CN110486458B - 一种用于传动轴的油气耦合密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于传动轴的油气耦合端面密封装置，其包括：动环、静环、止动垫片、止动螺母、O形密封圈、防松垫片、箱体、吸油环、定位挡板、第一轴承、第二轴承、定位套筒、输入轴和弹簧，吸油环与定位挡板为润滑油提供回流路径，阻挡了润滑油向外飞溅，箱体螺纹进一步阻止了润滑油的泄露，O形密封圈对箱体与端盖之间进行密封，输入轴与端盖之间的缝隙采用气体产生气膜进行密封，端盖与箱体接触表面加工生物体表面结构，提高了耐磨和密封性能；该装置能够适用于传动轴端面，采用多级密封思路，增强了密封效果，提高了润滑油的利用效率，结构简单，制造和维护方便，适用于应用广泛的悬臂梁式齿轮传动系统，具有极好的工业应用前景。

Description

一种用于传动轴的油气耦合密封装置

技术领域

本发明涉及传动轴密封技术领域，具体而言，涉及一种用于传动轴的油气耦合密封装置。

背景技术

减速器是传动系统中较为常见的一部分，其功用是增扭、降速，可以改变转矩的传递方向。在车辆的传动系统中，采用较为广泛的是悬臂式的主减速器，即减速器的输入轴悬臂式的支撑在一对轴承上。输入轴与轴承之间存在相对运动，因此密封结构通常较为复杂。密封结构的设计要充分的不仅要保证润滑油充分作用于轴承内外圈与滚珠之间的接触面，同时要考虑零件维修和更换过程中的简单便捷。该结构应与输入轴的设计相结合，不会影响轴承的安装与使用。简单合理的密封结构对提高润滑油的使用效率，延长轴承的使用寿命，改善传动系统的性能有着不可忽视的作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于传动轴的油气耦合密封装置，其能够适用于传动轴端面，采用多级密封思路，结构简单，制造和维护方便，适用于应用广泛的悬臂梁式齿轮传动系统，具有极好的工业应用前景，同时增强了密封效果，提高了润滑油的利用效率。

本发明的实施例是这样实现的：

一种用于传动轴的油气耦合密封装置，其包括沿轴分布的：动环、静环、止动垫片、止动螺母、O形密封圈、防松垫片、端盖、箱体、吸油环、定位挡板、第一轴承、第二轴承、定位套筒和输入轴，动环将静环卡在端盖的一端，O形密封圈位于端盖和箱体之间，输入轴具有用于定位的台阶，输入轴的一端与动环过盈配合，台阶上开设有螺纹和沟槽，止动螺母通过螺纹沿着输入轴方向旋入并抵靠环形挡板，止动垫片嵌入卡槽内，通过第一螺钉将止动垫片和止动螺母连接，防松垫片设于端盖外侧，通过第二螺钉将防松垫片、端盖和箱体连接固定，环形挡板设置在第一轴承内圈和止动螺母之间，环形挡板外侧安装有吸油环，第一轴承外圈与箱体接触，箱体的内侧开设有用于定位的台阶，定位套筒通过与第一轴承内圈相接触对第二轴承内圈进行定位。

在本发明较佳的实施例中，上述定位的台阶共有四级：第一台阶、第二台阶、第三台阶和第四台阶，第一轴承或第二轴承的齿轮为直齿或锥齿，靠近齿轮的第一台阶和第二台阶用于安装第一轴承和第二轴承，环形挡板、止动螺母以及止动垫片安装在第三台阶，第三台阶开设有沟槽，止动垫片的凸起部分插入沟槽内，动环安装在第四台阶，第一台阶和第二台阶表面设置为高精度的加工面，输入轴与第一轴承、第二轴承的内圈处于过盈配合状态，输入轴的动力方式为键传动或联接器传动。

在本发明较佳的实施例中，上述端盖为铸造件，端盖开设有螺纹孔，端盖通过第二螺钉与箱体连为一体，端盖与箱体之间的接触表面加工为仿生表面结构，仿生表面结构呈凹凸状，仿生表面结构为凸包、穿山甲鳞片结构或贝壳表面的波纹，端盖设置有用于安装O形密封圈的凹槽，与凹槽相邻的端盖表面加工有螺纹，端盖通过螺纹匹配旋入箱体内，端盖设置有与静环位置相对的通孔，气体经过通孔连通至静环。

