CN108533758A - 一种可充放气的双层密封结构及气体弹簧 - Google Patents

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Abstract

本发明属于密封隔振领域，并具体公开了一种可充放气的双层密封结构及气体弹簧，包括气嘴主体、内密封单元和外密封单元，内密封单元包括带孔的弹性气嘴和带孔挡块，弹性气嘴置于气嘴主体中靠近压缩气体的一侧，带孔挡块置于气嘴主体中，其与弹性气嘴之间设置有第一带孔密封片；外密封单元包括螺纹紧固件，该纹紧固件置于气嘴主体中远离压缩气体的一侧，其与内密封单元中的带孔挡块之间设置有第二带孔密封片；所述气体弹簧包括所述双层密封结构及柔性气囊。本发明具有气密性好，可实现充放气，无漏气现象的优点。

Description

一种可充放气的双层密封结构及气体弹簧
技术领域
本发明属于密封隔振领域，更具体地，涉及一种可充放气的双层密封结构及气体弹簧。
背景技术
振动问题普遍存在于工业生产和工程的各个领域，随着各种机械设备向着高速、高精、高稳定性发展，它们对振动的要求越来越严格。因此，需要利用减振器隔离动力装置向其固定支座的传递，或者利用减振器隔离机械结构的振动向相关仪器装置的传递。
减振器的形式有很多种，如金属弹簧、橡胶结构、金属-橡胶复合结构、气体弹簧、磁弹簧等。气体弹簧是在柔性的密闭腔体内充入压力气体、利用气体的可压缩性实现弹性支撑的一种非金属弹簧。气体弹簧相较于其他形式的弹簧有以下优点：气体弹簧承载力大、固有频率低，在很多复载能力和减振性能要求都很高的场合具有较大的优势；气体弹簧的气压、工作高度和支承刚度都方便调节。气体弹簧的上述优点使其在很多工业领域和军事领域得到广泛应用。
现有气体弹簧的气压和位置保持主要通过两种形式实现。其一，采用诸如密封气嘴的结构进行密封，这种气嘴的气密性一般较差，导致气体弹簧在长时间使用过程中不可避免地存在缓慢的漏气现象，这会导致减振性能和位置稳定性劣化。其二，采用传感器、阀结构和控制系统来实时控制气体弹簧的供气和排气，这可以精准地控制气体弹簧的位置和气压，但会增加减振系统的复杂性，降低减振系统的可靠性，极大限制了其在很多领域的应用。因此，设计一种可充放气且气密性足够好的密封结构，是制备高性能气体弹簧的难点所在。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种可充放气的双层密封结构及气体弹簧，其通过对关键组件如内密封单元和外密封单元的结构及其具体设置方式进行研究和设计，相应的可获得气密性好，可实现充放气的密封结构，通过该密封结构可构建结构简单，气密性优良，无漏气现象的气体弹簧，适用于要求减振系统结构简单、长期运行可靠性、稳定性要求高、不需要维护或只需简单维护的场合。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种可充放气的双层密封结构，其包括气嘴主体、内密封单元和外密封单元，其中：
所述内密封单元包括带孔的弹性气嘴和带孔挡块，所述弹性气嘴置于气嘴主体中靠近压缩气体的一侧，所述带孔挡块置于气嘴主体中，其与弹性气嘴之间设置有第一带孔密封片；当带孔挡块拧入气嘴主体中时，通过第一带孔密封片将弹性气嘴向压缩气体一侧挤压，该压缩气体挤压弹性气嘴使弹性气嘴的孔在挤压或两侧气压差的作用下变形并封闭，从而形成内密封单元的密封作用，同时在带孔挡块拧入气嘴主体中时使第一带孔密封片产生塑性变形，从而封闭压缩气体向外流通的通道；
所述外密封单元包括螺纹紧固件，该螺纹紧固件置于气嘴主体中远离压缩气体的一侧，其与内密封单元中的带孔挡块之间设置有第二带孔密封片；当螺纹紧固件拧入气嘴主体中时，其与内密封单元中的带孔挡块对第二带孔密封片形成挤压作用，使第二带孔密封片产生塑性变形，从而进一步封闭压缩气体向外流通的通道。
