CN107956880B - 一种磁流体密封结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁流体密封结构，包括中空的壳体、转轴，转轴与壳体通过轴承装配连接，在转轴外表面设有多级阶梯，在转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极靴，且每一个极靴均正对其中一级阶梯布置；极靴与转轴外表面之间存在间隙，间隙处注有磁流体；转轴设有中空腔，在中空腔内安装有第一永磁体，每一个第一永磁体对应设置于一个第二永磁体与其两侧的极靴构成的磁回路中，且第一永磁体的磁场方向与其所在的磁回路方向相同。本发明通过增设第一永磁体，从而增强了磁流体密封性能，提高了磁流体密封的耐压能力。而且，转轴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。

Description

一种磁流体密封结构
技术领域
本发明具体涉及一种磁流体密封结构。
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，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。
现有的磁流体密封结构一般包括带中空腔的壳体、转轴，转轴和壳体之间设置永磁体和极靴进行磁流体密封，极靴内圆面设有极齿。
该种结构主要存在如下缺陷：
1.在转轴外表面，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.如果采用的是单级密封，则供磁能力弱，磁密封性能差，难以达到真空密封的要求；如果采用多级密封，能提高密封性能，但需要多组极靴和永磁体，占用空间大，导致结构庞大，也不利于密封结构的轻量化。
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、密封耐压能力强的磁流体密封结构。
本发明解决问题的技术方案是：一种磁流体密封结构，包括中空的壳体、设置于壳体内腔的转轴，转轴与壳体通过轴承装配连接，在转轴外表面设有多级阶梯，在转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极靴，且每一个极靴均正对其中一级阶梯布置；
极靴与转轴外表面之间存在间隙，间隙处注有磁流体；
所述转轴设有中空腔，在中空腔内安装有第一永磁体，每一个第一永磁体对应设置于一个第二永磁体与其两侧的极靴构成的磁回路中，且第一永磁体的磁场方向与其所在的磁回路方向相同。
上述方案通过增设第一永磁体，增强了每一个磁回路中的磁场强度，从而增强了磁流体密封性能，提高了磁流体密封的耐压能力。
转轴采用阶梯轴的形式设计，由于有台肩阻挡，一旦失效不会导致所有磁流体全泄漏，减少了在密封失效时磁性流体的损失。
进一步的，在每一个第二永磁体与其两侧的极靴构成的磁回路中，第一永磁体只设置一个，且该第一永磁体与其中一个极靴正对。
所述极靴设有三个，两个第二永磁体设置于相邻两个极靴之间；
所述第一永磁体设有两个，且分别与位于最外侧的两个极靴在径向方向上对齐。
第一永磁体与极靴正对的好处就是为了保证第一永磁体的磁场方向与其所在的磁回路方向相同，增强磁场强度。
优选的，所述第一永磁体是径向充磁型永磁环，第二永磁体是轴向充磁型永磁环；
所述极靴宽度与第一永磁体宽度相同。
进一步的，在最外侧的两个极靴的外侧面上均设有隔磁环。
优选的，所述第一永磁体数量为1～10 个，第二永磁体数量为2～10 个，极靴上的极齿个数为2～10个。
转轴上相邻两级阶梯之间的高度差为1～5mm。
上述方案中，永磁体的数量、极靴宽度、极靴上极齿个数、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，转轴外表面设置的阶梯级数与极靴数量相同。
优选的，极靴与壳体内壁之间通过密封圈密封。
本发明的显著效果是：
1.通过增设第一永磁体，增强了每一个磁回路中的磁场强度，从而增强了磁流体密封性能，提高了磁流体密封的耐压能力。空心阶梯轴的设计，使得第一永磁体不额外占用空间，也就是说，在有限组极靴和永磁体的条件下、在相同的空间条件下，能够提供更大的磁场，有利于密封结构的轻量化及体积微小化。
2.转轴采用阶梯轴的形式设计，由于有台肩阻挡，一旦失效不会导致所有磁流体全泄漏，减少了在密封失效时磁性流体的损失。
3.空心的阶梯轴设计，减少了材料，有利于设备轻量化。
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-转轴，2-壳体，3-第一轴承，4-隔磁环，5-极靴， 6-第二永磁体，11-第二轴承，12-端盖，13-第一永磁体，14-密封圈，15-台阶,16-中空腔。
具体实施方式
如图1所示，一种磁流体密封结构，包括中空的壳体2、设置于壳体2内腔的转轴1，转轴1与壳体2通过轴承装配连接。
在转轴1外表面设有多级阶梯，相邻两级阶梯之间的高度差为1～5mm。
在转轴1外表面与壳体2内壁之间的径向方向上设有两个第二永磁体6，第二永磁体6是轴向充磁型永磁环。每一个第二永磁体6两侧分别设有极靴5，且每一个极靴5均正对其中一级阶梯布置。所述极靴5设有三个，两个第二永磁体6设置于相邻两个极靴5之间。转轴1外表面设置的阶梯级数与极靴5数量相同。
极靴5与转轴1外表面之间存在间隙，间隙处注有磁流体。
所述转轴1设有中空腔16，在中空腔16内安装有第一永磁体13，第一永磁体13是径向充磁型永磁环。极靴5宽度与第一永磁体13宽度相同。
每一个第一永磁体13对应设置于一个第二永磁体6与其两侧的极靴5构成的磁回路中，且第一永磁体13的磁场方向与其所在的磁回路方向相同。
所述第一永磁体13设有两个。在每一个第二永磁体6与其两侧的极靴5构成的磁回路中，第一永磁体13只设置一个，且分别与位于最外侧的两个极靴5在径向方向上对齐。
在最外侧的两个极靴5的外侧面上均设有隔磁环4。
所述极靴5上的极齿个数为2～10个。
极靴5与壳体2内壁之间通过密封圈14密封。
所述轴承包括与转轴1的台肩抵接的第一轴承3和第二轴承11。所述壳体2内腔一端设有台阶15，第一轴承3另一端面与该台阶15抵接，第二轴承11通过端盖12压紧密封于壳体2内腔。所述第一轴承3和第二轴承11分别设置于最外侧的两个极靴5外侧。

