CN108462366A - 适用于铁路货车的圆柱与圆锥混合型同轴式磁力密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适用于铁路货车的圆柱与圆锥混合型同轴式磁力密封装置，该圆柱与圆锥混合型同轴式磁力密封装置通过将从动圆锥转子、从动圆柱转子分别设计为圆锥形结构和圆柱形结构，并分别在从动圆锥转子的外壁、主动转子的内壁、主动转子的外壁和从动圆柱转子的内壁开设第一环形凹槽、第二环形凹槽、第三环形凹槽和第四环形凹槽，将第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体和第四永磁体分别装入第一环形凹槽、第二环形凹槽、第三环形凹槽和第四环形凹槽内，圆锥形结构和圆柱形结构可以增加接触面积，从而提高磁力矩，并且提高转矩的传递效率。

Description

适用于铁路货车的圆柱与圆锥混合型同轴式磁力密封装置

技术领域

本发明涉及机械工程密封技术领域，具体涉及一种适用于铁路货车的圆柱与圆锥混合型同轴式磁力密封装置。

背景技术

磁力密封又称为磁力耦合器，它是利用永磁体异性相吸的原理实现转矩的非接触式传递，金属隔离套可以实现绝对密封，因此磁力密封具有“零泄漏”和减少振动和噪声等优点。磁力密封主要包括三种形式的结构：端面式磁力密封、同轴式磁力密封以及平行轴式磁力密封。三种结构中同轴式磁力密封传递的转矩最大，但传递的转矩仍然较小，依然无法满足传动领域中对高转矩的需求。

申请公布号为“CN106122486A”的发明专利公开了一种增加磁力密封装置转矩的方法，应用了如下结构的圆锥型同轴式磁力密封装置：包括主动转子、从动转子、隔离套、外永磁体、内永磁体，所述的主动转子和从动转子的中部分别设有轴孔；所述的主动转子的内壁为圆椎面，所述的从动转子的外壁为圆椎面，主动转子罩住从动转子，主动转子的内壁和从动转子的外壁平行；所述的隔离套设于主动转子和从动转子之间，也为圆椎形，其内外壁均与主动转子的内壁平行，主动转子、从动转子与隔离套之间留有间隙；所述的主动转子的内壁上间隔设置多个环形凹槽I，所述的从动转子的外壁上间隔设置多个环形凹槽II，所述的环形凹槽I和环形凹槽II一一对应；所述的环形凹槽I内安装外永磁体，所述的环形凹槽II内安装内永磁体；所述的每一组相互对应的外永磁体与内永磁体的磁力线方向相反。

上述的圆锥型同轴式磁力密封装置将主动转子和从动转子分别设计为锥形结构，并分别在主动转子的内壁和从动转子的外壁开设凹槽，将永磁体装入凹槽内，锥形结构可以增加接触面积，从而提高磁力矩，并且提高转矩的传递效率；在圆周方向上增加永磁体的对数，相应增加了主动转子的内壁和从动转子的外壁之间间隙内的磁能积，从而增强了磁力密封的效果，克服了现有磁力密封装置转矩小的缺陷，大大提高了磁力传动的可靠性。但是上述的磁力密封装置传递的转矩可能仍然较小，仍无法满足传动领域中对高转矩的需求。

我国铁路已有50多万辆货车应用了密封式双列圆锥滚子轴承,由于货车运用条件苛刻及提速运行的要求,轴承密封问题显得十分突出。据10年前的统计,厂修货车中,轴承因密封、润滑的清洁度不良而造成报废的滚子约占总报废数的43％,外圈约为63％；段修中,因密封不良造成的轴承故障约占其总故障的72％。我国铁路货车轴承密封的故障形式主要表现为:初期跑合温升高、密封罩松动、油封脱落、唇口严重磨损和老化、密封失效早、寿命低等,造成轴承甩油、渗油,进灰砂和水,润滑脂变质或缺少,轴承产生麻点、压痕、锈蚀、变色及早期剥离等,这不仅使轴承达不到设计寿命,而且还引发多起热轴甚至切轴事故，危及行车安全。而现有关于铁路车轴提高同轴式磁力密封装置转矩的方法很少提及。

