CN115451125B - 一种圆柱结合面防漏水的方法及结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆柱结合面防漏水的方法，用于水道在套装的内轴与外套间结合面的密封，包括：根据水道内水压确定结合面的压力；根据结合面的压力确定外套与内轴的刚度系数；由刚度系数确定外套的厚度、内轴的厚度及结合面的半径，其中，刚度系数与外套的厚度和内轴的厚度呈正相关，与结合面半径呈反相关。本发明还公开了一种圆柱结合面防漏水的结构，包括过盈配合的内轴与外套，外套的厚度大于第一预设厚度，内轴的厚度大于第二预设厚度，和/或外套与内轴结合面的半径小于预设半径，以使结合面的压力大于预设压力。本发明提供的圆柱结合面防漏水的方法及结构在高温、振动大的应用环境下，以及焊接性差材料的圆柱结合面间也能实现可靠密封。

Description

一种圆柱结合面防漏水的方法及结构

技术领域

本发明涉及密封技术领域，更具体地说，涉及一种圆柱结合面防漏水的方法及结构。

背景技术

水道结构是现代机电产品中常用的结构，如水冷电机设置有冷却水道结构。水道需要在产品不同部件之间穿行，运用中水流存在压力，在水道水压达到某值时，水可能胀开圆柱结合面，沿着结合面缝隙渗出来。因此在水道穿行的两个部件之间的结合面需进行密封处理，以防止水渗漏。

现有技术中常见的密封方式主要包括以下两种，第一种为焊接密封法，如图1所示，在结合面两端外侧，圆周进行焊接密封。第二种为橡胶密封圈法，如图2所示，在两端渗水路线上，加装橡胶密封环，并轴向压紧。

然而，若产品部件为高强度合金钢等，焊接性差，则不能采用第一中方法密封；在在高温、振动大的工作条件下，密封橡胶圈容易老化，不能采用第二种方法密封。

综上所述，如何有效地解决在高温、振动大的应用环境下焊接性差材料的圆柱结合面密封困难等问题，是目前本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种圆柱结合面防漏水的方法及结构，该圆柱结合面防漏水的方法及结构可以有效地解决在高温、振动大的应用环境下焊接性差材料的圆柱结合面密封困难的问题。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种圆柱结合面防漏水的方法，用于水道在套装的内轴与外套间结合面的密封，包括：

根据水道内水压确定所述结合面的压力；

根据所述结合面的压力确定所述外套与所述内轴的刚度系数；

由所述刚度系数确定所述外套的厚度、所述内轴的厚度及所述结合面的半径，其中，所述刚度系数与所述外套的厚度和所述内轴的厚度呈正相关，与所述结合面半径呈反相关。

可选地，上述圆柱结合面防漏水的方法中，所述由所述刚度系数确定所述外套的厚度、所述内轴的厚度，具体包括：

所述由所述刚度系数确定所述外套的整体厚度和所述内轴的整体厚度。

可选地，上述圆柱结合面防漏水的方法中，所述由所述刚度系数确定所述外套的厚度、所述内轴的厚度，具体包括：

由所述刚度系数确定所述外套位于所述水道两侧的局部厚度及所述内轴的厚度，以使所述外套位于所述水道两侧的局部厚度增大，所述内轴至少对应所述外套厚度增大位置的局部厚度增大。

可选地，上述圆柱结合面防漏水的方法中，所述根据水道内水压确定所述结合面的压力，具体包括：

根据水道内水压确定所述结合面的压力，并使所述结合面的压力大于所述水压的40倍。

可选地，上述圆柱结合面防漏水的方法中，设置所述结合面的粗糙度范围为Ra1.6～Ra0.8。

为了达到上述目的，本发明还提供如下技术方案：

一种圆柱结合面防漏水的结构，包括套装的内轴与外套，所述内轴和所述外套内分别具有相连通的水道；所述外套与所述内轴过盈配合，且所述外套的厚度大于第一预设厚度，所述内轴的厚度大于第二预设厚度，和/或所述外套与所述内轴结合面的半径小于预设半径，以使所述结合面的压力大于预设压力，所述预设压力由所述水道内水压确定。

可选地，上述圆柱结合面防漏水的结构中，所述外套位于所述水道两侧的局部厚度大于所述第一预设厚度，所述内轴至少对应所述外套厚度增大位置的局部厚度大于所述第二预设厚度。

