球阀的制作方法

【技术领域】

本发明涉及流体控制技术领域，具体涉及一种球阀密封部件。

背景技术：

流体控制阀作为新能源汽车空调调控系统、电池冷却等热管理系统的重要组成部分，具有控制介质流量及流向的作用。为了减小内漏，一般在阀芯与接口之间设置有密封圈。

技术实现要素：

本发明提供一种改善密封圈寿命的球阀，包括阀体组件和阀芯，所述球阀还包括密封部件，所述密封部件包括第一密封圈和第二密封圈，所述第一密封圈的一端与所述阀芯相抵接，所述第一密封圈背向所述阀芯的另一端设置有环状凹槽，所述第二密封圈的至少一部分容置于所述环状凹槽，所述第二密封圈背向所述阀芯的一端与所对应的所述阀体组件的内壁相抵接，所述第二密封圈与所述环状凹槽的底部相抵接，所述第二密封圈处于压缩状态，所述第一密封圈的设置有环状凹槽的一端的端面部包括第一圆环部和第二圆环部，所述第一圆环部与所对应的所述阀体组件的内壁相抵接或者接触或者保持一定距离，所述第一密封圈处于压缩状态。

所述第一密封圈朝向所述阀芯的一端设置有环状凸起部，所述环状凸起部与所述阀芯的外壁部相抵接，所述第一密封圈还包括外周壁部，所述外周壁部与所对应的所述阀体组件的内壁部分相抵接。

所述外周壁部的外径自背向所述阀芯的方向上先增大后减少，且所述外周壁部的外径最大处位于所述第一密封圈靠近所述阀芯的一端附近；

所述第一密封圈和所述第二密封圈都由橡胶材料制成，所述第二密封圈的硬度大于所述第一密封圈。

所述阀体组件包括第一阀体部件，所述第一阀体部件形成有第一阀体部件腔，所述阀芯置于所述第一阀体部件腔，所述第一阀体部件包括阀体部和阀盖，所述阀体部包括端口部，所述阀盖与所述端口部相配合，所述阀体部的周侧至少开设有两个开口部，所述阀体部的内周壁在至少其中一个所述开口部靠近所述阀体部的内底部的一侧设置有凸出于所述阀体部的内周壁的第一凸出部，所述第一凸出部远离所述开口部的一端延伸至所述阀体部的内底部，所述第一凸出部靠近所述开口部的一端形成有第一圆弧部，所述第一圆弧部位于所述其中一个开口部的下方；

所述阀盖在朝向所述阀体部的一侧设置有第二凸出部，所述第二凸出部与所述第一凸出部相对设置，所述第二凸出部靠近所述开口部的一端形成有第二圆弧部，所述第一圆弧部与所述第二圆弧部相配合，在所述第一圆弧部和所述第二圆弧部之间设置有所述密封部件，所述密封部件分别与所述第一圆弧部和所述第二圆弧部压紧抵接。

所述阀体部的内周壁在每一个所述开口部靠近所述阀体部的内底部的一侧设置有凸出于所述阀体部的内周壁的所述第一凸出部，所述阀盖在朝向所述阀体部的一侧设置的所述第二凸出部的数量与所述第一凸出部的数量相同；所述阀体部的内周壁还设置有第三凸出部，所述第三凸出部从所述阀体部的内底部延伸至所述阀体部的顶部，所述第三凸出部的一侧与所述第一开口部对应的所述第一凸出部连接，至少一部分所述第三凸出部位于两所述第二凸出部之间，所述第二凸出部限位于两所述第三凸出部之间。

所述第三凸出部位于两所述第二凸出部之间部分的厚度小于等于所述第一凸出部的厚度；

所述第三凸出部在靠近所述阀体部顶部的一端的两侧分别设置有第一凸凹部，所述第二凸出部在与所述第一凸凹部相对应的部位设置有第二凸凹部，所述第一凸凹部与所述第二凸凹部相配合。