因此，对于本领域技术人员来说，如何提供一种适用于铁路货车的圆柱与圆锥混合型同轴式磁力密封装置，进一步提高磁力密封中的转矩对于其成功应用于高转矩需求的磁力传动领域具有重要的意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种适用于铁路货车的圆柱与圆锥混合型同轴式磁力密封装置，以实现提高转矩磁力密封。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种适用于铁路货车的圆柱与圆锥混合型同轴式磁力密封装置，包括主动转子、从动圆锥转子、金属隔离套、第一永磁体和第二永磁体，所述主动转子和从动圆锥转子的中部分别设有轴孔；所述主动转子的内壁为圆椎面，所述从动圆锥转子的外壁为圆椎面，所述主动转子罩住从动圆锥转子，所述主动转子的内壁和从动圆锥转子的外壁平行；所述从动圆锥转子的外壁上间隔设置多个第一环形凹槽，所述主动转子的内壁上间隔设置多个第二环形凹槽，所述第一环形凹槽和第二环形凹槽一一对应；所述第一环形凹槽内安装第一永磁体，所述第二环形凹槽内安装第二永磁体；所述金属隔离套包括圆锥隔离套，所述圆锥隔离套设于主动转子和从动圆锥转子之间，其内外壁均与主动转子的内壁平行，主动转子、从动圆锥转子与圆锥隔离套之间留有间隙；还包括从动圆柱转子、第三永磁体和第四永磁体，所述主动转子的外壁为圆柱面，所述从动圆柱转子的内壁为圆柱面，所述从动圆柱转子位于所述主动转子的外侧，所述主动转子的外壁和从动圆柱转子的内壁平行，所述主动转子的外壁上间隔设置多个第三环形凹槽，所述从动圆柱转子的内壁上间隔设置多个第四环形凹槽，所述第三环形凹槽和第四环形凹槽一一对应；所述第三环形凹槽内安装第三永磁体，所述第四环形凹槽内安装第四永磁体；所述金属隔离套还包括与圆锥隔离套连接为一体的圆柱隔离套，所述圆柱隔离套设于主动转子和从动圆柱转子之间，其内外壁均与主动转子的外壁平行，主动转子、从动圆柱转子与圆柱隔离套之间留有间隙。

作为上述方案在一方面的改进，相互对应的第一环形凹槽和第二环形凹槽位于轴孔的同一径向上，相互对应的第三环形凹槽和第四环形凹槽位于轴孔的同一径向上。

作为上述方案在一方面的改进，所述主动转子的内壁与水平线的夹角为10～45度。

作为上述方案在一方面的改进，所述主动转子内壁与圆锥隔离套的间隙距离与从动圆锥转子的外壁与圆锥隔离套的间隙距离相同，均为0.1～5mm；所述主动转子的外壁与圆柱隔离套的间隙距离与从动圆柱转子的内壁与圆柱隔离套的间隙距离相同，均为0.1～5mm。

作为上述方案在一方面的改进，所述第一永磁体和第二永磁体的磁力线方向是相反的，所述第三永磁体和第四永磁体的磁力线方向是相反的。

作为上述方案在一方面的改进，所述第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体和第四永磁体均由多块分瓣式的永磁体拼接而成。

作为上述方案在一方面的改进，所述第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体和第四永磁体均由4的整数倍块分瓣式的永磁体拼接而成。

作为上述方案在一方面的改进，所述第一环形凹槽、第二环形凹槽、第三环形凹槽和第四环形凹槽的数量均相同，为2-10个。

作为上述方案在一方面的改进，所述第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体和第四永磁体均为径向充磁型永磁体。

本发明具有以下有益效果：本发明将从动圆锥转子、从动圆柱转子分别设计为圆锥形结构和圆柱形结构，并分别在从动圆锥转子的外壁、主动转子的内壁、主动转子的外壁和从动圆柱转子的内壁开设第一环形凹槽、第二环形凹槽、第三环形凹槽和第四环形凹槽，将第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体和第四永磁体分别装入第一环形凹槽、第二环形凹槽、第三环形凹槽和第四环形凹槽内，圆锥形结构和圆柱形结构可以增加接触面积，从而提高磁力矩，并且提高转矩的传递效率；在圆周方向上增加第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体和第四永磁体的对数，相应增加了主动转子的内壁和从动圆锥转子的外壁以及主动转子的外壁和从动圆柱转子的内壁之间间隙内的磁能积，从而增强了磁力密封的效果，克服了现有磁力密封装置转矩小的缺陷，大大提高了磁力传动的可靠性。本发明还具有结构简单、易于安装、操作方便等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的适用于铁路货车的圆柱与圆锥混合型同轴式磁力密封装置具体实施例的结构示意图；

