一种紧凑式磁流体密封传动装置的制作方法

1.本发明涉及磁流体密封技术领域，尤其是涉及一种紧凑式磁流体密封传动装置。


背景技术：

2.磁流体密封传动装置广泛应用于半导体、光纤、医疗、人造卫星等涉及真空技术的设备中，主要目的是把真空腔外面的动力或特定气体传递到真空腔内部，并且保持真空腔内必要的真空度。其核心部分是磁流体，磁流体在磁流体密封传动装置中的作用相当于液体密封圈，能够起到动密封的效果。
3.磁流体密封传动装置包括壳体、密封组件和轴承；磁密封组件包括主轴、磁块、磁极和磁极、磁流体（也叫磁流体），磁块位于磁极和磁极之间，主轴与磁块、磁极配合部位，加工有矩形或梯形齿，主轴齿与磁极配合间隙处，充满磁流体（磁流体），在磁场作用下，起到密封作用。
4.我们常见的磁流体密封传动装置中的轴承与磁密封组件分布方式有两种，一种是常规式，两个轴承位于磁密封组件两侧，另一种是悬臂式，两个轴承位于磁密封组件同一侧，磁密封组件位于磁流体密封传动装置的真空侧，两个轴承位于磁流体密封传动装置的大气侧。
5.设计磁流体密封传动装置时，常常会遇到真空设备安装密封传动装置的部位受空间限制，会要求缩短磁流体密封传动装置的长度，而传统磁流体密封传动装置的磁密封与轴承在同一轴线上布置，磁流体密封传动装置的长度缩到一定程度就没法进一步缩短。
6.图1为现有技术中的第一种典型的磁流体密封传动装置的示意图。
7.密封组件由a磁极1-3、磁块1-4、b磁极1-5、主轴1-1和磁流体1-6构成，该密封组件位于壳体1-2中，该磁流体密封传动装置为悬臂布置，轴承1-7位于大气侧，轴承内外圈分别由轴承内圈盖板1-8及轴承外圈盖板1-9压紧；壳体1-2与a磁极1-3、b磁极1-5间用磁极密封圈1-10密封，真空侧用盖板1-12及螺钉1-13压紧密封组件，盖板1-12内装有挡圈1-11，用于防止磁流体1-6飞溅。然而，要进一步缩短密封组件的长度，这种结构是无法实现的。
8.上述方案中，由于磁流体密封传动装置的长度缩短有限，而且交叉滚柱轴承价格昂贵，有的超薄型号需要特殊定做，采购周期长达8个月，因此开发一种紧凑式磁流体密封传动装置替代现有交叉滚柱轴承方案已成必然。
9.又例如一种在中国专利文献上公开的“真空设备及其磁流体密封传动装置”，其公告号“cn105952904b”，包括用于密封连接真空设备的壳体、用于传输动力的轴套和用于产生磁场的磁体，壳体上设置有用于轴套穿过的通孔，轴套和壳体之间安装有轴承，轴承的内圈连接轴套的外周，轴承的外圈连接通孔的内周，壳体和轴套之间设置有用于放置磁流体的间隙，磁体两极的端面分别靠近能够导磁的轴套和壳体，使轴套和壳体之间形成封闭的磁回路，磁流体位于间隙内的磁回路处并围绕轴套，用于隔绝真空环境和大气环境。该方案中依然未解决磁流体传动装置占用空间大的问题。


技术实现要素：

10.针对现有技术中磁流体密封传动装置长度缩短有限，而采用较短的交叉滚柱轴承成本又较高的问题。本发明提供了一种紧凑式磁流体密封传动装置，采用悬臂式密封组件代替传统密封结构，通过悬臂式密封组件与轴承沿径向布置的方式最大限度的缩短密封传动装置的长度，结构精简。
11.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种紧凑式磁流体密封传动装置，包括设置于主轴与壳体之间的悬臂式密封组件，所述主轴上还套接设置有轴承，所述悬臂式密封组件沿径向设置于轴承单侧。所述悬臂式密封组件可沿径向设置于轴承的外侧或是内侧，无论悬臂式密封组件设置在轴承的哪一侧，相较于传统密封结构，均能显著缩短磁流体密封传动装置的长度，同时巧妙利用径向空间，使得磁流体密封整体结构更加紧凑，并且能够降低采用交叉滚柱轴承而产生的昂贵成本，有效降低生产成本。
