阅读说明：本技术 一种发散型对开齿阶梯式磁流体旋转密封装置 ([db:专利名称-en]) 是由 杨小龙 王国宏 于 2019-11-25 设计创作，主要内容包括：本发明的目的是提供一种发散型对开齿阶梯式磁流体旋转密封装置,包括轴、外壳、第一极靴环、第二极靴环、第三极靴环、第四极靴环、第一套筒、第二套筒、第三套筒、第一永磁体环、第二永磁体环、第三永磁体环。本发明的密封装置不仅可以提高聚磁效果从而提高磁流体密封耐压能力,同时可以有效防止离心力作用引起的磁流体密封失效,减少磁流体的损失,提高密封的可靠性和寿命。([db:摘要-en])

一种发散型对开齿阶梯式磁流体旋转密封装置

技术领域

本发明属于机械工程密封领域，具体涉及一种发散型对开齿阶梯式磁流体旋转密封装置。

背景技术

磁流体又称磁流体或者磁液，是一种新型的功能材料。最近几年中，磁流体在密封领域中迅速发展，磁流体密封是利用永磁体在密封间隙内产生磁场力将磁流体牢牢固定在密封间隙内，抵抗两侧的压差，从而达到密封的效果。而且由于工业上很多场合对密封要求很严格，尤其是要求密封无泄漏，而一般传统的机械密封件无法做到这一点，磁流体密封则能很好地解决上述问题，磁流体密封技术相比于传统密封技术具有零泄漏率、无固体摩擦、寿命长、高可靠性等优点，已经被广泛的应用于各行各业中。

套筒阶梯式密封是将套筒呈阶梯式装配，在套筒内孔加工螺纹与轴形成螺纹连接，从而形成类似阶梯轴的结构。即每个极靴与其相对应的套筒之间的轴向间隙大小保持不变从而形成的一种新型的密封方式。因此当注入饱和的磁流体时，这不仅提高原有磁流体密封的耐压能力，还在被密封介质泄漏时改变了其泄漏的方向，增加了泄漏路径的长度，从而提高密封耐压能力。

如对比文献1(公开号为CN10311B的专利)所述的密封装置和对比文献2(公开号为CN207740466U的专利)所述的密封装置，文献一虽然在一定基础上解决了大间隙时旋转密封泄漏的问题，但是受轴加工条件的限制，轴肩高度在设计时不能大于轴直径的10%，在轴向间隙上不能很好地起到耐压效果。文献二的结构为多级圆盘磁流体密封装置，可以在一定程度上解决磁流体密封装置存在的耐压性能低的难题，但是在径向间隙为小间隙时，轴向极齿起到的耐压效果明显降低，使得该密封技术难以成功应用于高速重载等领域中。所以急需要一种装配简单，可在径向跳动大的工作条件下使用，耐压密封能力足、永磁体数量单一且聚磁效果明显的结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发散型对开齿阶梯式磁流体旋转密封装置，该密封装置不仅可以提高聚磁效果从而提高磁流体密封耐压能力，同时可以有效防止离心力作用引起的磁流体密封失效，减少磁流体的损失，提高密封的可靠性和寿命。

本发明的技术方案如下：

所述的发散型对开齿阶梯式磁流体旋转密封装置，包括轴、外壳、第一极靴环、第二极靴环、第三极靴环、第四极靴环、第一套筒、第二套筒、第三套筒、第一永磁体环、第二永磁体环、第三永磁体环；

所述的第一极靴环、第二极靴环、第三极靴环、第四极靴环由左到右依次间隔设于外壳的内壁上，第一极靴环、第二极靴环、第三极靴环、第四极靴环沿径向向轴的外圆面延伸，与轴的外圆面之间留有间隙；

所述的第一永磁体环、第二永磁体环、第三永磁体环分别设于外壳的内壁上；所述的第一永磁体环位于第一极靴环和第二极靴环之间，第一永磁体环的两端分别与第一极靴环和第二极靴环接触；所述的第二永磁体环位于第二极靴环和第三极靴环之间，第二永磁体环的两端分别与第二极靴环和第三极靴环接触；所述的第三永磁体环位于第三极靴环和第四极靴环之间，第三永磁体环的两端分别与第三极靴环和第四极靴环接触；

