CN107906209A - 一种用于同心双轴的磁流体密封结构 - Google Patents

一种用于同心双轴的磁流体密封结构 Download PDF

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陈帆
郝付祥
孙彭
何美丽
郭星
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Abstract

本发明公开了一种用于同心双轴的磁流体密封结构，包括中空的壳体、设置于壳体内腔的内轴及中空的外轴；内轴与外轴通过轴承装配连接，外轴与壳体通过轴承装配连接，外轴和内轴均为阶梯轴；在内轴外表面与外轴内壁之间的径向方向上设有至少一个第一永磁体，每一个第一永磁体两侧分别设有第一极靴；在外轴外表面设有多级阶梯，在外轴外表面与壳体内壁之间的径向方向上设有至少一个第二永磁体，每一个第二永磁体两侧分别设有第二极靴，且每一个第二极靴均正对其中一级阶梯布置。本发明将这种能够提供两组动力的内、外轴均采用阶梯轴的形式设计，减少了在密封失效时磁性流体的损失，大大增加了密封耐压能力及可靠性。

Description

一种用于同心双轴的磁流体密封结构
技术领域
本发明具体涉及一种用于同心双轴的磁流体密封结构，尤其适用于硅片传输机器人真空动密封。
背景技术
磁流体密封具有密封件之间无固体摩擦、密封件使用寿命长、可实现零泄漏等优点。其中，最主要的应用之一是用于对转轴的密封，如真空密封(离子注入机、x射线衍射仪等)、气体密封(x射线管等)、液体密封(深水泵、舰船螺旋推进器轴等)以及防尘密封(纺织机械、计算机硬盘等)等。
提高大间隙下磁性流体密封耐压性能的方法之一是通过改进磁性流体密封结构，如中国专利CN206320304U和CN203348559U所述的密封装置。尽管以上专利文献所述的两种密封装置相对普通磁性流体密封性能得到极大的提高，但其密封性能仍旧达不到真空等特殊工况的高密封性能要求。
磁流体密封是实现硅片传输机器人真空动密封一种有效可行的方法，磁流体密封的结构设计对密封耐压能力的影响较大，合理设计磁流体的密封结构，可以有效地提高密封耐压能力。
现有的最接近的实现硅片传输机器人真空动密封的磁流体密封结构如硕士学位论文《硅片传输机器人磁流体密封的研究与设计》中的图5.2所示，包括带中空腔的外壳、内轴、带有中空腔的外轴，内轴和外轴之间设置永磁体和极靴进行磁流体密封，外轴和外壳之间设置永磁体和极靴进行磁流体密封。极靴内圈设有极齿，相邻极齿之间为齿槽。
该种结构主要存在如下缺陷：
1.在内外轴上，进行磁流体密封的区域段均是光轴段，一旦磁流体发生泄漏，会导致完全泄漏，密封失效。
2.磁流体的密封采用的是单级密封，单个永磁体的供磁能力有限，难以达到真空密封的要求。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供能够一种密封性能好、密封耐压能力强的用于同心双轴的磁流体密封结构。
本发明解决问题的技术方案是：一种用于同心双轴的磁流体密封结构，包括中空的壳体、设置于壳体内腔的内轴及中空的外轴；内轴与外轴通过轴承装配连接，外轴与壳体通过轴承装配连接，所述外轴和内轴均为阶梯轴；
在内轴外表面与外轴内壁之间的径向方向上设有至少一个第一永磁体，每一个第一永磁体两侧分别设有第一极靴；
第一极靴与内轴外表面之间存在间隙，间隙处注有磁流体；
在外轴外表面设有多级阶梯，在外轴外表面与壳体内壁之间的径向方向上设有至少一个第二永磁体，每一个第二永磁体两侧分别设有第二极靴，且每一个第二极靴均正对其中一级阶梯布置；
第二极靴与外轴外表面之间存在间隙，间隙处注有磁流体。
上述方案将这种能够提供两组动力的内、外轴均采用阶梯轴的形式设计，由于有台肩阻挡，一旦失效也不会造成所有磁流体全泄漏，减少了在密封失效时磁性流体的损失，且第一永磁体和第二永磁体相互提供磁源，互相配合增加磁流体密封的可靠性。
