CN108506352A - 一种密封轴承及机械设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种密封轴承及机械设备。该密封轴承包括：轴承外圈，以及置于轴承外圈内的弹性元件、静环、轴承内圈和滚子；轴承内圈的一端具有动环密封端面，动环密封端面上开设有螺旋动压槽；静环包括密封部和第一连接部，密封部的一端具有静环密封端面，静环密封端面与动环密封端面相对，静环密封端面在动环密封端面上的正投影遮挡螺旋动压槽的部分槽口；轴承内圈处于静止状态，静环密封端面与动环密封端面紧密贴合；轴承内圈以预设转速运转，静环密封端面与动环密封端面在螺旋动压槽处的流体剪切力作用下开启，以提供空气介质流向滚子安装槽的通道。本发明实施例能够在尽可能不增加机械设备的整体重量和尺寸的前提下，实现密封功能。

Description

一种密封轴承及机械设备
技术领域
本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种密封轴承及机械设备。
背景技术
目前，为了改善机械设备(例如需要进行高速运转的机械设备)中存在的介质泄露问题，机械设备中往往会安装若干密封组件实现密封功能，这样无疑会增加机械设备的整体重量和尺寸。因此，如何在尽可能不增加机械设备的整体重量和尺寸的前提下，实现密封功能对于本领域技术人员而言是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种密封轴承及机械设备，以在尽可能不增加机械设备的整体重量和尺寸的前提下，实现密封功能。
一方面，本发明实施例提供一种密封轴承，包括：轴承外圈，以及置于所述轴承外圈内的弹性元件、静环、轴承内圈和滚子；其中，
所述轴承外圈、所述弹性元件、所述静环和所述轴承内圈为中空结构，所述轴承内圈和所述轴承外圈之间形成滚子安装槽，所述滚子卡接于所述滚子安装槽内；
所述轴承内圈的一端具有动环密封端面，所述动环密封端面上开设有螺旋动压槽；
所述静环包括密封部和第一连接部，所述密封部的一端具有静环密封端面，所述静环密封端面与所述动环密封端面相对，所述静环密封端面在所述动环密封端面上的正投影遮挡所述螺旋动压槽的部分槽口，所述密封部的另一端与所述第一连接部固定连接，所述轴承外圈的内壁设置有圆环状的第二连接部，所述第二连接部和所述弹性元件均套设于所述第一连接部外，所述弹性元件夹设于所述密封部和所述第二连接部之间；
所述轴承内圈处于静止状态，则所述静环密封端面与所述动环密封端面紧密贴合；所述轴承内圈以预设转速运转，则所述静环密封端面与所述动环密封端面在所述螺旋动压槽处的流体剪切力作用下开启，以提供空气介质流向所述滚子安装槽的通道，从而通过流向所述滚子安装槽的空气介质对所述轴承外圈的待密封侧进行密封。
可选地，所述预设转速大于或等于每分钟20000转。
可选地，该密封轴承还包括：推环；其中，所述推环套设于第一连接部外且夹设于所述密封部和所述弹性元件之间。
可选地，该密封轴承还包括：O形圈；其中，所述第二连接部内壁开设有卡接槽，所述O形圈套设于所述第一连接部外且卡接于所述卡接槽内。
可选地，所述螺旋动压槽的数量为至少两个，所述螺旋动压槽在所述动环密封端面上均布设置。
可选地，所述螺旋动压槽为对数螺旋槽。
可选地，所述对数螺旋槽的参数包括以下至少一项：
槽数大于等于6个，且小于等于12个；
槽深大于等于4微米，且小于等于6微米；
槽坝比大于等于0.6，且小于等于0.7；
螺旋角大于等于15度，且小于等于20度；
槽堰比大于等于0.45，且小于等于0.55。
可选地，所述弹性元件为波形弹簧、波纹管弹簧或者压缩弹簧。
