複合式旋轉軸封的製作方法

2023-12-09 13:59:51 2

專利名稱：複合式旋轉軸封的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種密封裝置，尤其是用於液壓、氣壓設施的耐高壓密 封旋轉密封裝置，屬於液壓、氣動密封件技術領域。
背景技術：
骨架式橡膠旋轉軸封(以下稱軸封)是常用的密封件，此類密封件 通常用於液壓、氣壓傳動裝置中旋轉面的密封，其基本結構在相應的密 封技術手冊上可以找到，通常安裝在圓柱面的環型槽中。其中的橡膠圈 對旋轉軸進行密封，前後兩個面分別承受阻隔開的高低壓介質。
據申請人了解，在液、氣壓傳動件中，尤其是液壓泵、液壓馬達之 類的產品中，基本的動力輸出均為旋轉扭矩，因而具有旋轉面的密封， 並要求密封結構能長時間耐受高壓和磨損，以阻止密封介質的洩漏。例
如，對於20mm軸徑，在軸轉速500rpm時，採用普通軸封只能承受背壓 l.OMPa。當液、氣等密封介質以大於1. OMpa的高壓作用於軸封與轉軸 配合的唇口處時，會導致唇口外翻而使密封失效；同時在高壓下軸封基 體與轉軸將劇烈磨損，也會很快使密封失效。而另一方面，由於液、氣 壓傳動件本身的裝配需要，要求各部件的空間尺寸儘可能小。
申請人在先申請的中國專利"緊湊型高壓旋轉軸密封圈"(專利號 ZLL20Q620070646. 8 )較好的解決了承壓密封與結構緊湊的問題，承受 背壓能力已遠遠超出普通的軸封；但該軸封直接用於高壓介質相通的產 品(如高速配流擺線液壓馬達)時，其長時間承受高壓的能力不足。為 此申請人在先申請的另一項中國專利"背壓式高壓軸封"(專利號 ZL200620078011. 2 )能夠解決直接與高壓介質相通的軸封處耐高壓的問 題；但該軸封實際使用中存在不可調整，因此仍然難以長時間承受高壓。
檢索發現，專利號為US5,213, 343的美國專利公開了一種具有支撐
4構<牛和背環的軸去於(Shaft seal with support member and backing ring ),該軸封在現有密封件的基礎上增加了背環以及位於背環和密封 件之間的中隔件，可減小磨損、延長使用壽命；但該軸封的耐壓能力不 夠。又檢索發現，專利號為US6， 783， 339B2的美國專利公開了一種帶軸 閥的液壓馬達(hydraulic motor with a spool valve), 該液壓馬達 中含有的軸封由組合密封件、墊圏和浮動擋圈沿軸向裝配在一起，該軸 封可以耐高壓，但該軸封的組合密封件存在剛性低及與密封不嚴的弊 病。

發明內容
.本發明首要解決的技術問題是針對以上現有技術存在的不足，提 出 一種可以長時間承受高壓介質的複合式旋轉軸封。
本發明針對上述技術問題的技術方案是 一種複合式旋轉軸封，包 括嵌裝於殼體孔與轉軸之間並沿軸向依次裝配在一起的複合密封體、隔 圈和活動擋圏；所述複合密封體由彼此端面緊密貼合的橡膠圈體和骨架 圏體構成；所述橡膠圈體分別與殼體孔、轉軸之間形成過盈配合，其沿 軸向形成有開口朝向高壓介質的唇口結構；所述唇口結構由貼靠殼體孔 的上唇、貼靠轉軸的下唇和連接上唇、下唇的凹缺部構成，所述凹缺部 由兩段斜面和連接兩段斜面的一段弧面構成，改進之處在於所述骨架 圈體的截面形狀基本呈U形。
由於本發明複合式旋轉軸封的骨架圏體截面呈U形，因此可顯著增 加骨架圈體乃至整個複合密封體的剛性，從而能夠長時間承受高壓介質 並延長軸封的使用壽命。
本發明進一步要解決的技術問題是提高上述複合式旋轉軸封的密 封性。
