CN110185803A - 带隔热轴的磁流体密封轴 - Google Patents

带隔热轴的磁流体密封轴 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带隔热轴的磁流体密封轴，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、磁性组件和右轴承从左至右依次套装在传动轴上；本发明的磁性组件起到动密封作用，可实现隔热轴和非导磁套筒之间的密封；传动轴由隔热轴和金属传输轴两根轴连接组成，隔热轴隔离了热真空罐通过传动轴传递过来的热量；同时金属传输轴和永磁体、磁极之间组成导磁回路，在金属传输轴和磁极之间产生磁场，约束住液态的磁流体；隔热轴和金属传输轴通过胀紧套连接，胀紧套防止两根轴的轴向窜动和传递扭矩的作用。

Description

带隔热轴的磁流体密封轴
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轴的磁流体密封轴。
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，提出了一种带隔热轴的磁流体密封轴。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：带隔热轴的磁流体密封轴，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、磁性组件和右轴承从左至右依次套装在传动轴上，所述磁性组件和左轴承、磁性组件和右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；
所述传动轴包括隔热轴、胀紧套和金属输出轴，隔热轴通过胀紧套连接金属输出轴，所述隔热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，且隔热轴伸入热真空罐内侧的端部设置有花键，所述隔热轴的右端设置有凸起部，所述金属输出轴的左端设置有凹陷部，金属输出轴的凹陷部和隔热轴的凸起部通过胀紧套连接，所述金属输出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，左轴承套装在隔热轴上，磁性组件和右轴承套装在金属输出轴上，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的顶紧，所述第二轴套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；
所述磁性组件包括环形的永磁体、两个环形的磁极和磁流体，所述永磁体设置在两个磁极之间，两个磁极的内表面上设置有极齿凹槽，所述极齿凹槽与金属传输轴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，所述胀紧套包括胀紧螺钉和从左至右依次连接的第一胀套、第二胀套、支撑块、弹性膜片、垫块和压紧片，所述第一胀套的左端面和内壁贴合隔热轴的凸起部端面，所述第二胀套的圆柱外表面贴合金属传输轴的凹陷部内壁，所述第一胀套和第二胀套通过小角度圆锥面连接，所述第二胀套和弹性膜片之间通过四个支撑块进行支撑，所述弹性膜片和压紧片之间通过四个垫块进行支撑；所述第一胀套、第二胀套和弹性膜片上均设置有四个位置均匀分布且一一对应光孔，压紧片上设置有与光孔位置相对应的四个螺纹孔，第一胀套、第二胀套、弹性膜片和压紧片通过穿过孔的胀紧螺钉进行固定，垫块套装在胀紧螺钉上，支撑块通过设置在第二胀套上的另外四个光孔进行固定。
进一步的，所述隔热轴和金属传输轴上均设置有两个用于安装轴用弹性挡圈的圆环，隔热轴上的轴用弹性挡圈用于卡紧左轴承的内圈，防止隔热轴轴向窜动；金属传输轴上的轴用弹性挡圈用于卡紧右轴承的内圈，防止金属传输轴轴向窜动。
进一步的，所述第一胀套和第二胀套的对应位置开设有切槽。
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四O型密封圈，所述套筒内层和两个磁极之间设有第四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，所述左侧的磁极和第一轴套的接触面上涂有导热硅胶，所述永磁体和两磁极的接触面上涂有导热硅胶，所述右侧的磁极和第二轴套的接触面上涂有导热硅胶，所述第二套筒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，可实现隔热轴和非导磁套筒之间的密封；传动轴由隔热轴和金属传输轴两根轴连接组成，隔热轴隔离了热真空罐通过传动轴传递过来的热量；同时金属传输轴和永磁体、磁极之间组成导磁回路，在金属传输轴和磁极之间产生磁场，约束住液态的磁流体；隔热轴和金属传输轴通过胀紧套连接，胀紧套防止两根轴的轴向窜动和传递扭矩的作用。
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、本发明的传动轴左右存在明显的温差，在工作过程中容易受到热胀冷缩的影响而脱开，所以加装弹性膜片，弹性膜片由几片柔性金属片组成。在胀紧套受温差影响而产生微小形变时，弹性膜片也产生微小形变，抵消温差影响，从而保证胀紧套正常工作。
附图说明
图1是本发明带隔热轴的磁流体密封轴的结构示意图。
图2是本发明胀紧套的爆炸视图。
图3是本发明胀紧套的剖面视图。
