專利名稱：一種磁流體軸密封裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁流體軸密封裝置，具體地說，涉及一種可以自動(dòng)調(diào)整被密封轉(zhuǎn)軸與密封極齒環(huán)之間的同軸度的磁流體軸密封裝置，屬于磁流體密封技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
磁流體，又稱磁性液體、鐵磁流體或磁液，是一種新型的功能材料，它既具有液體的流動(dòng)性又具有固體磁性材料的磁性，是由直徑為納米量級(jí)(10納米以下)的磁性固體顆粒、基載液(也叫媒體)以及界面活性劑三者混合而成的一種穩(wěn)定的膠狀液體。磁流體在靜態(tài)時(shí)無磁性吸引力，當(dāng)外加磁場(chǎng)作用時(shí)，才表現(xiàn)出磁性，在實(shí)際中有著廣泛的應(yīng)用，可應(yīng)用于各種苛刻條件的磁流體密封。當(dāng)磁流體注入磁場(chǎng)的間隙時(shí)，它可以充滿整個(gè)間隙，形成一種“液體的0型密封圈”，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被密封介質(zhì)的磁流體密封。磁流體密封具有密封件之間無固體摩擦、密封件使用壽命長(zhǎng)、可實(shí)現(xiàn)零泄漏等優(yōu)點(diǎn)，其中，最主要的應(yīng)用之一是用于對(duì)轉(zhuǎn)軸的密封，如真空密封(離子注入機(jī)、X射線衍射儀等)、氣體密封(X射線管、CO2激光器等)、液體密封(深水泵、艦船螺旋推進(jìn)器軸等)以及防塵密封(紡織機(jī)械、計(jì)算機(jī)硬盤寸J 寸°
現(xiàn)有常規(guī)使用的磁流體軸密封裝置如圖1所示(李德才.磁性液體理論及應(yīng)用 [M],北京科學(xué)出版社，2003. 347-349.)，所述裝置主要由轉(zhuǎn)軸、非導(dǎo)磁金屬殼、磁極、永磁體、磁流體和橡膠圈組成。其中，兩個(gè)環(huán)形的磁極由均由導(dǎo)磁材料制成，磁極內(nèi)側(cè)圓周上加工有密封極齒。在所述磁流體軸密封裝置中，非導(dǎo)磁金屬殼用于固定磁流體軸密封裝置的各個(gè)組成部件，以及將磁流體軸密封裝置緊固到需要密封的器件開口處；磁極、永磁體和磁流體設(shè)在非導(dǎo)磁金屬殼與被密封的轉(zhuǎn)軸之間；轉(zhuǎn)軸軸向貫穿非導(dǎo)磁金屬殼、磁極和永磁體； 兩個(gè)磁極圍繞轉(zhuǎn)軸分別位于非導(dǎo)磁金屬殼兩端，之間設(shè)有一個(gè)提供磁場(chǎng)的環(huán)形永磁體，轉(zhuǎn)軸與兩個(gè)磁極的密封極齒之間有環(huán)形密封間隙，磁流體分布在環(huán)形密封間隙內(nèi)，永磁體形成的磁場(chǎng)通過轉(zhuǎn)軸、密封極齒及二者之間的環(huán)形密封間隙形成一個(gè)閉合磁回路，使磁流體充滿環(huán)形密封間隙，在磁場(chǎng)作用下，磁流體被定位在環(huán)形密封間隙處，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)液體、氣體等的軸密封；磁極與非導(dǎo)磁金屬殼之間的間隙以及非導(dǎo)磁金屬殼與被密封器件開口接觸部位之間的間隙分別用橡膠圈密封。
