CN114635925A - 基于表面织构的磁性液体密封装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于表面织构的磁性液体密封装置，包括壳体、转轴、轴承组、磁性液体及磁性液体密封部，壳体具有容腔，转轴固定于壳体并贯穿容腔，轴承组及磁性液体密封部安装于转轴上并固定于容腔内，磁性液体密封部包括极靴及位于两个相邻的极靴之间的永磁体，转轴的外表面与极靴相对处形成有表面织构，磁性液体吸附于极靴与表面织构之间；由于在转轴外表面与极靴相对处形成有表面织构，可以降低转轴与磁性液体间的摩擦，从而减小转轴转动过程中与磁性液体摩擦产生的力矩，尤其降低磁性液体密封装置的启动力矩，从而减小磁性液体密封装置的能耗。
Description
技术领域
本发明属于机械工程密封领域，尤其涉及一种基于表面织构的磁性液体密封装置。
背景技术
磁性液体是由纳米级的磁性颗粒高度弥散于基载液中形成的一种稳定的新型功能材料。密封是磁性液体的一个重要应用领域。磁性液体密封技术由于其具有零泄露、无机械磨损、寿命长、结构简单等优点逐渐被越来越多的行业所使用。
现有的磁性液体密封装置存在启动力矩大(尤其在低温环境下)及工作过程中磁性液体与转轴摩擦产生力矩较大的问题，从而造成能耗增加；此外，磁性液体中的磁性颗粒容易在极靴的极齿齿顶团聚，造成磁性液体的浓度不均，影响磁性液体密封装置的密封性能及使用寿命。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提供一种低能耗的基于表面织构的磁性液体密封装置。
一种基于表面织构的磁性液体密封装置，包括壳体，具有容腔；转轴，固定于所述壳体并贯穿所述容腔；轴承组，安装于所述转轴上并固定于所述容腔内；磁性液体密封部，安装于所述转轴上并固定于所述容腔内，所述磁性液体密封部包括极靴及位于两个相邻的所述极靴之间的永磁体；磁性液体；其中，所述转轴外表面与所述极靴相对处形成有表面织构，所述磁性液体吸附于所述极靴与所述表面织构之间。
进一步地，所述表面织构为螺纹状的凹槽或多条平行设置的凹槽，所述凹槽环绕所述转轴的轴线。
进一步地，所述凹槽的横截面呈梯形，所述凹槽开口处的宽度大于所述凹槽底部的宽度。
进一步地，所述表面织构为阵列分布的多个凹槽。
进一步地，所述凹槽的表面形状为圆形、椭圆形或多边形。
进一步地，所述极靴具有极齿，所述磁性液体吸附于所述极齿与所述表面织构之间，所述极齿具有正对所述转轴的顶壁及与所述顶壁相连的侧壁，所述顶壁与所述侧壁之间形成有倒角。
进一步地，所述倒角为倒斜角或倒圆角。
进一步地，所述壳体还包括端盖，所述端盖可拆卸地固定于所述容腔的端部。
进一步地，所述端盖的外侧面上开设有用于拆装的盲孔。
本发明提供的基于表面织构的磁性液体密封装置，通过在所述转轴外表面与所述极靴相对处设置表面织构以降低所述转轴与所述磁性液体间的摩擦，从而减小所述转轴转动过程中与所述磁性液体摩擦产生的力矩，尤其能降低所述磁性液体密封装置的启动力矩，进而使得磁性液体密封装置的能耗降低。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明较佳实施方式的基于表面织构的磁性液体密封装置的结构示意图；
图2至图4是图1中II部分的放大图，其中图2示出了梯形齿、图3示出了圆弧形齿、图4示出了半圆形齿；
图5至图8是基于表面织构的磁性液体密封装置中表面织构的示意图。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
请参考图1及图2，本发明提供一较佳实施方式的基于表面织构的磁性液体密封装置100，包括壳体10、轴承组20、左隔磁环30、磁性液体密封部40、磁性液体(图未示)、右隔磁环60及转轴70，所述转轴70固定于所述壳体10上。所述壳体10、所述左隔磁环30及所述右隔磁环60采用非导磁材料制成，如不锈钢。
