的宽度，所述固定槽的厚度大于其他密封片的厚度之和。所述固定槽固定在工作箱体的开口部分以实现轴杆直线往复运动时工作箱体中的密封，所述固定方式为焊接或卯固；所述轴杆与第一层密封片之间的密封方式为轴密封。 

所述第一层密封片的开孔半径R₁等于轴杆半径r，所述每层密封片由开始时的中心位置移动到下一层密封片边缘的距离为m，所述第n层密封片的开孔宽度为2r，开孔长度R_n=(n-1)×m+r，所述每层密封片的开孔与密封片上、下两端的距离均为d₁，所述每层密封片的开孔与密封片左、右两端的距离均为L，所述相邻密封片之间的搭接长度不小于d₂，所述固定槽的开孔长度D为多层密封片的运动半径；上述参数之间存在如下关系： 

L=2m+d₂（Eq.1），D=R_n=(n-1)×m+r    （Eq.2） 

根据Eq.1和Eq.2得到，所述密封片的数量n=[2(D-r)/(L-d₂)+1]+1；所述y=[x]为取整函数。 

混凝土粉末打磨机为了增加打磨区域，需要电机轴杆在直线区域内往复运动打磨，在设计该设备时，轴杆的半径r=2cm。根据箱体尺寸和工作要求，确定固定槽7上直线往复的开口半径D为20cm，固定槽的单边翼缘长度L为15cm。各个密封片密封搭接长度d₂取0.5cm，密封片高度h为5cm。根据上述设计方法得到密封片数量n=4，有3组可活动密封片，一个固定槽。密封片移动距离m=(D-r)/（n-1）=6cm，则各密封片开口半径R和密封片半长度S为： 

第一片密封片1：R₁=r=2cm，S₁=2m+d₂+r=14.5cm 

第二片密封片2：R₂=r+m=8cm，S₂=3m+d₂+r=20.5cm 

第三片密封片3：R₃=r+2m=14cm，S₃=4m+d₂+r=26.5cm 

固定槽：R₄=20cm，S₄=5m+d₂+r=32.5cm 

实际本例中固定片的半长度为35cm，但计算结果则是32.5cm，这是由于在密封片数量计算时进行了取整计算。固定槽的单边槽宽L为15cm是满足要求的，但是，此时单边槽宽取为12.5cm即可满足要求。 

若不减小箱体尺寸，需要进一步扩大轴杆的活动区域，可计算修正值△， 

△==[（n′-1）×（L-d₂）-2×（D-r）]/（n′+1）=0.9cm 

实际单边槽宽为14.1cm，开口半径为20.9cm。 

实施例2： 

用于轴杆往复运动的随动密封装置I，包括固定槽和设置在固定槽内部的重叠放置的多层密封片；所述密封片为中心设有开孔的圆形金属密封片，所述多层密封片的半径和开孔区域的半径依次增大；所述固定槽为由两片开口最大的密封片组成的盒子，所述固定槽的厚度大于其他密封片的厚度之和；所述固定槽固定在工作箱体的开口部分以实现轴杆圆形区域内的往复运动时工作箱体中的密封，所述固定方式为焊接或卯固；所述轴杆与第一层密封片之间的密封方式为轴密封。所述第一层密封片的半径为R₁，开孔半径r₁等于轴杆半径r，所述每层密封片由开始时的中心位置移动到下一层密封片边缘的距离为m，所述第n层密封片的半径为R_n，开孔半径r_n=(n-1)×m+r，所述每层密封片未开孔部分的宽度均为L，所述相邻密封片之间的搭接长度不小于d，所述固定槽的开孔半径D为多层密封片的运动半径；上述参数之间存在如下关系： 

