CN113357366A - 一种密封结构及使用该密封结构的力测量装置 - Google Patents

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尚廷东
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Abstract

本发明涉及一种密封结构及使用该密封结构的力测量装置，密封结构包括密封圈，密封圈包括密封圈底边和上端与密封圈底边相连的用于与其它部件密封接触配合的密封裙边，密封圈底边和密封裙边均为环形结构，密封裙边的下端与密封圈底边之间具有环形间隙，密封结构还包括密封圈骨架，密封圈底边和密封裙边的下端与密封圈骨架固定，密封圈骨架上开设有用于向环形间隙内导入压力液体的导液通道。本发明解决了现有技术中因密封裙边两端约束不同，而导致在动部件往复移动过程中，密封裙边与动部件之间的摩擦力变化较大的技术问题。

Description

一种密封结构及使用该密封结构的力测量装置
技术领域
本发明涉及液压领域中的密封结构及使用该密封结构的力测量装置。
背景技术
在力学领域，需要使用力测量装置对各种工具的输出力值进行测量。现有的力测量装置如中国专利CN112128166A公开的“一种液压承载装置及力传感器”，该力传感器包括第一活塞和第二活塞，第一活塞和第二活塞具有直径相同的活塞导向段，第一活塞、第二活塞上的活塞导向段上密封导向移动装配有动部件，力传感器还包括驱动动部件相对第一活塞、第二活塞沿活塞导向段轴向移动的驱动机构。动部件与第一活塞、第二活塞之间通过密封圈进行密封。
使用时，被检测的设备向第一活塞或第二活塞施力，通过驱动机构带动动部件相对第一活塞和第二活塞进行轴向移动，动部件与第一活塞、第二活塞之间产生动摩擦力，该动摩擦力可以通过测力传感器的示值计算获得，动摩擦力相对静摩擦力而言，更加稳定和容易测量。
现有的这种力传感器存在的问题在于：在对密封圈选择上，一般不旋转O型密封圈，因为O型密封圈仅适用于内部压力较小的工作环境，更多的选用内部可以加压的K型密封圈，然而对于K型密封圈而言，K型密封圈包括密封底边和与动部件接触密封配合的密封裙边，密封裙边的一端与密封底边相连，密封裙边的另外一端悬伸，由于密封裙边的两端约束不同，因此动部件在轴向往复移动时，密封裙边产生的变形量是不一致的，这会影响K型密封圈与动部件之间的摩擦力。也就是说，在现有技术中，动部件朝两个方向轴向移动时，因为密封裙边产生的变形量不同，密封裙边与动部件的接触面积和接触力都会发生变化，而导致K型密封圈与动部件之间的摩擦力不同，这就会影响动摩擦力的测量，从而影响对力值的检测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种密封结构，以解决现有技术中因密封裙边两端约束不同，而导致在动部件往复移动过程中，密封裙边与动部件之间的摩擦力变化较大的技术问题；本发明的目的还在于提供一种使用该密封结构的力测量装置。
为解决上述技术问题，本发明中密封结构的技术方案如下：
一种密封结构，包括密封圈，密封圈包括密封圈底边和上端与密封圈底边相连的用于与其它部件密封接触配合的密封裙边，密封圈底边和密封裙边均为环形结构，密封裙边的下端与密封圈底边之间具有环形间隙，密封结构还包括密封圈骨架，密封圈底边和密封裙边的下端与密封圈骨架固定，密封圈骨架上开设有用于向环形间隙内导入压力液体的导液通道。
环形间隙的上端设置有弹簧圈。
密封圈骨架上开设有内外布置的内侧环槽和外侧环槽，密封裙边的下端卡设固定于内侧环槽中，密封圈底边的下端卡设固定于外侧环槽中。
密封裙边具有用于与其它部件密封接触配合的滑动接触部，滑动接触部为上下对称结构。