所述第三凸出部的厚度小的部分与厚度大的部分的连接处形成有肩部，所述阀盖在两所述第二凸出部之间还设置有第四凸出部，所述第四凸出部与所述肩部相对设置，所述第四凸出部朝向所述阀体部的一端与所述肩部相抵接。

所述阀体部的周侧开设有第一开口部、第二开口部、第三开口部和第四开口部，所述第一阀体部件还包括第一接口部、第二接口部、第三接口部和第四接口部，所述第一接口部设置有第一通道，所述第二接口部设置有第二通道，所述第三接口部设置有第三通道，所述第四接口部设置有第四通道，所述第一接口部的一端与所述第一开口部固定连接且连接处密封，所述第二接口部的一端与所述第二开口部固定连接且连接处密封，所述第三接口部的一端与所述第三开口部固定连接且连接处密封，所述第四接口部的一端与所述第四开口部固定连接且连接处密封。

所述球阀还包括驱动机构和传动机构，所述驱动机构包括电机轴，所述传动机构包括太阳轮和行星轮，所述电机轴与所述太阳轮传动连接，所述驱动机构还包括定子线圈、转子和套管，所述电机轴与所述转子固定连接，所述传动机构还包括第一齿圈和第二齿圈，所述第一齿圈包括限位部，所述阀盖设置有与所述限位部配合的限位柱，所述限位柱与所述限位部限位配合时，所述传动机构停止转动。

所述限位部包括两个弧形孔，所述限位柱至少一部分伸入所述弧形孔，所述弧形孔的内壁与所述限位柱之间滑动配合，所述限位柱与所述弧形孔的一端部内壁相抵接时，所述传动机构停止转动，所述两个弧形孔以所述第一齿圈的圆心为中心对称分布且呈90°的圆弧角设置；所述阀体组件还包括第二阀体部件，所述第二齿圈与所述第二阀体部件固定连接，或者所述第二齿圈与所述第二阀体部件一体结构。

本发明的球阀的密封部件包括第一密封圈和第二密封圈，第一密封圈与第二密封圈相配合，当第一密封圈磨损时，第二密封圈具有补偿作用，改善了密封部件的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的实施方式的球阀的立体示意图；

图2为图1所示球阀的剖视示意图；

图3为图1所示球阀中第一阀体部件的立体示意图；

图4为图1所示球阀中第一阀体部件(不含阀盖)的立体示意图；

图5为图1所示球阀中阀盖的立体示意图；

图6为图1所示球阀中第一阀体部件的剖视示意图；

图7为图1所示球阀中传动机构的立体示意图；

图8为图1所示球阀中第一齿圈的立体示意图；

图9为阀芯的立体示意图；

图10为阀芯的另一视角的立体示意图；

图11为球阀在第一工作状态下的剖视示意图；

图12为球阀在第二工作状态下的剖视示意图；

图13为图11剖视图的局部放大图；

图14为第二密封圈的立体示意图；

图15为密封部件的立体示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施方式作详细的说明。

本发明的一实施方式如图1至图15所示。本实施方式的球阀包括驱动机构10、阀体组件11、传动机构12和阀芯13。

如图2所示，驱动机构10包括定子线圈1、电机轴2、转子3和套管8，电机轴2与转子3固定连接，通过转子3转动带动电机轴2转动，套管8为一端封闭的管状体，定子线圈1套设于套管8，至少部分转子3内置于套管8。

如图1和图2所示，阀体组件11包括第一阀体部件4、第二阀体部件6和连接座7，连接座7包括管状体，定义第二阀体部件6朝向套管8的一侧为上表面部，第二阀体部件6在上表面部的中心处或中心处附近开设有第一通孔61，围绕第一通孔61附近形成有环形凸起62，连接座7设置在套管8与第二阀体部件6之间，连接座7的一端套设于环形凸起62，并通过焊接等方式密封固定，连接座7的相对另一端伸入套管8开口的一端，并通过焊接等方式密封固定。电机轴2的至少一部分可穿过第一通孔61。

