CN112762098B - 用于运动轴的非接触密封系统及工业机器人 - Google Patents

Abstract

本发明用于运动轴的非接触密封系统及工业机器人涉及一种密封系统及一种机器人。其目的是为了提供一种运行平稳、密封性好、使用寿命长的用于运动轴的非接触密封系统及一种工业机器人。本发明用于运动轴的非接触密封系统安装在运动轴的外侧，包括密封环、卡箍、活动件、风琴罩和上连接件，密封环固定在运动轴外侧下部的固定件上，不随运动轴运动，密封环与运动轴之间存在间隙，活动件位于密封环外侧，且与密封环之间存在间隙，活动件能够沿密封环的轴向运动，上连接件与运动轴外侧上部的固定件连接，上连接件与风琴罩的上端固定连接，风琴罩的下端固定在活动件的外侧。

Description

用于运动轴的非接触密封系统及工业机器人

技术领域

本发明涉及密封系统及机器人系统，特别是涉及一种用于移动轴或旋转轴，或兼具移动旋转轴的非接触密封系统及一种多关节的工业机器人。

背景技术

密封系统，指通过特定的某个或某几个部件或装置组成一个系统，分离内部空间与外部空间，有效保护内部空间的部件免受外部空间的水分、化学物质和各种环境因素的侵害。按密封件与相对运动的零部件是否接触，密封系统通常可以分为接触式密封和非接触式密封。接触式密封包括静密封及动密封，密封系统与需密封的轴等部件直接接触，密封效果通常较好，但密封时通常存在由于接触而产生的摩擦损耗、摩擦发热，严重时甚至产生磨损颗粒或磨损粉尘等现象，存在影响机构运行性能及降低长期运行可靠性的风险。非接触式密封其密封装置不与相对运动的零部件直接接触，不产生摩擦，运行性能稳定，通常有油槽，甩油环和迷宫密封等非接触密封形式。

多关节机器人，通常也称为机械臂，其最常见的表现形态是工业领域中的工业机器人，如四轴、五轴或六轴关节机器人、托盘关节机器人、平面关节机器人等，被广泛应用于装货、卸货、喷漆、表面处理、测试、测量、弧焊、点焊、包装、装配、切屑机床、固定、特种装配操作、锻造、铸造等。尤其是其中的四轴工业机器人，通常涉及移动与旋转兼具的运动轴，且经常应用于机床内部等潮湿、油雾、粉尘的恶劣环境。在应用恶劣环境时，对于运动轴密封系统的设计就显得尤为重要。同时，机器人往往属于高速运动的产品，对于高速运动的移动或旋转轴，若采用传统接触式密封的方式，对移动旋转轴表面的加工工艺及表面处理方式要求严格，成本高，且不可避免的会产生摩擦，其磨损、发热等特性将不利于发挥机器人产品的整体性能，降低其可靠性，长时间运行甚至有可能损坏机器人。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种运行平稳、密封性好、使用寿命长的用于运动轴的非接触密封系统及一种工业机器人。

本发明提供的其中一个技术方案，一种用于运动轴的非接触密封系统，所述非接触密封系统安装在运动轴的外侧，包括密封环、卡箍、活动件、风琴罩和上连接件，密封环固定在运动轴外侧下部的固定件上，不随运动轴运动，密封环与运动轴之间存在间隙，活动件位于密封环外侧，且与密封环之间存在间隙，活动件能够沿密封环的轴向运动，上连接件与运动轴外侧上部的固定件连接，上连接件与风琴罩的上端固定连接，风琴罩的下端固定在活动件的外侧。