作为进一步优选的，第一带孔密封片和第二带孔密封片优选采用塑性好的金属或非金属材料制作，进一步优选为锡、紫铜或橡胶。
作为进一步优选的，所述带孔挡块与气嘴主体之间螺纹连接；螺纹紧固件与气嘴主体之间螺纹连接，其与气嘴主体之间还设置有防松垫片。
作为进一步优选的，所述弹性气嘴由两片弹性橡胶替代。
按照本发明的另一方面，提供了一种气体弹簧，其包括所述的可充放气的双层密封结构以及与双层密封结构相连的柔性气囊。
作为进一步优选的，所述柔性气囊外围设置有金属壳体结构。
作为进一步优选的，所述气嘴主体设计为非圆柱结构，优选设计为矩形结构。
作为进一步优选的，所述金属壳体结构上开设有矩形孔或腰形孔用于安装气嘴主体。
作为进一步优选的，矩形孔或腰形孔的长度方向与气体弹簧受载方向平行，宽度方向与气嘴主体外侧形成间隙配合；气嘴主体外部设置有凸台结构。
作为进一步优选的，当需要对气体弹簧进行充气或放气时，拧开外密封单元中的螺纹紧固件，将充气或放气所用的气针插入内密封单元的弹性气嘴的孔中，通过该气针对气体弹簧进行充气或放气。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
1.本发明通过置于气嘴主体内的带孔挡块经第一带孔密封片压紧弹性气嘴，构成内密封单元，提供充放气和临时密封压缩气体的作用，通过置于气嘴主体内的螺纹紧固件与带孔挡块之间设置第二带孔密封片，构成外密封单元，通过内外密封单元的配合，实现可靠有效密封。
2.本发明在拆卸掉外密封单元中的螺纹紧固件的条件下，可以方便地对气体弹簧进行充气或放气，从而调整气体弹簧的工作特性；
3.本发明在安装上外密封单元中的螺纹紧固件的条件下，可以实现近似于永久密封的长期可靠密封作用。
4.本发明可适用于要求减振系统结构简单、长期运行可靠性和稳定性要求高、不需要维护或只需简单维护的场合。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种可充放气的双层密封结构的示意图；
图2是本发明实施例提供的气嘴主体的结构示意图；
图3a-c分别是本发明实施例提供的一种气体弹簧的主视图、侧视图和俯视图；
图4a-c分别是本发明实施例提供的另一种气体弹簧的主视图、侧视图及图4a中的A-A向剖视图；
图5是本发明实施例提供的一种气体弹簧充、放气示意图；
图6是本发明实施例提供的一种可充放气的双层密封结构的另一种内密封结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1和2所示，本发明实施例提供的一种可充放气的双层密封结构，其包括气嘴主体1、内密封单元和外密封单元，其中，内密封单元和外密封单元均设置在气嘴主体1中，内密封单元的主体是带孔的柔性结构，其作用是提供充放气接口和临时密封，外密封单元的主体是具有良好塑性的金属或非金属材料结构，其作用是借助压力作用下的塑性变形来封闭气体的流通通道，实现长期可靠的密封，近似于一种永久密封结构。
对于内密封单元而言，如图1所示，其包括带孔的弹性气嘴7和带孔挡块5，弹性气嘴7置于气嘴主体1中靠近压缩气体13的一侧，带孔挡块5置于气嘴主体1中，其与气嘴主体之间通过螺纹进行连接，该带孔挡块与弹性气嘴7之间设置有第一带孔密封片6；一方面，当带孔挡块5拧入气嘴主体1中时，通过第一带孔密封片6将弹性气嘴7向压缩气体一侧挤压，该压缩气体挤压弹性气嘴7使弹性气嘴7的孔在挤压或弹性气嘴两侧气压差的作用下变形并封闭，从而形成内密封单元的临时密封作用；另一方面，在带孔挡块5拧入气嘴主体1中时，使第一带孔密封片6产生塑性变形，从而封闭压缩气体向外流通的通道，具体封闭压缩气体经由带孔挡块与气嘴主体之间的螺纹结构向外界流通的通道。