在本发明较佳的实施例中，上述箱体为铸造件，箱体与端盖接触的内表面设有螺纹，箱体内部设有用于第一轴承定位的台阶，箱体另一端面与第二轴承外圈相接触，该端面旁设有凸台，凸台设有用于对外连接的螺纹。

在本发明较佳的实施例中，上述吸油环采用金属材料制成的环状盒，环状盒内设有收集润滑油的海绵状材料件，环状盒内圈设有条纹。

在本发明较佳的实施例中，上述定位挡板外表面设为斜面，止动螺母将定位挡板压紧在输入轴，螺母开设有至少三个螺纹孔，进一步地，螺纹孔的个数为奇数个，止动垫片设有至少两个凸起以卡入输入轴中的沟槽。

在本发明较佳的实施例中，上述动环与连接端盖的静环相接触，静环通过弹簧与端盖相连，弹簧沿输入轴的径向设置且为至少一对即两个，弹簧沿输入轴环形方向分布且至少4对，动环加工有螺旋槽至少8个，静环设有沿环形方向分布的通孔至少4个。

在本发明较佳的实施例中，上述箱体相对于静环可移动，移动范围为0.02～0.04mm。

在本发明较佳的实施例中，上述动环选择碳化钨材料制成，上述静环选择碳石墨材料制成。

本发明的有益效果是：

本发明通过定位挡板和吸油环构成润滑油的回流路径，提高了润滑油的利用效率，通过箱体螺纹结构延缓了润滑油的泄露，然后气膜对轴与箱体之间的缝隙进行密封，同时在箱体上开凹槽，安装O形密封圈对端盖与箱体之间进行密封，最后利用仿生学原理，在端盖及箱体接触表面加工生物体表面结构，改善两者之间的磨损和密封性能；该装置采用了多级密封思路，结构简单，制造和维护方便，利用较少的密封面和使用气膜密封，极大的减少润滑油到达密封圈处，减小了泄露面积和机率，利用了仿生学原理，加工出生物体表非光滑结构，提高了结构的密封性能，吸油环和定位挡板之间形成回流，进一步提高了润滑油的利用效率，适用于应用广泛的悬臂梁式齿轮传动系统，具有极好的工业应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。

图1是本发明减速器输入轴端面密封结构的示意图；

图2是本发明输入轴的示意图；

图3是本发明止动垫片的示意图；

图4是本发明止动螺母的示意图；

图5是本发明动环的示意图；

图6是本发明静环的示意图；

图7是本发明端盖的示意图；

图8是本发明箱体截面的示意图；

图9是本发明吸油环的示意图；

图10是本发明定位挡板的示意图；

图11是本发明定位套筒的示意图；

图12是本发明O形密封圈的示意图；

图标：1-弹簧；2-止动垫片；3-第一螺钉；4-止动螺母；5-动环；6-静环；7-O形密封圈；8-防松垫片；9-端盖；10-第二螺钉；11-箱体；12-吸油环；13-定位挡板；14-第一轴承；15-第二轴承；16-定位套筒；17-输入轴。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

第一实施例

请参照图1，本实施例提供一种用于传动轴的油气耦合密封装置，其包括沿轴分布的：动环5、静环6、止动垫片2、止动螺母4、O形密封圈7、防松垫片8、端盖9、箱体11、吸油环12、定位挡板13、轴承、定位套筒16和输入轴17，其中轴承包括第一轴承14和第二轴承15，输入轴17的一端与动环5过盈配合，输入轴17设置台阶用于定位，止动螺母4通过螺纹沿输入轴17方向旋入并与定位挡板13相顶靠，止动垫片2嵌入输入轴17的卡槽内，止动垫片2和止动螺母4连接一体而使得各部件合理的完成安装，第一轴承14和第二轴承15内圈和螺母之间设置有定位挡板13，第一轴承14和第二轴承15外圈与箱体11接触，箱体11开设有台阶进行定位，定位套筒16通过与第一轴承14内圈相接触对第二轴承15内圈进行定位，第二轴承15内圈与输入轴17的齿轮背面相接触，第二轴承15外圈通过箱体11进行定位，箱体11和端盖9之间通过螺栓进行连接，端盖9上设置有凹槽，用于放置O形密封圈7并对端盖9和箱体11之间进行密封，同时箱体11内侧延伸至环形定位套筒16且两者之间留有缝隙，箱体11通过弹簧1与静环6相连，静环6和箱体11开设有位置相对的通孔。

