CN203162163U - 用于轴杆圆弧往复运动的随动密封装置 - Google Patents

Abstract

用于轴杆圆弧往复运动的随动密封装置，包括固定槽和设置在固定槽内部的重叠放置的多层密封片；所述密封片为中心设有弧形开孔的半径为R的弧形金属密封片，所述多层密封片开孔区域的弧长由上至下依次增大；所述固定槽为由两片开口最大的密封片组成的盒子，所述固定槽的宽度不小于密封片的宽度，所述固定槽的厚度不小于其他密封片的厚度之和；所述固定槽通过焊接或卯固固定在工作箱体的开口部分；轴杆与第一层密封片之间的密封方式为轴密封。本实用新型不但解决了工作过程中工作箱体中介质和噪音大量泄漏的问题，提高了设备的环保性能，改善了作业环境，而且结构简单，安装方便，成本低廉；本实用新型也适用于一些需要实现运动时密封的装置上。

Description

用于轴杆圆弧往复运动的随动密封装置

技术领域

本实用新型涉及工程和机械领域的密封装置，具体地说，涉及电机轴杆或其它运动体在工作箱体的垂直于电机轴杆的平面上作圆弧往复运动时实现工作箱体始终保持密封状态的随动密封装置。

背景技术

电机工作时，电机轴杆进行旋转运动或前后往复运动。为了实现较高的密封要求，大多采用浮动密封、滑动定位角形接头随动密封和磁力随动密封等轴密封方式将轴杆与相邻部件密封为一体。对于磨粉机、打磨机、搅拌机、破碎机和切割机等设备，电机轴杆相对于工作箱体的一个平面进行圆弧往复运动时，为了避免粉尘与物料飞扬、控制噪音以及避免电机与粉尘或冷却液的接触，电机转轴前端往往被封闭在工作箱体中。因此，电机轴杆不仅自身进行旋转运动或沿轴杆轴向的前后运动，还要作相对于工作箱体的圆弧往复运动。而这一区域必须通过密封才能避免粉尘与物料飞扬、控制噪音、避免电机与粉尘或冷却液接触，保持工作环境的清洁和对设备的保护。当圆弧往复运动的区域相对于箱体来说足够小时，通过轴密封机构连接一块密封片就能解决轴杆圆弧往复运动区域的密封。当圆弧往复运动的区域相对于箱体来说足够大时，由于一块密封片在运动时受到边界限制，往往不能解决密封的问题。

实用新型内容

针对现有技术不能解决的电机轴杆相对于工作箱体作圆弧往复运动时工作箱体的密封问题，本实用新型提供了一种用于轴杆圆弧往复运动的随动密封装置，解决了轴杆运动区域相对箱体较大时，轴杆运动区域的密封问题。

本实用新型的技术方案：用于轴杆圆弧往复运动的随动密封装置，包括固定槽和设置在固定槽内部的重叠放置的多层密封片；所述密封片为中心设有弧形开孔的半径为R的弧形金属密封片，所述多层密封片开孔区域的弧长由上至下依次增大；所述固定槽为由两片开口最大的密封片组成的盒子，所述固定槽的宽度不小于密封片的宽度，所述固定槽的厚度大于其他密封片的厚度之和；

所述第一层密封片的弧形开孔半径等于轴杆半径r，开孔半角θ₁等于2arcsin(r/2R)，所述第n层密封片的弧形开孔宽度为2r，开孔半角为θ_n；所述每层密封片由开始时的中心位置移动到下一层密封片边缘转动的圆心角为m，所述每层密封片的开孔与密封片上、下两端的距离均为d，所述每层密封片的弧形开孔与密封片左、右两端的距离对应的圆心角均为L，所述相邻密封片之间的搭接部分对应的圆心角不小于θ''；所述固定槽为由两片第n层密封片组成的盒子，所述θ_n-θ₁为轴杆的运动半角；上述参数之间存在如下关系：

