TWI809608B - 一種磁流體密封軸 - Google Patents

Abstract

本發明公開一種磁流體密封軸，包括軸套和軸體，所述軸體安裝於所述軸套，且所述軸體能夠相對所述軸套進行轉動，所述軸體與所述軸套之間設置有磁流體進行密封；還包括伸縮部件，所述伸縮部件包括伸縮軸，所述伸縮軸內置於所述軸體，並能夠相對所述軸體進行伸出或者縮回。伸縮軸和軸體相互獨立，軸體用於和軸套相配合以實現旋轉密封，而伸縮軸則用於輸出直線位移，使得軸體可以不參與直線位移的輸出，這樣，軸體與軸套之間的旋轉密封不至於受到影響，而伸縮軸的引入則可以補充完善常規磁流體密封軸無法輸出直線位移的缺陷；同時，伸縮軸採用內置於軸體的設計，可以避免對磁流體密封軸外部空間的佔用，能夠縮減設備的體積，並可提高設備的集成度。

Description

一種磁流體密封軸

本發明涉及半導體加工設備技術領域，具體涉及一種磁流體密封軸。

本申請要求於2021年08月16日提交中國專利局、申請號為202110939002.7發明名稱為“一種磁流體密封軸”的中國專利申請的優先權，其全部內容通過引用結合在本申請中。

常規的磁流體密封軸僅能夠實現旋轉密封，但是，在某些特定的場景中，還希望磁流體密封軸能夠輸出直線位移，若直接為磁流體密封軸增設驅動機構，則會影響旋轉密封的可靠性。

本發明的目的是提供一種磁流體密封軸，可以在實現旋轉密封的同時輸出直線位移。

為解決上述技術問題，本發明提供一種磁流體密封軸，包括軸套和軸體，所述軸體安裝於所述軸套，且所述軸體能夠相對所述軸套進行轉動，所述軸體與所述軸套之間設置有磁流體進行密封；還包括伸縮部件，所述伸縮部件包括伸縮軸，所述伸縮軸內置於所述軸體，並能夠相對所述軸體進行伸出或者縮回。

採用上述結構，伸縮軸和軸體相互獨立，軸體用於和軸套相配合以實現旋轉密封，而伸縮軸則用於輸出直線位移，使得軸體可以不參與直線位移的輸出，這樣，軸體與軸套之間的旋轉密封不至於受到影響，而伸縮軸的引入則可以補充完善常規磁流體密封軸無法輸出直線位移的缺陷；同時，伸縮軸採用內 置於軸體的設計，可以避免對磁流體密封軸外部空間的佔用，進而能夠縮減設備的體積，並可提高設備的集成度。

可選地，所述軸體設置有自其軸向一端面向軸向另一端面延伸但未貫穿的開槽，所述開槽包括槽底壁和槽周壁，所述伸縮軸外套安裝有活塞，所述活塞與所述開槽的槽周壁滑動密封；還包括封蓋、第一密封件和流體供給及回收部件，所述封蓋密封設置於所述開槽的槽口位置，所述封蓋設置有過孔，所述伸縮軸自所述過孔伸出所述開槽，所述第一密封件能夠密封所述過孔和所述伸縮軸之間的間隙，所述活塞與所述封蓋之間形成第一腔室，所述活塞與所述槽底壁之間形成第二腔室，所述流體供給及回收部件與所述第一腔室、所述第二腔室中的至少一者相連通。

可選地，所述槽底壁設置有槽部，所述伸縮軸插接於所述槽部。

可選地，所述第一密封件為波紋管，所述波紋管外套於所述伸縮軸，所述波紋管的一個端部與所述封蓋相連，所述波紋管的另一個端部與所述活塞相連。

可選地，所述開槽的槽口位置設置有臺階面，所述封蓋安裝於所述臺階面，且所述封蓋與所述臺階面之間設置有第二密封件。

可選地，還包括轉接套，所述轉接套固定設置，並與所述軸體轉動密封，所述轉接套設置有第一流通口和第二流通口，所述第一流通口和所述第二流通口均連接有所述流體供給及回收部件；所述軸體設置有第一流體通道和第二流體通道，所述第一流體通道用於連通所述第一腔室和所述第一流通口，所述第二流體通道用於連通所述第二腔室和所述第二流通口。