请参照图2-图10，输入轴17的一端设置有齿轮，输入轴17沿轴向的表面设置有四级台阶，止动垫片2呈环形且环上设置有连通两面的通孔，通孔围绕在环上，止动螺母4的一侧设置为光面，其另一侧设置有与止动垫片2的通孔位置相对的孔，止动螺母4的沿周向的外侧位置设置有6个用于卡紧的卡槽，动环5和静环6分别呈环状，动环5的一侧设置有围绕其一周的凹槽，多个凹槽相互间隔，端盖9的外侧设置为光面且沿该端面的边缘处设置有围绕其一周的通孔，端盖9的另一侧设置有拧紧在输入轴17外侧的螺纹，端盖9的该端面设置为具有小颗粒凸起的仿生表面，箱体11呈环体状且两端设有用于连接二级的箱体11的凸起结构，在该凸起结构处设有多个围绕其一周的通孔，吸油环12设置呈环状，吸油环12的内侧设置有多个用于增加卡紧度的相互平行的卡纹，定位挡板13设置呈环状且其一侧向中心弯曲以减小其封住的环形的口径大小，定位套筒16呈筒状，其嵌于输入轴17的轴向表面，O形密封圈7呈环状且用于密封。

动环5优选为碳化钨材料制成，静环6优选为碳石墨材料制成，动环5、静环6与端盖9呈环形且位于输入轴17的一端，动环5将静环6卡在端盖9的一端，动环5与连接端盖9的静环6相接触，静环6通过弹簧1与端盖9相连，弹簧1沿输入轴17的径向设置且为一对共两个，弹簧1沿输入轴17环形方向分布且为4对，动环5加工有螺旋槽至少8个，静环6设有沿环形方向分布的通孔至少4个，O形密封圈7位于端盖9和箱体11之间，端盖9为铸造件，端盖9开设有螺纹孔，端盖9通过第二螺钉10与箱体11连为一体，端盖9与箱体11之间的接触表面加工为仿生表面结构，仿生表面结构呈凹凸状，仿生表面结构为多个呈辐射状分布均匀的凸点，端盖9设置有用于安装O形密封圈7的凹槽，与凹槽相邻的端盖9表面加工有螺纹，端盖9通过螺纹匹配旋入箱体11内，端盖9设置有与静环6位置相对的通孔，气体经过通孔连通至静环6；输入轴17具有用于定位的台阶，定位的台阶共有四级：第一台阶、第二台阶、第三台阶和第四台阶，第一轴承14、第二轴承15的齿轮分别为直齿，靠近齿轮的第一台阶和第二台阶用于安装第一轴承14和第二轴承15，定位挡板13、止动螺母4以及止动垫片2安装在第三台阶，止动螺母4将定位挡板13卡在输入轴17的第三台阶处，定位挡板13呈环状且边缘处呈L形，定位挡板13的一端抵靠输入轴17，定位挡板13的内表面与端盖9的一端相互匹配卡紧，定位挡板13外表面设为斜面，止动螺母4将定位挡板13压紧在输入轴17，止动垫片2与止动螺母4用第一螺钉3连接，螺母开设有至少三个螺纹孔，止动垫片2设有至少两个凸起以卡入输入轴17中的沟槽，第三台阶开设有沟槽，止动垫片2的凸起部分插入沟槽内，动环5安装在第四台阶，第一台阶和第二台阶表面设置为高精度的加工面，输入轴17与第一轴承14、第二轴承15的内圈处于过盈配合状态，输入轴17的动力方式为键传动；输入轴17的一端与动环5过盈配合，台阶上开设有螺纹和沟槽，止动螺母4通过螺纹沿着输入轴17方向旋入并抵靠定位挡板13，止动垫片2嵌入卡槽内，通过第一螺钉3将止动垫片2和止动螺母4连接，防松垫片8设于端盖9外侧，通过第二螺钉10将防松垫片8、端盖9和箱体11连接固定，定位挡板13设置在第一轴承14内圈和止动螺母4之间，定位挡板13外侧安装有吸油环12，吸油环12采用金属材料制成的环状盒，环状盒内设有收集润滑油的海绵状材料件，环状盒内圈设有条纹，第一轴承14外圈与箱体11接触，箱体11为铸造件，箱体11与端盖9接触的内表面设有螺纹，箱体11内部设有用于第一轴承14定位的台阶，该台阶的设置要求箱体11表面为高精度面，箱体11另一端面与第二轴承15外圈相接触，该端面旁设有凸台，凸台设有用于对外连接的螺纹，箱体11的内侧开设有用于定位的台阶，定位套筒16通过与第一轴承14内圈相接触对第二轴承15内圈进行定位，箱体11和静环6之间可产生0.02～0.04毫米的相对位移距离。