可选地，上述圆柱结合面防漏水的结构中，所述预设压力不小于所述水道内水压的40倍。

可选地，上述圆柱结合面防漏水的结构中，所述结合面的粗糙度范围为Ra1.6～Ra0.8。

应用本发明提供的圆柱结合面防漏水的方法及结构，通过由水道内水压确定结合面的压力，再由结合面的压力确定外套与内轴的刚度系数，并由刚度系数确定外套的厚度、内轴的厚度及结合面的半径，即通过外套和内轴的形状尺寸设计以满足密封要求，从而无需焊接、无需使用橡胶密封。因而外套和内轴可采用高强度合金钢，以提高整个系统的机械应力水平，且无需使用橡胶件也提高了整个系统的使用寿命和可靠性。综上，本发明提供的圆柱结合面防漏水的方法及结构在高温、振动大的应用环境下，以及焊接性差材料的圆柱结合面间也能实现可靠密封，达到防漏水的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为现有技术中焊接密封结构示意图；

图2为现有技术中橡胶密封圈密封结构示意图；

图3为本发明一个具体实施例的圆柱结合面防漏水的方法的流程示意图；

图4为本发明一个具体实施例的圆柱结合面防漏水的结构的示意图；

图5为本发明另一个具体实施例的圆柱结合面防漏水的结构的示意图。

附图中标记如下：

外套1，内轴2，水道3，结合面4，焊缝5，橡胶密封环6，法兰式局部加厚11，内轴局部加厚21。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种圆柱结合面防漏水的方法及结构，以实现无焊接、无橡胶密封的防漏水的密封。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的圆柱结合面防漏水的方法，用于水道在套装的内轴与外套间结合面的密封。具体可以用于电机水套结构中，也可以用于其他需要水道连接的机电产品等结构中。可以理解的是，此处的水道指用于水等流体流通的管道，但其内介质并不局限于水，相应的水压则指水道内的介质压力。水道由外套和内轴内连通，具体水道在外套内沿径向设置，在内轴内包括沿径向延伸的部分，以与外套内的水道部分连通。根据GB/T5357-2004《极限与配合过盈配合的计算和选用》，可以得到过盈配合、圆柱结合面压力P的计算公式如式(1)：

式中：

P：结合面压力，Pa；

δ:过盈量，mm；

D_a：外套外圆直径，mm；

D_f：结合面直径，mm；

D_i：内轴内圆直径，mm；

E：材料弹性模量，Pa；常用材林为钢，E＝2.1×10¹¹Pa。

定义外套与内轴的双边刚度系数k`，其公式如式(2)：

式中：

k`：外套与内轴的双边刚度系数，Pa。

通过系数k`，可求出水压Δp试验时，结合面的径向分离膨胀量Δδ，其公式如式(3)：

Δδ＝Δp/k` (3)

从式(3)可以看出，在一定的水压Δp时，k`值越大，由水压产生的结合面径向分离膨胀量Δδ越小，则该组合的防渗水能力越强。

以下以半径为变量推导。

由式(1)可得：

则单边刚度系数k的计算公式：

式中：

δ₁:单边过盈量，mm；δ₁＝1/2δ；

R_a：外套外圆半径，mm；

R_f：结合面半径，mm；

R_i：内轴内圆半径，mm；

从式(3)和式(4)对比可知：k＝2k`。

根据a²-b²＝(a+b)×(a-b)的转换，式(4)可推导为：

式中：

为接近于1的数(可参见下述表1计算结果)；

相当于外套的刚度比值，分子为外套的壁厚；

相当于内轴的刚度比值，分子为内轴的壁厚；

式(5)可以变为：

式(6)中第3项其分母(R_a-R_i)为外套和内轴组合后的总厚度。分析可知，当外套的壁厚或内轴的壁厚增大时，该第3项也是增大的。从上述刚度系数k计算公式可看出，为增加嵌套组合件的刚度，可通过增加外套和内轴件的壁厚，或减小结合面半径，减小结合面半径的效果更为明显。

基于上述分析，通过提高外套的厚度和内轴的厚度，以及减小结合面的半径，可以大大增加嵌套组合件的刚度系数k，从而提高过盈配合结合面压力P，在同样的水压试验Δp时，可实现不漏水。