另一方面，本发明实施例提供一种机械设备，包括上述的密封轴承。
本发明实施例中，通过将轴承的组成元件与密封组件的组成元件集装成一体，从而使密封轴承兼具轴承和密封两种功能，本发明实施例中无需单独设置密封组件，这样可以有效地减少机械设备的整体重量和尺寸。另外，本发明实施例中，密封轴承中的轴承内圈可以作为动环，并与密封轴承中的静环互相配合，以在轴承内圈静止和高速运转的情况下均实现密封功能，从而有效地防止油气介质的泄露。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例提供的密封轴承的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的密封轴承中轴承内圈的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
下面首先对本发明实施例提供的密封轴承进行说明。
其中，本发明实施例提供的密封轴承可以为球轴承、圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承或者其他类型的轴承，在此不再一一列举。需要说明的是，该密封轴承不仅具备轴承本身的功能，还能够实现密封功能。
参见图1，图中示出了本发明实施例提供的密封轴承的结构示意图。如图1所示，该密封轴承包括：轴承外圈2，以及置于轴承外圈2内的弹性元件6、静环4、轴承内圈3和滚子1。
其中，弹性元件6可以为波形弹簧、波纹管弹簧、压缩弹簧或者其他类型的弹性元件，在此不再一一列举。
本发明实施例中，轴承外圈2、弹性元件6、静环4和轴承内圈3为中空结构，轴承内圈3和轴承外圈2之间形成滚子安装槽8，滚子1卡接于滚子安装槽8内。可选地，滚子安装槽8与滚子1的形状可以相适配，以保证滚子1的可靠安装。
轴承内圈3的一端(图1中所示的右端)具有动环密封端面31，如图2所示，动环密封端面31上开设有螺旋动压槽32。需要指出的是，本发明实施例中，轴承内圈3除了作为轴承中的组成元件，其还可以作为密封组件中的动环。
具体实施时，螺旋动压槽32可以为对数螺旋槽。可选地，对数螺旋槽的参数包括以下至少一项：
槽数大于等于6个，且小于等于12个；
槽深大于等于4微米，且小于等于6微米；
槽坝比大于等于0.6，且小于等于0.7；
螺旋角大于等于15度，且小于等于20度；
槽堰比大于等于0.45，且小于等于0.55。
具体地，对数螺旋槽的槽数可以为6个、8个或者12个，对数螺旋槽的槽深可以为4微米、5微米或者6微米，对数螺旋槽的槽坝比可以为0.6、0.65或者0.7，对数螺旋槽的螺旋角可以为15度、18度或者20度，对数螺旋槽的槽堰比可以为0.45、0.50或者0.55，当然，对数螺旋槽的槽数还可以为6个和12个之间的其他任意个数，对数螺旋槽的槽深还可以为4微米和6微米之间的其他任意深度，对数螺旋槽的槽坝比还可以为0.6和0.7之间的其他任意数值，对数螺旋槽的螺旋角还可以为15度和20度之间的其他任意角度，对数螺旋槽的槽堰比还可以为0.45至0.55之间的其他任意数值，具体可以根据实际情况来确定，本发明实施例对对数螺旋槽的个数、槽深、槽坝比、螺旋角和槽堰比的具体取值不做任何限定。
需要指出的是，螺旋动压槽32的数量为至少两个时，螺旋动压槽32在动环密封端面31上可以均布设置，以方便螺旋动压槽32的加工。