本发明用于运动轴的非接触密封系统，其中还包括密封压板，密封压板安装在上连接件上，密封压板位于风琴罩的上端，用于压紧风琴罩。

本发明用于运动轴的非接触密封系统，其中所述密封环的上沿为伞形结构，且上沿结构的外径略小于风琴罩的内径。

本发明用于运动轴的非接触密封系统，其中所述活动件为滑动组件，密封环的中部加工有限位凸台，滑动组件的高度略小于密封环下部与限位凸台之间的距离。

本发明用于运动轴的非接触密封系统，其中所述滑动组件包括两个半圆形滑动件，并通过卡箍夹紧。

本发明用于运动轴的非接触密封系统，其中所述滑动组件上布置有若干通孔。

本发明用于运动轴的非接触密封系统，其中所述活动件为下轴承，下轴承的轴承内圈与密封环相连，下轴承的轴承外圈与风琴罩相连。

本发明用于运动轴的非接触密封系统，其中所述上连接件为上轴承，上轴承的轴承内圈与运动轴外侧上部的固定件相连，上轴承的轴承外圈与风琴罩相连。

本发明用于运动轴的非接触密封系统，其中所述活动件为迷宫密封。

本发明提供的其中一个技术方案，一种工业机器人，包括底座本体、运动轴、非接触密封系统、大臂本体、小臂本体和末端输出法兰，运动轴位于底座本体内部，移动旋转轴与大臂本体固定连接，非接触密封系统安装在运动轴外侧，且与运动轴之间存在间隙，小臂本体与大臂本体连接，末端输出法兰与小臂本体连接，末端输出法兰用于连接执行机构。

本发明用于运动轴的非接触密封系统及工业机器人与现有技术不同之处在于，本发明用于运动轴的非接触密封系统及工业机器人通过非接触式的密封结构实现对移动轴、旋转轴、或兼具移动与旋转的轴的有效密封；本发明的非接触密封系统与轴之间留有间隙，对轴表面的加工精度要求不高，可以降低产品工艺成本；非接触式密封避免密封系统摩擦损耗、摩擦发热等影响，提高设备可靠性，延长使用寿命，降低损坏风险。本发明的工业机器人应用于恶劣环境时，非接触密封系统可以防止潮湿水汽、油雾、粉尘等进入设备内部。

下面结合附图对本发明的用于运动轴的非接触密封系统及工业机器人作进一步说明。

附图说明

图1为本发明工业机器人的主视图；

图2为本发明工业机器人的俯视图；

图3为图2中A-A向剖视图；

图4为图3中B处的局部放大图；

图5为本发明用于运动轴的非接触密封系统实施例1的结构示意图；

图6为本发明用于运动轴的非接触密封系统实施例1中滑动组件的结构示意图；

图7为本发明用于运动轴的非接触密封系统实施例2的结构示意图；

图8为本发明用于运动轴的非接触密封系统实施例3的结构示意图；

图9为本发明用于运动轴的非接触密封系统实施例4的结构示意图；

图中标记示意为：1-底座本体；2-非接触密封系统；3-大臂本体；4-小臂本体；5-末端输出法兰；6-移动旋转轴；7-气源接口；

11-密封环；12-卡箍；13-活动件；131-滑动组件；14-风琴罩；15-上连接件；16-密封压板；17-上轴承；18-迷宫密封；19-下轴承；20-通孔。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

如图1-图3所示，本发明工业机器人为四轴工业机器人，包括底座本体1、运动轴、非接触密封系统2、大臂本体3、小臂本体4和末端输出法兰5，运动轴即为兼具移动和转动的移动旋转轴6。

底座本体1与地基固定连接，在工业机器人的使用过程中底座本体1始终固定不动。底座本体1的后部具有气源接口7，气源接口7可以与外界的气源连接，使得外界气源可以持续流入底座本体1内部，维持底座本体1内部一定的气体压力。

移动旋转轴6位于底座本体1内部，移动旋转轴6一端与大臂本体3固定连接，另一端通过传动系统与底座本体1连接，可以在底座本体1内上下移动与旋转。移动旋转轴6与非接触密封系统2保持微小间隙，因此对移动旋转轴6的表面加工工艺及处理工艺要求较低，可以降低工艺成本。