具体的，弹性气嘴7从气嘴主体1螺纹孔一端压入；第一带孔密封片6可以采用锡或紫铜之类塑性较好的金属或橡胶等非金属材料，以达到更好的密封效果，其从气嘴主体1螺纹孔一端放入，平置于弹性气嘴7上方，将带孔挡块5从气嘴主体1螺纹孔旋入拧紧，带孔挡块5上的一字孔便于工具拧紧，同时也用于充气时气针伸入；第一带孔密封片6可以和密封胶配合使用，以达到更好的密封效果，涂抹上密封胶之后，将带孔挡块5从气嘴主体1螺纹孔旋入压紧第一带孔密封片6。
当内密封单元处于密封状态足够长的时间时，压缩气体会经弹性气嘴中的孔缓慢泄漏至带孔挡块的中间空隙部位，因此需要借助外密封单元实现长时间的可靠密封。
如图1所示，外密封单元包括螺纹紧固件3，该螺纹紧固件3置于气嘴主体1中远离压缩气体的一侧，其与气嘴主体之间通过螺纹进行连接，该螺纹紧固件与内密封单元中的带孔挡块5之间设置有第二带孔密封片4；当螺纹紧固件3拧入气嘴主体1中时，其与内密封单元中的带孔挡块5对第二带孔密封片4形成挤压作用，使第二带孔密封片4产生塑性变形，从而进一步封闭压缩气体向外流通的通道，实现外密封，具体封闭压缩气体经由螺纹紧固件与气嘴主体之间的螺纹结构向外界流通的通道。
具体的，第二带孔密封片4可以采用锡或紫铜之类塑性较好的金属或橡胶等非金属材料，以达到更好的密封效果，其从气嘴主体1螺纹孔一端放入，平置于带孔挡块5上方；第二带孔密封片4置于螺纹紧固件3和内密封单元中的带孔挡块5之间。第二带孔密封片4可以和密封胶配合使用，以达到更好的密封效果。
进一步的，气嘴主体1与螺纹紧固件3之间设置有防松垫片2，以防止螺纹紧固件3松动，保证其长时间的紧固作用，以达到更好的密封效果。气嘴主体与螺纹紧固件及带孔挡块之间的螺纹结构设置为密封管螺纹，以达到更好的密封效果
如图3所示，本发明还提供了一种气体弹簧，其包括所述的可充放气的双层密封结构以及与柔性气囊8，该柔性气囊8与双层密封结构相连。具体的，双层密封结构可采用硫化方式固定于柔性气囊8上，该柔性气囊8用于密封压缩气体13，压缩气体通过双层密封结构密封于柔性气囊中。
具体的，气嘴主体1底部的弧度与柔性气囊8保持一致，气嘴主体安装完毕后，将气嘴主体1底部与柔性气囊8一同硫化，使柔性气囊8的橡胶壁包裹住气嘴主体1的底部。
优选的，在气体弹簧的柔性气囊外围设置金属壳体结构10，以防止气体弹簧被外界尖锐物体刺破，或者气体弹簧在气体压力作用下过度膨胀以至于破裂。金属壳体结构10与气体弹簧之间设置有负载连接件11，该负载连接件11用于连接被隔振设备。
进一步优选的，将气嘴主体的外形设计为非圆柱表面结构(以矩形截面为最佳)，并在金属壳体结构上开设大小合适的用于供气嘴主体穿过的矩形或腰形孔结构，以便在旋入/旋出螺纹紧固件及带孔挡块时，气嘴主体可以与金属壳体结构之间形成反向力矩，使螺纹连接足够紧固，从而达到更好的密封效果。其中，矩形或腰形孔结构的长度方向与柔性气囊8的受载方向平行，宽度方向与气嘴主体外侧形成间隙配合，以便保证当柔性气囊8受不同负载而高度发生变化、或者减振系统有振动位移时。如图4a所示，气体弹簧通过负载连接件11连接外界的被隔振设备，气体弹簧中的柔性气囊的受载方向为竖直向下，金属壳体结构上开设的矩形或腰形孔结构的长度方向与受载方向平行，即长度方向为上下延伸且与气嘴主体外侧形成间隙配合，而矩形或腰形孔结构的宽度方向是前后延伸，其宽度方向与气嘴主体外侧形成间隙配合，通过设置长度方向与受载方向平行且与气嘴主体外侧形成间隙配合的矩形或腰形孔结构，可保证柔性气囊8受不同负载高度发生变化、或者减振系统有振动位移时，气嘴主体1的位置可随柔性气囊8的状态发生变化，从而避免气嘴主体1与柔性气囊8的结合部产生过大应力，以致影响二者结合的紧密性。
更为优选的，金属壳体10腰型孔壁上开有凹槽结构15，气嘴主体1的外部设置有凸台结构14，阻挡气嘴主体1在柔性气囊8内部气压作用下产生过大位移，以至于影响气嘴主体1与柔性气囊之间的紧密结合，从而使双层密封结构保持长期的高可靠性。