Claims (9)

1.一种磁流体密封结构，包括中空的壳体（2）、设置于壳体（2）内腔的转轴（1），转轴（1）与壳体（2）通过轴承装配连接，其特征在于：在转轴（1）外表面设有多级阶梯，在转轴（1）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（6），每一个第二永磁体（6）两侧分别设有极靴（5），且每一个极靴（5）均正对其中一级阶梯布置；
极靴（5）与转轴（1）外表面之间存在间隙，间隙处注有磁流体；
所述转轴（1）设有中空腔（16），在中空腔（16）内安装有第一永磁体（13），每一个第一永磁体（13）对应设置于一个第二永磁体（6）与其两侧的极靴（5）构成的磁回路中，且第一永磁体（13）的磁场方向与其所在的磁回路方向相同。
2.根据权利要求1所述的磁流体密封结构，其特征在于：在每一个第二永磁体（6）与其两侧的极靴（5）构成的磁回路中，第一永磁体（13）只设置一个，且该第一永磁体（13）与其中一个极靴（5）正对。
3.根据权利要求2所述的磁流体密封结构，其特征在于：所述极靴（5）设有三个，两个第二永磁体（6）设置于相邻两个极靴（5）之间；
所述第一永磁体（13）设有两个，且分别与位于最外侧的两个极靴（5）在径向方向上对齐。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的磁流体密封结构，其特征在于：所述第一永磁体（13）是径向充磁型永磁环，第二永磁体（6）是轴向充磁型永磁环；
所述极靴（5）宽度与第一永磁体（13）宽度相同。
5.根据权利要求1所述的磁流体密封结构，其特征在于：在最外侧的两个极靴（5）的外侧面上均设有隔磁环（4）。
6.根据权利要求1所述的磁流体密封结构，其特征在于：所述第一永磁体（13）数量为1～10 个，第二永磁体（6）数量为2～10 个，极靴（5）上的极齿个数为2～10个。
7.根据权利要求1所述的磁流体密封结构，其特征在于：转轴（1）上相邻两级阶梯之间的高度差为1～5mm。
8.根据权利要求1所述的磁流体密封结构，其特征在于：转轴（1）外表面设置的阶梯级数与极靴（5）数量相同。
9.根据权利要求1所述的磁流体密封结构，其特征在于：极靴（5）与壳体（2）内壁之间通过密封圈（14）密封。
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