CN113803470B - 磁流体密封装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种磁流体密封装置，包括：波纹管，固定件和磁流体以及密封件。其中，固定件与波纹管连接；磁流体设置在波纹管的外侧壁上；密封件与固定件连接，并套设波纹管以及磁流体。该磁流体密封装置通过将磁流体设置在波纹管的外侧壁上，并通过密封件径向移动中对磁流体进行再分布，确保磁流体均匀分布于波纹管的外壁上，可以解决波纹管焊接叶片出现缝隙导致漏气的问题。
Description
技术领域
本申请涉及真空密封装置技术领域，具体涉及一种磁流体密封装置。
背景技术
磁性液体密封具有零泄漏、低成本、长寿命等诸多优点，因而得到广泛应用，例如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。
波纹管是一种用可折叠皱纹片沿折叠伸缩方向连接成的管状弹性敏感元件，广泛使用在高真空设备活动部件中，然而在实际应用中，由于波纹管在径向方向存在较大的跳动，尤其在高速的工况下，波纹管频繁处于拉伸与压缩状态，容易导致焊接叶片出现缝隙导致漏气。一旦出现类似状况，必须更换部件，对设备稼动率与运营成本都有较大影响。
现有技术中，磁性液体密封装置如密封间隙可变的磁性液体密封装置，该装置通过调节梯形的可动导磁块的位置来调节磁性液体密封的密封间隙，针对的是解决转轴与密封件的碰磨和疲劳而引发密封失效的问题，并不能解决波纹管频繁处于拉伸与压缩状态下，导致焊接叶片出现缝隙导致漏气的问题。因而，亟需要提供一种密封装置，可以在工作中自适应地进行波纹管缝隙填充的控制，以解决波纹管焊接叶片出现缝隙导致漏气的问题。
发明内容
本申请提供一种磁流体密封装置，通过将磁流体设置在波纹管的外侧壁上，并通过密封件径向移动中对磁流体进行再分布，确保磁流体均匀分布于波纹管的外侧壁上，解决了波纹管焊接叶片出现缝隙导致漏气的问题。
本申请实施例提供一种磁流体密封装置，包括：波纹管，固定件和磁流体以及密封件。其中，所述固定件与所述波纹管连接；所述磁流体设置在所述波纹管的外侧壁上；所述密封件与所述固定件连接，并套设所述波纹管以及所述磁流体。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述固定件包括第一基座、连接轴和第二基座，所述第一基座与所述第二基座相对设置，所述连接轴设置于所述第一基座与所述第二基座之间；所述连接轴的一端与所述第一基座连接；所述第二基座上具有通孔，所述连接轴的另一端穿过所述通孔。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述波纹管套设于所述连接轴上，所述波纹管包括第一连接端、伸缩部和第二连接端，所述第一连接端与所述第一基座连接，所述第二连接端与所述第二基座连接，所述伸缩部的外侧壁上覆盖有所述磁流体。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述密封件设置于所述波纹管远离所述连接轴的一侧，所述密封件包括第一永磁环和第二永磁环，所述第一永磁环设置于所述第二永磁环靠近所述连接轴的一侧；其中，所述第一永磁环的一端与所述第一基座连接，所述第一永磁环的另一端向所述第二基座方向延伸；所述第二永磁环的一端与所述第二基座连接，所述第二永磁环的另一端向所述第一基座方向延伸。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述第一永磁环与所述第二永磁环之间具有预设间隙，所述预设间隙为0.1毫米至2毫米。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述第一永磁环与所述第二永磁环的高度之和大于所述波纹管的拉伸长度。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述第一永磁环和所述第二永磁环的高度相等。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述第一永磁环的高度大于所述第二永磁环的高度。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述第一永磁环与所述第二永磁环的材质均为磁性材料。