θ_n-θ₁=(n-1)×m   （Eq.1），L=2m+θ''   （Eq.2）

根据Eq.1和Eq.2得到，所述密封片的数量n_I=[2(θ_n-θ₁)/(L_I-θ'')+1]+1；所述y=[x]为取整函数。

优选的是，所述固定槽固定在工作箱体的开口部分以实现轴杆圆弧往复运动时工作箱体中的密封，所述固定方式为焊接或卯固。

优选的是，轴杆与第一层密封片之间的密封方式为轴密封。

本实用新型的设计原理：

整个密封装置由一组带有开孔的弧形密封片组成。弧形密封片随电机轴杆的圆弧往复运动活动错位重叠，各层密封片可在一定区域随轴杆运动。根据电机轴杆圆弧往复运动区域和箱体可利用区域的大小，按一定规则设计密封片的数量和尺寸，在保证密封作用的同时，可获得整个密封装置总体的经济性。

密封片可以是铁片或具有一定强度的其它材料。弧形密封片相互之间留有一定的搭接长度，保证粉尘不会从两个密封片接触处泄漏。弧形密封片圆弧方向的搭接长度所对应的圆心角为θ″，各层弧形密封片无论如何运动，相邻弧形密封片之间都至少存在一定的搭接长度θ″，从而保证相邻两片弧形密封片之间的有效密封。弧形密封片的圆弧边与固定槽之间搭接长度为d。

多层密封片根据尺寸大小分为第一层密封片、第二层密封片、……第n层密封片。各层弧形密封片的弧形长度和开孔的弧形长度依次增大（图1）。

最大（第n层）弧形密封片是不动的，作为密封装置的固定槽。固定槽是由两片第n层密封片构成的一个带有开口的盒子，其开口大小是轴杆圆弧往复运动区域的大小。其它弧形密封片置于固定槽内，以实现其在固定槽内随轴杆的弧形往复运动。固定槽的宽度大于密封片的宽度，固定槽的厚度略大于其他密封片厚度之和，以容纳弧形密封片且确保密封片的运动相对稳定为准。固定槽可采用焊接或卯固的方式固定在箱体上，属于箱体的一部分。

第一层密封片的开孔半径为轴杆或运动体的半径r，轴杆与第一层密封片之间采用轴密封或其它密封方式。

1.圆弧往复运动区域的密封原理

不同的弧形密封片有不同的弧形开孔，所对应的运动长度也不同。现在以3片弧形片的随动密封装置为例来解释运动原理。

通过各个弧形密封片之间的相互移动，各个弧形密封片移动而留出的缝隙被其他密封片弥补，保证粉尘不能透过。密封片可依次重叠，交替重叠，也可以无序重叠，以获得良好的密封效果为准。密封片I处于第1层，密封片II处于第2层，密封片III处于第3层。运动时，密封片I在轴杆的运动作用下，转动至密封片II的开孔边缘；然后继续移动，在轴杆的拖动下，密封片I和密封片II一同转动至密封片III的开孔边缘，轴杆移动达到运动边缘。往返运动时，密封片I先行向反方向转动，到达密封片II的开孔边缘；然后拖动密封片I和密封片II一同转动，运动到密封片III的另一边缘，最终实现装置的随动性和密封性（图1）。

2.圆弧往复运动区域的密封机构设计

圆弧运动中，最直观的便是弧线对应圆心角的变动。因此，通过计算轴杆每次移动后对应圆心角的角度的变化，来确定弧形密封片的各种参数。

已知轴杆或运动体的半径为r，运动圆弧的半径为R（图2），弧形密封片的弧形边的密封接触长度d，则弧形密封片宽度h≥2(r+d)（图3）。同时，弧形密封片的圆弧方向端部边缘密封接触长度采用圆心角θ″来计量。

设定最大开孔半角为θ_n，半径为r的圆对应半径为R的圆的圆心角为θ₁=2arcsin(r/2R)（图2），则轴杆中心点的运动范围为2(θ_n-θ₁)。

最小密封片的开孔半径为轴杆半径r,最大密封片的开孔半角为θ_n。最大密封片（第n片）上的开孔角度2θ_n为轴杆的最大运动角度；最大密封片不参与运动，而是固定槽，用于容纳各层密封片，固定槽的翼缘部分对应圆心角L决定了密封片的数量n。

