CN108869752B - 一种用于液压缸的变齿变隙混合型磁流体密封结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于液压缸的变齿变隙混合型磁流体密封结构，在活塞杆外表面与壳体内壁之间的空间内沿轴向间隔设有多个环状极靴，相邻两个极靴之间夹设有轴向充磁型永磁环，相邻轴向充磁型永磁环的磁极的极性相反，极齿与活塞杆外表面之间存在间隙，间隙处注有磁流体，从高压侧至低压侧方向，极齿与活塞杆外表面之间的间隙依次递增，同一个极靴上的所有极齿与活塞杆外表面之间的间隙相等；依次递增的间隙内对应所注入的磁流体的饱和磁化强度依次递增。本发明通过间隙递增、饱和磁化强度递增、极齿数量递增的结构，形成了一种耐压能力逐渐增强，达到了进一步提高密封耐压性能的效果。
Description
技术领域
本发明属于机械工程密封技术，具体涉及一种用于液压缸的变齿变隙混合型磁流体密封结构。
背景技术
现有用于往复运动的磁流体密封结构一般包括带中空腔的壳体、活塞杆，活塞杆和壳体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。
提高磁性流体密封耐压性能的方法一般有两种：第一，想办法提高磁场强度；第二，增加磁流体的饱和磁化强度。大多数出发点都是从提高磁场强度去考虑，但现有的磁流体密封性能并不完美，仍有进一步提高的空间。
另外，现有技术的多级密封结构中，各极靴上的极齿数量都是相同的。发明人实验发现从高压侧到低压侧，相邻两个极靴中，若高压侧极靴磁流体密封耐压能力大于相邻低压侧磁流体密封耐压能力时，低压侧磁流体密封会不起作用，也就是说低压侧的密封形同虚设。对于多级密封结构来说，既然低压侧的磁流体密封无法发挥作用，那么设置过多级数的极靴只会增大磁流体密封结构的体积，浪费更多的成本。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种能够提高密封耐压性能的磁流体密封结构。
本发明解决问题的第一种技术方案是：一种用于液压缸的变齿变隙混合型磁流体密封结构，包括中空的壳体，所述壳体一端封闭、另一端敞开，在壳体的封闭端面中心开有通孔，还包括从通孔穿设至壳体内腔的活塞杆，在活塞杆外表面与壳体内壁之间的空间内沿轴向间隔设有多个环状极靴，极靴内圆面上设有极齿，相邻两个极靴之间夹设有轴向充磁型永磁环，相邻轴向充磁型永磁环的磁极的极性相反，极齿与活塞杆外表面之间存在间隙，间隙处注有磁流体，从高压侧至低压侧方向，极齿与活塞杆外表面之间的间隙依次递增，同一个极靴上的所有极齿与活塞杆外表面之间的间隙相等；
依次递增的间隙内对应所注入的磁流体的饱和磁化强度依次递增。
间隙的增加使得注入磁流体的量增加，并配合递增不同间隙中磁流体的饱和磁化强度，间隙内磁场强度依次增强，磁流体密封能力也依次增强，人为制造出高压侧磁流体密封能力小于低压侧磁流体密封能力，可以保证不出现背景技术所述的缺陷情况，解决了低压侧磁流体密封不起作用的问题，使得所有间隙中的磁流体密封都能够发挥作用，保证了密封耐压性能，增加了二次承压能力和自修复能力。
本发明解决问题的第二种技术方案是：一种用于液压缸的变齿变隙混合型磁流体密封结构，包括中空的壳体，所述壳体一端封闭、另一端敞开，在壳体的封闭端面中心开有通孔，还包括从通孔穿设至壳体内腔的活塞杆，在活塞杆外表面与壳体内壁之间的空间内沿轴向间隔设有多个环状极靴，极靴内圆面上设有极齿，相邻两个极靴之间夹设有轴向充磁型永磁环，相邻轴向充磁型永磁环的磁极的极性相反，极齿与活塞杆外表面之间存在间隙，从高压侧至低压侧方向，极齿与活塞杆外表面之间的间隙依次递增，同一个极靴上的所有极齿与活塞杆外表面之间的间隙相等；
在小于或等于0.1mm的间隙内注有磁流体，依次递增的间隙内对应所注入的磁流体的饱和磁化强度依次递增；
在大于0.1mm的间隙内注有磁流变液，依次递增的间隙内对应所注入的磁流变液的饱和磁化强度依次递增。