可選地，所述轉接套與所述軸體之間設置有第三密封件，所述第一流通口、所述第二流通口均位於相鄰的兩所述第三密封件之間。

可選地，所述軸體和所述轉接套之間設置有沿軸向間隔設置的第一環形流道和第二環形流道，所述第一流通口通過所述第一環形流道與所述第一流體通道相連通，所述第二流通口通過所述第二環形流道與所述第二流體通道相連通。

可選地，所述軸套和所述軸體之間設置有相間隔的兩軸承，所述磁流體佈置在兩所述軸承之間。

可選地，所述伸縮軸與所述軸體同軸佈置。

1:軸套

11:磁流體

12:軸承

13:法蘭連接部

2:軸體

21:開槽

211:槽部

21a:第一腔室

21b:第二腔室

22:封蓋

23:第二密封件

24:第一流體通道

25:第二流體通道

3:伸縮部件

31:伸縮軸

32:活塞

33:第一密封件

4:轉接套

41:第一流通口

42:第二流通口

圖1為本發明所提供磁流體密封軸的一種具體實施方式(未配置轉接套)的立體結構圖；圖2為本發明所提供磁流體密封軸的一種具體實施方式(配置有轉接套)的剖視圖；圖3為本發明所提供磁流體密封軸的一種具體實施方式在旋轉軸處於縮回狀態時的結構示意圖；圖4為本發明所提供磁流體密封軸的一種具體實施方式在旋轉軸處於伸出狀態時的結構示意圖。

為了使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合圖式和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。

本文中所述“第一”、“第二”等詞，僅是為了便於描述結構和/或功能相同或者相類似的兩個以上的結構或者部件，並不表示對於順序和/或重要性的某種特殊限定。

請參考圖1-圖4，圖1為本發明所提供磁流體密封軸的一種具體實施方式(未配置轉接套)的立體結構圖，圖2為本發明所提供磁流體密封軸的一種具體實施方式(配置有轉接套)的剖視圖，圖3為本發明所提供磁流體密封軸的一種具體實施方式在旋轉軸處於縮回狀態時的結構示意圖，圖4為本發明所提供磁流體密封軸的一種具體實施方式在旋轉軸處於伸出狀態時的結構示意圖。

如圖1、圖2所示，本發明提供一種磁流體密封軸，包括軸套1和軸體2，軸體2安裝於軸套1，且軸體2能夠相對軸套1進行轉動，軸體2與軸套1之間設置有磁流體11進行密封。

磁流體又稱為磁性液體或鐵磁流體，其是一種固液兩相組成的膠體材料，固相主要指磁性固體納米顆粒，液相是指能夠承載固體磁性納米顆粒的液體，磁流體具有液態載體的流動性、潤滑性、密封性，同時具有固體納米顆粒的強磁性及其它特性。

磁流體密封就是用永久磁鐵將磁流體固定在軸體2的周圍，由於軸體2與軸套1之間的空隙很小，且其磁場強度特別大，從而能承受較大的沿軸線方向的推力，以達到密封的效果。

詳細的說明，軸套1和軸體2之間可以設置有相間隔的兩軸承12，軸承12可以為滾珠軸承、滾軸軸承等，用於實現軸套1和軸體2之間的相對轉動，磁流體11可以佈置在兩軸承12之間的區域。磁流體11可以僅佈置一道，也可以佈置多道，當佈置多道時，各道磁流體11也可以沿軸向間隔分佈；在圖2實施例中，磁流體11存在兩道。

軸套1可以設有法蘭連接部13，該法蘭連接部13具體可以是設置在軸套1的一個軸向端部，當然，也可以是設置在軸套1的軸向其他位置，其上可以設有連接孔，用於配合螺釘或者螺栓等形式的連接件和其他部件進行連接，進而可以對軸套1進行固定。在具體實踐中，軸套1不轉動，而軸體2可以轉動。

進一步地，本發明所提供磁流體密封軸還可以包括伸縮部件3，伸縮部件3包括伸縮軸31，伸縮軸31內置於軸體2，並能夠相對軸體2進行伸出或者縮回。需要說明，這裡的伸出或者縮回是由於伸縮軸31能夠相對軸體2進行動作而產生的相對軸體2“伸出”或者“縮回”的一種狀態，並非是指伸縮軸31自身的長度可以伸長或者縮短。