所述的第一套筒、第二套筒、第三套筒由左到右依次通过螺纹配合间隔设于轴的外圆面上，第一套筒、第二套筒、第三套筒的外圆面分别与第一永磁体环、第二永磁体环、第三永磁体环的内圆面相对应；所述的第一套筒、第二套筒、第三套筒的径向高度依次递增；

所述的第一极靴环的右端面上靠近轴的一侧设有凹面Ⅰ，所述的第二极靴环的左端面上靠近轴的一侧设有凹面Ⅱ；

所述的凹面Ⅰ与第一套筒的左端面相对应，所述的凹面Ⅰ上沿其径向交替间隔设置多组极齿a和极齿b；所述的第一套筒的左端面上沿径向交替间隔设置多组极齿c和极齿d，所述的极齿a和极齿b沿轴向向右延伸，所述的极齿c和极齿d沿轴向向左延伸；所述的极齿a的右端面与极齿c的左端面相互对应，之间留有间隙，该间隙中填充磁流体；所述的极齿b的右端面与极齿d的左端面相互对应，之间留有间隙，该间隙中填充磁流体；

所述的凹面Ⅱ与第一套筒的右端面相对应，所述的凹面Ⅱ上沿其径向交替间隔设置多组极齿e和极齿f；所述的第一套筒的左端面上沿径向交替间隔设置多组极齿g和极齿h，所述的极齿e和极齿f沿轴向向左延伸，所述的极齿g和极齿h沿轴向向右延伸；所述的极齿e的左端面与极齿g的右端面相互对应，之间留有间隙，该间隙中填充磁流体；所述的极齿f的左端面与极齿h的右端面相互对应，之间留有间隙，该间隙中填充磁流体；

所述的第二极靴环的右端面上靠近轴的一侧设有凹面Ⅲ，所述的第三极靴环的左端面上靠近轴的一侧设有凹面Ⅳ；

所述的凹面Ⅲ与第二套筒的左端面相对应，所述的凹面Ⅲ上沿其径向交替间隔设置多组极齿i和极齿j；所述的第二套筒的左端面上沿径向交替间隔设置多组极齿k和极齿l，所述的极齿i和极齿j沿轴向向右延伸，所述的极齿k和极齿l沿轴向向左延伸；所述的极齿i的右端面与极齿j的左端面相互对应，之间留有间隙，该间隙中填充磁流体；所述的极齿k的右端面与极齿l的左端面相互对应，之间留有间隙，该间隙中填充磁流体；

所述的凹面Ⅳ与第二套筒的右端面相对应，所述的凹面Ⅳ上沿其径向交替间隔设置多组极齿m和极齿n；所述的第二套筒的左端面上沿径向交替间隔设置多组极齿o和极齿p，所述的极齿m和极齿n沿轴向向左延伸，所述的极齿o和极齿p沿轴向向右延伸；所述的极齿m的左端面与极齿o的右端面相互对应，之间留有间隙，该间隙中填充磁流体；所述的极齿n的左端面与极齿p的右端面相互对应，之间留有间隙，该间隙中填充磁流体；

所述的第三极靴环的右端面上靠近轴的一侧设有凹面Ⅴ，所述的第四极靴环的左端面上靠近轴的一侧设有凹面Ⅵ；

所述的凹面Ⅴ与第三套筒的左端面相对应，所述的凹面Ⅴ上沿其径向交替间隔设置多组极齿q和极齿r；所述的第三套筒的左端面上沿径向交替间隔设置多组极齿s和极齿t，所述的极齿q和极齿r沿轴向向右延伸，所述的极齿s和极齿t沿轴向向左延伸；所述的极齿q的右端面与极齿s的左端面相互对应，之间留有间隙，该间隙中填充磁流体；所述的极齿r的右端面与极齿t的左端面相互对应，之间留有间隙，该间隙中填充磁流体；

所述的凹面Ⅵ与第三套筒的右端面相对应，所述的凹面Ⅵ上沿其径向交替间隔设置多组极齿u和极齿v；所述的第三套筒的左端面上沿径向交替间隔设置多组极齿w和极齿x，所述的极齿u和极齿v沿轴向向左延伸，所述的极齿w和极齿x沿轴向向右延伸；所述的极齿u的左端面与极齿w的右端面相互对应，之间留有间隙，该间隙中填充磁流体；所述的极齿v的左端面与极齿x的右端面相互对应，之间留有间隙，该间隙中填充磁流体。