第二种方案是磁流体和磁流变液混合密封方案，磁流体中的颗粒为纳米级，其直径一般为10纳米左右；磁流变液中的颗粒为微米级，其直径一般为10-100微米。因为磁流变液颗粒大，其饱和磁化强度远高于磁流体的饱和磁化强度（一般情况下磁流变液饱和磁化强度是磁流体饱和磁化强度的十倍）。但对于磁性颗粒为0.1mm时，要求间隙至少为0.1mm，也就是说磁流变液在大于0.1mm间隙下使用。
在小于或等于0.1mm的间隙内注磁流体，间隙增大到大于0.1mm后注磁流变液，除了具备上述第一种方案的效果之外，还具有更进一步的效果：第一，层次感更明显，更利于增加磁场梯度差啊，提高密封耐压能力；第二，磁流变液饱和磁化强度更高，间隙处密封能力更强。
优选的，极齿与活塞杆外表面之间的间隙大小为0.05～4mm。
本发明解决问题的第三种技术方案是：一种用于液压缸的变齿变隙混合型磁流体密封结构，包括中空的壳体，所述壳体一端封闭、另一端敞开，在壳体的封闭端面中心开有通孔，还包括从通孔穿设至壳体内腔的活塞杆，在活塞杆外表面与壳体内壁之间的空间内沿轴向间隔设有多个环状极靴，极靴内圆面上设有极齿，相邻两个极靴之间夹设有轴向充磁型永磁环，相邻轴向充磁型永磁环的磁极的极性相反，极齿与活塞杆外表面之间存在间隙，所述间隙大于0.1mm，间隙处注有磁流变液；
从高压侧至低压侧方向，极齿与活塞杆外表面之间的间隙依次递增，同一个极靴上的所有极齿与活塞杆外表面之间的间隙相等；
依次递增的间隙内对应所注入的磁流变液的饱和磁化强度依次递增。
该第三种方案只采用磁流变液进行密封，同样也营造了高压侧密封能力小于低压侧密封能力的结构，使得所有密封都能够发挥作用，保证了密封耐压性能。同时，由于磁流变液饱和磁化强度更高，间隙处密封能力进一步得到提高，但由于磁流变液的应用需要较大的间隙，因此对间隙的范围有下限要求。因此，优选间隙大小为0.1～1mm。
上述三种方案中，间隙的递增量为0.01～0.1mm。
进一步的，从高压侧至低压侧方向，极靴上的极齿数量依次递增。
极齿数量发生变化也能够人为制造出高压侧极靴下磁流体密封能力小于低压侧极靴下磁流体密封能力，可以保证从高压侧至低压侧，极靴的耐压能力逐渐上升，使得所有极靴下磁流体密封都能够发挥作用。
极齿变化的结构与间隙递增、饱和磁化强度依次递增的改进有异曲同工的效果，相辅相成，共同发挥着作用。
优选的，相邻极靴上的极齿数量相差1个或2个。
优选的，所述极靴的数量为2～20个，每个极靴上的极齿数量为1～15个。
更进一步的，最靠近壳体封闭端的极靴、以及最靠近壳体敞开端的极靴的横截面为均L 形，且这两个极靴的轴向伸出部相向设置；
位于最靠近壳体封闭端和敞开端的两个极靴之间的所有极靴的横截面为T形；
所有极靴的外圆面与壳体内壁抵接，相邻极靴的轴向伸出部之间夹设有密封圈；
所述轴向充磁型永磁环对应镶嵌于两个相邻极靴、活塞杆及密封圈围成的密闭空间。
上述更进一步的改进中，轴向充磁型永磁环嵌于极靴之间，两侧的极靴将轴向充磁型永磁环形成包裹，几乎不会发生漏磁。
进一步的，最靠近壳体封闭端的极靴与壳体封闭端内壁之间设有隔磁环；
最靠近壳体敞开端的极靴通过端盖压紧密封于壳体内腔，且该极靴与端盖之间设有隔磁环。
本发明的显著效果是：
1. 间隙的增加使得注入磁流体的量增加，并配合递增不同间隙中磁流体的饱和磁化强度，间隙内磁场强度依次增强，磁流体密封能力也依次增强。
2.通过结构的变化，人为制造出高压侧密封能力小于低压侧密封能力，从高压侧至低压侧，极靴的耐压能力逐渐上升，使得所有密封都能够发挥作用，保证了密封耐压性能。
3. 轴向充磁型永磁环嵌于极靴之间，两侧的极靴将轴向充磁型永磁环形成包裹，几乎不会发生漏磁。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1为本发明液压缸结构示意图。
图2为图1的局部放大图。
图3为本发明磁流体密封结构示意图。
图中：1-活塞杆，2-壳体，3-极靴，4-端盖,5-隔磁环,6-极齿，7-轴向充磁型永磁环,8-密封圈，9-缸体，10-螺母，11-活塞头，31-轴向伸出部。