採用上述結構，伸縮軸31和軸體2相互獨立，軸體2用於和軸套1相配合以實現旋轉密封，而伸縮軸31則用於輸出直線位移，使得軸體2可以不參與直線位移的輸出，這樣，軸體2與軸套1之間的旋轉密封不至於受到影響，而伸縮軸31的引入則可以補充完善常規磁流體密封軸無法輸出直線位移的缺陷；同時，伸縮軸31採用內置於軸體2的設計，可以避免對磁流體密封軸外部空間的佔用，進而能夠縮減設備的體積，並可提高設備的集成度。

伸縮軸31與軸體2可以同軸設置，此時，如果軸體2進行轉動，伸縮軸31也可以繞自身軸線進行轉動。或者，伸縮軸31與軸體2也可以不同軸設置，即伸縮軸31的中軸線與軸體2的中軸線之間可以存在一定的偏心量，此時，如果軸體2進行轉動，伸縮軸31可以相對軸體2的中軸線進行公轉。在具體實踐中，上述的兩種方案均可以採用，本領域技術人員可以根據需要進行靈活選擇。

實際上，伸縮軸31的軸向與軸體2的軸向也可以呈角度設置，這樣也是可以的。換而言之，伸縮軸31相對軸體2的安裝形式可以是多樣的，具體可以結合實際需要進行設定。

伸縮部件3還可以包括動力部件，動力部件用於為伸縮軸31提供動力，以驅使伸縮軸31完成軸向上的位移。

上述動力部件的結構形式可以存在較多的選擇。例如，該動力部件可以採用氣缸、液壓缸等動力缸形式的動力元件，此時，伸縮軸31可以相當於動力缸的活塞桿，能夠直接輸出直線位移；或者，該動力部件也可以包括電機等形式的動力元件，但由於這種形式的動力元件所直接輸出的位移形式為旋轉位移，因此，還需要配置齒輪齒條結構或者螺桿結構等形式的動力轉換結構，以將動力元件直接輸出的旋轉位移轉換為伸縮軸31所需的直線位移。

具體到本發明實施例中，可以採用類似氣缸或者液壓缸等形式的動力元件，以減少零部件數量，並簡化結構。

如圖2所示，軸體2可以設置有自其軸向一端面向軸向另一端面延伸但未貫穿的開槽21，開槽21包括槽底壁和槽周壁，伸縮軸31可以外套安裝有活塞32，活塞32可以與開槽21的槽周壁滑動密封。即活塞32與開槽21的槽周壁可以為緊密接觸，能夠避免活塞32軸向兩側的流體通過活塞32與槽周壁之間的縫隙進行連通，同時，活塞32又可以在開槽21內進行軸向滑動。

進一步地，還可以包括封蓋22，封蓋22可以密封設置於開槽21的槽口位置，此時，封蓋22與開槽21的槽內壁面可以圍合形成缸內腔。活塞32可以將缸內腔沿軸向分隔為兩部分，為便於描述，可以將活塞32與封蓋22 之間的空間稱之為第一腔室21a，並將活塞32與槽底壁之間的空間稱之為第二腔室21b。

封蓋22與軸體2之間可以是借助螺釘等形式的連接件進行連接。具體而言，開槽21的槽口位置可以設置有臺階面(圖中未標注)，封蓋22可以安裝於臺階面，且封蓋22與臺階面之間可以設置有第二密封件23，以對封蓋22和臺階面之間的間隙進行密封處理；第二密封件23的種類可以為橡膠圈等。當然，上述的臺階面也可以不設置，此時，封蓋22可以直接與軸體2的軸向端面進行對接裝配。

封蓋22可以設置有過孔(圖中未標注)，伸縮軸31可以自過孔伸出開槽21，以對外輸出直線位移。

進一步地，還可以包括第一密封件33，第一密封件33能夠密封過孔和伸縮軸31之間的徑向間隙(以下稱之為孔軸間隙)，以避免第一腔室21a通過上述的孔軸間隙與外界相連通，進而可以保證第一腔室21a的密封性能。

第一密封件33的種類在此不做限定，只要能夠實現上述的密封效果即可。在一種示例性的方案中，第一密封件33可以為波紋管，波紋管可以外套安裝於伸縮軸31，波紋管的一個端部可以與封蓋22相連，波紋管的另一個端部可以與活塞32相連，進而可以隔離第一腔室21a和上述的孔軸間隙；如此設置，不僅可以實現上述孔軸間隙處的密封隔離，還可以避免伸縮軸31動作過程中對第一密封件33造成磨損，還有利於保證第一密封件33在長期使用過程中的使用壽命。

