带有表面织构的磁性液体密封装置的制作方法

1.本发明涉及机械工程密封技术领域，具体涉及一种带有表面织构的磁性液体密封装置。


背景技术：

2.磁性液体密封作为一种能够实现“零泄漏”的密封方法，在越来越多的行业中得到广泛应用。其工作原理是在永磁体产生的磁场作用下，把放置在轴与极齿顶端缝隙间的磁性液体加以集中，使其形成一个“o”形环，将缝隙通道堵死而达到密封的目的。但同时，磁性液体密封也存在耐压能力低，密封效果差的问题。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
4.为此，本发明实施例提出一种带有表面织构的磁性液体密封装置，该带有表面织构的磁性液体密封装置的密封效果好。
5.本发明实施例的带有表面织构的磁性液体密封装置包括：
6.外壳，所述外壳设有内腔；
7.转动组件，所述转动组件可转动地穿设在所述外壳上，所述转动组件包括密封段，所述密封段位于所述内腔内，所述密封段设有表面织构；
8.极靴单元，所述极靴单元设在所述内腔内且套设在所述密封段上，所述极靴单元的内周壁通过磁性液体与所述密封段的外周壁磁性液体密封；
9.轴承，所述轴承套设在所述转动组件上，所述轴承位于所述极靴单元在所述转动组件的长度方向上的至少一侧。
10.在一些实施例中，所述表面织构为条状凹槽，多个所述条状凹槽沿着所述转动组件的周向间隔布置在所述密封段的外周面上。
11.在一些实施例中，所述条状凹槽的延伸方向与所述转动组件的延伸方向和所述转动组件的周向之间均成夹角。
12.在一些实施例中，与所述条状凹槽的延伸方向正交的平面是投影面，所述条状凹槽在所述投影面上的投影是弧形、多边形中的一种。
13.在一些实施例中，所述极靴单元包括第一极靴、第二极靴和永磁体，所述永磁体夹紧固定在所述第一极靴和所述第二极靴之间，所述第一极靴的内周壁与所述密封段的外周壁之间填充有磁性液体，所述第二极靴的内周壁与所述密封段的外周壁之间填充有磁性液体，所述第一极靴的内周壁和所述第二极靴的内周壁上均设有多个沿所述极靴单元的轴向方向间隔布置的极齿。
14.在一些实施例中，每个所述条状凹槽在所述转动组件的轴向方向的尺寸大于单个所述极齿的在所述转动组件的轴向方向的尺寸。
15.在一些实施例中，所述密封段在所述转动组件的轴向方向的尺寸为w，所述极靴单
元在所述转动组件的轴向方向的尺寸为h，h≤w≤1.5h。
16.在一些实施例中，所述密封段有多个，多个所述密封段在所述转动组件的轴向方向间隔布置。
17.在一些实施例中，所述转动组件包括转轴，所述密封段是所述转轴的一部分；
18.或者，所述转动组件包括转轴和轴套，所述轴套套设在所述转轴的外周侧且可随所述转轴转动，所述密封段是所述轴套的一部分。
19.在一些实施例中，所述外壳包括筒体和端盖，所述筒体与所述端盖可拆卸地连接。
附图说明
20.图1是本发明实施例的带有表面织构的磁性液体密封装置的示意图。
21.图2是本发明实施例的带有表面织构的磁性液体密封装置的极靴单元与密封段的配合示意图。
22.图3是本发明实施例的带有表面织构的磁性液体密封装置的密封段的横截面示意图。
23.图4是本发明实施例的带有表面织构的磁性液体密封装置的密封段的另一种实施例的结构示意图。
24.图5是本发明实施例的带有表面织构的磁性液体密封装置的条状凹槽一种实施例的结构示意图。
25.图6是本发明实施例的带有表面织构的磁性液体密封装置的条状凹槽另一种实施例的结构示意图。
26.图7是本发明实施例的带有表面织构的磁性液体密封装置的条状凹槽再一种实施例的结构示意图。
27.附图标记：
28.带有表面织构的磁性液体密封装置100；
29.外壳1；筒体11；端盖12；螺栓13；
30.转动组件2；密封段21；条状凹槽22；转轴23；轴套24；
31.极靴单元3；第一极靴31；第二极靴32；永磁体33；极齿34；
32.磁性液体4。
具体实施方式
33.下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
34.本领域的技术人员可知，表面织构是指采用合适的加工工艺，不改变材料本身的条件下，在其表面制备特定形状、排布和尺寸的微结构阵列，以获得特殊的表面性能，合理的表面织构化设计已被证明具有改善摩擦性能的能力。
35.如图1至图7所示，本发明实施例的带有表面织构的磁性液体密封装置100包括外壳1、转动组件2、极靴单元3和轴承(图中未示出)，外壳1设有内腔，转动组件2可转动地穿设在外壳1上，转动组件2包括密封段21，密封段21位于内腔内，密封段21设有表面织构，极靴单元3设在内腔内且套设在密封段21上，极靴单元3的内周壁通过磁性液体4与密封段21的