所述壳体10具有容腔11及可拆卸地固定于所述容腔11端部的端盖12，所述端盖12可以通过螺纹连接的方式直接固定于所述壳体10上，也可以通过用螺丝锁固的方式固定于所述壳体10上。所述转轴70贯穿所述壳体10及所述容腔11，所述轴承组20、所述左隔磁环30、所述磁性液体密封部40及所述右隔磁环60安装于所述转轴70上并固定于所述容腔11内。所述端盖12的外侧面上开设有盲孔121，以便于拆卸或者安装所述端盖12。
所述轴承组20包括多个间隔设置的轴承，具体地，所述轴承组20包括左轴承21及右轴承22，所述左轴承21及所述右轴承22安装于所述转轴70上并位于所述磁性液体密封部40的相对侧，使得所述左隔磁环30抵靠于所述左轴承21与所述磁性液体密封部40之间，所述右隔磁环60抵靠于所述右轴承22与所述磁性液体密封部40之间。
所述磁性液体密封部40包括极靴41、永磁体42及密封圈43，所述永磁体42位于两个相邻的所述极靴41之间；所述永磁体42可以选用钕铁硼材料制成；所述密封圈43安装于所述极靴41上并位于所述极靴41与所述壳体10之间。所述密封圈43呈环形结构，由弹性材料制成，如橡胶。
所述极靴41具有凹槽411及极齿412，所述凹槽411开设于所述极靴41的外周侧，所述密封圈43安装于所述凹槽411内；所述极齿412位于所述极靴41的内周侧。在本实施方式中，所述磁性液体密封部40具有两个所述极靴41，但本领域技术人员可以理解，可以设置更多数量的极靴41，也在本发明所列范围之内。
请同时参考图3及图4，所述极齿412包括正对所述转轴70的顶壁412a及与所述顶壁412a连接的侧壁412b，所述顶壁412a与所述侧壁412b之间形成有倒角412c，所述倒角412c可以是倒斜角或者倒圆角。倒斜角是指所述顶壁412a与所述侧壁412b之间通过斜面进行连接，倒圆角是指所述底壁412a与所述侧壁412b之间通过圆弧面进行连接，在此，对斜面或者圆弧面的大小不做限定。
所述磁性液体50被注入所述极靴41与所述转轴70之间。所述磁性液体50的种类可以根据实际工况下密封介质和使用环境的不同选择不同基载液的磁性液体，如真空密封可选用酯基磁性液体、氟碳化合物基磁性液体或硅油基磁性液体；低温密封可选用硅油基磁性液体。
由于所述极靴41的极齿412具有倒角412c，即所述极齿412的顶壁412a的中部高于两侧，相对于普通极齿即横截面呈矩形的极齿而言，在装配时，具有倒角412c的极齿412不容易划伤所述转轴70；另一方面，具有倒角412c的所述极齿412的齿顶处的磁场梯度小于普通极齿的磁场梯度，即所述磁性液体50在具有倒角412c的所述极齿412的齿顶处所受的磁场力相对于普通极齿更均匀，故而所述磁性液体50中的磁性颗粒不容易出现团聚，可以保证一定的耐压值。
进一步地，当所述倒角412c为斜角时，所述极齿412为梯形齿；当所述倒角412c为倒圆角且圆角较小时，所述极齿412c为圆弧形齿；当所述倒角412c为倒圆角且圆角较大时，所述极齿412c为半圆形齿。所述磁性液体50在圆弧形齿或半圆形齿的齿顶处所受磁场力相对于梯形齿更均匀，也就是说，所述磁性液体50中的磁性颗粒在圆弧形齿或半圆形齿的齿顶处更不易出现团聚，可进一步提高所述磁性液体密封装置100的耐压能力。
所述转轴70外表面与所述极靴41相对处形成有表面织构71。本发明中表面织构是指，在摩擦面上加工出的具有一定尺寸和排列的凹坑、凹槽或微小沟槽的点阵，以获得所需的表面性能。所述表面织构71采用凹坑、凹槽或微小沟槽的点阵而不采用凸起，一方面便于加工，另一方面便于安装，避免在安装时因碰撞发生损坏。