具体的，所述轴承设有多个，包括与内轴的台肩抵接的第一轴承和第二轴承、与外轴的台肩抵接的第三轴承和第四轴承；
所述外轴内腔一端设有第一台阶，第一轴承另一端面与该第一台阶抵接，第二轴承通过内端盖压紧密封于外轴内腔；
所述壳体内腔一端设有第二台阶，第三轴承另一端面与该第二台阶抵接，第四轴承通过外端盖压紧密封于壳体内腔；
所述第一轴承和第二轴承分别设置于最外侧的两个第一极靴外侧，第三轴承和第四轴承分别设置于最外侧的两个第二极靴外侧。
优选的，在最外侧的两个第一极靴的外侧面、以及最外侧的两个第二极靴的外侧面上均设有隔磁环。
优选的，所述第一永磁体和第二永磁体数量相同，且数量为2～10 个。
优选的，第一极靴和第二极靴上的齿槽个数为1～15个。
优选的，外轴上相邻两级阶梯之间的高度差为1～20mm。
上述方案中，永磁体的数量、极靴宽度、极靴上齿槽个数、以及阶梯之间的高度差都会影响磁流体的密封性能及密封后的耐压能力。
优选的，外轴外表面设置的阶梯级数与第二极靴数量相同。
优选的，第一极靴与外轴内壁之间通过密封圈密封，第二极靴与壳体内壁之间通过密封圈密封。
本发明将这种能够提供两组动力的内、外轴均采用阶梯轴的形式设计，由于有台肩阻挡，一旦失效磁流体也不会完全泄漏，减少了在密封失效时磁性流体的损失。采用多级密封，增加了导磁能力，相对现有技术大大增加了密封耐压能力，且第一永磁体和第二永磁体相互提供磁源，互相配合增加磁流体密封的可靠性。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1为本发明磁流体密封结构剖面图。
图中：1-外轴，2-壳体，3-第三轴承，4-隔磁环，5-密封圈， 6-第一极靴， 7-第一永磁体，14-第四轴承，15-外端盖，16-内轴，17-内端盖，18-第二轴承，20-第二极靴，22-第二永磁体，29-第一轴承,30-第一台阶，31-第二台阶。
具体实施方式
如图1所示，一种用于同心双轴的磁流体密封结构，包括中空的壳体2、设置于壳体2内腔的内轴16及中空的外轴1。内轴16与外轴1通过轴承装配连接，外轴1与壳体2通过轴承装配连接。
所述外轴1和内轴16均为阶梯轴。
在内轴16外表面与外轴1内壁之间的径向方向上设有至少一个第一永磁体7。每一个第一永磁体7两侧分别设有第一极靴6。第一极靴6与内轴16外表面之间存在间隙，间隙处注有磁流体。
在外轴1外表面设有多级阶梯，外轴1上相邻两级阶梯之间的高度差为1～20mm。在外轴外表面与壳体2内壁之间的径向方向上设有至少一个第二永磁体22。每一个第二永磁体22两侧分别设有第二极靴20，且每一个第二极靴20均正对其中一级阶梯布置。第二极靴20与外轴1外表面之间存在间隙，间隙处注有磁流体。外轴1外表面设置的阶梯级数与第二极靴20数量相同。
所述第一永磁体7和第二永磁体22数量相同，且数量为2～10 个。第一永磁体7和第二永磁体22为轴向充磁型永磁体。
第一极靴6和第二极靴20上的齿槽个数为1～15个。
第一极靴6与外轴1内壁之间通过密封圈5密封，第二极靴20与壳体2内壁之间通过密封圈5密封。
所述轴承设有多个，包括与内轴16的台肩抵接的第一轴承29和第二轴承18、与外轴1的台肩抵接的第三轴承3和第四轴承14。
所述外轴1内腔一端设有第一台阶30，第一轴承29另一端面与该第一台阶30抵接，第二轴承18通过内端盖17压紧密封于外轴1内腔。
所述壳体2内腔一端设有第二台阶31，第三轴承3另一端面与该第二台阶31抵接，第四轴承14通过外端盖15压紧密封于壳体2内腔。
所述第一轴承29和第二轴承18分别设置于最外侧的两个第一极靴6外侧，第三轴承3和第四轴承14分别设置于最外侧的两个第二极靴20外侧。
在最外侧的两个第一极靴6的外侧面、以及最外侧的两个第二极靴20的外侧面上均设有隔磁环4。