假设运动开始时，弧形密封片都处于圆弧中心位置，密封片每次移动到下一层密封片边缘转动的圆心角为m，当采用n片密封片覆盖密封时，n个密封片实现（n-1）次依次运动后，转动的圆心角为最大运动半角θ_n-θ₁，即：

（n-1）×m=θ_n-θ₁   （Eq.1）

则可确定每片密封片每次运动的角度值为：

m=（θ_n-θ₁）/（n-1）   （Eq.3）

由此得到，当最大密封片（即固定槽）两侧的翼缘部分对应圆心角L满足L≥2m+θ″时，固定槽可满足容纳密封片的要求，固定槽的翼缘部分对应圆心角L为：

L=2m+θ″   （Eq.2）

结合式（Eq.2）、式（Eq.3），则密封片数量n由下式确定：

n=2(θ_n-θ₁)/(L-θ'')+1   （Eq.4）

由于片数只能取整，实际片数n′为：

n'=[n]+1=[2(θ_n-θ₁)/(L-θ'')+1]+1   （Eq.5）

计算出n′后，将n′代替n，根据式（Eq.3）计算密封片每次移动角度m，再计算各密封片的尺寸。

各个密封片的尺寸按下面方法计算。

现在以4片密封片，第一层密封片的开孔半角为θ₁，且最大密封片（第n片）上的开孔最大半角为θ₄为例来进行公式的推断。

图2显示了轴杆经过三次运动后达到的位置；

由图3可知，轴杆第一次运动的圆心角度为m=(θ₄-θ₁)/3，运动了角度m；

由图4可知，轴杆第二次运动的圆心角度为m=(θ₄-θ₁)/3，运动了2m；

由图5可知，轴杆第三次运动的圆心角度为m=(θ₄-θ₁)/3，运动了角度3m。

每层密封片的具体参数（开孔半角和密封片弧长半角）如下：

第一层密封片：开孔半角为θ₁，密封片弧长半角为2m+θ₁+θ″；

第二层密封片：开孔半角为θ₁+m，密封片弧长半角为3m+θ₁+θ″；

第三层密封片：开孔半角为θ₁+2m，密封片弧长半角度为4m+θ₁+θ″；

……

第n层密封片：开孔半角为θ₁+(n-1)m=θ₁+(n-1)(θ_n-θ₁)/(n-1)=θ_n，

密封片弧长半角为(n+1)m+θ₁+θ″=θ_n+2m+θ″

由最后第n片公式得知，以上参数公式，全部成立，满足条件。

通过公式得知所有密封片的翼缘长度（未开孔长度）所对应的圆心角L为2m+θ″。因此通过增加密封片的数量减小每次的运动角度m，从而减小了密封片的翼缘长度和固定槽的尺寸。按该方法计算的结果满足2m+θ″≤L，L为固定槽的实际翼缘长度（图6）。

最简单的机构是一层活动片，一个固定槽，此种情况是运动区域相对于箱体较小的情况。

本实用新型的有益效果：

（1）本实用新型提供了一种电机轴杆相对于工作箱体作圆弧往复运动时，满足工作箱体基本密封要求的装置；所述装置不但解决了工作过程中工作箱体中介质和噪音大量泄漏的问题，提高了设备的环保性能，改善了作业环境，而且结构简单，安装方便，成本低廉；

（2）本实用新型通过设置在工作箱体开口处的固定槽内多层密封片的重叠和嵌固，实现了电机轴杆圆弧往复运动中工作箱体的密封；

（3）本实用新型可以根据箱体的尺寸和轴杆圆弧往复运动区域的大小进行设计，从而确定密封片的数量和具体尺寸，实现了节约材料和密封效果的双赢，达到了较好的经济效果；

（4）本实用新型所述的随动密封装置最大限度利用了箱体的空间，在空间有限前提下，获得电机工作的作用区域；

（5）本实用新型不仅适用于轴杆，也适用于一些需要实现运动时密封的装置上。

附图说明

图1为本实用新型中三层密封片分解样式图；

图2为本实用新型中轴杆的三次运动状态；

图3为本实用新型中轴杆拖动密封片I运动到密封片II开孔左侧边缘；

图4为本实用新型中轴杆拖动密封片II运动到密封片III开孔左侧边缘；

图5为本实用新型中装置最大密封片（固定槽）；

图6为本实用新型中装置安装区域与机器实际情况。

其中：1.第一层密封片，2.第二层密封片，3.第三层密封片。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明。