所述的极齿a的右端面与极齿c的左端面之间的磁流体，在径向方向上与极齿b的右端面与极齿d的左端面之间的磁流体交错分布；所述的极齿e的左端面与极齿g的右端面之间的磁流体，在径向方向上与极齿f的左端面与极齿h的右端面之间的磁流体交错分布；

所述的极齿i的右端面与极齿j的左端面之间的磁流体，在径向方向上与所述的极齿k的右端面与极齿l的左端面之间的磁流体交错分布；所述的极齿m的左端面与极齿o之间磁流体，在径向方向上与极齿n的左端面与极齿p的右端面之间的磁流体交错分布；

所述的极齿q的右端面与极齿s的左端面之间的磁流体，在径向方向上与极齿r的右端面与极齿t的左端面之间的磁流体交错分布；所述的极齿u的左端面与极齿w的右端面之间的磁流体，在径向方向上与极齿v的左端面与极齿x的右端面之间的磁流体交错分布。

所述的极齿a设有1-5个，所述的极齿c对应极齿a15设置；所述的极齿b分布设有1-5个，所述的极齿d对应极齿b设置；

所述的极齿e设有1-5个，所述的g对应极齿e设置；所述的极齿极齿f设有1-5个，所述的极齿h对应极齿极齿f设置；

所述的极齿i设有1-5个，所述的极齿k对应极齿i设置；所述的极齿极齿j设有1-5个，所述的极齿l对应极齿j设置；

所述的极齿m设有1-5个，所述的极齿o对应极齿m设置；所述的极齿n设有1-5个，所述的极齿p对应极齿n设置；

所述的极齿q设有1-5个，所述的极齿s对应极齿q设置；所述的极齿r设有1-5个，所述的极齿t对应极齿r设置；

所述的极齿u设有1-5个，所述的极齿w对应极齿u设置；所述的极齿v设有1-5个，所述的极齿x对应极齿v设置。

所述的轴由非导磁材料制成。

所述的第一极靴环、第二极靴环、第三极靴环、第四极靴环的外圆面上设有环形凹槽Ⅰ，所述的环形凹槽Ⅰ内设有密封圈I。

所述的第一永磁体环、第二永磁体环和第三永磁体环为轴向充磁型永磁体；所述的第一永磁体环和第二永磁体环的磁力线方向相反，所述的第一永磁体环和第三永磁体环的磁力线方向相同。

所述的发散型对开齿阶梯式磁流体旋转密封装置，还包括左轴承套、右轴承套、左轴承和右轴承，所述的左轴承套和右轴承套设于外壳的内壁上，所述的左轴承套位于第一极靴环左侧，与第一极靴环的左端面接触，所述的左轴承设于左轴承套内，左轴承的内圈套装于轴上，左轴承的外圈与左轴承套的内圈接触；所述的右轴承套位于第四极靴环右侧，与第四极靴环的右端面接触，所述的右轴承设于右轴承套内，右轴承的内圈套装于轴，右轴承的外圈与右轴承套的内圈接触。

所述的发散型对开齿阶梯式磁流体旋转密封装置，还包括左隔套、右隔套；所述的左轴承的内圆面右端上设有环形凹槽Ⅱ，所述的环形凹槽Ⅱ位于左轴承的右侧，所述的左隔套设于环形凹槽Ⅱ内，左隔套的右端面与第一极靴环的左侧壁接触；所述的右轴承的内圆面右端上设有环形凹槽Ⅲ，所述的环形凹槽Ⅲ位于右轴承的右侧，所述的右隔套设于环形凹槽Ⅲ内，右隔套的右端面与第四极靴环的右侧壁接触。

所述的左隔套、右隔套的外圆面上设有环形凹槽Ⅳ，所述的环形凹槽Ⅳ内设有密封圈II。

本发明适用范围较广，能适用于半径为10~300mm旋转轴。

本发明通过一种具有独特结构的发散型对开齿阶梯式磁流体旋转密封装置，通过将增加套筒结构，改变泄漏路径，套筒轴向极齿与极靴极齿之间形成了轴向密封间隙，在极靴与极靴之间嵌入永磁体，并且在极靴与套筒形成的轴向密封间隙内注入磁流体，磁流体在永磁体的作用下在此处形成多个“O”型密封圈，达到密封效果，提高密封耐压能力，从而实现一种发散型对开齿阶梯式磁流体旋转密封装置。