L=R_n-r_n=2m+d（Eq.3），D=r_n=(n-1)×m+r   （Eq.4）； 

根据Eq.3和Eq.4得到，所述密封片的数量n=[2(D-r)/(L-d)+1]+1；所述y=[x]为取整函数。 

所述R₁>D，多层密封片采用从小到大的依次重叠方式。 

实施例3： 

用于轴杆往复运动的随动密封装置I，包括固定槽和设置在固定槽内部的重叠放置的多层密封片；所述密封片为中心设有开孔的圆形金属密封片，所述多层密封片的半径和开孔区域的半径依次增大；所述固定槽为由两片开口最大的密封片组成的盒子，所述固定槽的厚度大于其他密封片的厚度之和；所述固定槽固定在工作箱体的开口部分以实现轴杆圆形区域内的往复运动时工作箱体中的密封，所述固定方式为焊接或卯固；所述轴杆与第一层密封片之间的密封方式为轴密封。所述第一层密封片的半径为R₁，开孔半径r₁等于轴杆半径r，所述每层密封片由开始时的中心位置移动到下一层密封片边缘的距离为m，所述第n层密封片的半径为R_n，开孔半径r_n=(n-1)×m+r，所述每层密封片未开孔部分的宽度均为L，所述相邻密封 片之间的搭接长度不小于d，所述固定槽的开孔半径D为多层密封片的运动半径；上述参数之间存在如下关系： 

L=R_n-r_n=2m+d（Eq.3），D=r_n=(n-1)×m+r   （Eq.4） 

根据Eq.3和Eq.4得到，所述密封片的数量n=[2(D-r)/(L-d)+1]+1；所述y=[x]为取整函数。 

所述R₁≤D，多层密封片采用交叉重叠方式以避免第一层密封片从固定槽的开孔中脱落。 

实施例4： 

用于轴杆往复运动的随动密封装置I，包括圆周运动密封装置和直线往复运动密封装置。所述圆周运动密封装置包括圆环形的孔槽和嵌合在孔槽内部且能自由转动的圆形密封片，所述圆形密封片为设有长方形开孔I的金属密封片；所述圆形密封片与直线往复运动密封装置在开孔I处固定相连。所述直线往复运动密封装置包括固定槽和设置在固定槽内部的重叠放置的多层条形密封片；所述条形密封片为中心设有开孔II的长方形金属密封片，所述多层密封片开孔II的长度由上至下依次增大；所述固定槽为由两片开孔II最大的条形密封片组成的盒子，所述固定槽的宽度不小于条形密封片的宽度，所述固定槽的厚度大于其他条形密封片的厚度之和。 

所述孔槽的半径为D_c，所述开孔I与孔槽的导槽壁之间的距离为d_c，所述开孔I的尺寸与固定槽的尺寸匹配，所述圆形密封片的半径为R_c，上述参数之间存在如下关系：D_c≥R_c+d_c（Eq.5）；所述第一层条形密封片的开孔半径R₁等于轴杆半径r，所述每层条形密封片由开始时的中心位置移动到下一层条形密封片边缘的距离为m，所述第n层条形密封片的开孔宽度为2r，开孔长度R_n=(n-1)×m+r，所述每层条形密封片的开孔与条形密封片上、下两端的距离均为d₁，所述每层条形密封片的开孔与条形密封片左、右两端的距离均为L，所述相邻条形密封片之间的搭接长度不小于d₂，所述固定槽的开孔长度D为多层条形密封片的运动半径；上述参数之间存在如下关系： 

R_c>D+L（Eq.8），L=2m+d₂（Eq.1），D=R_n=(n-1)×m+r  （Eq.2） 

根据Eq.1和Eq.2得到，所述条形密封片的数量n=[2(D-r)/(L-d₂)+1]+1；所述y=[x]为取整函数。 

所述孔槽固定在工作箱体的开口部分以实现轴杆运动时工作箱体中的密封，所述固定方式为焊接或卯固。所述固定槽固定在圆环形密封片的长方形开孔处以实现轴杆直线往复运动时工作箱体中的密封，所述固定方式为焊接或卯固。所述轴杆与第一层条形密封片之间的密 封方式为轴密封。所述孔槽的导槽壁内加入石墨作为干性润滑剂，以减少条形密封片与导槽壁之间的摩擦力。 

实施例5： 

用于轴杆往复运动的随动密封装置I，包括上下直线往复运动密封装置和左右直线往复运动密封装置。所述上下直线往复运动密封装置包括设于工作箱体上的固定槽I和固定槽I内部的重叠放置的多层密封片I；所述密封片I为中心设有开孔I的长方形金属薄片，所述多层密封片I的开孔I的长度由上至下依次增大；所述固定槽为由两片开孔I最大的密封片I组成的盒子，所述固定槽I的宽度不小于密封片I的宽度，所述固定槽I的厚度大于其他密封片I的厚度之和。所述左右直线往复运动密封装置包括设于第一层密封片I上的固定槽II和固定槽II内部的重叠放置的多层密封片II；所述密封片II为中心设有开孔II的长方形金属薄片，所述多层密封片II的开孔II的长度由上至下依次增大；所述固定槽为由两片开孔II最大的密封片II组成的盒子，所述固定槽II的宽度不小于密封片II的宽度，所述固定槽II的厚度大于其他密封片II的厚度之和。所述固定槽I固定在工作箱体的开口部分以实现轴杆运动时工作箱体中的密封，所述固定方式为焊接或卯固。所述固定槽II固定在第一层密封片I的开孔I处以实现轴杆直线往复运动时工作箱体中的密封，所述固定方式为焊接或卯固。所述轴杆与第一层密封片II之间的密封方式为轴密封。 