小臂本体4与大臂本体3通过传动系统连接，传动系统可以为轴系、轴承、减速器等，小臂本体4可以相对于大臂本体3进行旋转。

末端输出法兰5与小臂本体4通过传动系统连接，传动系统可以为带轮、轴系、轴承等，末端输出法兰5可以相对于小臂本体4进行旋转。末端输出法兰5用于连接执行机构。

如图3和图4所示，非接触密封系统2位于底座本体1与大臂本体3之间，同时，位于移动旋转轴6外层，与移动旋转轴6保持间隙，实现对移动旋转轴6及整体结构的有效密封。

如图5所示，非接触密封系统2具体包括密封环11、卡箍12、活动件13、风琴罩14、上连接件15和密封压板16。

密封环11与运动轴外侧下部的固定件，即底座本体1固定连接，密封环11于移动旋转轴6具有间隙，在移动旋转轴6运动的过程中始终与移动旋转轴6处于非接触状态。密封环11的上沿为伞形结构，且上沿结构的外径略小于风琴罩14的内径。

活动件13位于密封环11外侧，活动件13与密封环11之间存在间隙，活动件13能够沿密封环11的轴向运动。本实施例中活动件13为滑动组件131，滑动组件131的内径略大于密封环11对应结构处的外径。密封环11的中部加工有限位凸台，滑动组件131位于密封环11下部与限位凸台之间，滑动组件131的高度略小于密封环11下部与限位凸台之间的距离，从而使得滑动组件131在相对密封环11移动或转动时产生的滑动摩擦很小。

如图6所示，滑动组件131由两个半圆形滑动件组成，便于装配与拆卸，并通过卡箍12夹紧。滑动组件131上布置有若干通孔20，可以实现移动旋转轴6在上下移动过程中的气体流通。

上连接件15与运动轴外侧上部的固定件，即大臂本体3固定连接，在实施例中，上连接件15为上固定件，上固定件与风琴罩14的上端固定连接。密封压板16也位于风琴罩14的上端，用于压紧风琴罩14，密封压板16安装在上固定件上。风琴罩14的下端位于滑动组件131的外侧，并通过卡箍12夹紧在滑动组件131外侧。

安装有本发明用于运动轴的非接触密封系统的四轴工业机器人的工作过程如下：四轴工业机器人在运动前，通过底座本体1上的气源接口7持续往底座本体1内接入气源，从而保证底座本体1内部一定的气体压强。当四轴工业机器人的移动旋转轴6往上竖直移动或旋转时，带动大臂本体3、小臂本体4、末端输出法兰5往上同步移动或旋转，同时，带动上固定件及密封压板16往上移动或旋转，进一步的，带动风琴罩14展开伸长及旋转，风琴罩14的伸长使得滑动组件131轻微的向上移动，由于滑动组件131与密封环11的限位凸台在高度方向上仅存在微小间隙，因此移动量很小，且滑动组件131不受外界施加的载荷，受力很小，系统不会产生冲击或噪声。同时，风琴罩14的旋转使得下端的滑动组件131跟随旋转，但转动幅度会小于风琴罩14上端的转动幅度，从而减小了转动摩擦，并且，由于滑动组件131的内径略大于密封环11的外径，使得滑动组件131在转动过程中与密封环11并不会产生转动方向的滑动摩擦力，显著降低了系统的磨损与发热。进一步的，由于风琴罩14具有防水、防尘、防油雾等基本功能，使得大部分环境中的水汽、油雾、粉尘等都无法进入机器人内部，从而起到一定的防护作用，实现了非接触密封系统2的第一层防护功能。进一步的，随着风琴罩14的伸长，非接触密封系统2内部形成负压，外界空气中会有少部分气体或粉尘会随着气流的流动通过滑动组件131上的通孔进入风琴罩14内部，此时通过密封环11的上沿伞形挡边可以阻挡绝大部分粉尘进入密封环11系统内部，实现非接触密封系统2的第二层防护功能。进一步的，由于底座本体1内部不断的有气源进入，气源通过底座本体1进入非接触密封系统2与移动旋转轴6的间隙，并通过间隙不断往外提供气体压力，使得通过第二层防护后的少量粉尘和外界气体被排出到整个系统，同时密封环11的伞形设计结构可以进一步有利于粉尘的脱落与排出，从而实现了非接触密封系统2的第三层防护。当移动旋转轴6向下移动或旋转时，其工作原理与向上移动旋转时原理相同。本发明的非接触密封系统综合利用上述的三层密封防护功能，实现了系统的低磨损与低发热，在非接触的结构形式下对整个系统的进行有效可靠的防护。