图2是图1沿A-A向剖视图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-主动转子 2-从动圆锥转子 3-金属隔离套 4-第一永磁体

5-第二永磁体 6-轴孔 7-从动圆柱转子 8-第三永磁体

9-第四永磁体

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1至图2所示，本发明提供一种适用于铁路货车的圆柱与圆锥混合型同轴式磁力密封装置，包括主动转子1、从动圆锥转子2、金属隔离套3、第一永磁体4和第二永磁体5，所述主动转子1和从动圆锥转子2的中部分别设有轴孔6；所述主动转子1的内壁为圆椎面，所述从动圆锥转子2的外壁为圆椎面，所述主动转子1罩住从动圆锥转子2，所述主动转子1的内壁和从动圆锥转子2的外壁平行；所述从动圆锥转子2的外壁上间隔设置多个第一环形凹槽，所述主动转子1的内壁上间隔设置多个第二环形凹槽，所述第一环形凹槽和第二环形凹槽一一对应；所述第一环形凹槽内安装第一永磁体4，所述第二环形凹槽内安装第二永磁体5；所述金属隔离套3包括圆锥隔离套，所述圆锥隔离套设于主动转子1和从动圆锥转子2之间，其内外壁均与主动转子1的内壁平行，主动转子1、从动圆锥转子2与圆锥隔离套之间留有间隙；还包括从动圆柱转子7、第三永磁体8和第四永磁体9，所述主动转子1的外壁为圆柱面，所述从动圆柱转子7的内壁为圆柱面，所述从动圆柱转子7位于所述主动转子1的外侧，所述主动转子1的外壁和从动圆柱转子7的内壁平行，所述主动转子1的外壁上间隔设置多个第三环形凹槽，所述从动圆柱转子7的内壁上间隔设置多个第四环形凹槽，所述第三环形凹槽和第四环形凹槽一一对应；所述第三环形凹槽内安装第三永磁体8，所述第四环形凹槽内安装第四永磁体9；所述金属隔离套3还包括与圆锥隔离套连接为一体的圆柱隔离套，所述圆柱隔离套设于主动转子1和从动圆柱转子7之间，其内外壁均与主动转子1的外壁平行，主动转子1、从动圆柱转子7与圆柱隔离套之间留有间隙。

其中，金属隔离套3包括圆锥隔离套以及与圆锥隔离套连接为一体的圆柱隔离套，如图1所示，金属隔离套3大致呈M状，金属隔离套3起到密封作用，同时，金属隔离套3切割磁感线运动产生感应电流，第一永磁体4产生的感应电流与对应的第二永磁体5产生的感应电流的方向相反，第三永磁体8产生的感应电流与对应的第四永磁体9产生的感应电流的方向相反，相反的感应电流之间会相互抵消，从而减小阻力作用，增加转矩。当主动转子1转动时，第二永磁体5和第三永磁体8跟随主动转子1同步转动，第二永磁体5和第三永磁体8吸引对应的第一永磁体4和第四永磁体9，从而产生磁力推动作用，带动第一永磁体4和第四永磁体9进而带动从动圆柱转子7和从动圆锥转子2跟着主动转子1转动，从而驱动从动圆柱转子7和从动圆锥转子2转动。

本发明通过将主动转子1的内圈设计为圆锥形状，采用内外双重转子分别设计为圆锥形状和圆柱形状的设计创新思路与主动转子1进行配合，并分别在主动转子1的内圆锥面和外圆柱面开设第二环形凹槽和第三环形凹槽，从动圆锥转子2的外圆锥面开设第一环形凹槽及从动圆柱转子7的内柱面开设第四环形凹槽，从而将第一永磁体4、第二永磁体5、第三永磁体8和第四永磁体9分别装入第一环形凹槽、第二环形凹槽、第三环形凹槽和第四环形凹槽内，从而实现提高转矩的圆柱型与圆锥型混合同轴式磁力密封。同时本发明克服现有磁力密封装置转矩较小的难题，大大提高了磁力传动的可靠性。本发明还具有结构简单易于安装等优点。

