CN109357014B - 一种自补偿式动态密封结构和减震装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于汽车工业密封技术领域，具体涉及一种自补偿式动态密封结构，包括外球面密封法兰、端面密封法兰、球面密封块；外球面密封法兰内壁与球面密封块的球面密封端相互密封配合；球面密封块的平面密封端与端面密封法兰通过平面接触形成密封配合；减震装置，包括动态密封结构和螺栓副及弹簧。本发明的自补偿式动态密封结构及减震装置，不仅结构紧凑，制造工艺简单，而且金属及复合材质均可耐较高温度，在高温及震动工况下仍可保持较高的可靠性。

Description

一种自补偿式动态密封结构和减震装置

技术领域

本发明属于汽车工业密封技术领域，具体涉及一种自补偿式动态密封结构和减震装置。

背景技术

在汽车工业密封技术领域中，最为常用的密封结构为平面密封，该方式结构简单、制造成本低廉，通常采用多层金属片或金属石墨复合结构：多层金属片结构耐高温，但密封效果较差，通常需要施加较大的预紧力以保证密封性能，不适用于密封塑性材料原件的密封；金属石墨复合结构密封效果较好，但耐高温性能差，且不适用于密封需要频繁拆装的原件。以上平面密封件均不适合密封具有相对运动的原件，不具备动态密封及减震性能。

目前汽车工业密封技术领域已应用的动态密封结构中，通常采用曲面配合并密封，能够在一定的动态工况下保持密封性，对零件的加工精度及制造工艺要求较高。从设计角度，目前常用的动态密封结构缺乏装配误差及密封性能的自补偿性，导致在高温工况或长时间工作后密封效果会下降，性能可靠性差。。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种自补偿式动态密封结构，旨在使应用该动态密封结构的减震装置，具有良好的减震和密封性能，且制造工艺简单、装配误差可自补偿。该动态密封结构能够在球面密封面出现磨损后实现密封性能自补偿，提高工作的可靠性，降低维护成本。为实现上述目的，本发明提出的技术方案如下：。

包括外球面密封法兰、端面密封法兰、球面密封块；所述外球面密封法兰内壁与所述球面密封块的球面密封端相互密封配合；所述球面密封块的平面密封端与所述的端面密封法兰通过平面接触形成密封配合；所述外球面密封法兰与所述球面密封块配合面的截面为两段曲率不同的球面，且曲率中心位于同一平面，满足以下要求：

其中(x1，y1)为所述外球面密封法兰截面弧线曲率中心坐标，(x2，y2)为所述球面密封块截面弧线曲率中心坐标，Δx＝x1-x2，Δy＝y1-y2；

β1为所述外球面密封法兰的截面弧线曲率，β2为所述球面密封块的截面弧线曲率，β1＝(1.1-1.15)D，β2/β1＝1.1-1.3，D为与密封结构连接的薄壁管件的外径。

进一步的，所述外球面密封法兰内壁为光滑球面；所述球面密封块的球面密封端由金属丝石墨复合材料制成；所述端面密封法兰的密封平面为金属面；所述球面密封块的平面密封端为光滑平面。

进一步的，所述球面密封块有302不锈钢金属丝与石墨编织而成。金属丝的直径0.28mm。

进一步的，所述的球面密封块内圈为带筋结构的圆锥孔或圆柱孔，其配合密封球面另一端与所述薄壁管件过盈配合。

进一步的，所述球面密封块内圈结构，当球面密封块宽度L≤20mm时，内圈为圆柱孔状，筋结构贯穿内孔；当球面密封块宽度L＞20mm时，内圈为圆锥阶梯形孔；所述筋结构宽度l为球面密封块宽度L的三分之一。

进一步的，当薄壁管件的外径D≤80mm时，所述球面密封块的圆锥孔小径d1＝(1-1.02)D，圆锥孔大径d2＝1.05D；当薄壁管件的外径D＞80mm时，圆锥孔小径d1＝D+0～2mm，圆锥孔大径d2＝D+3～5mm。