所述第一层密封片I的开孔半径R_I1等于轴杆半径r，所述每层密封片由开始时的中心位置移动到下一层密封片边缘的距离为m_I，所述第n层密封片I的开孔宽度为2r，开孔长度R_In=(n_I-1)×m_I+r，所述每层密封片的开孔与密封片上、下两端的距离均为d_I1，所述每层密封片的开孔与密封片左、右两端的距离均为L_I，所述相邻密封片之间的搭接长度不小于d_I2，所述固定槽的开孔长度D_I为多层密封片的运动半径；上述参数之间存在如下关系： 

L_I=2m_I+d_I2（Eq.6），D_I=R_In=(n_I-1)×m_I+r  （Eq.7） 

根据Eq.6和Eq.7得到，所述密封片的数量n_I=[2(D_I-r)/(L_I-d_I2)+1]+1；所述y=[x]为取整函数。 

所述第一层密封片II的开孔半径R_II1等于轴杆半径r，所述每层密封片由开始时的中心位置移动到下一层密封片边缘的距离为m_II，所述第n层密封片II的开孔宽度为2r，开孔长度R_IIn=(n_II-1)×m_II+r，所述每层密封片的开孔与密封片上、下两端的距离均为d_II1，所述每层密封片的开孔与密封片左、右两端的距离均为L_II，所述相邻密封片之间的搭接长度不小于d_II2，所述固定槽的开孔长度D_II为多层密封片的运动半径；上述参数之间存在如下关系： 

L_II=2m_II+d_II2（Eq.8），D_II=R_IIn=(n_II-1)×m_II+r  （Eq.9） 

根据Eq.8和Eq.9得到，所述密封片的数量n_II=[2(D_II-r)/(L_II-d_II2)+1]+1；所述y=[x]为取整函数。 

Claims (9)

1.用于轴杆往复运动的随动密封装置，其特征在于：包括固定槽（7）和设置在固定槽（7）内部的重叠放置的多层密封片；所述密封片为中心设有开孔的金属薄片，所述多层密封片的尺寸和开孔区域的尺寸由上至下依次增大；所述固定槽（7）为由两片开口最大的密封片组成的盒子，所述固定槽（7）的宽度不小于密封片的宽度，所述固定槽（7）的厚度大其他密封片的厚度之和。 

2.根据权利要求1所述的用于轴杆往复运动的随动密封装置，其特征在于：所述随动密封装置为直线往复运动随动密封装置，所述密封片为中心设有开孔的长方形金属薄片；所述第一层密封片的开孔半径R₁等于轴杆半径r，所述每层密封片由开始时的中心位置移动到下一层密封片边缘的距离为m，所述第n层密封片的开孔宽度为2r，开孔长度R_n=(n-1)×m+r，所述每层密封片的开孔与密封片上、下两端的距离均为d₁，所述每层密封片的开孔与密封片左、右两端的距离均为L，所述相邻密封片之间的搭接长度不小于d₂，所述固定槽的开孔长度D为多层密封片的运动半径；上述参数之间存在如下关系： 

L=2m+d₂（Eq.1），D=R_n=(n-1)×m+r（Eq.2） 

根据Eq.1和Eq.2得到，所述密封片的数量n=[2(D-r)/(L-d₂)+1]+1；所述y=[x]为取整函数。 

3.根据权利要求1所述的用于轴杆往复运动的随动密封装置，其特征在于：所述随动密封装置为圆形运动区域随动密封装置，所述密封片为中心设有开孔的圆形金属薄片；所述第一层密封片的半径为R₁，所述每层密封片由开始时的中心位置移动到下一层密封片边缘的距离为m，开孔半径r₁等于轴杆半径r，所述第n层密封片的半径为R_n，开孔半径r_n=(n-1)×m+r，所述每层密封片未开孔部分的宽度均为L，所述相邻密封片之间的搭接长度不小于d，所述固定槽的开孔半径D为多层密封片的运动半径；上述参数之间存在如下关系： 

