CN110094509B - 带隔热装置的磁流体密封轴 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带隔热装置的磁流体密封轴，包括传动轴、非导磁套筒、隔热垫片、左轴承、右轴承、磁性组件和端盖，所述左轴承和磁性组件从左至右依次套装在传动轴上，所述右轴承套装在磁性组件的右侧，所述磁性组件和左轴承之间间隔一定的距离，所述非导磁套筒套装在左轴承、磁性组件和右轴承上；本发明的磁性组件起到动密封作用，可实现传动轴和非导磁套筒之间的密封；传动轴由一体成型的三级阶梯轴和组成，第一阶梯轴隔离了热真空罐通过传动轴传递过来的热量；同时导磁材料轴套和永磁体、磁极之间组成导磁回路，在导磁材料轴套和磁极之间产生磁场，约束住液态的磁流体。

Description

带隔热装置的磁流体密封轴
技术领域
本发明涉及热真空试验装置，尤其涉及一种热真空试验下穿箱轴的密封装置，更具体说，尤其设置一种带隔热装置的磁流体密封轴。
背景技术
热真空试验是指在所规定的真空度和温度条件下，对被测件的性能参数进行测试的试验。热真空试验首先需要有模拟太空中真空和温度环境的装置，其次需要有对被测件进行驱动、加载装置，最后需要有对输出转矩、转速和转角等进行数据采集的装置。
在进行热真空试验时，传感器等不能在真空、高低温环境下工作。所以一般将传感器，驱动器等安置在真空罐外侧，通过穿箱轴将转矩、转速等引出来。
穿箱轴密封方式一般采用磁流体密封，磁流体是将铁磁材料通过分散剂均匀分布，带有磁性，又呈现流动状态的一种胶状液体。在外磁场的作用下，磁流体能够承受一定的压力差，故而可作为一种密封方式。但真空罐罐壁温度较高，铁磁材料会有热退磁现象，所以在使用磁流体密封轴时，必须对磁流体进行隔热处理。同时密封轴隔热层内部包括磁流体、滚动轴承等，在工作过程中也会产生热量，如果长时间的工作，而不把热量散发出去，也会导致磁流体和永磁体过热退磁，所以在隔热的同时，需要进行导热处理。
目前，热真空试验中的穿箱轴有采用水冷的方式进行降温，所采取的措施为，在套筒、极靴等内部布置管子，管子内部通常温水，从而实现冷却。该方法有效的降低了套筒、极靴的温度，但是没有考虑到传动轴传热的问题，传动轴起到传递转矩和转速的作用，直径较大，所传递的热量也越多。
发明内容
本发明的目的在于解决现有热真空实验中采用磁流体密封轴容易导致磁流体和永磁体受热退磁的问题，提出了一种带隔热装置的磁流体密封轴。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：带隔热装置的磁流体密封轴，包括传动轴、非导磁套筒、隔热垫片、左轴承、右轴承、磁性组件和端盖，所述左轴承和磁性组件从左至右依次套装在传动轴上，所述右轴承套装在磁性组件的右侧，所述磁性组件和左轴承之间间隔一定的距离，所述非导磁套筒套装在左轴承、磁性组件和右轴承上，所述非导磁套筒左端外接热真空罐，非导磁套筒和热真空罐固定连接，所述非导磁套筒右端安装端盖，所述左轴承和右轴承的外表面与非导磁套筒的内壁过盈配合；所述非导磁套筒和端盖之间夹装有隔热垫片，非导磁套筒的左端和端盖上均开设有用于穿过传动轴的中心孔；
所述传动轴为具有三段阶梯的阶梯轴，传动轴从左至右依次为第一阶梯轴、第二阶梯轴和第三阶梯轴，第一阶梯轴的轴径大于第二阶梯轴的轴径，第二阶梯轴的轴径大于第三阶梯轴的轴径，第一阶梯轴的左端穿过非导磁套筒左端的中心孔并伸出到热真空罐内，且第一阶梯轴伸入热真空罐一侧的端部设置有花键，所述第三阶梯轴的右端穿过端盖上的中心孔伸出到非导磁套筒外侧；