如图5所示，充气时将螺纹紧固件3取下，将气针9用润滑液充分润滑，然后插入弹性气嘴7进行充气。充气完毕后迅速拔出气针9，此时由弹性气嘴7等内密封单元实现内密封，然后拧紧螺纹紧固件3，完成外密封。进行充放气几次之后，为防止第二带孔密封片4失效，可以重新放入新的密封片。放气时用相同方式将气针9插入，此时柔性气囊8内气体会从气针9溢出，待释放到合适位置时迅速拔出气针9，拧紧螺纹紧固件3。
如图6所示，提供了另一种内密封实施方式。气嘴主体1底部固连了两片弹性橡胶12，正常工作时由于气压逆向封闭，两片橡胶被压紧，实现内密封。充气时气针9插入，顶开两片橡胶，充气完毕后拔出气针9后两片橡胶再次被压紧。
本领域的技术人员容易理解，以上所述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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可充放气的双层密封结构，其特征在于，包括气嘴主体(1)、内密封单元和外密封单元，其中：
所述内密封单元包括带孔的弹性气嘴(7)和带孔挡块(5)，所述弹性气嘴(7)置于气嘴主体(1)中靠近压缩气体的一侧，所述带孔挡块(5)置于气嘴主体(1)中，其与弹性气嘴(7)之间设置有第一带孔密封片(6)；当带孔挡块(5)拧入气嘴主体(1)中时，通过第一带孔密封片(6)将弹性气嘴(7)向压缩气体一侧挤压，该压缩气体挤压弹性气嘴(7)使弹性气嘴(7)的孔在挤压或两侧气压差的作用下变形并封闭，从而形成内密封单元的密封作用，同时在带孔挡块(5)拧入气嘴主体(1)中时使第一带孔密封片(6)产生塑性变形，从而封闭压缩气体向外流通的通道；
所述外密封单元包括螺纹紧固件(3)，该螺纹紧固件(3)置于气嘴主体(1)中远离压缩气体的一侧，其与内密封单元中的带孔挡块(5)之间设置有第二带孔密封片(4)；当螺纹紧固件(3)拧入气嘴主体(1)中时，其与内密封单元中的带孔挡块(5)对第二带孔密封片(6)形成挤压作用，使第二带孔密封片(6)产生塑性变形，从而进一步封闭压缩气体向外流通的通道。
2.如权利要求1所述的可充放气的双层密封结构，其特征在于，第一带孔密封片和第二带孔密封片优选采用塑性好的金属或非金属材料制作，进一步优选为锡、紫铜、橡胶。
3.如权利要求1或2所述的可充放气的双层密封结构，其特征在于，所述带孔挡块(5)与气嘴主体(1)之间螺纹连接；螺纹紧固件(3)与气嘴主体(1)之间螺纹连接，其与气嘴主体(1)之间还设置有防松垫片(2)。
4.如权利要求3所述的可充放气的双层密封结构，其特征在于，所述弹性气嘴(7)由两片弹性橡胶(12)替代。
5.一种气体弹簧，其特征在于，包括如权利要求1-4任一项所述的可充放气的双层密封结构以及与双层密封结构相连的柔性气囊(8)。
6.如权利要求5所述的气体弹簧，其特征在于，所述柔性气囊(8)外围设置有金属壳体结构(10)。
7.如权利要求6所述的气体弹簧，其特征在于，所述气嘴主体(1)设计为非圆柱结构，优选设计为矩形结构。
8.如权利要求6所述的气体弹簧，其特征在于，所述金属壳体结构(10)上开设有矩形孔或腰形孔用于安装气嘴主体。
9.如权利要求8所述的气体弹簧，其特征在于，矩形孔或腰形孔的长度方向与气体弹簧受载方向平行，宽度方向与气嘴主体外侧形成间隙配合；气嘴主体外部设置有凸台结构。
10.如权利要求8所述的气体弹簧，其特征在于，当需要对气体弹簧进行充气或放气时，拧开外密封单元中的螺纹紧固件，将充气或放气所用的气针插入内密封单元的弹性气嘴的孔中，通过该气针对气体弹簧进行充气或放气。
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