外周壁磁性液体4密封，轴承套设在转动组件2上，轴承位于极靴单元3在转动组件2的长度方向上的至少一侧。
36.为了使本技术的技术方案更加容易被理解，下面以转动组件2的延伸方向与左右方向一致、以转动组件2的径向方向与内外方向一致为例进一步描述本技术的技术方案，其中，向内是指在转动组件2的径向上靠近转动组件2的轴线的方向，向外是指在转动组件2的径向上远离转动组件2的轴线的方向，左右方向和内外方向如图1所示。
37.转动组件2可以相对外壳1转动，密封段21位于外壳1内，在密封段21上设有表面织构。表面织构是凹槽，例如，凹槽的形状有多种，例如环形的，条形的。
38.可选地，表面织构采用材料去除的方式进行加工，如激光雕刻、机械微加工等。
39.极靴单元3的内周壁与密封段21的外周壁之间设有环形的空间，为了方便描述，下面将此环形的空间称为密封间隙。在密封间隙内填充有磁性液体4，当带有表面织构的磁性液体密封装置100不工作的时候，磁性液体4位于极靴单元3的内周壁上和密封段21的表面织构上。
40.轴承套设在转轴23上，轴承的安装位置有多个。例如，轴承设在外壳1内，轴承与极靴单元3间隔设置，或者轴承设在外壳1外面。轴承的数量为1个或者多个，多个轴承均套设在转动组件2上且沿着左右方向间隔布置。
41.本发明实施例的带有表面织构的磁性液体密封装置100在工作的时候，一方面转动组件2相对极靴单元3旋转，从而带动密封间隙内的磁性液体4旋转，在表面织构的作用下，密封间隙内的磁性液体4可以产生动压效应，磁性液体4具有一定的承载力和流体膜刚度，耐压能力增强，进而提高带有表面织构的磁性液体密封装置100的密封效果；另一方面，表面织构能够储存部分磁性液体4，从而补充密封间隙内的磁性液体4，进而改变磁性液体4与密封段21的外周面的湿润性，增大磁性液体4与密封段21的外周面的接触力。在磁性液体4受到压力作用时，所述接触力能够阻碍磁性液体4的流动，从而增大磁性液体4的耐压能力，进而提高带有表面织构的磁性液体密封装置100的密封效果。
42.因此，本发明实施例的带有表面织构的磁性液体密封装置100具有密封性能好等优点。
43.在一些实施例中，表面织构为条状凹槽22，多个条状凹槽22沿着转动组件2的周向间隔布置在密封段21的外周面上。
44.如图1所示，条状凹槽22是大体呈长条形的，完整且连续的凹槽，且条状凹槽22有多个，在密封段21的外周侧均设有条状凹槽22，多个条状凹槽22的延伸方向一致，相连的两个条状凹槽22之间具有间隔。
45.由此，磁性液体4能够储存在条状凹槽22内，一方面在转动组件2转动时有利于形成流体动压效应，增强磁性液体4的耐压能力，从而提高带有表面织构的磁性液体密封装置100的密封性能；另一方面，条状凹槽22能够补充补充密封间隙内的磁性液体4，进而改变磁性液体4与密封段21的外周面的湿润性，增大磁性液体4与密封段21的外周面的接触力。在磁性液体4受到压力作用时，所述接触力能够阻碍磁性液体4的流动，从而增大磁性液体4的耐压能力，进而提高带有表面织构的磁性液体密封装置100的密封效果。
46.在一些实施例中，条状凹槽22的延伸方向与转动组件2的延伸方向(如图1所示的左右方向)和转动组件2的周向均成夹角。
47.在本发明的实施例中，为了方便描述，下面以图1展示的视角定义上下方向，图1的上方即为转动组件2的上方，图1的下方即为转动组件2的下方。需要说明的是，定义上下方向是为了便于描述在图1展示的视角中条状凹槽22延伸方向，且上下方向不用于描述极靴单元3或者外壳1等。在实际工况中，条状凹槽22延伸方向根据带有表面织构的磁性液体密封装置100的安装位置而定。
48.在本发明的实施例中，条状凹槽22的延伸方向的设计原则是，条状凹槽22的延伸方向与压差方向和转动组件2的旋转方向形成的矢量方向一致。
49.例如，如图1所示看，以转动组件2上的p点为例，转动组件2的左侧压力高于右侧压力，则p点处压差方向p1是从左向右；转动组件2向上旋转，则p点处的旋转方向p2是从下向上。在p点处，压差方向p1和转动组件2的旋转方向p2组成的矢量方向p3为从左下向右上的方向，则条状凹槽22的延伸方向也是沿着从左下向右上的方向。