具体实施方式
实施例1
如图1-3所示，一种用于液压缸的变齿变隙混合型磁流体密封结构，包括中空的壳体2，所述壳体2一端封闭、另一端敞开。在壳体2的封闭端面中心开有通孔，还包括从通孔穿设至壳体2内腔的活塞杆1。
在活塞杆1外表面与壳体2内壁之间的空间内沿轴向间隔设有多个环状极靴3。极靴3内圆面上设有极齿6。相邻两个极靴3之间夹设有轴向充磁型永磁环7。
最靠近壳体2封闭端的极靴3、以及最靠近壳体2敞开端的极靴3的横截面为均L形，且这两个极靴3的轴向伸出部31相向设置。位于最靠近壳体2封闭端和敞开端的两个极靴3之间的所有极靴3的横截面为T形。所有极靴3的外圆面与壳体2内壁抵接。相邻极靴3的轴向伸出部31之间夹设有密封圈8。所述轴向充磁型永磁环7对应镶嵌于两个相邻极靴3、活塞杆1及密封圈8围成的密闭空间。相邻轴向充磁型永磁环7的磁极的极性相反。
最靠近壳体2封闭端的极靴3与壳体2封闭端内壁之间设有隔磁环5。
最靠近壳体2敞开端的极靴3通过端盖4压紧密封于壳体2内腔，且该极靴3与端盖4之间设有隔磁环5。
极齿6与活塞杆1外表面之间存在间隙。间隙大小为0.05～4mm。从高压侧至低压侧方向，极齿6与活塞杆1外表面之间的间隙依次递增，同一个极靴3上的所有极齿6与活塞杆1外表面之间的间隙相等。间隙的递增量优选为0.01～0.1mm。间隙处注有磁流体。依次递增的间隙内对应所注入的磁流体的饱和磁化强度依次递增。
从高压侧至低压侧方向，所述极靴3宽度依次递增，极靴3上的极齿6数量依次递增。相邻极靴3上的极齿6数量相差1个或2个。所述极靴3的数量优选为2～20个。每个极靴3上的极齿6数量优选为1～15个。
液压缸包括缸体9。缸体9内腔一端设有内螺纹。所述壳体2外表面设有螺纹，壳体2通过螺纹配合固定设置于缸体9内腔一端。所述活塞杆1穿过壳体2内腔并插入缸体9内腔，活塞杆2前端通过螺母10与活塞头11固定连接。
实施例2
重复实施例1，所不同的是：对间隙进行精细划分，不同间隙内对应注入磁流体或磁流变液，形成混合密封方案。具体的：
在小于或等于0.1mm的间隙内注有磁流体，依次递增的间隙内对应所注入的磁流体的饱和磁化强度依次递增。
在大于0.1mm的间隙内注有磁流变液，依次递增的间隙内对应所注入的磁流变液的饱和磁化强度依次递增。
实施例3
重复实施例1，所不同的是：所述间隙大小为0.1～1mm。只采用注入磁流变液的单一密封方案。间隙处注有磁流变液。依次递增的间隙内对应所注入的磁流变液的饱和磁化强度依次递增。
Claims (10)
1.一种用于液压缸的变齿变隙混合型磁流体密封结构，包括中空的壳体（2），所述壳体（2）一端封闭、另一端敞开，在壳体（2）的封闭端面中心开有通孔，还包括从通孔穿设至壳体（2）内腔的活塞杆（1），在活塞杆（1）外表面与壳体（2）内壁之间的空间内沿轴向间隔设有多个环状极靴（3），极靴（3）内圆面上设有极齿（6），相邻两个极靴（3）之间夹设有轴向充磁型永磁环（7），相邻轴向充磁型永磁环（7）的磁极的极性相反，极齿（6）与活塞杆（1）外表面之间存在间隙，间隙处注有磁流体，其特征在于：从高压侧至低压侧方向，极齿（6）与活塞杆（1）外表面之间的间隙依次递增，同一个极靴（3）上的所有极齿（6）与活塞杆（1）外表面之间的间隙相等；
依次递增的间隙内对应所注入的磁流体的饱和磁化强度依次递增。
2.一种用于液压缸的变齿变隙混合型磁流体密封结构，包括中空的壳体（2），所述壳体（2）一端封闭、另一端敞开，在壳体（2）的封闭端面中心开有通孔，还包括从通孔穿设至壳体（2）内腔的活塞杆（1），在活塞杆（1）外表面与壳体（2）内壁之间的空间内沿轴向间隔设有多个环状极靴（3），极靴（3）内圆面上设有极齿（6），相邻两个极靴（3）之间夹设有轴向充磁型永磁环（7），相邻轴向充磁型永磁环（7）的磁极的极性相反，极齿（6）与活塞杆（1）外表面之间存在间隙，其特征在于：从高压侧至低压侧方向，极齿（6）与活塞杆（1）外表面之间的间隙依次递增，同一个极靴（3）上的所有极齿（6）与活塞杆（1）外表面之间的间隙相等；