图中，1-花键、2-第一O型密封圈、3-隔热层、4-胀紧螺钉、5-第一轴套、6-永磁体、7-磁极、8-极齿凹槽、9-套筒内层、10-隔热垫片、11-端盖、12-隔热轴、13-套筒外层、14-轴用弹性挡圈、15-第一胀套、16-第二胀套、17-弹性膜片、18-压紧片、19-磁流体、20-第二轴套、21-右轴承、22-金属输出轴、23-支撑块、24-垫块、25-切槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1～3所示，一种带隔热轴的磁流体密封轴，包括传动轴、非导磁套筒、隔热垫片10、左轴承、右轴承21、磁性组件和端盖11，所述左轴承、磁性组件和右轴承21从左至右依次套装在传动轴上，所述磁性组件和左轴承、磁性组件和右轴承21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21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11，所述左轴承和右轴承21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11之间夹装有隔热垫片10，非导磁套筒的左端和端盖11上均开设有用于穿过传动轴的中心孔。
所述传动轴包括隔热轴12、胀紧套和金属输出轴22，隔热轴12通过胀紧套连接金属输出轴22，所述隔热轴12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，且隔热轴12伸入热真空罐内侧的端部设置有花键1，所述隔热轴12的右端设置有凸起部，所述金属输出轴22的左端设置有凹陷部，金属输出轴22的凹陷部和隔热轴12的凸起部通过胀紧套连接，所述金属输出轴22的右端穿过端盖11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13、隔热层3和套筒内层9三部分构成，隔热层3套装在套筒外层13内部，套筒内层9套装在隔热层3内部，左轴承、磁性组件和右轴承21从左至右依次设置在套筒内层9内部，左轴承套装在隔热轴12上，磁性组件和右轴承21套装在金属输出轴22上，左轴承与右轴承21的外表面与套筒内层9的内表面过盈配合，套筒内层9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9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5顶紧，所述磁性组件的右侧和右轴承21的左侧通过第二轴套20的顶紧，所述第二轴套20的右侧通过端盖11伸入非导磁套筒内侧的部分顶紧，所述第一轴套5和第二轴套20的外表面均与套筒内层9的内表面过盈配合。
所述磁性组件包括环形的永磁体6、两个环形的磁极7和磁流体19，所述永磁体6设置在两个磁极7之间，两个磁极7的内表面上设置有极齿凹槽8，所述极齿凹槽8与金属传输轴之间设置有微小间隙，该微小间隙之间充满了磁流体19。
所述胀紧套包括胀紧螺钉4和从左至右依次连接的第一胀套15、第二胀套16、支撑块23、弹性膜片17、垫块24和压紧片18，所述第一胀套15的左端面和内壁贴合隔热轴12的凸起部端面，所述第二胀套16的圆柱外表面贴合金属传输轴的凹陷部内壁，所述第一胀套15和第二胀套16通过小角度圆锥面连接，所述第二胀套16和弹性膜片17之间通过四个支撑块23进行支撑，所述弹性膜片17和压紧片18之间通过四个垫块24进行支撑；所述第一胀套15、第二胀套16和弹性膜片17上均设置有四个位置均匀分布且一一对应光孔，压紧片18上设置有与光孔位置相对应的四个螺纹孔，第一胀套15、第二胀套16、弹性膜片17和压紧片18通过穿过孔的胀紧螺钉4进行固定，垫块24套装在胀紧螺钉4上，支撑块23通过设置在第二胀套16上的另外四个光孔进行固定。
所述隔热轴12和金属传输轴上均设置有两个用于安装轴用弹性挡圈14的圆环，隔热轴12上的轴用弹性挡圈用于卡紧左轴承的内圈，防止隔热轴12轴向窜动；金属传输轴上的轴用弹性挡圈用于卡紧右轴承21的内圈，防止金属传输轴轴向窜动。
所述第一胀套15和第二胀套16的对应位置开设有切槽25。
所述套筒外层13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13和隔热层3之间设置有第二O型密封圈，所述套筒内层9和隔热层3之间设置有第四O型密封圈，所述套筒内层9和两个磁极7之间设有第四O型密封圈。
所述端盖11、左轴承、右轴承21、第二轴套20和第一轴套5均由导热材料制成。
所述左侧的磁极7和第一轴套5的接触面上涂有导热硅胶，所述永磁体6和两磁极7的接触面上涂有导热硅胶，所述右侧的磁极7和第二轴套20的接触面上涂有导热硅胶，所述第二套筒与右轴承21的接触面上涂有导热硅胶，所述右轴承21和端盖11的接触面上涂有导热硅胶。
所述隔热垫片10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。
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 (8)