50.条状凹槽22内的磁性液体4主要受到两方面的作用力，一方面，由于矢量方向p3为从左下向右上的方向，所以在p3方向的压力将驱动磁性液体4沿着条状凹槽向右上方向移动；另一方面，转动组件2在旋转的时候可以产生“泵送”，即在p点处，p点处的旋转方向p2是从下向上，所以条状凹槽22的侧壁对磁性液体4的作用力f垂直于条状凹槽22的侧壁且指向图1的左上方，在作用力f的驱动下，磁性液体4向左上方向移动，由于在上下方向上，磁性液体4移动的平均速度小于转动组件2的线速度，所以，作用力f将驱动磁性液体4相对条状凹槽22向左下方向移动。由此，转动组件2的“泵送”作用将阻碍磁性液体4沿着条状凹槽向右上方向的移动，避免磁性液体4流失，进而增大磁性液体4的耐压能力。
51.可以理解的是，条状凹槽22的延伸方向不限于此，例如，以p点为例，当p点的压差方向为从右向左的方向，且p点的旋转方向为从下到上的时候，条状凹槽22的延伸方向即为从右下角向左上角延伸。
52.可选地，条状凹槽22的深度是0.001μm-200μm，例如，条状凹槽22的深度是0.001μm、1μm、100μm、200μm或50μm-150μm等。
53.可选地，每个条状凹槽22的深度相同，由此，不仅便于加工条状凹槽22，而且每个条状凹槽22对磁性液体4产生的泵送作用相同，进而有利于带有表面织构的磁性液体密封装置100稳定的运行。
54.在一些实施例中，与条状凹槽22的延伸方向正交的平面是投影面，条状凹槽22在投影面上的投影是弧形、多边形中的一种。
55.如图5至图7所示，条状凹槽22在投影面的投影形状即为条状凹槽22的横截面形状，条状凹槽22的横截面形状有多种，例如，条状凹槽22的横截面是半圆形、矩形或者是v形等常见的几何图形。由此，通过设计不同形状的凹槽，从而增加带有表面织构的磁性液体密封装置100的多样化。
56.条状凹槽22的横截面形状也可以是多边形，例如，如图6所示，条状凹槽22的底部设有两个间隔布置的凸起，凸起的高度小于条状凹槽22的深度，从而加强条状凹槽22的泵送效果，进而提高带有表面织构的磁性液体密封装置100的密封性能。
57.在一些实施例中，极靴单元3包括第一极靴31、第二极靴32和永磁体33，永磁体33夹紧固定在第一极靴31和第二极靴32之间，第一极靴31的内周壁与密封段21的外周壁之间填充有磁性液体4，第二极靴32的内周壁与密封段21的外周壁之间填充有磁性液体4，第一
极靴31的内周壁和第二极靴32的内周壁上均设有多个沿极靴单元3的轴向方向间隔布置的极齿34。
58.如图1所示，极靴单元3设有在左右方向间隔布置的第一极靴31和第二极靴32，永磁体33布置在第一极靴31和第二极靴32之间，永磁体33的两侧与第一极靴31和第二极靴32贴合配合。永磁体33的极性沿着左右方向布置，例如，永磁体33的左侧为n极，右侧为s极，或者永磁体33的左侧为s极，永磁体33右侧为n极。
59.当永磁体33的左侧为s极，右侧为n极布置时，磁感线从永磁体33的n极出发，经过第二极靴32，并从转动组件2中穿过，再穿过第一极靴31后，最终回到永磁体33的s极，形成完整的磁回路。
60.在第一极靴31和第二极靴32的内周壁上设有多个间隔布置的环形凹槽，任意相邻两个环形凹槽之间形成的凸起称为极齿34，磁感线在极齿34上聚集，磁性液体4能够被吸附在极齿34上，当转动组件2转动时，磁性液体4能够形成一个“o”型的密封圈，从而起到密封的作用。当转动组件2停止时，磁性液体4回到极齿34上或者密封段21的条状凹槽22内。
61.在本实施例中，极靴单元3只有一个。可以理解的是，在其他一些实施例中，极靴单元3的数量可以有多个，相邻的两个极靴单元3的连接部位可共用一个极靴。当有多个极靴单元3时，在共用的极靴的两侧布置的两个永磁体33的极性相反布置，以保证相邻的两个极靴单元3的磁回路经过共用的极靴时，磁回路方向保持一致，从而避免磁场紊乱。
62.可以理解的是，在每个极靴单元3内，永磁体33的数量不唯一，例如在其他一些实施例中，为了增强密封效果，在一个极靴单元3内可以设置多个紧密相连的永磁体33，相邻的两个永磁体33的极性布置方向相同，以便多个永磁体33可以吸附在一起。
63.可选地，第一极靴31和第二极靴32采用导磁材料制成。
64.在一些实施例中，第一极靴31的外周壁与外壳1的内周壁之间设有密封件，第二极靴32的外周壁与外壳1的内周壁之间设有密封件。由此，利用密封件可以增强极靴单元3与外壳1之间的密封效果，进而提高带有表面织构的磁性液体密封装置100的密封效果。