现有的密封装置为了提高耐压值的提高大多是减小密封间隙值，从而减小密封间隙产生的磁阻，导致磁通密度增大，随之密封耐压值得到提升，但是在重载时，径向方向定会产生大的径向跳动，从而导致磁流体密封失效。而本发明设计时首先将轴的材料改为非导磁材料，根据磁路定理，磁路从永磁体N极至极靴轴向间隙至套筒后，再回到永磁体S极。由于本发明轴为非导磁材料，磁路在经过径向间隙时，径向磁阻急剧增大，磁路将更多地经过轴向间隙，从而轴向间隙的聚磁效果将更加明显。

本发明的套筒与轴采用螺纹配合，与阶梯轴相比，这样可以在不增加应力集中的作用下增加轴向高度，从而增加轴向极齿的数量，增加密封耐压值。并且，本发明的对开极齿交错的方式，大大提高了聚磁效果，有效的减少磁流体体积量的损失，也降低离心力对磁流体的影响。本发明还具有磁流体密封自愈合大大提高，大大减少了磁流体密封失效时所能带走的磁流体，进一步提高了旋转密封条件下磁流体密封的耐压能力和密封可靠性，扩大了其安全工作范围。

本发明能够有效解决旋转轴在大间隙的条件下密封装置耐压能力不足、聚磁效果低、磁流体损失严重的难题。

附图说明

图1为本发明所述的密封装置的结构示意图。

图中各序号标示及对应的名称如下：

1-轴，2-外壳，3-第一极靴环，4-第二极靴环，5-第三极靴环，6-第四极靴环，7-第一套筒，8-第二套筒、9-第三套筒，10-第一永磁体环，11-第二永磁体环，12-第三永磁体环，13-凹面Ⅰ，14-凹面Ⅱ，15-极齿a，16-极齿b，17-极齿c，18-极齿d，19-极齿e，20-极齿f，21-极齿g，22-极齿h，23-凹面Ⅲ，24-凹面Ⅳ，25-极齿i，26-极齿j，27-极齿k，28-极齿l，29-极齿m，30-极齿n，31-极齿o，32-极齿p，33-凹面Ⅴ，34-凹面Ⅵ，35-极齿q，36-极齿r，37-极齿s，38-极齿t，39-极齿u，40-极齿v，41-极齿w，42-极齿x，43-密封圈II，44-密封圈I，45-左轴承套，46-右轴承套，47-左轴承，48-右轴承，49-左隔套，50-右隔套。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，所述的发散型对开齿阶梯式磁流体旋转密封装置，包括轴1、外壳2、第一极靴环3、第二极靴环4、第三极靴环5、第四极靴环6、第一套筒7、第二套筒8、第三套筒9、第一永磁体环10、第二永磁体环11、第三永磁体环12；

所述的第一极靴环3、第二极靴环4、第三极靴环5、第四极靴环6由左到右依次间隔设于外壳2的内壁上，第一极靴环3、第二极靴环4、第三极靴环5、第四极靴环6沿径向向轴1的外圆面延伸，与轴1的外圆面之间留有间隙；

所述的第一永磁体环10、第二永磁体环11、第三永磁体环12分别设于外壳2的内壁上；所述的第一永磁体环10位于第一极靴环3和第二极靴环4之间，第一永磁体环10的两端分别与第一极靴环3和第二极靴环4接触；所述的第二永磁体环11位于第二极靴环4和第三极靴环5之间，第二永磁体环11的两端分别与第二极靴环4和第三极靴环5接触；所述的第三永磁体环12位于第三极靴环5和第四极靴环6之间，第三永磁体环12的两端分别与第三极靴环5和第四极靴环6接触；

所述的第一套筒7、第二套筒8、第三套筒9由左到右依次通过螺纹配合间隔设于轴1的外圆面上，第一套筒7、第二套筒8、第三套筒9的外圆面分别与第一永磁体环10、第二永磁体环11、第三永磁体环12的内圆面相对应；所述的第一套筒7、第二套筒8、第三套筒9的径向高度依次递增；

