CN111396565A - 一种带导向机构的磁性流体密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带导向机构的磁性流体密封装置，其包括：波纹管结构，用于形成真空区域的部件；磁性流体密封装置，用于实现从大气侧向真空侧传输单向或双向旋转运动的密封装置；所述的磁性流体密封装置集成式设置有基座轴；直线导向机构，所述的直线导向机构集成在磁性流体密封装置的基座轴上进行轴向直线运动；所述的磁性流体密封装置和直线导向机构均设置在波纹管结构内部的真空区域内，所述的波纹管结构随磁性流体密封装置的运动做同步伸缩运动。该密封装置，高度集成的整体结构，真空性能好，结构紧凑，外径尺寸更小，安装空间小，装置在高速旋转的中有更高的精度、刚性和更小跳动。直线导向机构的行程大，能适用于更多的大行程真空设备。

Description

一种带导向机构的磁性流体密封装置

技术领域

本发明涉及真空密封装置技术领域，尤其是涉及一种带导向机构的磁性流体密封装置。

背景技术

在真空传输机器人中，有应用磁性流体密封结构进行真空旋转密封的。随着半导体行业对机械臂精度要求和灵活性功能的不断提高，研发了带直线导向机构的磁性流体密封装置，同时保证传动轴旋转动密封、轴向动密封，并且对轴向直线运动导向。

而现有的带直线导向机构的磁性流体密封装置存在如下问题：1、集成度不高：磁性流体密封结构、波纹管、直线导向机构为3个独立单元子系统，子系统分别组装后再组合成一体，是一种简单集成结构；2、组装精度低：子系统部件多、结构复杂、累积公差大，组装精度降低，组装调试时间长；3、直线运动行程小，需要的安装空间大，灵活性低：导向轴直径Φ16，直径尺寸小，长度尺寸短，长径比小，只在50mm以内小范围内直线运动，行程小；整体装置外径尺寸大，需要外径Φ430以上较大的安装空间；如果行程加长，导向轴长径比加大，导致刚性降低。如果导向轴直径加大，直线轴承内外径加大，整体装置的外径尺寸会相应加大。所以这种结构只适用于小行程的传输机器人。

中国专利文献（公告日：2018年7月27日，公告号：CN108331990A）公开了一种磁流体密封的轴向补偿装置，主要由法兰盘一、法兰盘二、联接管一、联接管二、密封端盖、线圈、环形永磁铁、螺母一、螺母二、紧固杆、密封垫一、密封垫二、法兰环、补偿管、限位螺母等十五部分组成，在密封端盖和联接管二及补偿管和联接管二的间隙充有磁流体，由于密封端盖上的磁场作用，磁流体充斥在间隙内，达到很好的密封效果。上述技术方案是根据磁流体密封原理，采用全新设计的伸缩结构，可以对管路安装的适应性、设备振动对管路的伸缩影响、轴向变形等进行很好的轴向补偿，具有结构简单，易安装，易拆卸等特点。该技术方案通过设置补偿管来实现轴向补偿，但是这样的结构同样存在行程加长，导向轴长径比加大，导致刚性降低的问题，而且整体装置尺寸大，安装空间大，集成度不高，密封精度不能够满足真空传输机器人的使用要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种集成度高的整体式带导向机构的磁性流体密封装置，将直线导向机构与磁性流体密封结构一体化设计；有效减小了累积公差，提高了组装精度；方便快捷组装，生产效率提高、成本降低；磁性流体密封结构基座外径不变时，减小整体装置外径尺寸、减小安装空间，适用于更精密的机构；在更小的安装空间内，有更长的直线运动行程；同时保证高转速下具有高刚性、高同轴度、小跳动度。