进一步的，所述的筋结构，采用梯形截面条形筋，当薄壁管件的外径D≤80mm时，筋的高度t＝(0.015～0.025)d1；当薄壁管件的外径D＞80mm时，t＝2～2.5mm，D80mm。

进一步的，所述的筋结构在d1周向均匀分布，数量n取6或8。

此外本发明提供一种减震装置，包括前述的自补偿式动态密封结构，还包括螺栓副和弹簧，所述螺栓副用于所述自补偿式动态密封结构及所述弹簧，并压缩弹簧产生预紧力或压力；所述自补偿式动态密封结构，通过螺栓副连接固定，通过所述弹簧压缩力使各密封面紧密贴合。所述的螺栓副为螺栓和螺母构成。

本发明的有益效果：本发明的动态密封结构能够实现密封弧度α为5°～25°，可实现两密封体之间＜25°的相对运动并保持良好密封性。且能够实现球面密封块和薄壁管件配合时轴线误差10°内均可保持良好的可装配性及密封性。

在减震系统中，在螺栓副及弹簧的配合作用下，外球面密封法兰和球面密封块可产生相对运动，达到减震效果，同时保持良好的密封性。在球面密封块的球面密封面出现磨损之后，在螺栓副与弹簧的配合作用下，外球面密封法兰和球面密封块仍可保持紧密贴合，保持良好的密封性，具备密封性能自补偿性。

本发明的自补偿式动态密封结构及减震装置，不仅结构紧凑，制造工艺简单，而且金属及复合材质均可耐较高温度，在高温及震动工况下仍可保持较高的可靠性。

附图说明

图1本发明的自补偿式动态密封结构外球面密封法兰与球面密封块示意图；

图2本发明的自补偿式动态密封结构端面密封法兰与球面密封块示意图；

图3本发明球面密封块与外球面密封法兰密封区域曲线示意图；

图4本发明球面密封块宽度L＞20mm时剖面图；

图5本发明减震装置示意图；

图6本发明减震装置剖面图；

附图标记

1-球面密封块；2-外球面密封法兰；3-端面密封法兰；4-薄壁管件；5-螺栓；6-弹簧；7-螺母。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例，来进一步阐述本发明。

如说明书附图1-2为实施例的立体示意图，包括外球面密封法兰2、端面密封法兰3、球面密封块1；外球面密封法兰内壁与球面密封块的球面密封端相互密封配合；球面密封块的平面密封端与端面密封法兰通过平面接触形成密封配合；

具体的，参见附图3，外球面密封法兰与球面密封块的配合位置关系，其曲率中心位于同一平面。外球面密封法兰截面弧线曲率中心坐标为(x1，y1)，球面密封块截面弧线曲率中心坐标为(x2，y2)，曲率中心坐标满足以下关系：Δx＝[x1-x2],Δy＝[y1-y2]。Δx及Δy满足外球面密封法兰与球面密封块通过球面密封，其平面密封原理为两段曲率不同的弧线，通过特定位置交错，交点A、B之间的区域即为密封区域。球形密封块的外球面在弹簧力作用下压缩，使其弧线与外球面密封法兰的弧线完全重合并密封。

本实施例中的球形密封块宽度L＞20mm，其内圈采用圆锥孔，如图4示意，内圈设置筋结构为梯形截面条形筋，其宽度l＝1/3L，该密封筋主要作用在于装配误差的补偿。球面密封块为一圆柱形、复合材料的密封体，其局部为球面，且该球面为动态密封及减震的关键结构。可以满足球面密封块与薄壁管件轴线误差10°以内均可装配并保持较好的密封性。

如附图6，外球面密封法兰2与球面密封块1通过球面贴合密封，球面密封块1与端面密封法兰3通过平面贴合进行密封，球面密封块1与薄壁管件4通过过盈配合密封。其中外球面密封法兰2与球面密封块1之间可以相对运动。弹簧6以螺栓5为轴心固定，螺栓5固定后使弹簧压缩具备一定的预紧力，在预紧力作用下外球面密封法兰1和端面密封法兰3分别压缩球面密封块的对应密封面，并保持较好的密封效果。螺栓5通过螺母7拧固。