所述的第一极靴环3的右端面上靠近轴1的一侧设有凹面Ⅰ13，所述的第二极靴环4的左端面上靠近轴1的一侧设有凹面Ⅱ14；

所述的凹面Ⅰ13与第一套筒7的左端面相对应，所述的凹面Ⅰ13上沿其径向交替间隔设置多组极齿a15和极齿b16；所述的第一套筒7的左端面上沿径向交替间隔设置多组极齿c17和极齿d18，所述的极齿a15和极齿b16沿轴向向右延伸，所述的极齿c17和极齿d18沿轴向向左延伸；所述的极齿a15的右端面与极齿c17的左端面相互对应，之间留有间隙，该间隙中填充磁流体；所述的极齿b16的右端面与极齿d18的左端面相互对应，之间留有间隙，该间隙中填充磁流体；

所述的凹面Ⅱ14与第一套筒7的右端面相对应，所述的凹面Ⅱ14上沿其径向交替间隔设置多组极齿e19和极齿f20；所述的第一套筒7的左端面上沿径向交替间隔设置多组极齿g21和极齿h22，所述的极齿e19和极齿f20沿轴向向左延伸，所述的极齿g21和极齿h22沿轴向向右延伸；所述的极齿e19的左端面与极齿g21的右端面相互对应，之间留有间隙，该间隙中填充磁流体；所述的极齿f20的左端面与极齿h22的右端面相互对应，之间留有间隙，该间隙中填充磁流体；

所述的第二极靴环4的右端面上靠近轴1的一侧设有凹面Ⅲ23，所述的第三极靴环5的左端面上靠近轴1的一侧设有凹面Ⅳ24；

所述的凹面Ⅲ23与第二套筒8的左端面相对应，所述的凹面Ⅲ23上沿其径向交替间隔设置多组极齿i25和极齿j26；所述的第二套筒8的左端面上沿径向交替间隔设置多组极齿k27和极齿l28，所述的极齿i25和极齿j26沿轴向向右延伸，所述的极齿k27和极齿l28沿轴向向左延伸；所述的极齿i25的右端面与极齿j27的左端面相互对应，之间留有间隙，该间隙中填充磁流体；所述的极齿k26的右端面与极齿l28的左端面相互对应，之间留有间隙，该间隙中填充磁流体；

所述的凹面Ⅳ24与第二套筒8的右端面相对应，所述的凹面Ⅳ24上沿其径向交替间隔设置多组极齿m29和极齿n30；所述的第二套筒8的左端面上沿径向交替间隔设置多组极齿o31和极齿p32，所述的极齿m29和极齿n30沿轴向向左延伸，所述的极齿o31和极齿p32沿轴向向右延伸；所述的极齿m29的左端面与极齿o31的右端面相互对应，之间留有间隙，该间隙中填充磁流体；所述的极齿n30的左端面与极齿p32的右端面相互对应，之间留有间隙，该间隙中填充磁流体；

所述的第三极靴环5的右端面上靠近轴1的一侧设有凹面Ⅴ33，所述的第四极靴环6的左端面上靠近轴1的一侧设有凹面Ⅵ34；

所述的凹面Ⅴ33与第三套筒9的左端面相对应，所述的凹面Ⅴ33上沿其径向交替间隔设置多组极齿q35和极齿r36；所述的第三套筒9的左端面上沿径向交替间隔设置多组极齿s37和极齿t38，所述的极齿q35和极齿r36沿轴向向右延伸，所述的极齿s37和极齿t38沿轴向向左延伸；所述的极齿q35的右端面与极齿s37的左端面相互对应，之间留有间隙，该间隙中填充磁流体；所述的极齿r36的右端面与极齿t38的左端面相互对应，之间留有间隙，该间隙中填充磁流体；

所述的凹面Ⅵ34与第三套筒9的右端面相对应，所述的凹面Ⅵ34上沿其径向交替间隔设置多组极齿u39和极齿v40；所述的第三套筒9的左端面上沿径向交替间隔设置多组极齿w41和极齿x42，所述的极齿u39和极齿v40沿轴向向左延伸，所述的极齿w41和极齿x42沿轴向向右延伸；所述的极齿u39的左端面与极齿w41的右端面相互对应，之间留有间隙，该间隙中填充磁流体；所述的极齿v40的左端面与极齿x42的右端面相互对应，之间留有间隙，该间隙中填充磁流体。