所述非导磁套筒由套筒外层、隔热层和套筒内层三部分构成，隔热层套装在套筒外层内部，套筒内层套装在隔热层内部，左轴承、磁性组件和右轴承从左至右依次设置在套筒内层内部，左轴承套装在第一阶梯轴上，磁性组件和右轴承套装在第二阶梯轴上，左轴承与右轴承的外表面与套筒内层的内表面过盈配合，套筒内层内部靠近热真空罐的一侧设置有阶梯，左轴承的左侧与套筒内层的阶梯顶紧，所述左轴承的右侧和磁性组件的左侧通过第一轴套顶紧，所述磁性组件的右侧和右轴承的左侧通过第二轴套顶紧，所述右轴承的右侧通过端盖伸入非导磁套筒内侧的部分顶紧，所述第一轴套和第二轴套的外表面均与套筒内层的内表面过盈配合；
所述磁性组件包括导磁材料轴套、自锁螺母、环形的永磁体、两个环形的极靴和磁流体，所述导磁材料轴套套装在第二阶梯轴上，导磁材料轴套的右端通过固定在第二阶梯轴上的自锁螺母固定，所述永磁体设置在两个极靴之间，两个极靴的内表面上设置有极齿凹槽，所述极齿凹槽与导磁材料轴套导磁材料轴套之间设置有微小间隙，该微小间隙之间充满了磁流体。
进一步的，所述第一阶梯轴和导磁材料轴套上均设置有两个用于安装轴用弹性挡圈的圆环，第一阶梯轴上的轴用弹性挡圈用于卡紧左轴承的内圈，防止第一阶梯轴轴向窜动；导磁材料轴套上的轴用弹性挡圈用于卡紧右轴承的内圈，防止导磁材料轴套轴向窜动。
进一步的，所述套筒外层和热真空罐罐壁之间设置有第一O型密封圈，所述套筒外层和隔热层之间设置有第二O型密封圈，所述套筒内层和隔热层之间设置有第三O型密封圈，所述套筒内层和两个极靴之间设有第四O型密封圈。
进一步的，所述端盖、左轴承、右轴承、第二轴套和第一轴套均由导热材料制成。
进一步的，左侧的极靴和第一轴套的接触面上涂有导热硅胶，所述永磁体和两极靴的接触面上涂有导热硅胶，右侧的极靴和第二轴套的接触面上涂有导热硅胶，所述第二轴套与右轴承的接触面上涂有导热硅胶，所述右轴承和端盖的接触面上涂有导热硅胶。
进一步的，所述隔热垫片覆盖非导磁套筒的套筒外层、隔热层和套筒内层的最右侧端面。
本发明的有益效果在于：
1、本发明的磁性组件起到动密封作用，可实现传动轴和非导磁套筒之间的密封；传动轴由一体成型的三级阶梯轴和组成，第一阶梯轴隔离了热真空罐通过传动轴传递过来的热量；同时导磁材料轴套和永磁体、磁极之间组成导磁回路，在导磁材料轴套和磁极之间产生磁场，约束住液态的磁流体。
2、本发明隔热层隔离套筒外层和套筒内层的传热，隔热片隔离套筒外层和端盖之间的传热，从而达到隔离真空罐罐壁传递过来的热量；端盖、左轴承、第一轴套、第二轴套均为导热材料制成，可传递由密封轴内部产生的热量，端盖与外端空气接触，接触面积较大，散热能力也较好；端盖、左轴承、右轴承等接触面由于加工精度的原因，不能很好的接触，所以不能很好的传递热量，在接触面上涂抹导热硅脂，增加接触面间的导热能力。
3、本发明的导磁材料轴套起到导磁作用，一般隔热材料为非金属材料，没有导磁能力，导磁材料轴使轴套和极靴之间产生垂直的磁场，从而约束住液态磁流体。
附图说明
图1是本发明带隔热装置的磁流体密封轴的结构示意图。
图中，1-花键、2-第一O型密封圈、3-套筒外层、4-隔热层、5-极靴、6-极齿凹槽、7-磁流体、8-自锁螺母、9-端盖、10-传动轴、11-轴用弹性挡圈、12-套筒内层、13-第一轴套、14-永磁体、15-导磁材料轴套、16-第二轴套、17-右轴承、18-隔热垫片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，一种带隔热装置的磁流体密封轴，包括传动轴10、非导磁套筒、隔热垫片18、左轴承、右轴承17、磁性组件和端盖9，所述左轴承和磁性组件从左至右依次套装在传动轴10上，所述右轴承17套装在磁性组件的右侧，所述磁性组件和左轴承之间间隔一定的距离，所述非导磁套筒套装在左轴承、磁性组件和右轴承17上，所述非导磁套筒左端外接热真空罐，非导磁套筒和热真空罐固定连接，所述非导磁套筒右端安装端盖9，所述左轴承和右轴承17的外表面与非导磁套筒的内壁过盈配合；所述非导磁套筒和端盖9之间夹装有隔热垫片18，非导磁套筒的左端和端盖9上均开设有用于穿过传动轴10的中心孔。