由上述内容可知，本发明将从动圆锥转子2、从动圆柱转子7分别设计为圆锥形结构和圆柱形结构，并分别在从动圆锥转子2的外壁、主动转子1的内壁、主动转子1的外壁和从动圆柱转子7的内壁开设第一环形凹槽、第二环形凹槽、第三环形凹槽和第四环形凹槽，将第一永磁体4、第二永磁体5、第三永磁体8和第四永磁体9分别装入第一环形凹槽、第二环形凹槽、第三环形凹槽和第四环形凹槽内，圆锥形结构和圆柱形结构可以增加接触面积，从而提高磁力矩，并且提高转矩的传递效率；在圆周方向上增加第一永磁体4、第二永磁体5、第三永磁体8和第四永磁体9的对数，相应增加了主动转子1的内壁和从动圆锥转子2的外壁以及主动转子1的外壁和从动圆柱转子7的内壁之间间隙内的磁能积，从而增强了磁力密封的效果，克服了现有磁力密封装置转矩小的缺陷，大大提高了磁力传动的可靠性。本发明还具有结构简单、易于安装、操作方便等优点。

具体地，所述第一环形凹槽、第二环形凹槽、第三环形凹槽和第四环形凹槽的内壁均与轴孔6平行，第一环形凹槽和第二环形凹槽的外壁与主动转子1的内壁平行，第三环形凹槽和第四环形凹槽的内壁与主动转子1的外壁平行，相互对应的第一环形凹槽和第二环形凹槽位于轴孔6的同一径向上，相互对应的第三环形凹槽和第四环形凹槽位于轴孔6的同一径向上，在一种具体实施例中，相互对应的第一环形凹槽、第二环形凹槽、第三环形凹槽和第四环形凹槽均位于轴孔6的同一径向上。所述第一永磁体4和第二永磁体5的磁力线方向是相反的，所述第三永磁体8和第四永磁体9的磁力线方向是相反的。所述第一永磁体4、第二永磁体5、第三永磁体8和第四永磁体9均为径向充磁型永磁体。

在一种优选实施例中，所述主动转子1的内壁与水平线的夹角为10～45度。所述主动转子1的内壁与圆锥隔离套的间隙距离与从动圆锥转子2的外壁与圆锥隔离套的间隙距离相同，均为0.1～5mm；所述主动转子1的外壁与圆柱隔离套的间隙距离与从动圆柱转子7的内壁与圆柱隔离套的间隙距离相同，均为0.1～5mm。所述第一环形凹槽、第二环形凹槽、第三环形凹槽和第四环形凹槽的数量均相同，为2-10个。如图1所示，在一种具体实施例中，所述第一环形凹槽、第二环形凹槽、第三环形凹槽和第四环形凹槽的数量均为5个。

优选的，所述第一永磁体4、第二永磁体5、第三永磁体8和第四永磁体9均由多块分瓣式的永磁体拼接而成。所述第一永磁体4、第二永磁体5、第三永磁体8和第四永磁体9均由4的整数倍块分瓣式的永磁体拼接而成。如图2所示，在一种具体实施例中，所述第一永磁体4、第二永磁体5、第三永磁体8和第四永磁体9均由四块大小形状完全相同的四分之一永磁体组成。