可选的，在本申请的一些实施例中，所述磁流体为微小磁性颗粒悬浮在载流体中形成的铁磁流体。
相较于现有技术的磁性流体密封装置，通过调节梯形的可动导磁块的位置来调节磁性液体密封的密封间隙，针对的是解决转轴与密封件的碰磨和疲劳而引发密封失效的问题。本申请实施例提供一种磁流体密封装置，包括：波纹管，固定件和磁流体以及密封件。其中，所述固定件与所述波纹管连接；所述磁流体设置在所述波纹管的外侧壁上；所述密封件与所述固定件连接，并套设所述波纹管以及所述磁流体。该磁流体密封装置通过将磁流体设置在波纹管的外侧壁上，并通过密封件径向移动中对磁流体进行再分布，确保磁流体均匀分布于波纹管的外壁上，解决了波纹管焊接叶片出现缝隙导致漏气的问题。同时，该磁流体密封装置具有一体化设计；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。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的第一种磁流体密封装置的结构示意图；
图2是本申请实施例提供的第一种磁流体密封装置的俯视图；
图3是本申请实施例提供的第二种磁流体密封装置的结构示意图；
其中，
100/200、磁流体密封装置，10、波纹管，11、第一连接端，12、伸缩部，13、第二连接端，20、固定件，21、第一基座，22、连接轴，23、第二基座，24、通孔，30、磁流体，40、密封件，41、第一永磁环，42、第二永磁环，43、预设间隙。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域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，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供一种密封装置，可以解决波纹管焊接叶片出现缝隙导致漏气的问题的技术问题。以下分别进行详细说明。需说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对实施例优选顺序的限定。另外，在本申请的描述中，术语“包括”是指“包括但不限于”。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅作为标示使用，其用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。
请参阅图1，图1是本申请实施例提供的第一种磁流体30密封装置的结构示意图；图2是本申请实施例提供的第一种磁流体30密封装置的俯视图。如图1和图2所示，本申请实施例提供一种磁流体30密封装置100，包括：波纹管10，固定件20和磁流体30以及密封件40；固定件20与波纹管10连接；磁流体30设置在波纹管10的外侧壁上；密封件40与固定件20连接，并套设波纹管10以及磁流体30。
需要说明的是，波纹管10是指用可折叠皱纹片沿折叠伸缩方向连接成的管状弹性敏感元件，广泛使用在高真空设备活动部件中，因日常使用中不停处于拉伸与压缩状态，导致波纹管10的焊接叶片出现缝隙导致漏气。而一旦出现类似状况，必须更换部件，对设备稼动率与运营成本都有较大影响。
磁流体30作为一种特殊的功能材料,是把纳米数量级(10纳米左右)的磁性粒子包裹一层长链的表面活性剂，均匀的分散在基液中形成的一种均匀稳定的胶体溶液。在本申请实施例中，磁流体30为微小磁性颗粒悬浮在载流体中形成的铁磁流体30，具体而言，磁流体30为微小磁性颗粒悬浮在甘油等载流体中形成铁磁流体30。
本申请实施例提供一种磁流体30密封装置，通过将磁流体30设置在波纹管10的外侧壁上，并通过密封件40径向移动中对磁流体30进行再分布，确保磁流体30均匀分布于波纹管10的外壁上，解决了波纹管10焊接叶片出现缝隙导致漏气的问题，可以有效提升产品寿命。同时，该磁流体30密封装置具有一体化设计；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。