本發明針對進一步要解決的技術問題對上述複合式旋轉軸封的改 進是所述橡膠圏體分別與殼體孔和轉軸之間沿軸向形成漸變過盈配合。
由於本發明複合式旋轉軸封的橡膠圈體分別與殼體孔、轉軸之間實 現了漸變過盈配合，當受到進入凹缺部的高壓介質壓力作用時，可在橡 膠圈體分別與殼體孔、轉軸之間形成漸變的密封度。因此，相對於以往 橡膠圈體分別與殼體孔、轉軸之間僅形成單一均勻的密封度，本發明的 複合式旋轉軸封可以避免當橡膠圈體分別與殼體孔、轉軸之間在一處接 觸密封失效就使其整個接觸面密封都失效的弊病，從而相比現有旋轉軸 封提高密封性。
上述複合式旋轉軸封的進一步改進是所述凹缺部的兩段斜面彼此 基本平行，該兩段斜面與水平面的夾角是5-15° 。
這樣，當使用上述進一步改進的複合式旋轉軸封時，由於其凹缺部 的兩段斜面彼此基本平行，因此，進入凹缺部的高壓介質就會在凹缺部 兩段斜面上形成環形壓力，該環形壓力將使上唇和下唇沿水平面形成一 定的扭矩，該扭矩可以使上唇和下唇分別與殼體孔和轉軸接觸的局部壓 緊度進一步增大，從而進一步提高本發明複合式旋軸封的密封性。


下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。
圖1是本發明實施例的複合式旋轉軸封裝於高速配流擺線液壓馬 達上時的剖面結構示意圖。
圖2是圖1中I處的局部放大圖。
圖3是圖2中複合密封體的放大圖。
具體實施方式
實施例
如圖1所示，本實施例的複合式旋轉軸封嵌裝在高速配流擺線液壓 馬達的殼體孔1與轉軸2之間。
如圖2所示，該複合式旋轉軸封包括沿軸向依次裝配在一起的複合密封體、隔圏3和活動擋圏4。複合密封體由彼此端面緊密貼合的橡膠 圈體5和骨架圈體6構成，橡膠圏體5分別與殼體孔1與轉軸2之間形 成過盈配合。橡膠圏體5沿軸向形成有面向高壓介質的唇口結構。唇口 結構由貼靠殼體孔1的上唇7、貼靠轉軸2的下唇8和連接上唇7、下 唇8的凹缺部9構成。
從圖2可看出，橡膠圏體5與骨架圈體6彼此貼合端面的截面線基 本呈U形，即骨架圏體6的截面形狀基本呈U形。凹缺部9由兩段斜面 9-1、 9-2和連接兩賴:斜面9-1、 9-2的一段弧面9-3構成，兩段斜面9-1、 9-2彼此基本平行並朝著骨架圈體6斜向朝上，兩段斜面9-1、 9-2與水 平面的夾角是5-15° 。
如圖2所示，橡膠圏體5和骨架圈體6彼此貼合處通過膠合粘連為 一個整體。橡膠圈體5採用丁腈橡膠或氟橡膠製作，骨架圏體6採用聚 四氟乙烯添加減熱減磨材料(如二硫化鉬)製作，骨架圈體6在未安裝的 自由狀態下分別與殼體孔1和轉軸2形成間隙配合。活動擋圈4軸向靠 近高壓介質的一側突出其位於殼體孔1的端面並抵靠在隔圈3的一側， 其突出長度為0. 3mm至0. 4mm，其與殼體孔1之間形成較大的間隙，其 與轉軸2之間形成間隙配合。隔圈3是一個厚度較薄(厚度為 0. 4mm-0. 8咖)的環形薄環，其另一側抵靠在骨架圈體6的一側，其分 別與殼體孔1和轉軸2形成間隙配合。隔圈3與骨架圈體6抵靠一側的 表面粗糙度是Ral. 6至Ra3. 2。