本发明实现其发明目的所采用的技术方案是：一种带导向机构的磁性流体密封装置，其包括：

波纹管结构，用于形成真空区域的部件；

磁性流体密封装置，用于实现从大气侧向真空侧传输单向或双向旋转运动的密封装置；所述的磁性流体密封装置集成式设置有基座轴；

直线导向机构，所述的直线导向机构集成在磁性流体密封装置的基座轴上进行轴向直线运动；

所述的磁性流体密封装置和直线导向机构均设置在波纹管结构内部的真空区域内，所述的波纹管结构随磁性流体密封装置的运动做同步伸缩运动。

该带导向机构的磁性流体密封装置，将直线导向机构集成在磁性流体密封结构上，实现磁性流体密封装置沿直线导向机构的直线运动，这种集成式设置可以在保证磁性流体密封装置整体外径不变的前提下，安装空间只需要Φ200mm，行程可以达到140mm以上。有效解决了现有的磁性流体密封装置集成度不高，组装精度低，结构复杂、累积公差大，组装调试时间长等问题；同时解决了现有技术中直线运动行程小，需要的安装空间大，灵活性低的问题。

作为优选，所述的基座轴的材料为马氏体不锈钢，表面硬度大于等于HRC50。基座轴采用高刚性、高硬度的马氏体不锈钢材料，表面硬度HRC50以上硬度，有效解决了现有技术中基座轴采用不导磁材料会存在硬度达不到轴的强度要求的问题，而采用满足轴的硬度要求的材料会对磁性流体密封装置的磁场造成影响，从而影响密封效果的问题，即不会影响基座轴作为轴使用的硬度要求，也不会对磁场产生影响。

作为优选，所述的基座轴朝向大气侧一端一体设置有密封法兰。基座轴朝向大气侧的一端一体设置有密封法兰，密封法兰的设置是为了方便波纹管结构的与基座轴的密封连接，从而保证在磁性流体密封装置沿直线导向机构直线运动时能够一起伸缩。

作为优选，所述的波纹管结构的一端与密封法兰联接，波纹管结构的另一端分别与直线导向机构和设置在设备真空室内部的一过渡法兰联接。波纹管结构一端连接密封法兰，另一端真空侧分别与直线导向机构和过渡法兰连接，从而保证磁性流体密封装置在沿直线导向机构做轴向运动时波纹管结构能够同步伸缩，最大限度的实现直线导向机构的大行程操作。

作为优选，所述的直线导向机构设置在基座轴的真空侧一端的外径上并通过一固定法兰与设备真空室联接。

作为优选，所述的固定法兰为分片式结构，所述的固定法兰的内径上设置有定位凸齿，对应的直线导向机构的外径上设置有定位凹槽，所述的定位凸齿卡设在定位凹槽内部实现对直线导向机构的抱箍式定位。固定法兰设置为分片式结构，是为了方便将固定法兰嵌入式装配到过渡法兰、直线导向机构和波纹管结构之间，实现对波纹管结构、直线导向机构、过渡法兰的一体式连接，保证设备的行程。

作为优选，所述的磁性流体密封装置为单轴或同心多轴传动装置。磁性流体密封装置可以设置为单轴传动，也可以是设置为同心多轴传动，轴的数量多少根据工况需要设置。

作为优选，所述的磁性流体密封装置为单向或双向旋转运动装置。磁性流体密封装置设置为单轴传动时，采用单向旋转传输旋转运动，而当采用同心多轴传动时，各同心轴之间可以是单向旋转传输旋转运动，也可以采用双向旋转传输旋转运动。

作为优选，所述的磁性流体密封装置包括集成式设置的同心轴、磁性流体密封组件和传动轴承。

作为优选，所述的直线导向机构采用直线轴承。

本申请的有益效果是：该带导向机构的磁性流体密封装置，高度集成的整体结构，直线导向机构集成在基座轴上，而且直线导向机构和磁性流体密封装置分别集成在波纹管结构内部的真空区域，真空性能好，结构紧凑，累积公差小，组装精度高，组装方便快捷；制造成本降低，经济效益好；该装置的外径尺寸更小，需要的安装空间小，灵活性提高；可以有单轴或同心多轴等多种磁性流体密封结构的配置，适应性提高；基座轴采用马氏体不锈钢材料，表面硬度大于等于HRC50，刚性更高，表面硬度高，同轴度高，整个装置在高速旋转的中有更高的精度、刚性和更小跳动。基座轴的长度可以根据设备行程的要求进行增加，直线导向机构的行程加大，能适用于更多的大行程真空设备，适应范围更广。