综上，本发明将从动圆锥转子、从动圆柱转子分别设计为圆锥形结构和圆柱形结构，并分别在从动圆锥转子的外壁、主动转子的内壁、主动转子的外壁和从动圆柱转子的内壁开设第一环形凹槽、第二环形凹槽、第三环形凹槽和第四环形凹槽，将第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体和第四永磁体分别装入第一环形凹槽、第二环形凹槽、第三环形凹槽和第四环形凹槽内，圆锥形结构和圆柱形结构可以增加接触面积，从而提高磁力矩，并且提高转矩的传递效率；在圆周方向上增加第一永磁体、第二永磁体、第三永磁体和第四永磁体的对数，相应增加了主动转子的内壁和从动圆锥转子的外壁以及主动转子的外壁和从动圆柱转子的内壁之间间隙内的磁能积，从而增强了磁力密封的效果，克服了现有磁力密封装置转矩小的缺陷，大大提高了磁力传动的可靠性。本发明还具有结构简单、易于安装、操作方便等优点。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种适用于铁路货车的圆柱与圆锥混合型同轴式磁力密封装置，包括主动转子(1)、从动圆锥转子(2)、金属隔离套(3)、第一永磁体(4)和第二永磁体(5)，所述主动转子(1)和从动圆锥转子(2)的中部分别设有轴孔(6)；所述主动转子(1)的内壁为圆椎面，所述从动圆锥转子(2)的外壁为圆椎面，所述主动转子(1)罩住从动圆锥转子(2)，所述主动转子(1)的内壁和从动圆锥转子(2)的外壁平行；所述从动圆锥转子(2)的外壁上间隔设置多个第一环形凹槽，所述主动转子(1)的内壁上间隔设置多个第二环形凹槽，所述第一环形凹槽和第二环形凹槽一一对应；所述第一环形凹槽内安装第一永磁体(4)，所述第二环形凹槽内安装第二永磁体(5)；所述金属隔离套(3)包括圆锥隔离套，所述圆锥隔离套设于主动转子(1)和从动圆锥转子(2)之间，其内外壁均与主动转子(1)的内壁平行，主动转子(1)、从动圆锥转子(2)与圆锥隔离套之间留有间隙；其特征在于：还包括从动圆柱转子(7)、第三永磁体(8)和第四永磁体(9)，所述主动转子(1)的外壁为圆柱面，所述从动圆柱转子(7)的内壁为圆柱面，所述从动圆柱转子(7)位于所述主动转子(1)的外侧，所述主动转子(1)的外壁和从动圆柱转子(7)的内壁平行，所述主动转子(1)的外壁上间隔设置多个第三环形凹槽，所述从动圆柱转子(7)的内壁上间隔设置多个第四环形凹槽，所述第三环形凹槽和第四环形凹槽一一对应；所述第三环形凹槽内安装第三永磁体(8)，所述第四环形凹槽内安装第四永磁体(9)；所述金属隔离套(3)还包括与圆锥隔离套连接为一体的圆柱隔离套，所述圆柱隔离套设于主动转子(1)和从动圆柱转子(7)之间，其内外壁均与主动转子(1)的外壁平行，主动转子(1)、从动圆柱转子(7)与圆柱隔离套之间留有间隙。

2.根据权利要求1所述的适用于铁路货车的圆柱与圆锥混合型同轴式磁力密封装置，其特征在于：相互对应的第一环形凹槽和第二环形凹槽位于轴孔(6)的同一径向上，相互对应的第三环形凹槽和第四环形凹槽位于轴孔(6)的同一径向上。

3.根据权利要求1所述的适用于铁路货车的圆柱与圆锥混合型同轴式磁力密封装置，其特征在于：所述主动转子(1)的内壁与水平线的夹角为10～45度。

4.根据权利要求1所述的适用于铁路货车的圆柱与圆锥混合型同轴式磁力密封装置，其特征在于：所述主动转子(1)的内壁与圆锥隔离套的间隙距离与从动圆锥转子(2)的外壁与圆锥隔离套的间隙距离相同，均为0.1～5mm；所述主动转子(1)的外壁与圆柱隔离套的间隙距离与从动圆柱转子(7)的内壁与圆柱隔离套的间隙距离相同，均为0.1～5mm。

5.根据权利要求1所述的适用于铁路货车的圆柱与圆锥混合型同轴式磁力密封装置，其特征在于：所述第一永磁体(4)和第二永磁体(5)的磁力线方向是相反的，所述第三永磁体(8)和第四永磁体(9)的磁力线方向是相反的。

6.根据权利要求1-5任一项所述的适用于铁路货车的圆柱与圆锥混合型同轴式磁力密封装置，其特征在于：所述第一永磁体(4)、第二永磁体(5)、第三永磁体(8)和第四永磁体(9)均由多块分瓣式的永磁体拼接而成。

7.根据权利要求6所述的适用于铁路货车的圆柱与圆锥混合型同轴式磁力密封装置，其特征在于：所述第一永磁体(4)、第二永磁体(5)、第三永磁体(8)和第四永磁体(9)均由4的整数倍块分瓣式的永磁体拼接而成。

8.根据权利要求1-5任一项所述的适用于铁路货车的圆柱与圆锥混合型同轴式磁力密封装置，其特征在于：所述第一环形凹槽、第二环形凹槽、第三环形凹槽和第四环形凹槽的数量均相同，为2-10个。

9.根据权利要求1-5任一项所述的适用于铁路货车的圆柱与圆锥混合型同轴式磁力密封装置，其特征在于：所述第一永磁体(4)、第二永磁体(5)、第三永磁体(8)和第四永磁体(9)均为径向充磁型永磁体。