在小于或等于0.1mm的间隙内注有磁流体，依次递增的间隙内对应所注入的磁流体的饱和磁化强度依次递增；
在大于0.1mm的间隙内注有磁流变液，依次递增的间隙内对应所注入的磁流变液的饱和磁化强度依次递增。
3.根据权利要求1或2所述的用于液压缸的变齿变隙混合型磁流体密封结构，其特征在于：极齿（6）与活塞杆（1）外表面之间的间隙大小为0.05～4mm。
4.一种用于液压缸的变齿变隙混合型磁流体密封结构，包括中空的壳体（2），所述壳体（2）一端封闭、另一端敞开，在壳体（2）的封闭端面中心开有通孔，还包括从通孔穿设至壳体（2）内腔的活塞杆（1），在活塞杆（1）外表面与壳体（2）内壁之间的空间内沿轴向间隔设有多个环状极靴（3），极靴（3）内圆面上设有极齿（6），相邻两个极靴（3）之间夹设有轴向充磁型永磁环（7），相邻轴向充磁型永磁环（7）的磁极的极性相反，极齿（6）与活塞杆（1）外表面之间存在间隙，其特征在于：所述间隙大于0.1mm，间隙处注有磁流变液；
从高压侧至低压侧方向，极齿（6）与活塞杆（1）外表面之间的间隙依次递增，同一个极靴（3）上的所有极齿（6）与活塞杆（1）外表面之间的间隙相等；
依次递增的间隙内对应所注入的磁流变液的饱和磁化强度依次递增。
5.根据权利要求4所述的用于液压缸的变齿变隙混合型磁流体密封结构，其特征在于：所述间隙大小为0.1～1mm。
6.根据权利要求1、2、4、5任一项所述的用于液压缸的变齿变隙混合型磁流体密封结构，其特征在于：间隙的递增量为0.01～0.1mm。
7.根据权利要求1、2、4、5任一项所述的用于液压缸的变齿变隙混合型磁流体密封结构，其特征在于：从高压侧至低压侧方向，极靴（3）上的极齿（6）数量依次递增。
8.根据权利要求7所述的用于液压缸的变齿变隙混合型磁流体密封结构，其特征在于：相邻极靴（3）上的极齿（6）数量相差1个或2个。
9.根据权利要求7所述的用于液压缸的变齿变隙混合型磁流体密封结构，其特征在于：所述极靴（3）的数量为2～20个，每个极靴（3）上的极齿（6）数量为1～15个。
10.根据权利要求1所述的用于液压缸的变齿变隙混合型磁流体密封结构，其特征在于：最靠近壳体（2）封闭端的极靴（3）、以及最靠近壳体（2）敞开端的极靴（3）的横截面均为L形，且这两个极靴（3）的轴向伸出部（31）相向设置；
位于最靠近壳体（2）封闭端和敞开端的两个极靴（3）之间的所有极靴（3）的横截面为T形；
所有极靴（3）的外圆面与壳体（2）内壁抵接，相邻极靴（3）的轴向伸出部（31）之间夹设有密封圈（8）；
所述轴向充磁型永磁环（7）对应镶嵌于两个相邻极靴（3）、活塞杆（1）及密封圈（8）围成的密闭空间。
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Application publication date: 20181123 Assignee: Liuzhou Keruite Intelligent Equipment Co.,Ltd. Assignor: GUANGXI University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Contract record no.: X2023980054123 Denomination of invention: A Hybrid Magnetic Fluid Sealing Structure with Variable Teeth and Gap for Hydraulic Cylinders Granted publication date: 20200519 License type: Common License Record date: 20231226 |
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