这里应当说明，连接座7也可以通过螺纹连接的方式与第二阀体部件6密封固定。

球阀在套管8的内部设置有第一轴承63，定义套管8封闭的一端为顶部，第一轴承63的一端与套管8的顶部相抵接，第一轴承63的外壁与套管8的内壁过盈配合，使得第一轴承63限位于套管8内，电机轴2的一端伸入第一轴承63且与第一轴承63固定。

在环形凸起62处也设置有第二轴承64，第二轴承64的部分伸入环形凸起62内，并与环形凸起62固定连接，电机轴2的另一端穿过第二轴承64且与第二轴承64固定，通过设置第一轴承63和第二轴承64，可以提高电机轴2转动的稳定性，可以减少磨损。

球阀还包括第一腔81，这里应当说明，第一腔81形成于套管8内，或者第一腔81形成于连接座7的一部分、套管8的一部分和第二阀体部件6的一部分之间，或者第一腔81以其他形式形成于连接座7、套管8和第二阀体部件6之间；转子3位于第一腔81，电机轴2至少有一部分位于第一腔81。通过连接座7与套管8和环形凸起62在配合部位密封固定，可以提高密封性能。这里应当说明，连接座7也可以采用其他常见的方式实现与套管8和第二阀体部件6的密封固定。

如图2和图3所示，第一阀体部件4包括阀体部40和阀盖5，阀体部40的一端开口设置，阀体部40包括端口部45，端口部45位于阀体部40的开口端，定义阀体部40开口的一端为顶部，相对的另一端为底部，阀盖5与端口部45相配合。

如图2所示，阀体部40中形成有第一阀体部件腔50，这里应当说明，第一阀体部件腔50形成于阀体部40的一部分和阀盖5的一部分之间，或者第一阀体部件腔50以其他形式形成于阀体部40和阀盖5之间。阀芯13容置于第一阀体部件腔50。

如图4所示，阀体部40还开设有第一开口部401、第二开口部402、第三开口部403和第四开口部404，第一开口部401、第二开口部402、第三开口部403和第四开口部404按顺时针方向或逆时针方向的顺序设置在阀体部40的周侧，在本实施例中，第一开口部401、第二开口部402、第三开口部403和第四开口部404相对于阀体部40的中心呈对称设置。

第一阀体部件4还包括第一接口部41、第二接口部42、第三接口部43和第四接口部44，第一接口部41的一端与第一开口部401固定连接且连接处密封，第二接口部42的一端与第二开口部402固定连接且连接处密封，第三接口部43的一端与第三开口部403固定连接且连接处密封，第四接口部44的一端与第四开口部404固定连接且连接处密封。

如图4所示，阀体部40还包括内底部47，阀体部40的内周壁在第一开口部401靠近内底部47的一侧附近设置有第一凸出部411，第一凸出部411相对于阀体部40的内周壁向内凸出，第一凸出部411远离第一开口部401的一端延伸至内底部47，第一凸出部411靠近第一开口部401的一端形成有第一圆弧部412，第一圆弧部412位于第一开口部401的下方。第一圆弧部412所对应的中心轴线与第一开口部401的中心轴线重合或者近似重合，第一圆弧部412所对应的圆心角的大小这里不作具体限定，在本实施方式中，第一圆弧部412所对应的圆心角为180°，从而有利于阀体部40注塑成型时的脱模工艺。

如图4和图5所示，阀盖5在朝向阀体部40的一侧设置有第二凸出部511，第二凸出部511与第一凸出部411相对设置，第二凸出部511位于第一凸出部411的上部，第二凸出部511靠近第一开口部401的一端形成有第二圆弧部512，第二圆弧部512与第一圆弧部412相对设置，第二圆弧部512所对应的中心轴线与第一开口部401的中心轴线重合或者近似重合，第二圆弧部512所对应的圆心角的大小这里不作具体限定，在本实施方式中，第二圆弧部512所对应的圆心角为180°。