实施例2

如图7所示，本实施例与实施例1不同之处在于：上连接件15为上轴承17，上轴承17的轴承内圈与运动轴外侧上部的固定件相连，上轴承17的轴承外圈与风琴罩14相连，从而通过轴承的滚动摩擦代替滑动组件131的滑动摩擦，进一步降低非接触密封系统的磨损与发热，提高系统运行性能。

实施例3

如图8所示，本实施例与实施例2不同之处在于：活动件13为迷宫密封18，从而使得密封系统通过迷宫密封18可以进一步的达到防水、防尘效果，进一步提高非接触密封系统的密封性能。

实施例4

如图9所示，本实施例与实施例1不同之处在于：活动件13为下轴承19，下轴承19的轴承内圈与密封环相连，下轴承19的轴承外圈与风琴罩14相连，从而使得非接触密封系统只需要上下移动，不需要旋转即可满足移动旋转轴的密封防护效果，进一步降低系统摩擦损耗与发热。

本发明用于运动轴的非接触密封系统及工业机器人通过非接触式的密封结构实现对移动轴、旋转轴、或兼具移动与旋转的轴的有效密封；本发明的非接触密封系统与轴之间留有间隙，对轴表面的加工精度要求不高，可以降低产品工艺成本；非接触式密封避免密封系统摩擦损耗、摩擦发热等影响，提高设备可靠性，延长使用寿命，降低损坏风险。本发明的工业机器人应用于恶劣环境时，非接触密封系统可以防止潮湿水汽、油雾、粉尘等进入设备内部。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种用于运动轴的非接触密封系统，其特征在于：所述非接触密封系统安装在运动轴的外侧，包括密封环、卡箍、活动件、风琴罩和上连接件，密封环固定在运动轴外侧下部的固定件上，不随运动轴运动，密封环与运动轴之间存在间隙，活动件位于密封环外侧，且与密封环之间存在间隙，活动件能够沿密封环的轴向运动，上连接件与运动轴外侧上部的固定件连接，上连接件与风琴罩的上端固定连接，风琴罩的下端固定在活动件的外侧，所述密封环的上沿为伞形结构，且上沿结构的外径略小于风琴罩的内径，所述活动件为滑动组件，密封环的中部加工有限位凸台，滑动组件的高度略小于密封环下部与限位凸台之间的距离。

2.根据权利要求1所述的用于运动轴的非接触密封系统，其特征在于：还包括密封压板，密封压板安装在上连接件上，密封压板位于风琴罩的上端，用于压紧风琴罩。

3.根据权利要求1所述的用于运动轴的非接触密封系统，其特征在于：所述滑动组件包括两个半圆形滑动件，并通过卡箍夹紧。

4.根据权利要求1所述的用于运动轴的非接触密封系统，其特征在于：所述滑动组件上布置有若干通孔。

5.根据权利要求1所述的用于运动轴的非接触密封系统，其特征在于：所述活动件为下轴承，下轴承的轴承内圈与密封环相连，下轴承的轴承外圈与风琴罩相连。

6.根据权利要求1所述的用于运动轴的非接触密封系统，其特征在于：所述上连接件为上轴承，上轴承的轴承内圈与运动轴外侧上部的固定件相连，上轴承的轴承外圈与风琴罩相连。

7.根据权利要求1或6所述的用于运动轴的非接触密封系统，其特征在于：所述活动件为迷宫密封。

8.一种工业机器人，其特征在于：包括底座本体、运动轴、权利要求1-7中任意一项所述的非接触密封系统、大臂本体、小臂本体和末端输出法兰，运动轴位于底座本体内部，移动旋转轴与大臂本体固定连接，非接触密封系统安装在运动轴外侧，且与运动轴之间存在间隙，小臂本体与大臂本体连接，末端输出法兰与小臂本体连接，末端输出法兰用于连接执行机构。

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