所述磁性液体50吸附于所述极靴41与所述表面织构71之间，具体地，所述磁性液体50吸附于所述极齿412与所述表面织构71之间，如此可以降低所述转轴70与所述磁性液体50的摩擦，从而减小在所述转轴70转动过程中所述磁性液体50与所述转轴70摩擦产生的力矩，尤其可以降低所述液体密封装置100的启动力矩；此外，所述表面织构71可以容纳更多的所述磁性液体50，增加所述磁性液体密封装置100的耐压能力，延长所述磁性液体密封装置100的使用寿命。
所述表面织构71可以为螺旋状的凹槽或多条平行设置的凹槽，所述凹槽环绕所述转轴70的轴线。所述凹槽的横截面呈梯形，即所述凹槽开口处的宽度大于所述凹槽底部的宽度，如此便于注入所述磁性液体50，以使得所述表面织构71的凹槽内容纳更多的所述磁性液体50。螺旋状的凹槽或多条平行设置的凹槽，其整圈为连接的槽体，如此，不仅能够减小摩擦力矩，而且易于制造，适合批量生产。
请同时参考图5至图8，所述表面织构71也可以为阵列分布的多个凹槽，所述凹槽的表面形状为圆形、椭圆形或如三角形、四边形、五边形之类的多边形。通过采用规则的凹槽形状，不仅能够减小摩擦力矩且适合于批量生产。优选地，所述凹槽开口处的宽度大于所述凹槽底部的宽度。
本发明提供的基于表面织构的磁性液体密封装置100具有所述转轴70，所述转轴70外表面与所述极靴41相对处形成有所述表面织构71，一方面可以降低所述转轴70与所述磁性液体50之间的摩擦，从而减小所述转轴70转动过程与所述磁性液体50摩擦产生的力矩，尤其降低所述磁性液体密封装置100的启动力矩；另一方面，所述表面织构71的凹槽内可以容纳更多的所述磁性液体50，增大了所述磁性液体密封装置100的耐压能力，延长了所述磁性液体密封装置100的使用寿命。
在本说明书的描述中，参考术语“一些实施例”、“可选地”、“进一步地”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种基于表面织构的磁性液体密封装置，其特征在于，包括：
壳体，具有容腔；
转轴，固定于所述壳体并贯穿所述容腔；
轴承组，安装于所述转轴上并固定于所述容腔内；
磁性液体密封部，安装于所述转轴上并固定于所述容腔内，所述磁性液体密封部包括极靴及位于两个相邻的所述极靴之间的永磁体；
磁性液体；其中，
所述转轴外表面与所述极靴相对处形成有表面织构，所述磁性液体吸附于所述极靴与所述表面织构之间。
2.如权利要求1所述的基于表面织构的磁性液体密封装置，其特征在于，所述表面织构为螺纹状的凹槽或多条平行设置的凹槽，所述凹槽环绕所述转轴的轴线。
3.如权利要求2所述的基于表面织构的磁性液体密封装置，其特征在于，所述凹槽的横截面呈梯形，所述凹槽开口处的宽度大于所述凹槽底部的宽度。
4.如权利要求1所述的基于表面织构的磁性液体密封装置，其特征在于，所述表面织构为阵列分布的多个凹槽。
5.如权利要求4所述的基于表面织构的磁性液体密封装置，其特征在于，每个所述凹槽的表面形状为圆形、椭圆形或多边形。
6.如权利要求1所述的基于表面织构的磁性液体密封装置，其特征在于，所述极靴具有极齿，所述磁性液体吸附于所述极齿与所述表面织构之间，所述极齿具有正对所述转轴的顶壁及与所述顶壁相连的侧壁，所述顶壁与所述侧壁之间形成有倒角。
7.如权利要求6所述的基于表面织构的磁性液体密封装置，其特征在于，所述倒角为倒斜角或倒圆角。
8.如权利要求1-7中任一权利要求所述的基于表面织构的磁性液体密封装置，其特征在于，所述壳体还包括端盖，所述端盖可拆卸地固定于所述容腔的端部。
9.如权利要求8所述的基于表面织构的磁性液体密封装置，其特征在于，所述端盖的外侧面上开设有用于拆装的盲孔。
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