附图说明

图1是本发明带导向机构的磁性流体密封装置的一种结构示意图；

图2是图1中A处放大图；

图中：1、波纹管结构，2、真空区域，3、磁性流体密封装置，4、基座轴，5、直线导向机构，6、密封法兰，7、过渡法兰，8、设备真空室，9、固定法兰，10、定位凸齿，11、定位凹槽，12、同心轴，13、磁性流体密封组件，14、传动轴承，15、短螺钉，16、长螺钉。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。

实施例1：

在图1、图2所示的实施例中，一种带导向机构的磁性流体密封装置，包括：

波纹管结构1，用于形成真空区域2的部件；

磁性流体密封装置3，用于实现从大气侧向真空侧传输单向或双向旋转运动的密封装置；磁性流体密封装置3集成式设置有基座轴4；

直线导向机构5，直线导向机构5集成在磁性流体密封装置的基座轴4上进行轴向直线运动；直线导向机构采用直线轴承；

磁性流体密封装置3和直线导向机构5均设置在波纹管结构1内部的真空区域2内，波纹管结构1随磁性流体密封装置3的运动做同步伸缩运动。

基座轴4的材料为马氏体不锈钢，表面硬度大于等于HRC50。

基座轴4朝向大气侧一端一体设置有密封法兰6。波纹管结构1的一端与密封法兰6联接，波纹管结构1的另一端分别与直线导向机构5和设置在设备真空室8内部的一过渡法兰7联接。

直线导向机构5设置在基座轴4的真空侧一端的外径上并通过一固定法兰9与设备真空室8联接。

固定法兰9为分片式结构，固定法兰9的内径上设置有定位凸齿10，对应的直线导向机构5的外径上设置有定位凹槽11，定位凸齿10卡设在定位凹槽11内部实现对直线导向机构5的抱箍式定位。

磁性流体密封装置为单轴或同心多轴传动装置。磁性流体密封装置为单向或双向旋转运动装置。

磁性流体密封装置包括集成式设置的同心轴12、磁性流体密封组件13和传动轴承14。

本实施例中，带导向机构的磁性流体密封装置，包括：磁性流体密封装置、波纹管结构、直线导向机构、固定法兰、过渡法兰，设备真空室等。磁性流体密封装置包括集成式设置的同心设置的多个同心轴12、磁性流体密封组件13和传动轴承14。

磁性流体密封组件3包括有磁极、磁块、磁液和O形密封圈；同心轴包括中心传动轴、中间轴和基座轴，基座轴4设置在中间轴的最外部形成；传动轴承包括内传动轴承和外传动轴承；同心轴中的中心传动轴和中间轴可以做单向旋转运动，也可以做双向旋转运动。设置在中心传动轴上传动轴承为内传动轴承，设置在中间轴上传动轴承为外传动轴承。磁性流体密封组件3作为一个整体真空侧的一端与设备真空室内部的设备连接，设置在大气侧的一端设备升降装置等外部装置固定连接。直线导向机构5滑动套设置在磁性流体密封组件3的基座轴4靠近真空侧一端，实现与磁性流体密封组件3的集成式设置，集成后的磁性流体密封组件3和直线导向机构5一体设置在波纹管结构的真空区域内部，磁性流体密封装置和直线导向机构都在波纹管结构内部的真空区域内运行，密封性能好。

而基座轴作为磁性流体密封装置和直线导向机构共用的承载和定位构件，材料采用高刚性、高硬度的马氏体不锈钢，表面硬度HRC50以上，即不会影响基座轴作为轴使用的硬度要求，也不会对磁场产生影响。工作时直线轴承滚珠沿基座轴外径直线运行导向。

固定法兰9是直线导向机构即直线轴承运行与波纹管伸缩同步的联接件，嵌入式布置在三个部件中间，固定法兰9为两片式结构，抱箍式装配的直线轴承，固定法兰上的内径凸齿10与直线轴承外径上的定位凹槽11卡接定位。固定法兰的法兰面上圆周阵列有螺纹孔与光孔，螺纹孔和光孔间隔均布设置，螺纹孔用于安装短螺钉15，从而装配过渡法兰和固定法兰。光孔可使长螺钉16通过，装配过渡法兰和波纹管结构。