如图6所示，第一圆弧部412和第二圆弧部512相配合形成圆柱形的空间60。如图2所示，在空间60内还设置有密封部件90，密封部件90限位于第一圆弧部412和第二圆弧部512，密封部件90的内径大于第一开口部401的开口直径，也大于阀芯13内部通道的直径，密封部件90的一端与阀体部40所对应的内壁相抵接，密封部件90的相对另一端与阀芯13所对应的外壁部相抵接，并且密封部件90还分别与第一圆弧部412和第二圆弧部512相压紧抵接。

在现有技术中，为了安装密封部件，第一开口部与第一阀体部件采用分离的方式，密封部件通过两者的连接处装入，需要先将密封部件装入第一阀体部件内，然后再将第一开口部与第一阀体部件通过焊接、螺接等方式固定，阀芯装入第一阀体部件的方向与密封部件装入第一阀体部件的方向是不一致的。而在本实施例中，通过第一圆弧部412和第二圆弧部512的配合，能够实现对密封部件90的限位，通过在阀体部40设置第一凸出部411和阀盖5设置第二凸出部511的方式，使得密封部件90的装配比较容易，阀芯13和密封部件90都是从端口部45装入第一阀体部件，零部件安装较为简单。

球阀在第二开口部402、第三开口部403和第四开口部404以相同或者相似的方式形成有圆柱形的空间，并设置有密封部件，这里不再一一赘述。

如图2所示，球阀在第二阀体部件6中形成有第二阀体部件腔65，这里应当说明，第二阀体部件腔65可以是形成于第二阀体部件6的一部分与阀盖5的一部分之间，或者第二阀体部件腔65以其他形式形成于第二阀体部件6和阀盖5之间。第二阀体部件6的一端与连接座7固定连接，第二阀体部件6的另一端与阀体部40固定，例如通过螺栓连接，第二阀体部件6与阀体部40相固定，这里应当说明，第二阀体部件6与阀体部40也可以通过焊接等其它形式固定连接。

第二阀体部件6与阀体部40相固定的一端的一部分与阀盖5的圆周边缘部分相抵接，通过抵接设置，能够保证阀盖5限位安装。

如图3所示，阀体部40的端口部45的端面部还设置有环形凹槽450，环形凹槽450设置有密封垫，从而提高第二阀体部件6与阀体部40连接处的密封性。这里应当说明，当第二阀体部件6与阀体部40通过焊接固定时，则可以不需要设置密封垫。

如图2和图7所示，传动机构12至少部分位于第二阀体部件腔65，传动机构12包括太阳轮20、行星轮21、第一齿圈22、第二齿圈23、第一安装板24、第二安装板25和齿轮轴26，在本实施方式中行星轮21的数量为三个，相应的齿轮轴26的数量也为三个，第一安装板24和第二安装板25可以为圆环形结构，其中心圆通孔便于电机轴2与太阳轮20的配合，三个行星轮21通过齿轮轴26以能够转动的方式设置在第一安装板24和第二安装板25之间，三个行星轮21都与太阳轮20啮合连接。

第一齿圈22和第二齿圈23都具有内齿部，行星轮21的一端在第一齿圈22的内齿部与第一齿圈22啮合连接，行星轮21的相对另一端在第二齿圈23的内齿部与第二齿圈23啮合连接。第二齿圈23在背向行星轮2的一侧与第二阀体部件6固定连接，例如通过过盈配合或者限位配合的方式安装于第二阀体部件6。

这里应当说明，当第二阀体部件6和第二齿圈23都由塑料材料制备时，第二齿圈23可以与第二阀体部件6一体成型，例如，通过注塑工艺一体成型，如此设置，减少了球阀的零部件数量，且装配更方便。

电机轴2穿过第一通孔61的部分中至少有部分与传动机构12传动连接，这里应当说明，电机轴2与太阳轮20可以通过过盈压接或者卡合连接，当电机轴2转动时，太阳轮20同步转动，进而带动行星轮和齿圈转动。