L=R_n-r_n=2m+d（Eq.3），D=r_n=(n-1)×m+r（Eq.4） 

根据Eq.3和Eq.4得到，所述密封片的数量n=[2(D-r)/(L-d)+1]+1；所述y=[x]为取整函数。 

4.根据权利要求2所述的用于轴杆往复运动的随动密封装置，其特征在于：所述直线往复运动随动密封装置的固定槽（7）设置在圆周运动密封装置上，所述圆周运动密封装置包括圆环形的孔槽（4）和嵌合在孔槽（4）内部且能自由转动的圆形密封片（5），所述圆形密封片（5）为设有长方形开孔I（6）的金属薄片；所述圆形密封片（6）与直线往复运动密封装置在开孔I（6）处固定相连；所述孔槽的半径为D_c，所述开孔（5）与孔槽（4）的 导槽壁之间的距离为d_c，所述开孔I（6）的尺寸与固定槽的尺寸匹配，所述圆形密封片（5）的半径为R_c，上述参数之间存在如下关系：D_c≥R_c+d_c（Eq.5）。 

5.根据权利要求2所述的用于轴杆往复运动的随动密封装置，其特征在于：所述固定槽（7）设置在与所述直线往复式随动密封装置垂直的另一组直线往复运动随动密封装置I上；所述直线往复运动随动密封装置I包括设于工作箱体上的固定槽I和固定槽I内部的重叠放置的多层密封片I；所述密封片I为中心设有开孔I的长方形金属薄片，所述固定槽固定在开孔I处，所述多层密封片I的开孔I的长度由上至下依次增大；所述固定槽I为由两片开孔I最大的密封片I组成的盒子，所述固定槽I的宽度不小于密封片I的宽度，所述固定槽I的厚度大于其他密封片I的厚度之和；所述第一层密封片I的开孔半径R_I1等于轴杆半径r，所述每层密封片由开始时的中心位置移动到下一层密封片边缘的距离为m_I，所述第n层密封片I的开孔宽度为2r，开孔长度R_In=(n_I-1)×m_I+r，所述每层密封片的开孔与密封片上、下两端的距离均为d_I1，所述每层密封片的开孔与密封片左、右两端的距离均为L_I，所述相邻密封片之间的搭接长度不小于d_I2，所述固定槽的开孔长度D_I为多层密封片的运动半径；上述参数之间存在如下关系： 

L_I=2m_I+d_I2（Eq.6），D_I=R_In=(n_I-1)×m_I+r（Eq.7） 

根据Eq.6和Eq.7得到，所述密封片的数量n_I=[2(D_I-r)/(L_I-d_I2)+1]+1；所述y=[x]为取整函数。 

6.根据权利要求1-3任意一项所述的用于轴杆往复运动的随动密封装置，其特征在于：所述固定槽（7）固定在工作箱体的开口部分以实现轴杆往复运动时工作箱体中的密封，所述固定方式为焊接或卯固；所述轴杆与第一层密封片之间的密封方式为轴密封。 

7.根据权利要求4所述的用于轴杆往复运动的随动密封装置，其特征在于：所述孔槽（4）固定在工作箱体的开口部分以实现轴杆运动时工作箱体中的密封，所述固定方式为焊接或卯固；所述固定槽固定在圆环形密封片的长方形开孔处以实现轴杆直线往复运动时工作箱体中的密封，所述固定方式为焊接或卯固；轴杆与第一层密封片之间的密封方式为轴密封。 

8.根据权利要求7所述的用于轴杆圆周运动的随动密封装置，其特征在于：所述孔槽（4）的导槽壁内加入干性润滑剂，所述干性润滑剂为石墨。 

9.根据权利要求5所述的用于轴杆往复运动的随动密封装置，其特征在于：所述固定槽I固定在工作箱体的开口部分以实现轴杆往复运动时工作箱体中的密封；所述固定槽固定在直线往复运动随动密封装置I的长方形开孔I处以实现轴杆直线往复运动时工作箱体中的密封，所述固定方式为焊接或卯固；所述固定方式为焊接或卯固；所述轴杆与第一层密封片 之间的密封方式为轴密封。 

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