12.作为优选，所述悬臂式密封组件包括磁块，沿轴向分设于磁块两侧的第一磁极和第二磁极；所述设置于第一磁极与第二磁极靠近轴承的一侧均设置有磁极密封圈，所述第一磁极与第二磁极远离轴承的一侧均设置有用于填充间隙的磁流体。所述悬臂式密封组件通过磁块配合第一磁极与第二磁极组成磁流体密封结构，在磁块产生的磁场作用下，把放置在主轴与壳体间的磁流体加以集中，使其形成一个“o”形环，将主轴与壳体之间的间隙密封，所述磁性密封圈进一步保证轴承外围的缝隙得到密封，确保整个密封组件的密封效果稳定且优异。
13.进一步的，所述第一磁极与第二磁极靠近轴承方向均设置有环槽，所述磁极密封圈卡合安装于环槽内。所述磁极密封圈通过卡合的方式设置于环槽内，既能保证磁极密封圈装配稳定，又能根据使用时限及时更换磁性密封圈。
14.作为优选，所述悬臂式密封组件沿径向设置于轴承内侧，所述悬臂式密封组件与主轴之间设置有轴套，所述轴套外部沿轴向设置有密封齿，磁流体填充设置于密封齿的齿槽内。所述悬臂式密封组件设置于轴承内侧时，可选用大规格的角接触轴承与其配合，适合于负载调节大、高转数的磁流体密封传动装置；值得注意的是，传统磁流体密封结构将密封齿设置于主轴上，但该方案会影响主轴的结构强度，同时无法根据主轴与壳体的尺寸情况及时调整密封结构的径向宽度以确保密封效果保持稳定，因此本技术中将密封齿设置于轴套上，在进行装配时通过选择合适尺寸的轴套，配合磁流体能够确保壳体与主轴之间的间隙被完全填充，这中方案能够适当降低精度要求，避免传统方案中主轴上的密封齿尺寸稍有偏差就无法实现稳定密封的情况出现，通过更换不同规格的轴套能够保证配合磁流体形成完全匹配所填充间隙的密封结构，以此更好地实现密封目的。
15.作为优选，所述悬臂式密封组件沿径向设置于轴承外侧，所述第一磁极和第二磁极外部沿周向均设置有密封齿，磁流体填充设置于密封齿的齿槽内。所述悬臂式密封组件设置于轴承外侧时，可选用小规格的角接触轴承与其配合，适合于负载调节小、低转数的磁流体密封传动装置；该方案中，密封齿设置于第一磁极与第二磁极上，相较于传统方案中设置于壳体或主轴上，密封齿设置于磁极上更利于根据装配密封情况进行规格调整，避免壳体或主轴因密封效果不理想而报废的情况出现，显著提升悬臂式密封组件的精密程度和可维护性。
16.作为优选，所述悬臂式密封组件包括有沿轴向设置于大气侧的第一挡圈，所述悬臂式密封组件靠近真空侧还设置有第二挡圈。所述第一挡圈和第二挡圈分别设置于密封结构的真空结构的大气侧和真空侧，配合实现对磁流体的密封，避免磁流体飞溅，同时保护磁流体不会被外部杂质污染。
17.作为优选，所述轴承包括内圈和外圈，所述内圈的外端面设置有内圈螺母，所述外圈的外端面设置有外圈螺母，所述内圈螺母外部设置有锁紧螺钉。所述外圈螺母配合内圈螺母对轴承进行锁定，所述锁紧螺钉沿径向安装在轴承外端面，且尾端抵接外圈螺母外壁，确保轴承稳定锁定于壳体与主轴间。
18.作为优选，所述悬臂式密封组件还包括有散热结构，所述散热结构设置于第一挡圈外侧。所述散热结构为沿径向延伸的叶片结构，在主轴高速回转过程中，叶片同步转动并产生远离悬臂式密封组件的气流，能够将磁流体密封结构工作中产生的热量进行散热，确保长时间工作过程中磁流体不会因温度升高而磁性降低并影响密封效果。