如圖3所示，橡膠圈體5在沒有安裝時的截面形狀近似呈V形，具 體表現是其唇口結構的上唇7外邊緣的截面線由外斜線7-l、倒角線 7-2和上豎直連線7-3連接形成，外斜線7-1與水平面夾角是1-10° , 倒角線7-2與水平面夾角是30-50° ;其唇口結構的下唇8外邊緣的截 面線由內斜線8-1、水平線8-2和下豎直連線8-3連接形成，內斜線7-1 與水平面夾角是18-25° 。外斜線7-1與內斜線8-1的斜向相反(即它們的延伸線彼此交叉)。這樣，上唇7的外斜線7-1處的斜面與殼體孔1 的周面和在下唇8的內斜線8-1處的斜面與轉軸2周面，沿軸向均分別 形成斜交，從而在橡膠圈體5分別與殼體孔1和轉軸2之間形成獨特的 斜向漸變過盈配合(其過盈量從大到小地變化)。下唇8在內斜線8-1 所在的表面(即下唇8與轉軸2的接觸面)上制有網狀細小糹丈路。上唇 7的軸向長度小於下唇8軸向長度，上唇7的厚度小於下唇8的厚度， 上唇7與殼體孔1的接觸面積小於下唇8與轉軸2的接觸面積；在自由 狀態下，上唇7與殼體孔1和下唇8與轉軸2的配合間隙均為0. 4腿至 0. 9mm。
本實施例的複合式旋轉軸封的有益效果有
1) 本實施例的複合式旋轉軸封在橡膠圈體5分別與殼體孔、轉軸之間 形成漸變過盈配合是在橡膠圏體5的唇口結構處實現的。具體就是使上 唇7在其外斜線7-1處的斜面與殼體孔1的周面形成斜向相交，這樣就 在上唇7與殼體孔1之間形成獨特的斜向漸變過盈配合；同樣，在下唇 8與轉軸2之間也形成獨特的斜向漸變過盈配合。因此，在進入凹缺部 的高壓介質壓力下，上唇7和下唇8分別與殼體孔、轉軸之間即可形成 漸變的密封度，從而避免唇口結構分別與殼體孔、轉軸之間當在一處接 觸面密封失效就使其整個接觸面密封都失效的弊病。
2) 骨架圈體6的截面呈現軸向U形狀，因此可以增加其與橡膠圏體5 的膠合面積，從而增加彼此膠合的可靠性及膠合後的複合密封體的整體 剛性(這種無鋼骨架密封結構在往復運動狀態時可以有較高硬度和承壓 力，但在旋轉運動時的整體剛性較差，因此增強整體剛性是很重要的)； 另外在自由狀態下，骨架圈體6與殼體孔1和轉軸2均為間隙配合，而 在高壓工作時橡膠圈體5受高壓介質壓力作用，就會擠壓骨架圈體6分 別與殼體孔1和轉軸2緊密接觸，從而增加了骨架圏體6分別與殼體孔 l和轉軸2之間的密封帶；而且在高轉速的工況下，骨架圈體6可以耐
8高溫並耐磨經用。
3) 由於活動擋圈4突出其位於殼體孔l的端面並抵靠在隔圈3的一側， 因此活動擋圏4始終抵靠隔圏3上並使隔圏3始終不與殼體孔1的孔端 面接觸，而且隔圈3與骨架圏體6抵靠的一側面表面粗糙，有利於增大 隔圈3與骨架圈體6之間的摩擦力，此外橡膠圈體5和骨架圈體6彼此 是膠合；這樣就使橡膠圈體5、骨架圈體6、隔圈3和活動擋圈4始終 彼此緊靠成為一個整體，該整體可與轉軸2形成動靜配合而不會隨著轉 軸2轉動，並減少其與轉軸2之間的磨損。
4) 由於活動擋圈4與殼體孔1之間留有較大的間隙，利於轉軸2在使 用中出現一定繞度時，能夠有足夠的徑向移動空間，而且該較大的間隙 可吸納滲透的壓力液體形成了密封容腔，有利於平衡整個複合軸封體的 兩側壓力。
5) 當轉軸2轉動時，下唇8與轉軸2接觸面上的網狀細小紋路，可以 使滲透的油液不斷返回高壓區，在下唇8處形成高壓油液的循環，從而 有利於平衡下唇8處的壓力，並且能夠潤滑和帶走熱量。
6) 上唇7軸向長度小於下唇8軸向長度，上唇7的厚度小於下唇8的 厚度，上唇7與殼體孔1的接觸面積小於下唇8與轉軸2的接觸面積； 均有利於提高橡膠圈體5的軸向密封效果。
除上述實施例外，本發明還可以有其他實施方式。例如，l)外斜 線7-1和內斜線8-1也可以由曲線或折線替代(多段折線時，橡膠圈體 5則分別與殼體孔1和轉軸2之間形成多段漸變過盈配合，其過盈量從 大到小再從小到大地多次變化)；2)兩段斜面9-1、 9-2也可以朝著骨 架圈體6斜向朝下；3)上唇7和下唇8的軸向長度、厚度及分別與殼 體孔1和轉軸2的接觸面積也可以彼此相反；等等。凡採用等同替換形 成的技術方案，均落在本發明要求的保護範圍。