在本申请实施例中，固定件20包括第一基座21、连接轴22和第二基座23，第一基座21与第二基座23相对设置，优选地，第一基座21与第二基座23平行设置；连接轴22设置于第一基座21与第二基座23之间，优选地，连接轴22垂直于第一基座21与第二基座23；连接轴22的一端与第一基座21连接；第二基座23上具有通孔24，连接轴22的另一端穿过通孔24，也即，连接轴22的另一端通过通孔24与第二基座23连接。优选地，通孔24位于第二基座23的中点，有利于密封装置对称设置。
具体而言，由于磁流体30密封装置可达到无泄漏，无磨损，因而连接轴22不需要高精度，不需外润滑系统，适用于高真空、高速度的场合，连接轴22可以是伸缩轴等长度可调的任一种连接轴22，优选地，连接轴22的材料为马氏体不锈钢，表面硬度大于等于HRC50。连接轴22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连接轴22采用不导磁材料会存在硬度达不到轴的强度要求的问题，而采用满足连接轴22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，即不会影响连接轴22作为轴使用的硬度要求，也不会对磁场产生影响。实际应用中可以根据需要选择不同材质，不同调节方式的连接轴22，本申请在此不做具体限定。
在本申请实施例中，波纹管10套设于连接轴22上，波纹管10包括第一连接端11、伸缩部12和第二连接端13，第一连接端11与第一基座21连接，第二连接端13与第二基座23连接，伸缩部12的外侧壁上覆盖有磁流体30，具体而言，伸缩部12包括多组焊接叶片，磁流体30覆盖于焊接叶片的外表面和间隙中。
在本申请实施例中，密封件40设置于波纹管10远离连接轴22的一侧，密封件40包括第一永磁环41和第二永磁环42，第一永磁环41设置于第二永磁环42靠近连接轴22的一侧；其中，第一永磁环41的一端与第一基座21连接，第一永磁环41的另一端向第二基座23方向延伸；第二永磁环42的一端与第二基座23连接，第二永磁环42的另一端向第一基座21方向延伸。优选地，第一永磁环41和第二永磁环42的横截面为圆形。
在本申请实施例中，第一永磁环41与第二永磁环42的材质均为磁性材料。具体而言，第一永磁环41与第二永磁环42均可以选用导磁性能良好的材料，如电工纯铁，当然，关于导磁性能材料和永磁体的材料，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择，本发明实施例中仅以电工纯铁和汝铁硼永磁体作为示例，在此不做具体限定。
在本申请实施例中，第一永磁环41与第二永磁环42之间具有预设间隙43为0.1毫米至2毫米。具体而言，波纹管10与第一永磁体，第一永磁体与第二永磁体之间均具有预设间隙43。在实际工作中，连接轴22的一端与第一基座21采用螺纹连接，无法移动，而波纹管10具有弹性，能够随着连接轴22纵向压缩与拉伸，纵向截面宽度会变化，因而波纹管10与第一永磁体之间存在径向间隙能避免波纹管10与密封件40发生刚性冲击从而造成损害；在第一永磁体与第二永磁体之间预设间隙43，可以有效避免密封件40之间相互碰磨而造成损害，导致密封失效的问题。
在本申请实施例中，第一永磁环41与第二永磁环42的高度之和大于波纹管10的拉伸长度，也即，第一永磁环41与第二永磁环42有相互重叠的区域，这样的结构设计，有利于形成密封区域，防止磁流体30流失。需要说明的是，波纹管根据工作状态可以分为自然长度，拉伸长度和压缩长度。其中，自然长度为波纹管静态未必拉伸或压缩时的长度；拉伸长度为波纹管在外力作用下被拉伸后的长度；压缩长度为波纹管在受压状态下的长度。
在本申请实施例中，第一永磁环41和第二永磁环42的高度相等。具体而言，第一永磁环41和第二永磁环42的高度相等，且第一永磁环41和第二永磁环42的高度在大于波纹管101/2至接近波纹管10自然长度的范围内，第一永磁环41和第二永磁环42的高度越小，波纹管10的压缩范围则越大，当波纹管10长度压缩至接近波纹管10自然长度的1/2时，第一永磁环41与第二永磁环42之间相互重叠的区域面积最大。相反，第一永磁环41和第二永磁环42的高度在大于波纹管101/2至接近波纹管10自然长度的范围内，第一永磁环41和第二永磁环42的高度越大，波纹管10长度拉伸范围越大，波纹管10拉伸长度越长，第一永磁环41与第二永磁环42之间相互重叠的区域面积越小。