就磁流體軸密封而言，轉(zhuǎn)軸與密封極齒之間的環(huán)形密封間隙大小對(duì)磁流體軸密封的承壓能力具有重要的意義。這是因?yàn)榄h(huán)形密封間隙的略微增大將導(dǎo)致環(huán)形密封間隙處的漏磁明顯增加，使磁場(chǎng)對(duì)環(huán)形密封間隙內(nèi)充填的磁流體的磁吸引力降低，從而導(dǎo)致磁流體軸密封承壓值降低。由于磁流體軸密封承壓值對(duì)環(huán)形密封間隙大小十分敏感，如所述環(huán)形密封間隙增大0. Imm可使磁流體軸密封承壓值降低10%以上，因此，環(huán)形密封間隙的少許增大就會(huì)導(dǎo)致磁流體軸密封承壓值的明顯下降。為保證磁流體軸密封具有足夠的承壓值， 對(duì)于在使用中要求具有較高承壓值的磁流體軸密封裝置，在設(shè)計(jì)其密封結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)盡量減小環(huán)形密封間隙的徑向尺寸，通常將環(huán)形密封間隙的徑向尺寸設(shè)計(jì)為0. 05 0. 15mm。然而， 較小的環(huán)形密封間隙尺寸會(huì)給磁流體軸密封裝置各個(gè)密封部件的加工和安裝帶來很大的增加密封部件機(jī)械加工的精度，同時(shí)還要提高密封部件的安裝精度。因?yàn)楫?dāng)由于加工和安裝精度不高導(dǎo)致轉(zhuǎn)軸與密封極齒之間存在較明顯的不同軸而偏心時(shí)，將使環(huán)形密封間隙徑向尺寸在轉(zhuǎn)軸的周向上分布不均而造成環(huán)形密封間隙在轉(zhuǎn)軸一側(cè)的徑向尺寸明顯增大，另一側(cè)的徑向尺寸減小。環(huán)形密封間隙徑向尺寸明顯增大會(huì)造成磁流體軸密封承壓值明顯降低，同時(shí)，密封間隙徑向尺寸減小還極易造成轉(zhuǎn)軸與密封極齒之間產(chǎn)生剛性接觸導(dǎo)致剛性磨損，使環(huán)形密封間隙徑向尺寸明顯增大，從而引起磁流體軸密封承壓能力降低。為避免上述問題的出現(xiàn)，有時(shí)不得不犧牲磁流體軸密封的承壓能力而將環(huán)形密封間隙設(shè)計(jì)得較大。所以，在應(yīng)用磁流體軸密封技術(shù)時(shí)，如何盡量減小環(huán)形密封間隙徑向尺寸在轉(zhuǎn)軸周向上的分布不均和避免轉(zhuǎn)軸與密封極齒之間產(chǎn)生剛性磨損一直是磁流體軸密封裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工和安裝過程中亟需解決的問題。發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有常規(guī)使用的磁流體軸密封裝置存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種磁流體軸密封裝置，所述裝置可以自動(dòng)調(diào)整轉(zhuǎn)軸與密封極齒之間的同軸度，減小環(huán)形密封間隙徑向尺寸在轉(zhuǎn)軸周向上的分布不均和避免轉(zhuǎn)軸與密封極齒之間產(chǎn)生剛性接觸磨損，降低密封部件加工和安裝的精度要求。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
一種磁流體軸密封裝置，所述裝置主要由轉(zhuǎn)軸、非導(dǎo)磁金屬殼、磁極、永磁體、磁流體和橡膠圈組成。其中，兩個(gè)環(huán)形磁極由均由導(dǎo)磁材料制成，磁極內(nèi)側(cè)圓周上加工有密封極齒。在所述磁流體軸密封裝置中，非導(dǎo)磁金屬殼用于固定磁流體軸密封裝置的各個(gè)組成部件，以及將磁流體軸密封裝置緊固到需要密封的器件開口處；磁極、永磁體和磁流體設(shè)在非導(dǎo)磁金屬殼與被密封的轉(zhuǎn)軸之間；轉(zhuǎn)軸軸向貫穿非導(dǎo)磁金屬殼、磁極和永磁體；兩個(gè)磁極圍繞轉(zhuǎn)軸分別位于非導(dǎo)磁金屬殼兩端，之間設(shè)有一個(gè)提供磁場(chǎng)的環(huán)形永磁體；磁極與非導(dǎo)磁金屬殼之間的間隙以及非導(dǎo)磁金屬殼與被密封器件開口接觸部位之間的間隙分別用橡膠圈密封。