静环4包括密封部41和第一连接部42，密封部41的一端(图1中所示的左端)具有静环密封端面43，静环密封端面43与动环密封端面31相对，静环密封端面43在动环密封端面31上的正投影遮挡螺旋动压槽32的部分槽口，密封部41的另一端(图1中所示的右端)与第一连接部42固定连接，轴承外圈2的内壁设置有圆环状的第二连接部21，第二连接部21和弹性元件6均套设于第一连接部42外，弹性元件6夹设于密封部41和第二连接部21之间。
本发明实施例中，密封部41和第一连接部42可以一体成型，或者密封部41和第一连接部42可以分别成型并通过焊接，卡接等本领域技术人员所熟知的连接方式进行固定连接。
可以看出，本发明实施例中，轴承外圈2除了作为轴承中的组成元件，其还可以作为密封组件中用于安装静环4的静环座。
轴承内圈3处于静止状态，则静环密封端面43与动环密封端面31紧密贴合；轴承内圈3以预设转速运转，则静环密封端面43与动环密封端面31在螺旋动压槽32处的流体剪切力作用下开启，以提供空气介质流向滚子安装槽8的通道，从而通过流向滚子安装槽8的空气介质对轴承外圈2的待密封侧(图1中所示的左侧)进行密封。
其中，预设转速大于或等于每分钟20000转。具体地，预设转速可以为每分钟20000转、每分钟24000转或者每分钟28000转，当然，预设转速的具体取值并不局限于以上列举的这三种情况，具体可以根据实际情况来确定，本发明实施例对此不做任何限定。容易看出，在预设转速下，可以认为轴承内圈3处于高速运转状态。
可选地，该密封轴承还包括：推环5；其中，推环5套设于第一连接部42外且夹设于密封部41和弹性元件6之间。容易看出，由于推环5的设置，弹性元件6不会直接与静环4接触，这样可以防止静环4的表面受到损伤，从而延长静环4的使用寿命。
可选地，该密封轴承还包括：O形圈7；其中，第二连接部21内壁开设有卡接槽，O形圈7套设于第一连接部42外且卡接于卡接槽内。由于O形圈7的设置，本发明实施例能够实现第一连接部42和第二连接部21间的密封。
为了便于本领域技术人员理解本方案，下面结合图1，对本发明实施例提供的密封轴承的装配过程和工作原理进行说明。
如图1所示，轴承外圈2的左侧可以为油气介质(其用于润滑轴承)，轴承外圈2的右侧可以为空气介质。
实际装配时，操作人员可以先将O形圈7、弹性元件6、推环5、静环4依次装入轴承外圈2内，然后再将轴承内圈3装入轴承外圈2以形成滚子安装槽8，之后，操作人员可以将滚子1卡接于滚子安装槽8内，以通过滚子1实现静环4的定位和限位。本发明实施例中，轴承外圈2作为密封组件中的动环，轴承内圈3作为密封组件中的静环座，可见，本发明实施例能够将轴承的组成元件与密封组件的组成元件集装成一体，从而使密封轴承兼具轴承和密封两种功能。
在密封轴承装配好之后，轴承内圈3(即动环)处于静止状态，轴承内圈3的动环密封端面31与静环4的静环密封端面43紧密贴合，以对轴承内圈3左侧的油气介质进行密封。由于静环密封端面43在动环密封端面31上的正投影仅遮挡螺旋动压槽32的部分槽口，因此，空气介质会通过动环密封端面31上未被静环密封端面43遮挡的槽口位置进入螺旋动压槽32。
之后，在轴承内圈3高速运转(即以预设转速运转)的情况下，动环密封端面31上设置的螺旋动压槽32也会高速旋转，这时，螺旋动压槽32中的空气介质会在螺旋动压槽32的作用下产生流体剪切力，从而使动环密封端面31与静环密封端面43开启。
由于动环密封端面31与静环密封端面43的开启，动环密封端面31与静环密封端面43的端面摩擦磨损大大减小，这样可以有效地延长静环4和作为动环的轴承内圈3的使用寿命。此外，由于动环密封端面31与静环密封端面43的开启，动环密封端面31与静环密封端面43间会形成一道微米级的流体膜，同时空气介质会被螺旋动压槽32泵入滚子安装槽8处。由于滚子安装槽8处被泵入空气介质，该空气介质会对轴承内圈3左侧的油气介质起到阻挡作用，轴承内圈3左侧的油气介质无法通过滚子安装槽8泄露。可见，在轴承内圈3高速运转的情况下，本发明实施例也可以对轴承内圈3左侧的油气介质进行密封。