作为本申请的一种具体实施方式，请参阅图3，图3是本申请实施例提供的第二种磁流体30密封装置的结构示意图。如图3所示，本申请实施例提供一种磁流体30密封装置200，磁流体30密封装置200与磁流体30密封装置100的区别在于：第一永磁环41的高度大于第二永磁环42的高度，也即，第一永磁环41的高度与第二永磁环42的高度不相等，实际工作中，也可以是第二永磁环42的高度大于第一永磁环41的高度，图2中以第一永磁环41的高度大于第二永磁环42的高度为例。
在本申请实施例中，第一永磁环41与第二永磁环42的高度之和大于波纹管10的拉伸长度，也即，第一永磁环41与第二永磁环42有相互重叠的区域，这样的结构设计，有利于形成密封区域，防止磁流体30流失。需要说明的是，波纹管根据工作状态可以分为自然长度，拉伸长度和压缩长度。其中，自然长度为波纹管静态未必拉伸或压缩时的长度；拉伸长度为波纹管在外力作用下被拉伸后的长度；压缩长度为波纹管在受压状态下的长度。
在本申请实施例中，第一永磁环41和第二永磁环42的高度不相等。具体而言，图3以第一永磁环41的高度大于第二永磁环42的高度为例，其中，第一永磁环41的高度在大于波纹管101/2至接近波纹管10自然长度的范围内，第一永磁环41的高度越大，波纹管10的压缩范围则越小，当波纹管10长度压缩至接近第一永磁环41的高度时，第一永磁环41与第二永磁环42之间相互重叠的区域面积最大。相反，第一永磁环41的高度在大于波纹管101/2至接近波纹管10自然长度的范围内，第一永磁环41的高度越大，波纹管10长度拉伸范围越大，波纹管10拉伸长度越长，第一永磁环41与第二永磁环42之间相互重叠的区域面积越小。
在本申请实施例，磁流体30密封装置200，包括：波纹管10，固定件20和磁流体30以及密封件40；固定件20与波纹管10连接；磁流体30设置在波纹管10的外侧壁上；密封件40与固定件20连接，并套设波纹管10以及磁流体30。
具体而言，波纹管10是指用可折叠皱纹片沿折叠伸缩方向连接成的管状弹性敏感元件，广泛使用在高真空设备活动部件中，因日常使用中不停处于拉伸与压缩状态，导致波纹管10的焊接叶片出现缝隙导致漏气。而一旦出现类似状况，必须更换部件，对设备稼动率与运营成本都有较大影响。
磁流体30作为一种特殊的功能材料,是把纳米数量级(10纳米左右)的磁性粒子包裹一层长链的表面活性剂，均匀的分散在基液中形成的一种均匀稳定的胶体溶液。在本申请实施例中，磁流体30为微小磁性颗粒悬浮在载流体中形成的铁磁流体30，具体而言，磁流体30为微小磁性颗粒悬浮在甘油等载流体中形成铁磁流体30。磁流体30在波纹管10内部因磁场分布，均匀包裹在叶片区域。
在本申请实施例中，固定件20包括第一基座21、连接轴22和第二基座23，第一基座21与第二基座23相对设置，优选地，第一基座21与第二基座23平行设置；连接轴22设置于第一基座21与第二基座23之间，优选地，连接轴22垂直于第一基座21与第二基座23；连接轴22的一端与第一基座21连接；第二基座23上具有通孔24，连接轴22的另一端穿过通孔24，也即，连接轴22的另一端通过通孔24与第二基座23连接。优选地，通孔24位于第二基座23的中点，有利于密封装置对称设置。具体而言，由于磁流体30密封装置可达到无泄漏，无磨损，因而连接轴22不需要高精度，不需外润滑系统，适用于高真空、高速度的场合，连接轴22可以是伸缩轴等长度可调的任一种连接轴22，优选地，连接轴22的材料为马氏体不锈钢，表面硬度大于等于HRC50。连接轴22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连接轴22采用不导磁材料会存在硬度达不到轴的强度要求的问题，而采用满足连接轴22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，即不会影响连接轴22作为轴使用的硬度要求，也不会对磁场产生影响。实际应用中可以根据需要选择不同材质，不同调节方式的连接轴22，本申请在此不做具体限定。
在本申请实施例中，波纹管10套设于连接轴22上，波纹管10包括第一连接端11、伸缩部12和第二连接端13，第一连接端11与第一基座21连接，第二连接端13与第二基座23连接，伸缩部12的外侧壁上覆盖有磁流体30，具体而言，伸缩部12包括多组焊接叶片，磁流体30覆盖于焊接叶片的外表面和间隙中。