请参阅图3，图3为本发明一个具体实施例的圆柱结合面防漏水的方法的流程示意图。

在一个具体实施例中，本发明提供的圆柱结合面防漏水的方法，用于水道在套装的内轴与外套间结合面的密封，包括以下步骤：

S1：根据水道内水压确定结合面的压力；

S2：根据结合面的压力确定外套与内轴的刚度系数；

S3：由刚度系数确定外套的厚度、内轴的厚度及结合面的半径，其中，刚度系数与外套的厚度和内轴的厚度呈正相关，与结合面半径呈反相关。

该实施例中，结合水道内水压，确定密封所需的结合面压力，并确定外套与内轴的刚度系数。基于上述分析，外套与内轴的刚度系数与外套的厚度和内轴的厚度呈正相关，与结合面半径呈反相关，具体可参考上述式(6)，则通过增大外套的厚度和内轴的厚度，和/或减小结合面的半径，以大大增加外套和内轴嵌套组合后的刚度系数k，提高过盈配合结合面的压力P，从而实现相应水压下的可靠密封。具体而言，根据外套和内轴的应用场景限制，在装配条件允许的情况下尽可能减小结合面的半径，尽可能减小内轴的内径，直至为零，尽可能增大外套的外径。

应用本发明提供的圆柱结合面防漏水的方法，通过由水道内水压确定结合面的压力，再由结合面的压力确定外套与内轴的刚度系数，并由刚度系数确定外套的厚度、内轴的厚度及结合面的半径，即通过外套和内轴的形状尺寸设计以满足密封要求，从而无需焊接、无需使用橡胶密封。因而外套和内轴可采用高强度合金钢，以提高整个系统的机械应力水平。无需使用橡胶件也提高了整个系统的使用寿命和可靠性。综上，本发明提供的圆柱结合面防漏水的方法在高温、振动大的应用环境下，以及焊接性差材料的圆柱结合面间也能实现可靠密封，达到防漏水的目的。

在一个实施例中，上述由刚度系数确定外套的厚度、内轴的厚度，具体包括：由刚度系数确定外套的整体厚度和内轴的整体厚度。也就是外套的壁厚和内轴的壁厚整体增大，以增大外套与内轴配合面的整体刚度，保证密封效果。

在一个实施例中，上述由刚度系数确定外套的厚度、内轴的厚度，具体包括：由刚度系数确定外套位于水道两侧的局部厚度及内轴的厚度，以使外套位于水道两侧的局部厚度增大，内轴至少对应外套厚度增大位置的局部厚度增大。即在受装配条件等限制下，外套及内套的整体壁厚难以增加时，可通过局部增大外套和内轴的壁厚，以增大位于水道两侧的外套和内轴配合面的刚度，从而从水道的两侧实现可靠密封。

在一个实施例中，根据水道内水压确定结合面的压力，具体包括：根据水道内水压确定结合面的压力，并使结合面的压力大于水压的40倍。试验表明，结合面的压力在水道试验水压的40倍及以上时，可满足防漏水的密封要求。

在一个实施例中，设置结合面的粗糙度范围为Ra1.6～Ra0.8。通过提高部件结合面的粗糙度，以提高结合面防漏水能力。

本发明还提供了一种圆柱结合面防漏水的结构，在一个具体实施例中，请参阅图4，其包括套装的内轴2与外套1，内轴2和外套1内分别具有相连通的水道3；外套1与内轴2过盈配合，且外套1的厚度大于第一预设厚度，内轴2的厚度大于第二预设厚度，和/或外套1与内轴2结合面4的半径小于预设半径，以使结合面4的压力大于预设压力，预设压力由水道3内水压确定。基于上述分析，外套1与内轴2的刚度系数与外套1的厚度和内轴2的厚度呈正相关，与结合面4半径呈反相关，则通过增大外套1的厚度和内轴2的厚度，和/或减小结合面4的半径，以大大增加外套1和内轴2嵌套组合后的刚度系数k，提高过盈配合结合面4的压力P，从而实现相应水压下的可靠密封。具体而言，第一预设厚度、第二预设厚度及预设半径的大小可根据装配条件，由刚度系数与外套1的厚度、内轴2的厚度及结合面4半径的关系确定。根据外套1和内轴2的应用场景限制，在装配条件允许的情况下尽可能减小结合面4的半径，尽可能减小内轴2的内径，直至为零，尽可能增大外套1的外径。

应用本发明提供的圆柱结合面防漏水的结构，通过外套1和内轴2的形状尺寸设计以满足密封要求，从而无需焊接、无需使用橡胶密封。因而外套1和内轴2可采用高强度合金钢，以提高整个系统的机械应力水平。无需使用橡胶件也提高了整个系统的使用寿命和可靠性。综上，本发明提供的圆柱结合面防漏水的结构在高温、振动大的应用环境下，以及焊接性差材料的圆柱结合面4间也能实现可靠密封，达到防漏水的目的。