本发明中力测量装置的技术方案为：
力测量装置，包括缸体和相对缸体能够轴向移动的活塞，缸体、活塞中的一个部件上设置有密封结构，密封结构包括密封圈，密封圈包括密封圈底边和上端与密封圈底边相连的用于另外一个部件密封接触配合的密封裙边，密封圈底边和密封裙边均为环形结构，密封裙边的下端与密封圈底边之间具有环形间隙，密封结构还包括密封圈骨架，密封圈底边和密封裙边的下端与密封圈骨架固定，密封圈骨架上开设有用于向环形间隙内导入压力液体的导液通道。
环形间隙的上端设置有弹簧圈。
密封圈骨架上开设有内外布置的内侧环槽和外侧环槽，密封裙边的下端卡设固定于内侧环槽中，密封圈底边的下端卡设固定于外侧环槽中。
密封裙边具有用于与对应部件密封接触配合的滑动接触部，滑动接触部为上下对称结构。
本发明的有益效果为：本发明中，使用密封圈骨架对密封圈底边和密封裙边的下端进行固定约束，这样对于密封裙边而言，密封裙边的上端与密封圈底边相连而被约束，密封圈群边的下端与密封圈骨架固定而被约束，相当于密封圈的两端都有了约束结构，密封圈骨架上的导液通道可以把压力液体导入到密封裙边与密封圈底边之间的环形间隙中，保证密封裙边与动部件之间的接触压力，从而保证密封能力，在动部件上下移动而与密封裙边发生摩擦时，由于密封裙边的两端均被约束，密封裙边的变形量可以得到保证，避免动部件往复移动过程中，密封裙边与动部件之间的摩擦力变化较大。
附图说明
图1是本发明中力测量装置的一个实施例的结构示意图；
图2是图1中密封圈的截面示意图；
图3是图1中密封圈骨架的截面示意图；
图4是本发明中密封圈与密封圈骨架的配合示意图。
具体实施方式
力测量装置的实施例如图1～4所示：包括缸体4，缸体4为套筒结构，缸体的内腔两端装配有相对缸体能够轴向移动的活塞2，缸体的内壁上开设有安装槽5，安装槽中设置有用于与对应活塞密封配合的密封结构。缸体与活塞之间围成液压腔3，液压腔内有压力液体，液压腔上连接有压力传感器(图中未示出)。力测量装置还包括用于驱动缸体上下移动的缸体驱动机构(图中未示出)，缸体驱动机构与缸体的传动路径上设置有拉压力传感器。
上侧的密封结构与下侧的密封结构采用上下对称式设计，现仅对上侧的密封结构进行详细的结构介绍。密封结构包括设置于安装槽中的密封圈6和密封圈骨架10，密封圈包括密封圈底边7和上端与密封圈底边7相连的用于与对应活塞密封接触配合的密封裙边8，密封圈底边7贴设于安装槽5的槽底，密封圈底边7的上端与密封裙边8的上端一体连接。密封裙边8的下端与密封圈底边7之间具有环形间隙9。
密封圈骨架上开设有内外布置的内侧环槽12和外侧环槽11，密封裙边8的下端卡设固定于内侧环槽12中，密封圈底边7的下端卡设固定于外侧环槽11中。密封圈骨架10上设置有用于向环形间隙内导入压力液体的导液通道，本实施例中导液通道包括连通的轴向通道部分13和径向通道部分14，轴向通道部分13与环形间隙9相连，径向通道部分14延伸至密封圈骨架10的内周面上。密封裙边具有用于与对应部件密封接触配合的滑动接触部10，滑动接触部为上下对称结构。
环形间隙9的上端设置有弹簧圈1，弹簧圈内胀，弹簧圈15用于使得密封裙边8向活塞施加一个初始的密封压力，在该压力作用下，密封裙边与活塞之间的初始接触压强为P0。使用时，待测的设备，比如说压力计的压力头对上侧的活塞作用，缸体驱动机构驱动缸体上下动作。
则，
Figure BDA0003058539750000051
Figure BDA0003058539750000052
μ---密封圈与活塞接触摩擦系数；D---活塞直径；P---压力腔工作压强；P0---密封裙边与活塞的初始接触压强；h---密封圈与活塞接触面的轴向高度即滑动接触部的轴向高度；