其特征在于，所述裝置設(shè)有密封極齒環(huán)，密封極齒環(huán)分別安裝在兩個(gè)磁極的密封極齒齒槽中，套裝于轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸與密封極齒環(huán)之間有環(huán)形密封間隙，磁流體分布在環(huán)形密封間隙內(nèi)，永磁體形成的磁場(chǎng)通過轉(zhuǎn)軸、密封極齒環(huán)及二者之間的環(huán)形密封間隙形成一個(gè)閉合磁回路，使磁流體充滿環(huán)形密封間隙，在磁場(chǎng)作用下，磁流體被定位在環(huán)形密封間隙處，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)液體、氣體等的軸密封，每個(gè)磁極由兩個(gè)半環(huán)形的磁極組合而成。
其中，所述密封極齒環(huán)材料為軟磁材料，優(yōu)選密封極齒環(huán)材料為電工純鐵、硅鋼、 坡莫合金、鐵鋁合金或鐵鈷合金。
優(yōu)選密封極齒環(huán)的內(nèi)徑比轉(zhuǎn)軸的直徑大0. 1 0. 6mm ；密封極齒環(huán)的外徑比密封極齒齒槽的內(nèi)徑小0. 1 0. 3mm ；密封極齒環(huán)的厚度比密封極齒齒槽的寬度小0. 1 0. 3mmο
本發(fā)明所述的一種磁流體軸密封裝置，當(dāng)由于加工和安裝原因?qū)е罗D(zhuǎn)軸和密封極齒環(huán)之間不同軸而使轉(zhuǎn)軸與密封極齒環(huán)相接觸時(shí)，通過轉(zhuǎn)軸對(duì)密封極齒環(huán)的擠壓作用可使密封極齒環(huán)在密封極齒齒槽中的位置沿其徑向發(fā)生改變，可自動(dòng)調(diào)整轉(zhuǎn)軸與密封極齒環(huán)之間的不同軸狀況，從而減小轉(zhuǎn)軸與密封極齒環(huán)之間的環(huán)形密封間隙徑向尺寸沿轉(zhuǎn)軸周向分布的不均勻性，減小因環(huán)形密封間隙徑向尺寸增大而導(dǎo)致的磁流體軸密封承壓能力降低，并使轉(zhuǎn)軸與密封極齒環(huán)之間的接觸成為柔性接觸，避免轉(zhuǎn)軸與密封極齒環(huán)之間的剛性磨損。
有益效果
1.本發(fā)明提供的一種磁流體軸密封裝置，設(shè)計(jì)了一種沿轉(zhuǎn)軸徑向可自動(dòng)調(diào)整的密封極齒環(huán)作為柔性密封極齒來替代現(xiàn)有常規(guī)使用的磁流體軸密封裝置中磁極上的剛性密封極齒；利用密封極齒環(huán)位置的調(diào)整，可以自動(dòng)調(diào)整轉(zhuǎn)軸與密封極齒環(huán)之間的同軸度，減小轉(zhuǎn)軸與密封極齒環(huán)之間的環(huán)形密封間隙徑向尺寸在轉(zhuǎn)軸周向上的分布不均，避免因環(huán)形密封間隙徑向尺寸增大造成的磁流體軸密封承壓值降低；
2.本發(fā)明提供的一種磁流體軸密封裝置，利用位置可自動(dòng)調(diào)整的密封極齒環(huán)，可以自動(dòng)調(diào)整轉(zhuǎn)軸與密封極齒環(huán)之間的同軸度，減小轉(zhuǎn)軸與密封極齒環(huán)之間的環(huán)形密封間隙徑向尺寸在轉(zhuǎn)軸周向上的分布不均，避免因環(huán)形密封間隙徑向尺寸減小造成的轉(zhuǎn)軸和密封極齒環(huán)之間的剛性接觸磨損，以及由于剛性磨損造成的環(huán)形密封間隙徑向尺寸增大而引起的磁流體軸密封承壓能力降低；
