[發明專利]一種可密封液固兩相的間隙密封結構

有效

• 申請號: 201110379657.X
• 申請日: 2011-11-24
• 公開（公告）號: CN102518800A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 趙萬華;余常武;謝瑛;郭寶安
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;陜西秦川機械發展股份有限公司
• 主分類號: F16J15/16
• 分類號: F16J15/16
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

技術領域

本發明屬于密封技術領域，涉及一種密封結構，尤其是一種對存在正反轉的高速主軸軸承進行液固兩相密封的間隙密封結構。

背景技術

目前主軸軸承的密封形式主要有機械式接觸密封、非接觸式的間隙密封以及組合式密封。然而隨著機械行業的發展，主軸轉速不斷提高，傳統的機械式接觸密封存在較嚴重的磨損，且產生較大熱量，從而影響密封效果以及密封零件的壽命。由于非接觸式的間隙密封沒有磨損，工作壽命長，其應用范圍越來越廣泛。其中迷宮間隙密封作為工業中一種常見的非接觸式密封形式，被廣泛應用于高速旋轉類機械。

迷宮密封一般由迷宮間隙和節流腔組成，其密封原理主要是基于迷宮間隙對密封介質的摩阻效應和節流腔對密封介質的節流效應，通過結構對密封介質產生的湍流，不斷消耗密封介質的能量，減少泄露量，從而實現密封。目前已有很多針對迷宮密封性能的研究，K.塔魯達納夫斯基對非接觸式密封的原理及其他研究工作進行了綜合的闡述，總結了間隙內部密封介質壓力分布、泄漏量的計算方法和試驗，得到了間隙寬度、節流齒形、旋轉速度、間隙壁面等因素對密封性能影響的規律。一般來說，間隙寬度越窄間隙的阻力系數越大，摩阻效應越強；一般的節流腔形以矩形銳邊形狀較為常見；旋轉速度對徑向間隙影響較大，介質往內部流動時旋轉速度越大泄露量越少。這些研究工作都是基于密封結構對密封介質的摩阻效應和產生的湍流耗能進行的結構分析和討論。因此，設計密封結構需要綜合考慮各因素的影響，以提高結構對密封介質的摩阻和湍流耗能作用。對于具體應用的迷宮密封結構需要根據實際工況和結構尺寸，進行各方面的分析，從而確定其結構形式及結構尺寸。

對于高速旋轉機械的密封，目前已形成了較多相關迷宮間隙密封結構。“穩定的低泄露迷宮密封裝置”(專利號：US005639095A)運用于旋轉類機械，在相對旋轉的兩零件之間形成一定間隙的密封結構。其結構設計主要基于增大間隙對密封介質的摩阻和湍流耗能作用的原則，得到的結構形式包括軸向和徑向迷宮間隙、節流腔及壁面上的微小空腔。這些結構特征能充分使流經密封結構的密封介質進行湍流，進而使能量耗散，減小泄漏量。該密封裝置主要是通過靜態下耗能分析得到的結構，并未對動態下的密封性能進行討論。由于實際的迷宮間隙密封很難實現完全密封，尤其對于復雜工況，在靜止狀態下間隙內總會有一定的密封介質侵入、殘留；此外，如果結構設計過于復雜，旋轉狀態下間隙內液體將不易排出。因此，設計間隙密封結構時需要考慮旋轉狀態下密封結構的密封性能，并結合靜止狀態下的結論，以實現各個狀態下的密封。

對于高速磨削機床，在加工過程中主軸存在正反轉，其外端部有大量的冷卻液，而冷卻液中含有磨削產生的砂粒等固體顆粒雜質。對于這種復雜工況，一般的間隙密封結構很難實現各狀態下的密封。此時，既要考慮靜態下間隙結構對流過的冷卻液的耗能作用，也要考慮如何防止靜態下侵入到結構內部的冷卻液在旋轉狀態下進一步侵入到間隙內部。除此之外，還需要考慮如何實現液固兩相的密封。因此，針對此類工況，需要結合靜態耗能分析和動態受力分析結果進行密封結構設計，實現靜態和旋轉狀態下液固兩相的密封。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種針對特定結構尺寸下的高速磨齒機的主軸非接觸式密封結構，該種密封結構采用非接觸式密封，能夠實現靜態和動態下的密封，有效的保證了主軸的密封結構。

本發明的目的是通過以下技術方案來解決的：

這種可密封液固兩相的間隙密封結構，是由軸承端蓋、軸承座和軸套裝配而形成的間隙結構；所述間隙結構由節流腔段和迷宮間隙段兩部分組成；所述節流腔段是由具有周向節流槽的軸承端蓋與軸承座配合形成；所述迷宮間隙段包括：軸套的外壁面與軸承座的內壁面之間配合形成的第一間隙以及在軸承座與軸承端蓋之間，于徑向和軸向配合形成的第二間隙、第三間隙、第四間隙和第五間隙；所述第一間隙、第三間隙和第五間隙為軸向間隙；第二間隙和第四為徑向間隙；所述軸承端蓋上的周向節流槽位于軸承端蓋外端部，其截面為銳邊矩形。

上述軸套與軸承端蓋隨主軸旋轉運動；所述軸套通過過盈配合安裝在主軸上；所述軸承端蓋和軸套之間設有螺栓連接的螺栓孔，軸承端蓋通過螺栓安裝到軸套上，且隨主軸旋轉運動。

上述的軸承座安裝在固定壁面上，所述軸承座設有螺栓孔，通過螺栓固定安裝在壁面上。

進一步，上述軸承端蓋外端部上的周向節流槽沿軸向布置有3-8個，該周向節流槽的截面尺寸為：深0.8mm，寬0.5mm。