密封圈内设置弹簧圈使密封圈产生一个对活塞的接触压强P0。其摩擦力为：
F0＝hπDP0μ
压力腔液压油因为活塞受到力作用，压力腔产生一个工作压强，密封圈产生一个对活塞的接触接触面产生正压力，其摩擦力为：
F1＝hπDPμ
活塞受到压力腔液压油的力为:
Figure BDA0003058539750000053
如果设定活塞受到力F作用后，上侧活塞有向下运动趋势，活塞受到的力F0、F1均向上，那么有：
F＝F0+F1+Fy
现在我们把压力腔工作压强作为标准量值，F0+F1是引起误差的主要因素，其百分比误差为：
Figure BDA0003058539750000054
一般地用摩擦系数较小的聚四氟乙烯密封圈，在加工安装时使P0远远小于P，那么这个误差值约为：
Figure BDA0003058539750000055
由此发现，摩擦力误差的大小与当前的压力腔工作压强P没有关系，与密封圈与活塞接触摩擦系数μ成正比；与密封圈与活塞接触面的轴向高度h成正比；与活塞直径D成反比。因此密封裙边与活塞接触面的轴向高度h决定了误差值，在本实施例中，滑动接触部采用上下对称结构，且密封裙边的上端和下端均有约束结构，因此，缸体带着密封裙边相对活塞朝上动作时，以及缸体带着密封裙边相对活塞朝下动作时，密封裙边产生的变形量是一致的，即密封裙边与活塞的接触面的长度是相同的，因此保证了摩擦力大小的稳定性。
在本发明的其它实施例中：弹簧圈也可以不设；当然密封圈底边和密封裙边还可以硫化固定于密封圈骨架上。
密封结构的实施例如图1～4所示，密封结构的具体结构与上述各力测量装置实施例中的密封结构相同，在此不再详述。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种密封结构，其特征在于：包括密封圈，密封圈包括密封圈底边和上端与密封圈底边相连的用于与其它部件密封接触配合的密封裙边，密封圈底边和密封裙边均为环形结构，密封裙边的下端与密封圈底边之间具有环形间隙，密封结构还包括密封圈骨架，密封圈底边和密封裙边的下端与密封圈骨架固定，密封圈骨架上开设有用于向环形间隙内导入压力液体的导液通道。
2.根据权利要求1所述的密封结构，其特征在于：环形间隙的上端设置有弹簧圈。
3.根据权利要求1所述的密封结构，其特征在于：密封圈骨架上开设有内外布置的内侧环槽和外侧环槽，密封裙边的下端卡设固定于内侧环槽中，密封圈底边的下端卡设固定于外侧环槽中。
4.根据权利要求1~3任意一项所述的密封结构，其特征在于：密封裙边具有用于与其它部件密封接触配合的滑动接触部，滑动接触部为上下对称结构。
5.力测量装置，包括缸体和相对缸体能够轴向移动的活塞，缸体、活塞中的一个部件上设置有密封结构，其特征在于：密封结构包括密封圈，密封圈包括密封圈底边和上端与密封圈底边相连的用于另外一个部件密封接触配合的密封裙边，密封圈底边和密封裙边均为环形结构，密封裙边的下端与密封圈底边之间具有环形间隙，密封结构还包括密封圈骨架，密封圈底边和密封裙边的下端与密封圈骨架固定，密封圈骨架上开设有用于向环形间隙内导入压力液体的导液通道。
6.根据权利要求5所述的力测量装置，其特征在于：环形间隙的上端设置有弹簧圈。
7.根据权利要求5所述的力测量装置，其特征在于：密封圈骨架上开设有内外布置的内侧环槽和外侧环槽，密封裙边的下端卡设固定于内侧环槽中，密封圈底边的下端卡设固定于外侧环槽中。
8.根据权利要求5~7任意一项所述的力测量装置，其特征在于：密封裙边具有用于与对应部件密封接触配合的滑动接触部，滑动接触部为上下对称结构。
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