所述传动轴10为具有三段阶梯的阶梯轴，传动轴10从左至右依次为第一阶梯轴、第二阶梯轴和第三阶梯轴，第一阶梯轴的轴径大于第二阶梯轴的轴径，第二阶梯轴的轴径大于第三阶梯轴的轴径，第一阶梯轴的左端穿过非导磁套筒左端的中心孔并伸出到热真空罐内，且第一阶梯轴伸入热真空罐一侧的端部设置有花键1，所述第三阶梯轴的右端穿过端盖9上的中心孔伸出到非导磁套筒外侧。
所述非导磁套筒由套筒外层3、隔热层4和套筒内层12三部分构成，隔热层4套装在套筒外层3内部，套筒内层12套装在隔热层4内部，左轴承、磁性组件和右轴承17从左至右依次设置在套筒内层12内部，左轴承套装在第一阶梯轴上，磁性组件和右轴承17套装在第二阶梯轴上，左轴承与右轴承17的外表面与套筒内层12的内表面过盈配合，套筒内层12内部靠近热真空罐的一侧设置有阶梯，左轴承的左侧与套筒内层12的阶梯顶紧，所述左轴承的右侧和磁性组件的左侧通过第一轴套13顶紧，所述磁性组件的右侧和右轴承17的左侧通过第二轴套16顶紧，所述右轴承17的右侧通过端盖9伸入非导磁套筒内侧的部分顶紧，所述第一轴套13和第二轴套16的外表面均与套筒内层12的内表面过盈配合。
所述磁性组件包括导磁材料轴套15、自锁螺母8、环形的永磁体14、两个环形的极靴5和磁流体7，所述导磁材料轴套15套装在第二阶梯轴上，导磁材料轴套15的右端通过固定在第二阶梯轴上的自锁螺母8固定，所述永磁体14设置在两个极靴5之间，两个极靴5的内表面上设置有极齿凹槽6，所述极齿凹槽6与导磁材料轴套15导磁材料轴套15之间设置有微小间隙，该微小间隙之间充满了磁流体7。
所述第一阶梯轴和导磁材料轴套15上均设置有两个用于安装轴用弹性挡圈11的圆环，第一阶梯轴上的轴用弹性挡圈11用于卡紧左轴承的内圈，防止第一阶梯轴轴向窜动；导磁材料轴套15上的轴用弹性挡圈11用于卡紧右轴承17的内圈，防止导磁材料轴套15轴向窜动。
所述套筒外层3和热真空罐罐壁之间设置有第一O型密封圈2，所述套筒外层3和隔热层4之间设置有第二O型密封圈，所述套筒内层12和隔热层4之间设置有第三O型密封圈，所述套筒内层12和两个极靴5之间设有第四O型密封圈。
所述端盖9、左轴承、右轴承17、第二轴套16和第一轴套13均由导热材料制成。
左侧的极靴5和第一轴套13的接触面上涂有导热硅胶，所述永磁体14和两极靴5的接触面上涂有导热硅胶，右侧的极靴5和第二轴套16的接触面上涂有导热硅胶，所述第二轴套16与右轴承17的接触面上涂有导热硅胶，所述右轴承17和端盖9的接触面上涂有导热硅胶。
所述隔热垫片18覆盖非导磁套筒的套筒外层3、隔热层4和套筒内层12的最右侧端面。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (6)

1.一种带隔热装置的磁流体密封轴，其特征在于：包括传动轴（10）、非导磁套筒、隔热垫片（18）、左轴承、右轴承（17）、磁性组件和端盖（9），所述左轴承和磁性组件从左至右依次套装在传动轴（10）上，所述右轴承（17）套装在磁性组件的右侧，所述磁性组件和左轴承之间间隔一定的距离，所述非导磁套筒套装在左轴承、磁性组件和右轴承（17）上，所述非导磁套筒左端外接热真空罐，非导磁套筒和热真空罐固定连接，所述非导磁套筒右端安装端盖（9），所述左轴承和右轴承（17）的外表面与非导磁套筒的内壁过盈配合；所述非导磁套筒和端盖（9）之间夹装有隔热垫片（18），非导磁套筒的左端和端盖（9）上均开设有用于穿过传动轴（10）的中心孔；