3.本發(fā)明提供的一種磁流體軸密封裝置，密封極齒環(huán)可方便地套裝于轉(zhuǎn)軸上，每個(gè)環(huán)形磁極由兩個(gè)半環(huán)形的磁極組合而成，便于安裝，密封極齒環(huán)可自動(dòng)調(diào)整與轉(zhuǎn)軸的同軸度，從而降低了加工和安裝過程對(duì)磁極和密封極齒環(huán)同軸度精度的要求，使磁極和密封極齒環(huán)的安裝過程簡(jiǎn)化。


圖1為現(xiàn)有常規(guī)使用的磁流體軸密封裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為實(shí)施例1中一種磁流體軸密封裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為圖2的I部放大圖。
圖4為圖2中磁極的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為圖2中密封極齒環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中1-轉(zhuǎn)軸，2-非導(dǎo)磁金屬殼，3-第一磁極，4-第二磁極，5-永磁體，6_磁流體， 7-第一橡膠圈，8-第二橡膠圈，9-第三橡膠圈，10-密封極齒環(huán)。
具體實(shí)施方式
為了充分說明本發(fā)明的特性以及實(shí)施本發(fā)明的方式，下面給出實(shí)施例。
實(shí)施例1
一種磁流體軸密封裝置，如圖2所示，是一種用于水泵上密封水的磁流體軸密封裝置，所述裝置主要由轉(zhuǎn)軸1、非導(dǎo)磁金屬殼2、磁極、永磁體5、磁流體6、橡膠圈和密封極齒環(huán)10組成。其中，如圖4所示，每個(gè)磁極為環(huán)形，由兩個(gè)半環(huán)形的磁極組合而成，磁極內(nèi)側(cè)圓周上加工有密封極齒，兩個(gè)磁極分別為第一磁極3和第二磁極4 ；三個(gè)橡膠圈均為“0”型橡膠圈，分別為第一橡膠圈7、第二橡膠圈8和第三橡膠圈9。
所述磁流體軸密封裝置中，非導(dǎo)磁金屬殼2用于固定磁流體軸密封裝置的各個(gè)組成部件，以及將磁流體軸密封裝置緊固到需要密封的器件開口處；磁極、密封極齒環(huán)10、永磁體5和磁流體6設(shè)在非導(dǎo)磁金屬殼2與被密封的轉(zhuǎn)軸1之間；轉(zhuǎn)軸1軸向貫穿非導(dǎo)磁金屬殼2、磁極、密封極齒環(huán)10和永磁體5，傳遞機(jī)械運(yùn)動(dòng)；第一磁極3和第二磁極4圍繞轉(zhuǎn)軸1分別位于非導(dǎo)磁金屬殼2兩端，第一磁極3和第二磁極4之間設(shè)有一個(gè)提供磁場(chǎng)的環(huán)形永磁體5 ；密封極齒環(huán)10分別安裝在第一磁極3和第二磁極4的密封極齒齒槽中，套裝于轉(zhuǎn)軸1上，轉(zhuǎn)軸1與密封極齒環(huán)10之間有環(huán)形密封間隙，磁流體6分布在環(huán)形密封間隙內(nèi)，永磁體5形成的磁場(chǎng)通過轉(zhuǎn)軸1、密封極齒環(huán)10及二者之間的環(huán)形密封間隙形成一個(gè)閉合磁回路，使磁流體6充滿環(huán)形密封間隙，在磁場(chǎng)作用下，磁流體6被定位在環(huán)形密封間隙處，從而實(shí)現(xiàn)軸密封。第一磁極3與非導(dǎo)磁金屬殼2之間的間隙由第一橡膠圈7密封，第二磁極 4與非導(dǎo)磁金屬殼2之間的間隙由第二橡膠圈8密封。非導(dǎo)磁金屬殼2右端與被密封器件開口接觸部位之間的間隙由第三橡膠圈9密封，非導(dǎo)磁金屬殼2右端開有六個(gè)用于緊固密封部件的通孔；非導(dǎo)磁金屬殼2左端設(shè)有開口，以便于觀察磁流體6密封是否泄漏，同時(shí)也利于磁流體軸密封裝置中密封結(jié)構(gòu)的拆卸。