输入轴17端面的密封结构主要包括输入轴17、箱体11和端盖9，输入轴17是所有部件的安装基础，箱体11和端盖9采用铸造的方式生产，对接触面以及定位结构的加工精度要求较高，端盖9和箱体11接触面间采用仿生学结构表面，利用生物体表非光滑结构的优良特性，进而提升接触面间的耐磨及密封性能；箱体11开有通孔且与静环6相通，箱体11与静环6之间通过弹簧1相连，当输入轴17处于静止状态时，静环6与动环5之间紧密接触形成密封，当输入轴17处于转动状态时，动环5的螺旋槽将空气压缩，同时外部通过通孔向动静环6的接触面输入气体，因此接触面处会形成一层气膜密封。动环5的螺旋槽与轴的转动方向保持一致，动环5和轴一起旋转的过程中可以将气体在接触面处压缩并产生高压，转速越快产生的压力越大，第一轴承14、第二轴承15和O形密封圈7采用标准件，以降低生产成本；输入轴17采用高强度钢进行制造，与第一轴承14、第二轴承15内圈的接触面以及定位结构加工精度较高。齿轮的设置形式为锥齿轮或直齿圆柱齿轮，不限定齿轮的设置形式从而扩大端面密封结构的使用范围；第一轴承14、第二轴承15的齿轮设置形式根据需要确定，整个装置结构满足悬臂式齿轮传动的基本结构。止动螺母4、止动垫片2、定位挡板13以及套筒采用普通钢材或铝材，尽量选用标准件，以降低加工难度，节约使用成本，吸油环12中装载聚氨酯泡沫，该环表面开有微小缝隙，聚氨酯泡沫会吸收并贮存飞溅过多的润滑油，当润滑油到达一定量时会在缝隙处聚集从而滴落在定位挡板13，润滑油会沿着挡板斜面流回到第一轴承14或第二轴承15处，此处形成的环流可提高润滑油的利用效率，如果润滑油飞溅距离过远，超出了吸油环12和定位挡板13的范围，润滑油会沿着箱体11流动，并在箱体11螺纹处积累，螺纹的设置进一步阻止了润滑油的泄露，同时螺纹上润滑油的积累量反映了零件的使用时长，起到类似于油标尺的作用，提醒使用人员对设备进行清理并更换润滑油。

该结构按以下方式进行装配：固定输入轴17，用液压机将将第一轴承14和第二轴承15安装到输入轴17，第一轴承14和第二轴承15的内圈长度大于台阶便于轴承拆卸，先安装靠近齿轮的第二轴承15，再装套筒、箱体11和靠近端盖9的第一轴承14，套筒与输入轴17之间为间隙配合，便于拆卸；轴承安装完毕，再进行定位挡板13安装，定位挡板13与输入轴17之间为间隙配合，然后将止动螺母4沿螺纹旋入，顶住定位挡板13，止动垫片2沿着输入轴17的沟槽滑入，用第一螺钉3将止动垫片2和止动螺母4拧紧，由于止动垫片2卡在沟槽当中，止动螺母4不再转动，因此止动螺母4不会因为输入轴17的旋转而松动，先在端盖9上安装O形密封圈7，然后将端盖9嵌入箱体11内，端盖9与箱体11之间采用第二螺钉10进行连接，第二螺钉10与端盖9表面使用防松垫片8进行卡紧，动环5与输入轴17之间为过盈配合，动环5随着轴一同转动，同时动环5与端盖9之间为留有间隙。

综上所述，本发明实例通过定位挡板和吸油环构成润滑油的回流路径，提高了润滑油的利用效率，通过箱体螺纹结构延缓了润滑油的泄露，然后气膜对轴与箱体之间的缝隙进行密封，同时在箱体上开凹槽，安装O形密封圈对端盖与箱体之间进行密封，最后利用仿生学原理，在端盖及箱体接触表面加工生物体表面结构，改善两者之间的磨损和密封性能；该装置采用了多级密封思路，结构简单，制造和维护方便，利用较少的密封面和使用气膜密封，极大的减少润滑油到达密封圈处，减小了泄露面积和机率，提高了结构的密封性能，吸油环和定位挡板之间形成回流，进一步提高了润滑油的利用效率，适用于应用广泛的悬臂梁式齿轮传动系统，具有极好的工业应用前景。