所述传动轴（10）为具有三段阶梯的阶梯轴，传动轴（10）从左至右依次为第一阶梯轴、第二阶梯轴和第三阶梯轴，第一阶梯轴的轴径大于第二阶梯轴的轴径，第二阶梯轴的轴径大于第三阶梯轴的轴径，第一阶梯轴的左端穿过非导磁套筒左端的中心孔并伸出到热真空罐内，且第一阶梯轴伸入热真空罐一侧的端部设置有花键（1），所述第三阶梯轴的右端穿过端盖（9）上的中心孔伸出到非导磁套筒外侧；
所述非导磁套筒由套筒外层（3）、隔热层（4）和套筒内层（12）三部分构成，隔热层（4）套装在套筒外层（3）内部，套筒内层（12）套装在隔热层（4）内部，左轴承、磁性组件和右轴承（17）从左至右依次设置在套筒内层（12）内部，左轴承套装在第一阶梯轴上，磁性组件和右轴承（17）套装在第二阶梯轴上，左轴承与右轴承（17）的外表面与套筒内层（12）的内表面过盈配合，套筒内层（12）内部靠近热真空罐的一侧设置有阶梯，左轴承的左侧与套筒内层（12）的阶梯顶紧，所述左轴承的右侧和磁性组件的左侧通过第一轴套（13）顶紧，所述磁性组件的右侧和右轴承（17）的左侧通过第二轴套（16）顶紧，所述右轴承（17）的右侧通过端盖（9）伸入非导磁套筒内侧的部分顶紧，所述第一轴套（13）和第二轴套（16）的外表面均与套筒内层（12）的内表面过盈配合；
所述磁性组件包括导磁材料轴套（15）、自锁螺母（8）、环形的永磁体（14）、两个环形的极靴（5）和磁流体（7），所述导磁材料轴套（15）套装在第二阶梯轴上，导磁材料轴套（15）的右端通过固定在第二阶梯轴上的自锁螺母（8）固定，所述永磁体（14）设置在两个极靴（5）之间，两个极靴（5）的内表面上设置有极齿凹槽（6），所述极齿凹槽（6）与导磁材料轴套（15）导磁材料轴套（15）之间设置有微小间隙，该微小间隙之间充满了磁流体（7）。
2.根据权利要求1所述的带隔热装置的磁流体密封轴，其特征在于：所述第一阶梯轴和导磁材料轴套（15）上均设置有两个用于安装轴用弹性挡圈（11）的圆环，第一阶梯轴上的轴用弹性挡圈（11）用于卡紧左轴承的内圈，防止第一阶梯轴轴向窜动；导磁材料轴套（15）上的轴用弹性挡圈（11）用于卡紧右轴承（17）的内圈，防止导磁材料轴套（15）轴向窜动。
3.根据权利要求1所述的带隔热装置的磁流体密封轴，其特征在于：所述套筒外层（3）和热真空罐罐壁之间设置有第一O型密封圈（2），所述套筒外层（3）和隔热层（4）之间设置有第二O型密封圈，所述套筒内层（12）和隔热层（4）之间设置有第三O型密封圈，所述套筒内层（12）和两个极靴（5）之间设有第四O型密封圈。
4.根据权利要求2所述的带隔热装置的磁流体密封轴，其特征在于：所述端盖（9）、左轴承、右轴承（17）、第二轴套（16）和第一轴套（13）均由导热材料制成。
5.根据权利要求1所述的带隔热装置的磁流体密封轴，其特征在于：左侧的极靴（5）和第一轴套（13）的接触面上涂有导热硅胶，所述永磁体（14）和两极靴（5）的接触面上涂有导热硅胶，右侧的极靴（5）和第二轴套（16）的接触面上涂有导热硅胶，所述第二轴套（16）与右轴承（17）的接触面上涂有导热硅胶，所述右轴承（17）和端盖（9）的接触面上涂有导热硅胶。
6.根据权利要求1所述的带隔热装置的磁流体密封轴，其特征在于：所述隔热垫片（18）覆盖非导磁套筒的套筒外层（3）、隔热层（4）和套筒内层（12）的最右侧端面。
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