進一步地，還可以包括流體供給及回收部件，流體供給及回收部件與第一腔室21a、第二腔室21b中的至少一者相連通，進而可以為第一腔室21a或者第二腔室21b提供流體，或者，可以從第一腔室21a或者第二腔室21b抽取流體，以改變活塞32軸向兩側的壓力，從而驅使伸縮軸31沿軸向進行位移。流體供給及回收部件所供給的流體可以為氣體，也可以為液體，具體的氣體以及液體的種類在此不做限定。

第一腔室21a、第二腔室21b可以均連通有流體供給及回收部件。如此設置，當向第一腔室21a內填充流體時，第二腔室21b內的流體需要被抽 出，使得活塞32以及伸縮軸31可以朝向壓縮第二腔室21b的方向進行位移(圖式中為向下位移，如圖3所示)；而當向第二腔室21b內填充流體時，第一腔室21a內的流體需要被抽出，使得活塞32以及伸縮軸31可以朝向壓縮第一腔室21a的方向進行位移(圖式中為向上位移，如圖4所示)。也就是說，在第一腔室21a和第二腔室21b均連通有流體供給及回收部件時，兩腔室內的抽取流體和填充流體的操作是相反的。

針對這種方案，流體供給及回收部件的數量可以為兩個，兩流體供給及回收部件可以一一對應地與第一腔室21a、第二腔室21b相連通，進而分別對兩腔室進行操作；或者，流體供給及回收部件也可以僅存在一個，其可以包括供給部和回收部，二者可以搭配一定的閥體和管路均與第一腔室21a、第二腔室21b相連通，當供給部對第一腔室21a進行供流時、回收部可以對第二腔室21b內的流體進行回收，而當供給部對第二腔室21b進行供流時、回收部可以對第一腔室21a內的流體進行回收。

或者，第一腔室21a、第二腔室21b中也可以僅存在一者與流體供給及回收部件相連通。為簡化描述，這裡僅以第一腔室21a與流體供給及回收部件相連通為例進行說明，第二腔室21b內可以預留一定量的可壓縮流體(如氣體)或者可以預設彈性件；這樣，當向第一腔室21a內填充流體時，第一腔室21a內的壓力可以增大，能夠驅使活塞32連同伸縮軸31朝向壓縮第二腔室21b的方向進行位移，第二腔室21b內的可壓縮流體或者彈性件可以處於壓縮狀態，以積聚能量；而當抽取第一腔室21a內的流體時，第二腔室21b內可壓縮流體或者彈性件所積聚的能量可以釋放，以推動活塞32連同伸縮軸31朝向壓縮第一腔室21a的方向進行位移。彈性件可以為彈簧、拉力繩等各種形式的彈性元件，在此不做限定；以彈簧為例，其可以外套安裝於伸縮軸31。

進一步地，還可以包括轉接套4，轉接套4可以固定設置，並可以與軸體2轉動密封，轉接套4可以設置有第一流通口41和第二流通口42，第一流通口41和第二流通口42均可以連接有流體供給及回收部件，流體供給及回收部件的數量以及連接方式可以參見前述的描述；軸體2可以設置有第一流體 通道24和第二流體通道25，第一流體通道24用於連通第一腔室21a和第一流通口41，第二流體通道25用於連通第二腔室21b和第二流通口42。

採用這種結構，轉接套4不發生轉動，流體供給及回收部件與轉接套4的連接管路不會發生扭轉，更有利於保證連接的可靠性。

更為詳細的說明，第一流通口41和第二流通口42的內端部均可以與一個環形流道相連通，該環形流道可以設置於轉接套4的內壁面和/或軸體2的外壁面。為便於描述，可以將與第一流通口41相連通的環形流道稱之為第一環形流道、與第二流通口42相連通的環形流道稱之為第二環形流道，第一流通口41可以通過第一環形流道與第一流體通道24相連通，第二流通口42可以通過第二環形流道與第二流體通道25相連通；如此設置，即便軸體2相對轉接套4發生轉動，也不會影響第一流通口41和第一流體通道24之間的正常連通以及第二流通口42和第二流體通道25之間的正常連通。