该带导向机构的磁性流体密封装置，磁性流体密封装置和直线导向机构都在波纹管结构内部的真空区域内运行，密封性能好；磁性流体密封装置和直线导向机构一体化设计，磁性流体密封装置的基座轴同时作为直线轴承的导向轴；工作时直线轴承滚珠沿基座轴外径直线运行导向，导向性能好，同轴度高，整个装置在高速旋转的中有更高的精度、刚性和更小跳动；整合直线导向机构和波纹管结构的定位构件，直线方向实现同步运行，共用同一套固定法兰联接安装；磁性流体密封装置的外径保护不变，安装空间只需要Φ200mm，行程可以达到140mm以上。

高度集成的整体结构的磁性流体密封装置，不同子系统的结构件共用即共用基座轴、共用固定法兰、过渡法兰等，结构紧凑，累积公差小，组装精度高，组装方便快捷。制造成本降低，经济效益好；装置外径尺寸可以做的更小，需要的安装空间小，灵活性提高；可以有单轴或同心多轴等多种磁性流体密封结构的配置，适应性提高；基座轴刚性更高，同轴度高，整个装置在高速旋转的中有更高的精度、刚性和更小跳动。由于基座轴的刚性好，表面硬度高，所以基座轴的长度尺寸可以根据需要增加，直线导向机构的行程加大，能适用于更多的大行程真空设备。

以上所述之具体实施例仅为本发明较佳的实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围。凡依照本发明之形状、结构所作的等效变化理应均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种带导向机构的磁性流体密封装置，其特征在于包括：

波纹管结构（1），用于形成真空区域（2）的伸缩部件；

磁性流体密封装置（3），用于实现从大气侧向真空侧传输单向或双向旋转运动的密封装置；所述的磁性流体密封装置（3）集成式设置有基座轴（4）；

直线导向机构（5），所述的直线导向机构（5）集成在磁性流体密封装置的基座轴（4）上进行轴向直线运动；

所述的磁性流体密封装置（3）和直线导向机构（5）均设置在波纹管结构内部的真空区域（2）内，所述的波纹管结构（1）随磁性流体密封装置的直线运动做同步伸缩运动。

2.根据权利要求1所述的一种带导向机构的磁性流体密封装置，其特征在于：所述的基座轴（4）的材料为马氏体不锈钢，表面硬度大于等于HRC50。

3.根据权利要求1所述的一种带导向机构的磁性流体密封装置，其特征在于：所述的基座轴（4）朝向大气侧一端一体设置有密封法兰（6）。

4.根据权利要求3所述的一种带导向机构的磁性流体密封装置，其特征在于：所述的波纹管结构（1）的一端与密封法兰（6）联接，波纹管结构（1）的另一端分别与直线导向机构（5）和设置在设备真空室（8）内部的一过渡法兰（7）联接。

5.根据权利要求1所述的一种带导向机构的磁性流体密封装置，其特征在于：所述的直线导向机构（5）设置在基座轴（4）的真空侧一端的外径上并通过一固定法兰（9）与设备真空室（8）联接。

6.根据权利要求4所述的一种带导向机构的磁性流体密封装置，其特征在于：所述的固定法兰（9）为分片式结构，所述的固定法兰（9）的内径上设置有定位凸齿（10），直线导向机构的外径上对应设置有定位凹槽（11），所述的定位凸齿（10）卡设在定位凹槽（11）内部实现对直线导向机构的抱箍式定位。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的一种带导向机构的磁性流体密封装置，其特征在于：所述的磁性流体密封装置为单轴或同心多轴传动装置。

8.根据权利要求1至6任意一项所述的一种带导向机构的磁性流体密封装置，其特征在于：所述的磁性流体密封装置（3）为单向或双向旋转运动装置。

9.根据权利要求1至6任意一项所述的一种带导向机构的磁性流体密封装置，其特征在于：所述的磁性流体密封装置（3）包括集成式设置的同心轴（12）、磁性流体密封组件（13）和传动轴承（14）。

10.根据权利要求1至6任意一项所述的一种带导向机构的磁性流体密封装置，其特征在于：所述的直线导向机构（5）采用直线轴承。

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