实施例1：

用于轴杆圆弧往复运动的随动密封装置，包括固定槽和设置在固定槽内部的重叠放置的多层密封片；所述密封片为中心设有弧形开孔的半径为R的弧形金属密封片，所述多层密封片开孔区域的弧长由上至下依次增大；所述固定槽为由两片开口最大的密封片组成的盒子，所述固定槽的宽度不小于密封片的宽度，所述固定槽的厚度大于其他密封片的厚度之和。所述固定槽固定在工作箱体的开口部分以实现轴杆圆弧往复运动时工作箱体中的密封，所述固定方式为焊接或卯固。所述轴杆与第一层密封片之间的密封方式为轴密封。

所述第一层密封片的弧形开孔半径等于轴杆半径r，开孔半角θ₁等于2arcsin(r/2R)，所述第n层密封片的弧形开孔宽度为r，开孔半角为θ_n；所述每层密封片由开始时的中心位置移动到下一层密封片边缘转动的圆心角为m，所述每层密封片的开孔与密封片上、下两端的距离均为d，所述每层密封片的弧形开孔与密封片左、右两端的距离对应的圆心角均为L，所述相邻密封片之间的搭接部分对应的圆心角不小于θ''；所述固定槽为由两片第n层密封片组成的盒子，所述θ_n-θ₁为轴杆的运动半角；上述参数之间存在如下关系：

θ_n-θ₁=(n-1)×m   （Eq.1），L=2m+θ''   （Eq.2）

根据Eq.1和Eq.2得到，所述密封片的数量n_I=[2(θ_n-θ₁)/(L_I-θ'')+1]+1；所述y=[x]为取整函数。

Claims (3)

1.用于轴杆圆弧往复运动的随动密封装置，其特征在于：包括固定槽和设置在固定槽内部的重叠放置的多层密封片；所述密封片为中心设有弧形开孔的半径为R的弧形金属薄片，所述多层密封片开孔区域的弧长由上至下依次增大；所述固定槽为由两片开口最大的密封片组成的盒子，所述固定槽的宽度不小于密封片的宽度，所述固定槽的厚度不小于其他密封片的厚度之和；

所述第一层密封片的弧形开孔半径等于轴杆半径r，开孔半角θ₁等于2arcsin(r/2R)，所述第n层密封片的弧形开孔宽度为2r，开孔半角为θ_n；所述每层密封片由开始时的中心位置移动到下一层密封片边缘转动的圆心角为m，所述每层密封片的开孔与密封片上、下两端的距离均为d，所述每层密封片的弧形开孔与密封片左、右两端的距离对应的圆心角均为L，所述相邻密封片之间的搭接部分对应的圆心角不小于θ''；所述固定槽为由两片第n层密封片组成的盒子，所述θ_n-θ₁为轴杆的运动半角；上述参数之间存在如下关系：

θ_n-θ₁=(n-1)×m   （Eq.1），L=2m+θ''   （Eq.2）

根据Eq.1和Eq.2得到，所述密封片的数量n_I=[2(θ_n-θ₁)/(L_I-θ'')+1]+1；所述y=[x]为取整函数。

2.根据权利要求1所述的用于轴杆圆弧往复运动的随动密封装置，其特征在于：所述固定槽固定在工作箱体的开口部分以实现轴杆圆弧往复运动时工作箱体中的密封，所述固定方式为焊接或卯固。

3.根据权利要求1所述的用于轴杆圆弧往复运动的随动密封装置，其特征在于：轴杆与第一层密封片之间的密封方式为轴密封。

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