1.一种带隔热轴的磁流体密封轴，其特征在于：包括传动轴、非导磁套筒、隔热垫片(10)、左轴承、右轴承(21)、磁性组件和端盖(11)，所述左轴承、磁性组件和右轴承(21)从左至右依次套装在传动轴上，所述磁性组件和左轴承、磁性组件和右轴承(21)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(21)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(11)，所述左轴承和右轴承(21)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(11)之间夹装有隔热垫片(10)，非导磁套筒的左端和端盖(11)上均开设有用于穿过传动轴的中心孔；
所述传动轴包括隔热轴(12)、胀紧套和金属输出轴(22)，隔热轴(12)通过胀紧套连接金属输出轴(22)，所述隔热轴(12)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，且隔热轴(12)伸入热真空罐内侧的端部设置有花键(1)，所述隔热轴(12)的右端设置有凸起部，所述金属输出轴(22)的左端设置有凹陷部，金属输出轴(22)的凹陷部和隔热轴(12)的凸起部通过胀紧套连接，所述金属输出轴(22)的右端穿过端盖(11)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(13)、隔热层(3)和套筒内层(9)三部分构成，隔热层(3)套装在套筒外层(13)内部，套筒内层(9)套装在隔热层(3)内部，左轴承、磁性组件和右轴承(21)从左至右依次设置在套筒内层(9)内部，左轴承套装在隔热轴(12)上，磁性组件和右轴承(21)套装在金属输出轴(22)上，左轴承与右轴承(21)的外表面与套筒内层(9)的内表面过盈配合，套筒内层(9)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(9)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(5)顶紧，所述磁性组件的右侧和右轴承(21)的左侧通过第二轴套(20)的顶紧，所述第二轴套(20)的右侧通过端盖(11)伸入非导磁套筒内侧的部分顶紧，所述第一轴套(5)和第二轴套(20)的外表面均与套筒内层(9)的内表面过盈配合；
所述磁性组件包括环形的永磁体(6)、两个环形的磁极(7)和磁流体(19)，所述永磁体(6)设置在两个磁极(7)之间，两个磁极(7)的内表面上设置有极齿凹槽(8)，所述极齿凹槽(8)与金属传输轴之间设置有微小间隙，该微小间隙之间充满了磁流体(19)。
2.根据权利要求1所述的带隔热轴的磁流体密封轴，其特征在于：所述胀紧套包括胀紧螺钉(4)和从左至右依次连接的第一胀套(15)、第二胀套(16)、支撑块(23)、弹性膜片(17)、垫块(24)和压紧片(18)，所述第一胀套(15)的左端面和内壁贴合隔热轴(12)的凸起部端面，所述第二胀套(16)的圆柱外表面贴合金属传输轴的凹陷部内壁，所述第一胀套(15)和第二胀套(16)通过小角度圆锥面连接，所述第二胀套(16)和弹性膜片(17)之间通过四个支撑块(23)进行支撑，所述弹性膜片(17)和压紧片(18)之间通过四个垫块(24)进行支撑；所述第一胀套(15)、第二胀套(16)和弹性膜片(17)上均设置有四个位置均匀分布且一一对应光孔，压紧片(18)上设置有与光孔位置相对应的四个螺纹孔，第一胀套(15)、第二胀套(16)、弹性膜片(17)和压紧片(18)通过穿过孔的胀紧螺钉(4)进行固定，垫块(24)套装在胀紧螺钉(4)上，支撑块(23)通过设置在第二胀套(16)上的另外四个光孔进行固定。
3.根据权利要求1所述的带隔热轴的磁流体密封轴，其特征在于：所述隔热轴(12)和金属传输轴上均设置有两个用于安装轴用弹性挡圈(14)的圆环，隔热轴(12)上的轴用弹性挡圈用于卡紧左轴承的内圈，防止隔热轴(12)轴向窜动；金属传输轴上的轴用弹性挡圈用于卡紧右轴承(21)的内圈，防止金属传输轴轴向窜动。
4.根据权利要求2所述的带隔热轴的磁流体密封轴，其特征在于：所述第一胀套(15)和第二胀套(16)的对应位置开设有切槽(25)。
5.根据权利要求1所述的带隔热轴的磁流体密封轴，其特征在于：所述套筒外层(13)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(13)和隔热层(3)之间设置有第二O型密封圈，所述套筒内层(9)和隔热层(3)之间设置有第四O型密封圈，所述套筒内层(9)和两个磁极(7)之间设有第四O型密封圈。
6.根据权利要求1所述的带隔热轴的磁流体密封轴，其特征在于：所述端盖(11)、左轴承、右轴承(21)、第二轴套(20)和第一轴套(5)均由导热材料制成。
7.根据权利要求6所述的带隔热轴的磁流体密封轴，其特征在于：所述左侧的磁极(7)和第一轴套(5)的接触面上涂有导热硅胶，所述永磁体(6)和两磁极(7)的接触面上涂有导热硅胶，所述右侧的磁极(7)和第二轴套(20)的接触面上涂有导热硅胶，所述第二套筒与右轴承(21)的接触面上涂有导热硅胶，所述右轴承(21)和端盖(11)的接触面上涂有导热硅胶。
8.根据权利要求1所述的带隔热轴的磁流体密封轴，其特征在于：隔热垫片(10)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。
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