Claims (8)

1.一种用于同心双轴的磁流体密封结构，包括中空的壳体（2）、设置于壳体（2）内腔的内轴（16）及中空的外轴（1）；内轴（16）与外轴（1）通过轴承装配连接，外轴（1）与壳体（2）通过轴承装配连接，其特征在于：所述外轴（1）和内轴（16）均为阶梯轴；
在内轴（16）外表面与外轴（1）内壁之间的径向方向上设有至少一个第一永磁体（7），每一个第一永磁体（7）两侧分别设有第一极靴（6）；
第一极靴（6）与内轴（16）外表面之间存在间隙，间隙处注有磁流体；
在外轴（1）外表面设有多级阶梯，在外轴外表面与壳体（2）内壁之间的径向方向上设有至少一个第二永磁体（22），每一个第二永磁体（22）两侧分别设有第二极靴（20），且每一个第二极靴（20）均正对其中一级阶梯布置；
第二极靴（20）与外轴（1）外表面之间存在间隙，间隙处注有磁流体。
2.根据权利要求1所述的用于同心双轴的磁流体密封结构，其特征在于：所述轴承设有多个，包括与内轴（16）的台肩抵接的第一轴承（29）和第二轴承（18）、与外轴（1）的台肩抵接的第三轴承（3）和第四轴承（14）；
所述外轴（1）内腔一端设有第一台阶（30），第一轴承（29）另一端面与该第一台阶（30）抵接，第二轴承（18）通过内端盖（17）压紧密封于外轴（1）内腔；
所述壳体（2）内腔一端设有第二台阶（31），第三轴承（3）另一端面与该第二台阶（31）抵接，第四轴承（14）通过外端盖（15）压紧密封于壳体（2）内腔；
所述第一轴承（29）和第二轴承（18）分别设置于最外侧的两个第一极靴（6）外侧，第三轴承（3）和第四轴承（14）分别设置于最外侧的两个第二极靴（20）外侧。
3.根据权利要求1所述的用于同心双轴的磁流体密封结构，其特征在于：在最外侧的两个第一极靴（6）的外侧面、以及最外侧的两个第二极靴（20）的外侧面上均设有隔磁环（4）。
4. 根据权利要求1所述的用于同心双轴的磁流体密封结构，其特征在于：所述第一永磁体（7）和第二永磁体（22）数量相同，且数量为2～10 个。
5.根据权利要求1所述的用于同心双轴的磁流体密封结构，其特征在于：第一极靴（6）和第二极靴（20）上的齿槽个数为1～15个。
6.根据权利要求1所述的用于同心双轴的磁流体密封结构，其特征在于：外轴（1）上相邻两级阶梯之间的高度差为1～20mm。
7.根据权利要求1所述的用于同心双轴的磁流体密封结构，其特征在于：外轴（1）外表面设置的阶梯级数与第二极靴（20）数量相同。
8.根据权利要求1所述的用于同心双轴的磁流体密封结构，其特征在于：第一极靴（6）与外轴（1）内壁之间通过密封圈（5）密封，第二极靴（20）与壳体（2）内壁之间通过密封圈（5）密封。
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