本说明书描述了本发明的实施例的示例，并不意味着这些实施例说明并描述了本发明的所有可能形式。本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于传动轴的油气耦合密封装置，其特征在于，包括沿轴分布的：动环、静环、止动垫片、止动螺母、O形密封圈、防松垫片、端盖、箱体、吸油环、定位挡板、第一轴承、第二轴承、定位套筒、输入轴和锁紧件，所述锁紧件包括第一螺钉和第二螺钉，所述动环将静环卡在端盖的一端，所述O形密封圈位于端盖和箱体之间，所述输入轴具有用于定位的台阶，所述输入轴的一端与动环过盈配合，台阶上开设有螺纹和沟槽，所述止动螺母通过螺纹沿着输入轴方向旋入并抵靠环形挡板，所述止动垫片嵌入卡槽内，通过第一螺钉将止动垫片和止动螺母连接，所述防松垫片设于端盖外侧，通过第二螺钉将防松垫片、端盖和箱体连接固定，所述环形挡板设置在第一轴承内圈和止动螺母之间，所述环形挡板外侧安装有吸油环，所述第一轴承外圈与箱体接触，所述箱体的内侧开设有用于定位的台阶，所述定位套筒通过与第一轴承内圈相接触对第二轴承内圈进行定位；所述密封装置采用了多级密封，首先通过O形密封圈进行密封，再通过箱体与端盖接触的内表面设有螺纹，以延缓润滑油的泄露，通过气膜对轴与箱体之间的缝隙进行密封，在端盖及箱体接触表面加工生物体表面结构，以改善两者之间的磨损和密封性能；所述端盖为铸造件，所述端盖开设有螺纹孔，所述端盖通过第二螺钉与箱体连为一体，所述端盖与箱体之间的接触表面加工为仿生表面结构，仿生表面结构呈凹凸状，仿生表面结构为凸包、穿山甲鳞片结构或贝壳表面的波纹，所述端盖设置有用于安装O形密封圈的凹槽，与凹槽相邻的端盖表面加工有螺纹，端盖通过螺纹匹配旋入箱体内，端盖设置有与静环位置相对的通孔，气体经过通孔连通至静环；所述动环与连接端盖的静环相接触，所述静环通过弹簧与端盖相连，弹簧沿输入轴的径向设置且至少为一对即两个，弹簧沿输入轴环形方向分布且至少4对，动环加工有螺旋槽至少8个，静环设有沿环形方向分布的通孔至少4个。

2.根据权利要求1所述的一种用于传动轴的油气耦合密封装置，其特征在于，所述定位的台阶共有四级：第一台阶、第二台阶、第三台阶和第四台阶，所述第一轴承或第二轴承的齿轮为直齿或锥齿，靠近齿轮的第一台阶和第二台阶用于安装第一轴承和第二轴承，所述环形挡板、止动螺母以及止动垫片安装在第三台阶，第三台阶开设有沟槽，所述止动垫片的凸起部分插入沟槽内，所述动环安装在第四台阶，所述第一台阶和第二台阶表面设置为高精度的加工面，所述输入轴与第一轴承、第二轴承的内圈处于过盈配合状态，所述输入轴的动力方式为键传动或联接器传动。

3.根据权利要求2所述的一种用于传动轴的油气耦合密封装置，其特征在于，所述箱体为铸造件，所述箱体与端盖接触的内表面设有螺纹，所述箱体内部设有用于第一轴承定位的台阶，所述箱体另一端面与第二轴承外圈相接触，该端面旁设有凸台，凸台设有用于对外连接的螺纹。

4.根据权利要求1所述的一种用于传动轴的油气耦合密封装置，其特征在于，所述吸油环采用金属材料制成的环状盒，环状盒内设有收集润滑油的海绵状材料件，环状盒内圈设有条纹。

5.根据权利要求1所述的一种用于传动轴的油气耦合密封装置，其特征在于，所述定位挡板外表面设为斜面，所述止动螺母将定位挡板压紧在输入轴，螺母开设有至少三个螺纹孔，所述止动垫片设有至少两个凸起以卡入输入轴中的沟槽。

6.根据权利要求1所述的一种用于传动轴的油气耦合密封装置，其特征在于，所述箱体相对于静环可移动，移动范围为0.02～0.04mm。

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