[發明專利]基于磁致變形橡膠的自愈合密封裝置

有效

• 申請號: 201410762441.5
• 申請日: 2014-12-11
• 公開（公告）號: CN104482218A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 廖昌榮;孫凌逸;趙慧婷;樊玉勤
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: F16J15/53
• 分類號: F16J15/53;F16J15/32
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 謝殿武

技術領域

本發明涉及一種機械工程、車輛工程或航空航天等需要使用密封裝置的領域，特別涉及一種可用于高速運動、壓差較大的高速軌道列車或重型機車的懸掛減振器等類似往復機構，以及直升機旋翼、旋轉機械、風力發電裝備中等類似旋轉機構的基于磁致變形橡膠的自愈合密封裝置。

背景技術

時下，活塞桿等軸狀物件和殼體之間的環形間隙的密封主要采用橡膠密封或磁性液體密封。此外，也有人提出并開始采用磁流變橡膠與磁流變脂的密封裝置，起到了一定的效果。

根據被密封的兩結合面之間是否有相對運動，密封可分為靜密封和動密封兩大類。對于靜密封，由于其相對殼體沒有明顯的運動，結合橡膠具有較寬的溫度范圍，彈性好，且其由于是高分子材料，能通過生化反應，形成更好性質的橡膠，因此，橡膠密封件通常是將橡膠熱粘在金屬環上，具有較為可靠的穩定性，在靜密封裝置中較為常用。對于動密封，非接觸式動密封，可以用在轉速比較高的場合，但是密封的可靠程度有限；接觸式動密封密封可靠，但由于有摩擦磨損的存在，不宜用在旋轉速度較高的場合。尤其是運動軸(旋轉軸或往復軸)和殼體之間具有較為頻繁的相對運動。而在這樣的往復運動或旋轉運動時，由于摩擦等各種外界因素影響而存在的高溫高壓容易導致橡膠件材料的性能發生較大的變化，而且磨損使得密封間隙變大，從而容易誘發密封泄露失效。對于有一定壓力差和較高轉速的軸密封現在較多選用機械密封等。

由于基于傳統橡膠的密封裝置在動密封方面存在的問題，磁性液體密封被發明和研究。在壓差不大于0.3MP的低壓差和低轉速密封問題中，磁性液體的密封裝置的研究已經取得了一定的技術進步。如中國專利：一種磁性液體密封裝置(申請號200610052794.1，申請日2006.8.1)，該申請通過將若干個極靴環與相鄰和相近極性相反的永磁環相間排列組成磁極圈，然后將磁性液體填充于密封間隙內，從而形成磁性液體的密封裝置。該申請使得密封間隙路徑上有效的磁通增加，密封間隙內強弱相間分布的磁場梯度和變化幅度有一定的提高。但通過磁極圈設計可以看出，該申請的裝置具有較為復雜的結構，部件數量較多。另外，由于此類密封裝置主要用于往復軸或旋轉軸方面，因此，運動軸表面的微觀波紋會攜帶一些磁性液體，長期工作后會使磁性液體的容量減少導致密封失效。此外，由于磁性液體一方面具有液體的基本性質，在高速旋轉時，會受到離心力作用；另一方面，磁性液體較低的剪切強度，兩方面作用，使得密封裝置在高壓差或高轉速情況下的動密封效果大打折扣。

隨著很多高速運動的活塞中的高速運動軸對于密封的要求越來越高，而相關的研究也取得了一定的進展。如中國專利：基于磁流變橡膠與磁流變脂的自愈合密封裝置及往復機構(申請號201010531005.9，申請日2010.11.04)，為了使結構較傳統的更加簡潔，能在大壓差和高轉速環境下的動密封效果更好，該申請設計上下骨架磁極以及磁流變橡膠和永磁體組成的多級橡膠密封和多級磁密封，利用磁流變橡膠在磁場作用下對運動軸的長期吸附效應，結合兩端設置的兩道磁流變脂密封，實現大壓差、高速環境下的密封，也在一定程度上實現了密封口始終緊貼運動軸的自愈合密封。此外，其將運動表面進行微裂紋鍍鉻處理，嚴格控制了運動軸表面的形態。上述在一定程度上解決了高速密封問題，但是由于其依靠永磁體產生磁場，磁場的強度由永磁體本身性質決定，對于不同形式的密封裝置的生產加工受到一定的限制。此外，其結構也相對復雜，尤其是永磁鐵在磁流變橡膠中放置的位置，這對于密封裝置的加工存在一定的問題。此外，這類密封裝置在解決耐久性和異響方面的問題上，也需要完善。而這些問題最終容易導致密封失效。

發明內容

有鑒于上述橡膠密封、磁性液體密封、磁流變橡膠與磁流變脂的密封裝置在實際應用中存在泄露、異響、耐久性的問題，尤其是在高壓差、高運行速度、結構復雜度方面的不完善，本發明提供一種基于磁致變形橡膠的自愈合密封裝置，不僅能夠在高壓差、高運行速度的環境下實現長期的動密封或靜密封，而且具有相對簡單的結構，從而提高密封裝置的穩定性和耐久性。

本發明的基于磁致變形橡膠的自愈合密封裝置，至少包括內層傳統橡膠、添加了徑向磁場的第一外層磁致變形橡膠、添加了軸向磁場的第二外層磁致變形橡膠和嵌裝于兩磁致變形橡膠內部并用于保持密封裝置整體形態的環形骨架，內層傳統橡膠、第一外層磁致變形橡膠和所述第二外層磁致變形橡膠均為圓環形且同軸徑向緊貼設置，內層傳統橡膠內緣與運動軸相接，內層傳統橡膠和運動軸之間形成密封腔，密封腔內填充潤滑脂，運動軸和環形骨架均為導磁體。