19.因此，本发明具有如下有益效果：（1）采用悬臂式密封组件代替传统密封结构，通过悬臂式密封组件与轴承沿径向布置的方式最大限度的缩短密封传动装置的长度，结构精简；（2）通过更换不同规格的轴套能够保证配合磁流体形成完全匹配所填充间隙的密封结构，以此更好地实现密封目的；（3）散热结构为沿径向延伸的叶片结构，在主轴高速回转过程中，叶片同步转动并产生远离悬臂式密封组件的气流，能够将磁流体密封结构工作中产生的热量进行散热，确保长时间工作过程中磁流体不会因温度升高而磁性降低并影响密封效果。
附图说明
20.图1为背景技术中传统磁流体密封传动装置的侧剖图。
21.图2为实施例1中紧凑式磁流体密封传动装置的侧剖图。
22.图3为实施例2中紧凑式磁流体密封传动装置的侧剖图。
具体实施方式
23.下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
24.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；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
25.实施例1如图1、2所示，一种紧凑式磁流体密封传动装置，包括设置于主轴与壳体之间的悬臂式密封组件，所述主轴上还套接设置有轴承，所述悬臂式密封组件沿径向设置于轴承单侧。所述悬臂式密封组件包括磁块，沿轴向分设于磁块两侧的第一磁极和第二磁极；所述设置于第一磁极与第二磁极靠近轴承的一侧均设置有磁极密封圈，所述第一磁极与第二磁极远离轴承的一侧均设置有用于填充间隙的磁流体。本技术中，磁流体采用胶态磁液。
26.所述悬臂式密封组件可沿径向设置于轴承的外侧或是内侧，无论悬臂式密封组件
设置在轴承的哪一侧，相较于传统密封结构，均能显著缩短磁流体密封传动装置的长度，同时巧妙利用径向空间，使得磁流体密封整体结构更加紧凑，并且能够降低采用交叉滚柱轴承而产生的昂贵成本，有效降低生产成本。所述悬臂式密封组件通过磁块配合第一磁极与第二磁极组成磁流体密封结构，在磁块产生的磁场作用下，把放置在主轴与壳体间的磁流体加以集中，使其形成一个“o”形环，将主轴与壳体之间的间隙密封，所述磁性密封圈进一步保证轴承外围的缝隙得到密封，确保整个密封组件的密封效果稳定且优异。本实施例中，主轴轴套、磁极分别采用4系列、6系列的导磁不锈钢；主轴、壳体、螺母采用奥氏体不锈钢。
27.所述第一磁极与第二磁极靠近轴承方向均设置有环槽，所述磁极密封圈卡合安装于环槽内。所述悬臂式密封组件沿径向设置于轴承外侧，所述第一磁极和第二磁极外部沿周向均设置有密封齿，磁流体填充设置于密封齿的齿槽内。所述磁极密封圈通过卡合的方式设置于环槽内，既能保证磁极密封圈装配稳定，又能根据使用时限及时更换磁性密封圈。所述悬臂式密封组件设置于轴承外侧时，可选用小规格的角接触轴承与其配合，适合于负载调节小、低转数的磁流体密封传动装置；该方案中，密封齿设置于第一磁极与第二磁极上，相较于传统方案中设置于壳体或主轴上，密封齿设置于磁极上更利于根据装配密封情况进行规格调整，避免壳体或主轴因密封效果不理想而报废的情况出现，显著提升悬臂式密封组件的精密程度和可维护性。
28.所述悬臂式密封组件包括有沿轴向设置于大气侧的第一挡圈，所述悬臂式密封组件靠近真空侧还设置有第二挡圈。所述第一挡圈和第二挡圈分别设置于密封结构的真空结构的大气侧和真空侧，配合实现对磁流体的密封，避免磁流体飞溅，同时保护磁流体不会被外部杂质污染。所述轴承包括内圈和外圈，所述内圈的外端面设置有内圈螺母，所述外圈的外端面设置有外圈螺母，所述内圈螺母外部设置有锁紧螺钉。所述外圈螺母配合内圈螺母对轴承进行锁定，所述锁紧螺钉沿径向安装在轴承外端面，且尾端抵接外圈螺母外壁，确保轴承稳定锁定于壳体与主轴间。