所述的极齿a15的右端面与极齿c17的左端面之间的磁流体，在径向方向上与极齿b16的右端面与极齿d18的左端面之间的磁流体交错分布；所述的极齿e19的左端面与极齿g21的右端面之间的磁流体，在径向方向上与极齿f20的左端面与极齿h22的右端面之间的磁流体交错分布；

所述的极齿i25的右端面与极齿j27的左端面之间的磁流体，在径向方向上与所述的极齿k26的右端面与极齿l28的左端面之间的磁流体交错分布；所述的极齿m29的左端面与极齿o31之间磁流体，在径向方向上与极齿n30的左端面与极齿p32的右端面之间的磁流体交错分布；

所述的极齿q35的右端面与极齿s37的左端面之间的磁流体，在径向方向上与极齿r36的右端面与极齿t38的左端面之间的磁流体交错分布；所述的极齿u39的左端面与极齿w41的右端面之间的磁流体，在径向方向上与极齿v40的左端面与极齿x42的右端面之间的磁流体交错分布。

所述的极齿a15设有1-5个，所述的极齿c17对应极齿a15设置；所述的极齿b16分布设有1-5个，所述的极齿d18对应极齿b16设置；

所述的极齿e19设有1-5个，所述的g21对应极齿e19设置；所述的极齿极齿f20设有1-5个，所述的极齿h22对应极齿极齿f20设置；

所述的极齿i25设有1-5个，所述的极齿k26对应极齿i25设置；所述的极齿极齿j27设有1-5个，所述的极齿l28对应极齿j27设置；

所述的极齿m29设有1-5个，所述的极齿o31对应极齿m29设置；所述的极齿n30设有1-5个，所述的极齿p32对应极齿n30设置；

所述的极齿q35设有1-5个，所述的极齿s37对应极齿q35设置；所述的极齿r36设有1-5个，所述的极齿t38对应极齿r36设置；

所述的极齿u39设有1-5个，所述的极齿w41对应极齿u39设置；所述的极齿v40设有1-5个，所述的极齿x42对应极齿v40设置。

所述的轴1由非导磁材料制成。

所述的第一极靴环3、第二极靴环4、第三极靴环5、第四极靴环6的外圆面上设有环形凹槽Ⅰ，所述的环形凹槽Ⅰ内设有密封圈I44。

所述的第一永磁体环10、第二永磁体环11和第三永磁体环12为轴向充磁型永磁体；所述的第一永磁体环10和第二永磁体环11的磁力线方向相反，所述的第一永磁体环10和第三永磁体环12的磁力线方向相同。

所述的发散型对开齿阶梯式磁流体旋转密封装置，还包括左轴承套45、右轴承套46、左轴承47和右轴承48，所述的左轴承套45和右轴承套46设于外壳2的内壁上，所述的左轴承套45位于第一极靴环3左侧，与第一极靴环3的左端面接触，所述的左轴承47设于左轴承套45内，左轴承47的内圈套装于轴1上，左轴承47的外圈与左轴承套45的内圈接触；所述的右轴承套46位于第四极靴环6右侧，与第四极靴环6的右端面接触，所述的右轴承48设于右轴承套46内，右轴承48的内圈套装于轴1，右轴承48的外圈与右轴承套46的内圈接触。

所述的发散型对开齿阶梯式磁流体旋转密封装置，还包括左隔套49、右隔套50；所述的左轴承47的内圆面右端上设有环形凹槽Ⅱ，所述的环形凹槽Ⅱ位于左轴承47的右侧，所述的左隔套49设于环形凹槽Ⅱ内，左隔套49的右端面与第一极靴环3的左侧壁接触；所述的右轴承48的内圆面右端上设有环形凹槽Ⅲ，所述的环形凹槽Ⅲ位于右轴承48的右侧，所述的右隔套50设于环形凹槽Ⅲ内，右隔套50的右端面与第四极靴环6的右侧壁接触。

所述的左隔套49、右隔套50的外圆面上设有环形凹槽Ⅳ，所述的环形凹槽Ⅳ内设有密封圈II43。