轉接套4與軸體2之間還可以設置有第三密封件43，第一流通口41、第二流通口42均位於相鄰的兩第三密封件43之間，以對第一流通口41軸向兩側的、第二流通口42軸向兩側的轉接套4和軸體2之間的縫隙進行封堵。

第三密封件43也可以為橡膠圈等形式的密封元件。或者，第三密封件43也可以採用和軸套1與軸體2之間相類似的磁流體密封結構。

開槽21的槽底壁還可以設置有槽部211，伸縮軸31可以插接於該槽部211，用於對伸縮軸31的動作進行避讓，使得活塞32可以具有更大的位移空間。進一步地，也可以對槽部211的形狀和尺寸進行設計，使得槽部211的軸向截面可以與伸縮軸31的軸向截面相匹配，這樣，在伸縮軸31插接於槽部211時，還可以對伸縮軸31的位移進行導向。

以上僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。

1:軸套

11:磁流體

12:軸承

13:法蘭連接部

2:軸體

211:槽部

21a:第一腔室

21b:第二腔室

22:封蓋

23:第二密封件

24:第一流體通道

25:第二流體通道

3:伸縮部件

31:伸縮軸

32:活塞

4:轉接套

41:第一流通口

42:第二流通口

43:第三密封件

Claims (10)

1. 一種磁流體密封軸，其特徵在於，包括軸套和軸體，所述軸體安裝於所述軸套，且所述軸體能夠相對所述軸套進行轉動，所述軸體與所述軸套之間設置有磁流體進行密封；

   還包括伸縮部件，所述伸縮部件包括伸縮軸，所述伸縮軸內置於所述軸體，並能夠相對所述軸體進行伸出或者縮回。
2. 如請求項1所述磁流體密封軸，其中，所述軸體設置有自其軸向一端面向軸向另一端面延伸但未貫穿的開槽，所述開槽包括槽底壁和槽周壁，所述伸縮軸外套安裝有活塞，所述活塞與所述開槽的槽周壁滑動密封；

   還包括封蓋、第一密封件和流體供給及回收部件，所述封蓋密封設置於所述開槽的槽口位置，所述封蓋設置有過孔，所述伸縮軸自所述過孔伸出所述開槽，所述第一密封件能夠密封所述過孔和所述伸縮軸之間的間隙，所述活塞與所述封蓋之間形成第一腔室，所述活塞與所述槽底壁之間形成第二腔室，所述流體供給及回收部件與所述第一腔室、所述第二腔室中的至少一者相連通。
3. 如請求項2所述磁流體密封軸，其中，所述槽底壁設置有槽部，所述伸縮軸插接於所述槽部。
4. 如請求項2所述磁流體密封軸，其中，所述第一密封件為波紋管，所述波紋管外套於所述伸縮軸，所述波紋管的一個端部與所述封蓋相連，所述波紋管的另一個端部與所述活塞相連。
5. 如請求項2所述磁流體密封軸，其中，所述開槽的槽口位置設置有臺階面，所述封蓋安裝於所述臺階面，且所述封蓋與所述臺階面之間設置有第二密封件。
6. 如請求項2所述磁流體密封軸，其中，還包括轉接套，所述轉接套固定設置，並與所述軸體轉動密封，所述轉接套設置有第一流通口和第二流通口，所述第一流通口和所述第二流通口均連接有所述流體供給及回收部件；

   所述軸體設置有第一流體通道和第二流體通道，所述第一流體通道用於連通所述第一腔室和所述第一流通口，所述第二流體通道用於連通所述第二腔室和所述第二流通口。
7. 如請求項6所述磁流體密封軸，其中，所述轉接套與所述軸體之間設置有第三密封件，所述第一流通口、所述第二流通口均位於相鄰的兩所述第三密封件之間。
8. 如請求項6所述磁流體密封軸，其中，所述軸體和所述轉接套之間設置有沿軸向間隔設置的第一環形流道和第二環形流道，所述第一流通口通過所述第一環形流道與所述第一流體通道相連通，所述第二流通口通過所述第二環形流道與所述第二流體通道相連通。
9. 如請求項1-8中任一項所述磁流體密封軸，其中，所述軸套和所述軸體之間設置有相間隔的兩軸承，所述磁流體佈置在兩所述軸承之間。
10. 如請求項1-8中任一項所述磁流體密封軸，其中，所述伸縮軸與所述軸體同軸佈置。

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