如圖4所示，每個(gè)環(huán)形磁極沿軸向切成左右均等的兩部分，將密封極齒環(huán)10依次放置在半環(huán)形磁極的密封極齒齒槽內(nèi)，然后將另外一半磁極對(duì)應(yīng)放置形成完整的磁極。
如圖5所示，密封極齒環(huán)10為環(huán)形，該密封極齒環(huán)10安裝在磁極內(nèi)側(cè)，起到聚磁作用，同時(shí)還可以自動(dòng)調(diào)節(jié)徑向距離以實(shí)現(xiàn)密封的目的。
所述磁流體軸密封裝置中，各組成部分材料如下
轉(zhuǎn)軸1由強(qiáng)度較高、導(dǎo)磁性較好的45#鋼制造，在轉(zhuǎn)軸1表面通過化學(xué)鍍鍍覆一層厚0. 02mm的鎳磷合金以防銹。
非導(dǎo)磁金屬殼2由耐蝕性較好的6061鋁合金制造。
第一磁極3和第二磁極4由最大磁導(dǎo)率μ max = 9000的電工純鐵制造，且外鍍一層厚0. 02mm的鎳磷合金以防銹。
永磁體5為高磁能積的釹鐵硼永磁材料。
磁流體6為油基Fii3O4磁流體。
第一橡膠圈7、第二橡膠圈8和第三橡膠圈9為耐油性極好的丁晴橡膠密封圈。
密封極齒環(huán)10由最大磁導(dǎo)率μ max = 9000的電工純鐵制造，密封極齒環(huán)10外鍍一層厚0. 02mm的鎳磷合金以防銹。
所述磁流體軸密封裝置中，各組成部分的尺寸如下
轉(zhuǎn)軸1 直徑=25mm ；
非導(dǎo)磁金屬殼2 內(nèi)徑=60. 4mm，外徑=70mm，長(zhǎng)度=56mm ；
第一磁極3和第二磁極4 內(nèi)徑=^mm,外徑=60mm，厚度=12mm ；其中密封極齒的齒槽槽深=3mm ；槽寬=Imm ；相鄰齒槽間寬度=2mm ；
永磁體5 內(nèi)徑=35mm，外徑=60mm，厚度=12mm。
密封極齒環(huán)10 內(nèi)徑=25. 1mm，外徑=34. 6mm，厚度=0. 8mm ；
如圖3所示，磁極內(nèi)徑與轉(zhuǎn)軸1之間的徑向間隙為2mm ；密封極齒環(huán)10外徑與密封極齒齒槽底部之間的軸向間距為0. 2mm，密封極齒環(huán)10側(cè)面與相鄰的密封極齒齒槽側(cè)面的徑向間距為0. Imm0
密封極齒環(huán)10的內(nèi)徑比轉(zhuǎn)軸1的直徑大0. Imm,密封極齒環(huán)10的外徑略小于密封極齒齒槽的內(nèi)徑，密封極齒環(huán)10的厚度略小于密封極齒齒槽的寬度。
所述磁流體軸密封裝置中磁流體6的添加量為5ml。
實(shí)施例2
密封極齒環(huán)10 內(nèi)徑=25. 6mm。其余同實(shí)施例1。
本發(fā)明包括但不限于以上實(shí)施例，凡是在本發(fā)明的精神和原則之下進(jìn)行的任何等同替換或局部改進(jìn)，都將視為在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種磁流體軸密封裝置，所述裝置主要由轉(zhuǎn)軸(1)、非導(dǎo)磁金屬殼O)、磁極、永磁體 (5)、磁流體(6)和橡膠圈組成；其中，兩個(gè)環(huán)形磁極由均由導(dǎo)磁材料制成，磁極內(nèi)側(cè)圓周上加工有密封極齒；非導(dǎo)磁金屬殼( 