综上，本发明实施例中，通过将轴承的组成元件与密封组件的组成元件集装成一体，从而使密封轴承兼具轴承和密封两种功能，本发明实施例中无需单独设置密封组件，这样可以有效地减少机械设备的整体重量和尺寸。另外，本发明实施例中，密封轴承中的轴承内圈3可以作为动环，并与密封轴承中的静环4互相配合，以在轴承内圈3静止和高速运转的情况下均实现密封功能，从而有效地防止油气介质的泄露。
下面对本发明实施例提供的机械设备进行说明。
本发明实施例还提供一种机械设备，该机械设备包括上述的密封轴承。其中，该机械设备可以为高速轴承箱。需要说明的是，密封轴承的具体实施过程参照上述说明即可，本发明实施例对此不做任何限定。
由于密封轴承具有上述技术效果，故具有该密封轴承的机械设备也具有相应的技术效果，在此不再一一赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种密封轴承，其特征在于，包括：轴承外圈，以及置于所述轴承外圈内的弹性元件、静环、轴承内圈和滚子；其中，
所述轴承外圈、所述弹性元件、所述静环和所述轴承内圈为中空结构，所述轴承内圈和所述轴承外圈之间形成滚子安装槽，所述滚子卡接于所述滚子安装槽内；
所述轴承内圈的一端具有动环密封端面，所述动环密封端面上开设有螺旋动压槽；
所述静环包括密封部和第一连接部，所述密封部的一端具有静环密封端面，所述静环密封端面与所述动环密封端面相对，所述静环密封端面在所述动环密封端面上的正投影遮挡所述螺旋动压槽的部分槽口，所述密封部的另一端与所述第一连接部固定连接，所述轴承外圈的内壁设置有圆环状的第二连接部，所述第二连接部和所述弹性元件均套设于所述第一连接部外，所述弹性元件夹设于所述密封部和所述第二连接部之间；
所述轴承内圈处于静止状态，则所述静环密封端面与所述动环密封端面紧密贴合；所述轴承内圈以预设转速运转，则所述静环密封端面与所述动环密封端面在所述螺旋动压槽处的流体剪切力作用下开启，以提供空气介质流向所述滚子安装槽的通道，从而通过流向所述滚子安装槽的空气介质对所述轴承外圈的待密封侧进行密封。
2.根据权利要求1所述的密封轴承，其特征在于，所述预设转速大于或等于每分钟20000转。
3.根据权利要求1所述的密封轴承，其特征在于，还包括：推环；其中，所述推环套设于第一连接部外且夹设于所述密封部和所述弹性元件之间。
4.根据权利要求1所述的密封轴承，其特征在于，还包括：O形圈；其中，所述第二连接部内壁开设有卡接槽，所述O形圈套设于所述第一连接部外且卡接于所述卡接槽内。
5.根据权利要求1所述的密封轴承，其特征在于，所述螺旋动压槽的数量为至少两个，所述螺旋动压槽在所述动环密封端面上均布设置。
6.根据权利要求1所述的密封轴承，其特征在于，所述螺旋动压槽为对数螺旋槽。
7.根据权利要求6所述的密封轴承，其特征在于，所述对数螺旋槽的参数包括以下至少一项：
槽数大于等于6个，且小于等于12个；
槽深大于等于4微米，且小于等于6微米；
槽坝比大于等于0.6，且小于等于0.7；
螺旋角大于等于15度，且小于等于20度；
槽堰比大于等于0.45，且小于等于0.55。
8.如权利要求1至7中任一项所述的密封轴承，其特征在于，所述弹性元件为波形弹簧、波纹管弹簧或者压缩弹簧。
9.一种机械设备，其特征在于，包括如权利要求1至8中任一项所述密封轴承。
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