權利要求
1. 一種複合式旋轉軸封，包括嵌裝於殼體孔與轉軸之間並沿軸向依次裝配在一起的複合密封體、隔圈和活動擋圈；所述複合密封體由彼此端面緊密貼合的橡膠圈體和骨架圈體構成；所述橡膠圈體分別與殼體孔、轉軸之間形成過盈配合，其沿軸向形成有面向高壓介質的唇口結構；所述唇口結構由貼靠殼體孔的上唇、貼靠轉軸的下唇和連接上唇、下唇的凹缺部構成，所述凹缺部由兩段斜面和連接兩段斜面的一段弧面構成，其特徵在於所述骨架圈體的截面形狀基本呈U形。
2. 根據權利要求1所述複合式旋轉軸封，其特徵在於所述橡 膠圏體分別與殼體孔和轉軸之間沿軸向形成漸變過盈配合。
3. 根據權利要求2所述複合式旋轉軸封，其特徵在於所述凹 缺部的兩段斜面彼此基本平行。
4. 根據權利要求3所述複合式旋轉軸封，其特徵在於所述凹 缺部的兩段斜面與水平面的夾角是5-15。。
5. 根據權利要求4所述複合式旋轉軸封，其特徵在於所述橡 膠圈體在沒有安裝時的截面形狀近似呈V形。
6. 根據權利要求5所述複合式旋轉軸封，其特徵在於所述上 唇的截面外邊緣由外斜線、倒角線和上豎直連線連接形成，所述下唇 的截面外邊緣由內斜線、水平線和下豎直連線連接形成；所述外斜線 與水平面夾角是l-10° ,所述倒角線與水平面夾角是30-50° ，所述 內斜線與水平面夾角是18-25° ,所述外斜線與內斜線的斜向相反。
7. 根據權利要求6所述複合式旋轉軸封，其特徵在於所述活 動擋圈軸向靠近高壓介質的 一側突出其位於殼體孔的端面並抵靠在 隔圈的一側，其與殼體孔之間形成較大的間隙，其與轉軸之間形成間隙配合；所述隔圈是一個環形薄環，其另一側抵靠在骨架圈體的一側； 所述隔圈與骨架圈體抵靠一側的表面粗糙度是Ral. 6-Ra3. 2。
8. 根據權利要求7所述複合式旋轉軸封，其特徵在於所述上 唇的軸向長度小於下唇軸向長度，其厚度小於下唇的厚度，其與殼體 孔的接觸面積小於下唇與轉軸的接觸面積。
9. 根據權利要求8所述複合式旋轉軸封，其特徵在於所述活 動擋圈突出其位於殼體孔的端面長度是0.3 mm-0.4mm,所述隔圈的 厚度是0. 4mm-0. 8mm;當自由狀態下，所述上唇和下唇分別與殼體孔 和轉軸的配合間隙均為0. 4mm至0. 9mm。
10. 根據權利要求1-9之任一所述複合式旋轉軸封，其特徵在於 所述橡膠圏體和骨架圈體彼此貼合處通過膠合粘連為一個整體，所述 骨架圈體在未安裝的自由狀態下分別與殼體孔和轉軸形成間隙配合， 所述隔圈分別與殼體孔和轉軸形成間隙配合，所述下唇與轉軸接觸面 上制有網狀細小紋路。
全文摘要
本發明涉及一種複合式旋轉軸封，屬於液壓、氣動密封件技術領域。該軸封包括嵌裝於殼體孔與轉軸之間並沿軸向依次裝配在一起的複合密封體、隔圈和活動擋圈；所述複合密封體由彼此端面緊密貼合的橡膠圈體和骨架圈體構成；所述橡膠圈體分別與殼體孔、轉軸之間形成過盈配合，其沿軸向形成有面向高壓介質的唇口結構；所述唇口結構由貼靠殼體孔的上唇、貼靠轉軸的下唇和連接上唇、下唇的凹缺部構成，所述凹缺部由兩段斜面和連接兩段斜面的一段弧面構成，所述骨架圈體的截面形狀基本呈U形。該軸封不僅可以長時間承受高壓，使用壽命明顯延長，而且密封性也顯著提高。
文檔編號F16J15/32GK101440873SQ20081024313
公開日2009年5月27日 申請日期2008年12月9日 優先權日2008年12月9日
發明者張智敏, 駿 潘, 王志生, 王順發, 翁愛光 申請人:鎮江大力液壓馬達有限責任公司