用于固定所述裝置的各個(gè)組成部件，以及將所述裝置緊固到需要密封的器件開口處；磁極、永磁體(5)和磁流體(6)設(shè)在非導(dǎo)磁金屬殼(2)與轉(zhuǎn)軸(1)之間；轉(zhuǎn)軸(1)軸向貫穿非導(dǎo)磁金屬殼O)、磁極和永磁體(5)；兩個(gè)磁極圍繞轉(zhuǎn)軸(1)分別位于非導(dǎo)磁金屬殼(2)兩端，之間設(shè)有一個(gè)環(huán)形永磁體(5)；磁極與非導(dǎo)磁金屬殼(2)之間的間隙以及非導(dǎo)磁金屬殼O)與被密封器件開口接觸部位之間的間隙分別用橡膠圈密封；其特征在于所述裝置設(shè)有密封極齒環(huán)(10)，密封極齒環(huán)(10)分別安裝在兩個(gè)磁極的密封極齒齒槽中，套裝于轉(zhuǎn)軸⑴上，磁流體(6)分布在轉(zhuǎn)軸⑴與密封極齒環(huán)(10)之間的環(huán)形密封間隙內(nèi)，每個(gè)磁極由兩個(gè)半環(huán)形的磁極組成；其中，所述密封極齒環(huán)(10)材料為軟磁材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁流體軸密封裝置，其特征在于密封極齒環(huán)(10)的內(nèi)徑比轉(zhuǎn)軸(1)的直徑大0. 1 0. 6mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁流體軸密封裝置，其特征在于密封極齒環(huán)(10)的外徑比密封極齒齒槽的內(nèi)徑小0. 1 0. 3mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁流體軸密封裝置，其特征在于密封極齒環(huán)(10)的厚度比密封極齒齒槽的寬度小0. 1 0. 3mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁流體軸密封裝置，其特征在于密封極齒環(huán)(10)的內(nèi)徑比轉(zhuǎn)軸(1)的直徑大0. 1 0.6mm，密封極齒環(huán)(10)的外徑比密封極齒齒槽的內(nèi)徑小 0. 1 0. 3mm，密封極齒環(huán)(10)的厚度比密封極齒齒槽的寬度小0. 1 0. 3mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5任一項(xiàng)所述的一種磁流體軸密封裝置，其特征在于密封極齒環(huán)(10)材料為電工純鐵、硅鋼、坡莫合金、鐵鋁合金或鐵鈷合金。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種磁流體軸密封裝置。所述裝置在主要由轉(zhuǎn)軸、非導(dǎo)磁金屬殼、磁極、永磁體、磁流體和橡膠圈組成的現(xiàn)有磁流體軸密封裝置基礎(chǔ)上，在磁極的密封極齒齒槽中增設(shè)軟磁材料的密封極齒，密封極齒環(huán)套裝于轉(zhuǎn)軸上，其內(nèi)徑比轉(zhuǎn)軸直徑大0.1～0.6mm，外徑比齒槽內(nèi)徑小0.1～0.3mm，厚度比齒槽寬度小0.1～0.3mm；磁流體分布在轉(zhuǎn)軸與密封極齒環(huán)之間的環(huán)形密封間隙內(nèi)，每個(gè)磁極由兩個(gè)半環(huán)形磁極組成。所述裝置中密封極齒的位置可沿轉(zhuǎn)軸徑向改變調(diào)整轉(zhuǎn)軸與密封極齒間的同軸度，減小環(huán)形密封間隙在轉(zhuǎn)軸周向上的分布不均，避免所述裝置承壓能力的降低及轉(zhuǎn)軸與密封極齒間的磨損，降低了密封部件加工和安裝的精度要求。
文檔編號(hào)F16J15/43GK102537367SQ20121000942
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者劉穎, 李紅, 溫術(shù)來, 王玉鋒, 趙修臣 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)