外球面密封法兰2与球面密封块1之间的密封弧度为24.8°；球面密封块1由编织的不锈钢金属丝网和石墨片制造成型，接触表面光滑且具有韧性；外球面密封法兰2、端面密封法兰3及薄壁管件4的材料均为SUH409L不锈钢。

经测试，该动态密封结构在45Nm的预紧力矩、50Kpa的气压下，气流温度达到850℃至900℃时，气体泄露量小于4L/min；外球面密封法兰2与球面密封块1在700℃以上的高温环境下可配合运动200万次而不失效，具有极高的可靠性。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种自补偿式动态密封结构，其特征在于，包括外球面密封法兰、端面密封法兰、球面密封块；所述外球面密封法兰内壁与所述球面密封块的球面密封端相互密封配合；所述球面密封块的平面密封端与所述的端面密封法兰通过平面接触形成密封配合，

所述外球面密封法兰与所述球面密封块配合面的截面为两段曲率不同的球面，且曲率中心位于同一平面，满足以下要求：

其中(x1，y1)为所述外球面密封法兰截面弧线曲率中心坐标，(x2，y2)为所述球面密封块截面弧线曲率中心坐标，Δx＝x1-x2，Δy＝y1-y2；

β1为所述外球面密封法兰的截面弧线曲率，β2为所述球面密封块的截面弧线曲率，β1＝(1.1-1.15)D，β2/β1＝1.1-1.3，D为与密封结构连接的薄壁管件的外径，外球面密封法兰与球面密封块之间的密封弧度为24.8°。

2.根据权利要求1所述的一种自补偿式动态密封结构，其特征在于：所述外球面密封法兰内壁为光滑球面；所述球面密封块的球面密封端由金属丝石墨复合材料制成；所述端面密封法兰的密封平面为金属面，所述球面密封块的平面密封端为光滑平面。

3.根据权利要求2所述的一种自补偿式动态密封结构，其特征在于：所述球面密封块由302不锈钢金属编织网与石墨复合而成。

4.根据权利要求3所述的一种自补偿式动态密封结构，其特征在于：所述的球面密封块内圈为带筋结构的圆锥孔或圆柱孔，该内圈结构与所述薄壁管件过盈配合，形成密封面。

5.根据权利要求4所述的一种自补偿式动态密封结构，其特征在于：所述球面密封块内圈结构，当球面密封块宽度L≤20mm时，内圈为圆柱孔状，筋结构贯穿内孔；当球面密封块宽度L＞20mm时，内圈为圆锥阶梯形孔；所述筋结构宽度l为球面密封块宽度L的三分之一。

6.根据权利要求4或5所述的一种自补偿式动态密封结构，其特征在于：当薄壁管件的外径D≤80mm时，所述球面密封块的圆锥孔小径d1＝(1-1.02)D，圆锥孔大径d2＝1.05D；当薄壁管件的外径D＞80mm时，圆锥孔小径d1＝D+(0～2)mm，圆锥孔大径d2＝D+(3～5)mm。

7.根据权利要求4或5所述的一种自补偿式动态密封结构，其特征在于：所述的筋结构，采用梯形截面条形筋，当薄壁管件的外径D≤80mm时，筋的高度t＝(0.015～0.025)d1；当薄壁管件的外径D＞80mm时，t＝2～2.5mm。

8.根据权利要求6所述的一种自补偿式动态密封结构，其特征在于：所述的筋结构在d1周向均匀分布，数量n取6或8。

9.一种减震装置，包括权利要求1-8任一所述自补偿式动态密封结构，其特征在于：还包括螺栓副和弹簧，所述螺栓副用于所述自补偿式动态密封结构及所述弹簧，并压缩弹簧产生预紧力或压力；所述自补偿式动态密封结构，通过螺栓副连接固定，通过所述弹簧压缩力使各密封面紧密贴合。

10.根据权利要求9所述的一种减震装置，其特征在于，所述的螺栓副为螺栓和螺母构成。