65.在一些实施例中，每个条状凹槽22在转动组件2的轴向方向(如图1所示的左右方向)的尺寸大于每个极齿34的在转动组件2的轴向方向(如图1所示的左右方向)的尺寸。由此，每个条状凹槽22在左右方向的尺寸大于每个极齿34在左右方向的尺寸，即使出现加工误差或者定位误差，在左右方向上每个条状凹槽22始终能完整覆盖至少一个极齿34，从而可以保护带有表面织构的磁性液体密封装置100平稳运行，进而提高了带有表面织构的磁性液体密封装置100密封的可靠性。
66.在一些实施例中，如图1所示，密封段21在转动组件2的轴向方向(如图1所示的左右方向)的尺寸为l，极靴单元3在转动组件2的轴向方向(如图1所示的左右方向)的尺寸为h，h≤l≤1.5h。例如，l是h的1倍、1.2倍、1.4倍、1.5倍等。
67.密封段21在左右方向的尺寸小于极靴单元3在左右方向的尺寸时，即l《h的时候，则在内外方向上，表面织构无法与全部的极靴单元3相对，表面织构只能与部分极靴单元3相对，带有表面织构的磁性液体密封装置100的运行稳定性较差。
68.密封段21在左右方向的尺寸大于极靴单元3在左右方向的尺寸的1.5倍时，即l》1.5h时，密封段21过长，在带有表面织构的磁性液体密封装置100运行的时候，部分密封段21始终不会接触到极靴单元3，密封段21加工过度，增加了制造成本。
69.由此，密封段21在左右方向的长度l与极靴在左右方向的长度h的关系为h≤l≤1.5h，设计合理，既可以满足带有表面织构的磁性液体密封装置100的平稳运行，又节省制造成本。
70.在一些实施例中，密封段21有两个，两个密封段21在转动组件2的轴向方向(如图1所示的左右方向)间隔布置，且两个密封段21在转动组件2的径向方向上(如图1所示的内外方向上)分别与第一极靴31和第二极靴32相对应。
71.例如，在转动组件2上设有两个密封段21，两个密封段21在内外方向上分别与第一极靴31和第二极靴32相对应，两个密封段21之间的间隔在内外方向上与永磁体33相对，由此，既能实现带有表面织构的磁性液体密封装置100的密封效果，又能降低加工成本。
72.在一些实施例中，密封段21有多个，多个密封段21在转动组件2的轴向方向(如图1所示的左右方向)间隔布置。
73.如图4所示，多个密封段21沿着左右方向间隔布置在转动组件2上，每个密封段21上都设有表面织构。例如，密封段21设有3个、4个、5个等等。
74.由此，密封段21具有多个，从而增加带有表面织构的磁性液体密封装置100的多样性。
75.在一些实施例中，转动组件2包括转轴23，密封段21是转轴23的一部分。
76.密封段21形成在转轴23上，转轴23的外周壁与极靴单元3的内周壁形成磁性液体4密封。由此，结构简单，便于加工。
77.在一些实施例中，转动组件2包括转轴23和轴套24，轴套24套设在转轴23的外周侧且可随转轴23转动，密封段21是轴套24的一部分。
78.如图1所示，轴套24套设在转轴23上，轴套24能够随着转轴23一起旋转，极靴单元3套设在轴套24上。由此，在安装时先将轴套24与极靴单元3安装好，然后再将转轴23安装到轴套24内，从而不仅能够提高安装效率，而且可以避免转轴23碰到极齿34从而损坏极靴单元3。
79.可选地，轴套24与转轴23密封连接，例如，轴套24与转轴23之间设有多个间隔布置的密封圈，从而加强带有表面织构的磁性液体密封装置100的密封效果。
80.可选地，所述轴套24的制作材料是导磁材料。
81.在一些实施例中，外壳1包括筒体11和端盖12，筒体11与端盖12可拆卸地连接。
82.如图1所示，筒体11和端盖12上均设有圆孔以便于转动组件2从圆孔中穿过。在筒体11和端盖12上均设有多个螺栓13孔以便筒体11和端盖12通过多个螺栓13连接。由此，方便带有表面织构的磁性液体密封装置100的装配。
83.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
84.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三
个等，除非另有明确具体地限定。
85.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
86.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
87.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
88.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。