在本申请实施例中，密封件40设置于波纹管10远离连接轴22的一侧，密封件40包括第一永磁环41和第二永磁环42，第一永磁环41设置于第二永磁环42靠近连接轴22的一侧；其中，第一永磁环41的一端与第一基座21连接，第一永磁环41的另一端向第二基座23方向延伸；第二永磁环42的一端与第二基座23连接，第二永磁环42的另一端向第一基座21方向延伸。优选地，第一永磁环41和第二永磁环42的横截面为圆形。
在本申请实施例中，第一永磁环41与第二永磁环42的材质均为磁性材料。具体而言，第一永磁环41与第二永磁环42均可以选用导磁性能良好的材料，如电工纯铁，当然，关于导磁性能材料和永磁体的材料，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择，本发明实施例中仅以电工纯铁和汝铁硼永磁体作为示例，在此不做具体限定。
在本申请实施例中，第一永磁环41与第二永磁环42之间具有预设间隙43为0.1毫米至2毫米。具体而言，波纹管10与第一永磁体，第一永磁体与第二永磁体之间均具有预设间隙43。在实际工作中，连接轴22的一端与第一基座21采用螺纹连接，无法移动，而波纹管10具有弹性，能够随着连接轴22纵向压缩与拉伸，纵向截面宽度会变化，因而波纹管10与第一永磁体之间存在径向间隙能避免波纹管10与密封件40发生刚性冲击从而造成损害；在第一永磁体与第二永磁体之间预设间隙43，可以有效避免密封件40之间相互碰磨而造成损害，导致密封失效的问题。
本申请实施例提供一种磁流体30密封装置，通过将磁流体30覆盖于波纹管10的外侧壁上，并通过密封件40径向移动中对磁流体30进行再分布，确保磁流体30均匀分布于波纹管10的外壁上，解决了波纹管10焊接叶片出现缝隙导致漏气的问题，可以有效提升产品寿命。同时，该磁流体30密封装置具有一体化设计；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。
以上对本申请实施例所提供的一种密封装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (9)
1.一种磁流体密封装置，其特征在于，包括：
波纹管；
固定件，所述固定件与所述波纹管连接，所述固定件包括第一基座、连接轴和第二基座，所述第一基座与所述第二基座相对设置，所述连接轴设置于所述第一基座与所述第二基座之间；所述连接轴的一端与所述第一基座连接；所述第二基座上具有通孔，所述连接轴的另一端穿过所述通孔；
磁流体，所述磁流体设置在所述波纹管的外侧壁上；
密封件，所述密封件与所述固定件连接，并套设所述波纹管以及所述磁流体。
2.根据权利要求1所述的磁流体密封装置，其特征在于，所述波纹管套设于所述连接轴上，所述波纹管包括第一连接端、伸缩部和第二连接端，所述第一连接端与所述第一基座连接，所述第二连接端与所述第二基座连接，所述伸缩部的外侧壁上覆盖有所述磁流体。
3.根据权利要求2所述的磁流体密封装置，其特征在于，所述密封件设置于所述波纹管远离所述连接轴的一侧，所述密封件包括第一永磁环和第二永磁环，所述第一永磁环设置于所述第二永磁环靠近所述连接轴的一侧；其中，
所述第一永磁环的一端与所述第一基座连接，所述第一永磁环的另一端向所述第二基座方向延伸；
所述第二永磁环的一端与所述第二基座连接，所述第二永磁环的另一端向所述第一基座方向延伸。
4.根据权利要求3所述的磁流体密封装置，其特征在于，所述第一永磁环与所述第二永磁环之间具有预设间隙，所述预设间隙为0.1毫米至2毫米。
5.根据权利要求3所述的磁流体密封装置，其特征在于，所述第一永磁环与所述第二永磁环的高度之和大于所述波纹管的拉伸长度。
6.根据权利要求5所述的磁流体密封装置，其特征在于，所述第一永磁环和所述第二永磁环的高度相等。
7.根据权利要求5所述的磁流体密封装置，其特征在于，所述第一永磁环的高度大于所述第二永磁环的高度。
8.根据权利要求3所述的磁流体密封装置，其特征在于，所述第一永磁环与所述第二永磁环的材质均为磁性材料。
9.根据权利要求1所述的磁流体密封装置，其特征在于，所述磁流体为微小磁性颗粒悬浮在载流体中形成的铁磁流体。
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