发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于磁控形状记忆效应的抱紧力可调橡胶密封结构，通过调控密封唇与轴之间的抱紧力来实现唇口磨损补偿，使密封件能够适应复杂多变的工况，提高密封件的可靠性，延长密封件的使用寿命。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于磁控形状记忆效应的抱紧力可调橡胶密封结构，包括橡胶密封圈和抱紧力调节装置；

所述橡胶密封圈包括橡胶基体1、金属骨架2、防尘唇4、密封唇5；所述金属骨架2被橡胶基体1包覆部分的截面形状为“L”形，裸露在介质侧的结构上开设有第一螺纹通孔21；所述密封唇5与轴过盈配合，所述防尘唇4位于低介质压力侧；

所述抱紧力调节装置位于高介质压力侧，包括楔形滑块3、磁控形状记忆合金块6、第一螺钉7、合金块安装座8、螺旋调节器9、压盖10、励磁线圈11、第二螺钉12；所述楔形滑块3的内锥面紧贴于橡胶基体1表面，左端面紧贴于磁控形状记忆合金块6的右端面；所述合金块安装座8右端面沿圆周方向均设若干个合金块安装槽82，左端面均设若干个螺纹孔83，外圆柱面上设有外螺纹81；所述合金块安装槽82的槽底均设有若干个与合金块安装座8左端面连通的通孔84；所述压盖10的截面形状为“L”形，左端面沿径向方向依次均设若干个第二螺纹通孔103、第三螺纹通孔105、第四螺纹通孔106，且左端面上开设有与右端面连通的泄压孔101、进线孔102、出线孔104；所述压盖10通过第二螺钉12、第一螺纹通孔21、第四螺纹通孔106实现与金属骨架2的固定连接，通过第一螺钉7、第二螺纹通孔103、螺纹孔83实现与合金块安装座8的固定连接；所述励磁线圈11缠绕在合金块安装座8的外螺纹81上，分别从进线孔102、出线孔104引入、引出导线接口，所述导线接口与外部可控电源连接；所述螺旋调节器9通过第三螺纹通孔105、通孔84依次固定在压盖10和合金块安装座8上，并紧贴于磁控形状记忆合金块6的左端面；

所述励磁线圈11在通电后产生磁场，通过调节所述外部可控电源电压或电流大小来改变磁场强度；所述磁控形状记忆合金块6在所述磁场作用下沿合金块安装槽82槽深方向发生变形，以推动所述楔形滑块3挤压橡胶基体1使所述橡胶密封圈的抱紧力发生改变；所述螺旋调节器9通过顺时针或逆时针旋转来改变磁控形状记忆合金块6左端面与合金块安装槽82槽底的间距，以推动所述楔形滑块3挤压橡胶基体1使所述橡胶密封圈的抱紧力发生改变。

进一步的：所述螺旋调节器9可手动旋转驱动或联合电机驱动。

进一步的：所述磁控形状记忆合金块6的形状为长方体、圆柱或扇环柱。

进一步的：所述密封唇5的油侧接触角大于空气侧接触角，油侧接触角范围为40°～60°，空气侧接触角范围为20°～35°。

进一步的：所述磁控形状记忆合金块6、螺旋调节器9、第一螺钉7、第二螺钉12、合金块安装槽82个数为N，N取值为2～24。

本发明的工作原理：

本发明提供的基于磁控形状记忆效应的抱紧力可调橡胶密封结构，包括橡胶密封圈和抱紧力调节装置。抱紧力调节装置用于调控橡胶密封圈与轴之间的抱紧力，通过推动楔形滑块运动、挤压橡胶基体变形来实现，有采用螺旋调节器结构机械调控(调控手段一)和采用励磁线圈耦合磁控形状记忆合金结构电动调控(调控手段二)两种调控手段。其中，螺旋调节器结构通过顺时针或逆时针旋转以改变磁控形状记忆合金块沿轴向方向的位移来实现抱紧力的调控，具有断电保护性；励磁线圈耦合磁控形状记忆合金结构通过改变磁控形状记忆合金块自身形状来实现抱紧力的调控，具有在线调控实时性。具体工作原理如下：

(1)调控手段一：螺旋调节器工作原理与螺旋测微器类似，顺时针旋转螺旋调节器，其与磁控形状记忆合金块接触面沿轴向低介质压力侧方向移动，磁控形状记忆合金块左端面与合金块安装槽槽底的间距增大，以推动楔形滑块挤压橡胶基体使橡胶密封圈的抱紧力增大，可以补偿橡胶密封圈在长时间服役中产生的磨损；逆时针旋转螺旋调节器，其与磁控形状记忆合金块接触面沿轴向高介质压力侧方向移动，磁控形状记忆合金块左端面与合金块安装槽槽底的间距减小，使楔形滑块挤压橡胶基体产生的抱紧力减小，从而防止密封圈产生过大的摩擦力而导致不必要的磨损。

(2)调控手段二：磁控形状记忆合金是一种新型智能材料，兼具磁性和热弹性马氏体相变，在磁场作用下为马氏体相，励磁线圈在通电后产生磁场，通过调节外部可控电源电压或电流大小来改变磁场强度，增大磁场强度，磁控形状记忆合金块沿合金块安装槽槽深方向(即轴向方向)伸长，以推动楔形滑块挤压橡胶基体使橡胶密封圈的抱紧力增大，可以补偿橡胶密封圈在长时间服役中产生的磨损；减小磁场强度，磁控形状记忆合金块恢复到奥氏体相，沿合金块安装槽槽深方向缩短，使楔形滑块挤压橡胶基体产生的抱紧力减小，从而防止密封圈产生过大的摩擦力而导致不必要的磨损。

本发明具有以下有益效果：

本发明基于磁控形状记忆合金效应设计了抱紧力调节装置，包含了螺旋调节器机械调控结构和励磁线圈耦合磁控形状记忆合金电动调控结构，两种结构均可实现橡胶密封圈抱紧力的调控，其中前者适用于装配前抱紧力的调节(也可联合电机实现服役期抱紧力的在线调节)，后者适用于服役期抱紧力的在线调节；上述两种调控手段彼此耦合、互为补充，响应速度快且易于控制，在实现抱紧力调控可行性的同时保证了调控手段的可靠性。

本发明通过橡胶密封结构的抱紧力调节装置可实现密封件磨损行为的自补偿，也可实时调控密封抱紧力以实现密封趋优运行，提高了密封件对服役工况的自适应能力，延长了密封服役寿命，适用于超高/高速、高压、高温等高参数工况和高固、强振动、宽变温等严苛服役环境应用场合。