图4所示实施例为整体增大外套1厚度与内轴2厚度。在另一个实施例中，如图5所示，为局部增大外套1的厚度和内轴2的厚度。即设置外套1位于水道3两侧的局部厚度大于第一预设厚度，内轴2至少对应外套1厚度增大位置的局部厚度大于第二预设厚度。在受装配条件等限制下，外套1及内套的整体壁厚难以增加时，可通过局部增大外套1和内轴2的壁厚，以增大位于水道3两侧的外套1和内轴2配合面的刚度，从而从水道3的两侧实现可靠密封。具体的，外套1在水道3的轴向两端可设置为法兰式局部加厚11，内轴2在对应外套1加厚的轴向位置，设置内轴局部加厚21。

在一个实施例中，预设压力不小于水道3内水压的40倍。试验表明，结合面的压力在水道3试验水压的40倍及以上时，可满足防漏水的密封要求。

在一个实施例中，结合面的粗糙度范围为Ra1.6～Ra0.8。通过提高部件结合面的粗糙度，以提高结合面防漏水能力。

为了便于说明，以A型电机水套、B型电机水套作为对比例，并与试验水套进行对比说明，三种水套的圆柱结合面防漏水结构的相应参数如表1所示。

表1对比例及试验水套参数设置及测试结果

由表1分析可知，大大提高外套件厚度和内轴件厚度，以及减小结合面半径，可以大大增加嵌套组合件的刚度系数k，也提高了过盈配合结合面压力p，在同样的水压试验Δp时，对比例A型电机水套、B型电机水套均发生漏水，需焊接密封。而采用本申请提供的增大内轴和外套厚度、减小结合面半径的试验水套，并未发生漏水，无需焊接密封。

综上，本发明提供的圆柱结合面防漏水的方法及结构，在外套和内轴采用高强度材料而不能采用焊接方法，以及高温振动运用条件而不能采用橡胶密封等传统方法的情况下，通过由水道内水压确定结合面的压力，再由结合面的压力确定外套与内轴的刚度系数，并由刚度系数确定外套的厚度、内轴的厚度及结合面的半径，即通过外套和内轴的形状尺寸设计以满足密封要求，从而无需焊接、无需使用橡胶密封。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种圆柱结合面防漏水的方法，用于水道在套装的内轴与外套间结合面的密封，其特征在于，包括：

根据水道内水压确定所述结合面的压力；

根据所述结合面的压力确定所述外套与所述内轴的刚度系数；

由所述刚度系数确定所述外套的厚度、所述内轴的厚度及所述结合面的半径，其中，所述刚度系数与所述外套的厚度和所述内轴的厚度呈正相关，与所述结合面半径呈反相关；

所述根据水道内水压确定所述结合面的压力，具体包括：

根据水道内水压确定所述结合面的压力，并使所述结合面的压力大于所述水压的40倍；

设置所述结合面的粗糙度范围为Ra1.6~Ra0.8。

2.根据权利要求1所述的圆柱结合面防漏水的方法，其特征在于，所述由所述刚度系数确定所述外套的厚度、所述内轴的厚度，具体包括：

由所述刚度系数确定所述外套的整体厚度和所述内轴的整体厚度。

3.根据权利要求1所述的圆柱结合面防漏水的方法，其特征在于，所述由所述刚度系数确定所述外套的厚度、所述内轴的厚度，具体包括：

由所述刚度系数确定所述外套位于所述水道两侧的局部厚度及所述内轴的厚度，以使所述外套位于所述水道两侧的局部厚度增大，所述内轴至少对应所述外套厚度增大位置的局部厚度增大。

4.一种圆柱结合面防漏水的结构，包括套装的内轴与外套，所述内轴和所述外套内分别具有相连通的水道；其特征在于，所述外套与所述内轴过盈配合，且所述外套的厚度大于第一预设厚度，所述内轴的厚度大于第二预设厚度，和/或所述外套与所述内轴结合面的半径小于预设半径，以使所述结合面的压力大于预设压力，所述预设压力由所述水道内水压确定；

所述预设压力不小于所述水道内水压的40倍；

所述结合面的粗糙度范围为Ra1.6~Ra0.8。

5.根据权利要求4所述的圆柱结合面防漏水的结构，其特征在于，所述外套位于所述水道两侧的局部厚度大于所述第一预设厚度，所述内轴至少对应所述外套厚度增大位置的局部厚度大于所述第二预设厚度。