29.所述悬臂式密封组件还包括有散热结构，所述散热结构设置于第一挡圈外侧。所述散热结构为沿径向延伸的叶片结构2-14，在主轴高速回转过程中，叶片同步转动并产生远离悬臂式密封组件的气流，能够将磁流体密封结构工作中产生的热量进行散热，确保长时间工作过程中磁流体不会因温度升高而磁性降低并影响密封效果。本实施例中，叶片结构设置于第一挡圈外侧。如图2所示，本实施例所公开的一种紧凑式磁流体密封传动装置，包括壳体2-2、密封组件和轴承2-7；密封组件包括主轴2-1、磁块2-4、设置于磁块2-4两侧的第一磁极2-3和第二磁极2-5、设置于主轴与第一磁极2-3和第二磁极2-5配合间隙间的磁流体2-6；密封组件位于壳体2-2与主轴2-1之间，该磁流体密封传动装置为悬臂布置，轴承2-7位于大气侧，轴承内外圈分别由轴承内圈螺母2-8及轴承外圈螺母2-9压紧；轴承内圈螺母2-8用锁紧螺钉2-13锁紧，壳体2-2与第一磁极2-3与第二磁极2-5间用磁极密封圈2-10密封，真空侧装有第二挡圈2-11，大气侧装有第一挡圈2-12，两者配合用于防止磁流体2-6飞溅。
30.实施例2如图3所示，与实施例1不同的是，本实施例中，所述悬臂式密封组件沿径向设置于轴承内侧，所述悬臂式密封组件与主轴之间设置有轴套，所述轴套外部沿轴向设置有密封齿3-16，磁流体填充设置于密封齿的齿槽内。该结构中，包括壳体3-2、密封组件和轴承3-7；
密封组件包括主轴3-1、磁块3-4、设置于磁块3-4两侧的第一磁极3-3和第二磁极3-5、设置于主轴轴套3-14与第一磁极3-3和第二磁极3-5配合间隙间的磁流体3-6；密封组件位于壳体3-2与主轴轴套3-14之间，该磁流体密封传动装置为悬臂布置，轴承3-7位于大气侧，轴承内外圈分别由轴承内圈螺母3-8及轴承外圈母3-9压紧；轴承内圈螺母3-8用锁紧螺钉3-13锁紧，壳体3-2与第一磁极3-3、第二磁极3-5间用磁极密封圈3-10密封，主轴3-1真空侧装有螺母3-12，用于压紧主轴轴套，第一挡圈3-11用于固定密封组件。所述悬臂式密封组件设置于轴承内侧时，可选用大规格的角接触轴承与其配合，适合于负载调节大、高转数的磁流体密封传动装置；值得注意的是，传统磁流体密封结构将密封齿设置于主轴上，但该方案会影响主轴的结构强度，同时无法根据主轴与壳体的尺寸情况及时调整密封结构的径向宽度以确保密封效果保持稳定，因此本技术中将密封齿设置于轴套上，在进行装配时通过选择合适尺寸的轴套，配合磁流体能够确保壳体与主轴之间的间隙被完全填充，这中方案能够适当降低精度要求，避免传统方案中主轴上的密封齿尺寸稍有偏差就无法实现稳定密封的情况出现，通过更换不同规格的轴套能够保证配合磁流体形成完全匹配所填充间隙的密封结构，以此更好地实现密封目的。因此，本实施例中，轴套与主轴间也设置有磁性密封圈3-15，配合磁极上的磁形密封圈3-10共同完成密封。本实施例中，叶片结构3-16设置于轴套外壁，用于提升密封组件的散热效果。
31.除上述实施例外，在本发明的权利要求书及说明书所公开的范围内，本发明的技术特征可以进行重新选择及组合，从而构成新的实施例，这些都是本领域技术人员无需进行创造性劳动即可实现的，因此这些本发明没有详细描述的实施例也应视为本发明的具体实施例而在本发明的保护范围之内。