如图8所示，第一齿圈22还包括限位部，限位部设置于第一齿圈22朝向阀芯13的一侧，该限位部包括至少一个弧形孔32，在本实施方式中，限位部包括两个弧形孔32，两个弧形孔32以第一齿圈22的圆心为中心对称分布。在阀盖5朝向第一齿圈22的一侧设置有与弧形孔32相配合的两个限位柱31，限位柱31可以与阀盖5通过焊接等方式固定，或者限位柱31与阀盖5也可以为一体结构。

限位柱31至少部分伸入弧形孔32，弧形孔32的内壁与限位柱31之间滑动配合，通过与弧形孔32的内壁配合进行限位，弧形孔32的两端部可以限制第一齿圈22的转动范围，在第一齿圈22顺时针转动时，当弧形孔32的其中一端部内壁与限位柱31相抵接时，第一齿圈22在顺时针方向上停止转动，一般情况下通过设置弧形孔两端部之间的圆弧角大小可以限制第一齿圈22的转动范围。

在本实施方式中，弧形孔32的圆弧角设为90°，此处应当知晓，在不同工作环境，弧形角可以适应性设置。在相同传动比时，这种传动机构结构相对紧凑，体积较小，从而使球阀的体积相对减小。

如图2所示，球阀还包括阀杆30，在本实施方式中，如图8所示，第一齿圈22具有中心孔220，阀杆30的一端与中心孔220可以通过过盈压接或者中心孔220可以异形设置，相应地阀杆30的形状相配合而实现转动带动，阀杆30的相对另一端与阀芯13传动连接或者阀杆30与阀芯13为一体结构，当阀杆30转动时，阀杆30带动阀芯13一起转动。这里应当说明，阀芯13也可以设置有卡槽，阀杆30与卡槽相配合实现转动带动。

其工作原理是：当电机轴2顺时针转动时，带动太阳轮20顺时针转动，通过啮合连接带动行星轮21转动，第二齿圈23固定不动，行星轮21绕其自身轴线转动的同时，还以太阳轮1作周向转动，即以电机轴2为中心转动，并与第二齿圈23啮合转动，进而带动第一齿圈22转动，同时阀杆30与第一齿圈22一起转动，转动角度从0°～90°，当弧形孔32的一端部内壁与限位柱31相抵接时，第一齿圈22在其转动的方向上停止转动，电机轴2逆时针转动时同理，在此不一一赘述。

如图9所示，阀芯13在与阀杆30的连接处设置有台阶部130，台阶部130包括大径部131和小径部132，大径部131位于小径部132和阀芯13之间。如图5所示，阀盖5在其中心处或者中心处附近开设有第二通孔51，阀杆30穿过第二通孔51，阀盖5与大径部131相抵接。

如图10所示，阀芯13在朝向阀体部40底部的一侧还设置有圆环凸起133，如图2所示，第一阀体部件4的内壁在与圆环凸起133对应的位置设置有柱形凸起49，圆环凸起133套设于柱形凸起49，圆环凸起133与柱形凸起49间隙配合。通过阀盖5与大径部131的抵接，以及圆环凸起133与柱形凸起49的配合，对阀芯13起到限位作用，能够防止阀芯13在转动过程中出现偏斜。

如图11所示，第一接口部41设置有第一通道71，第二接口部42设置有第二通道72，第三接口部43设置有第三通道73，第四接口部44设置有第四通道74，阀芯13内部设置有第一阀芯通道14和第二阀芯通道15，本发明的球阀至少包括两种工作状态：第一工作状态和第二工作状态，第一工作状态时，如图11所示，第一通道71通过第一阀芯通道14与第二通道72连通，第三通道73通过第二阀芯通道15与第四通道74连通；第二工作状态时，如图12所示，第一通道71通过第一阀芯通道14与第四通道74连通，第二通道72通过第二阀芯通道15与第三通道73连通。

如图13-15所示，密封部件90包括第一密封圈91和第二密封圈92，第一密封圈91的一端与阀芯13相抵接，第一密封圈91在背向阀芯13的一端的端面部设置有环状凹槽93、第一圆环部96和第二圆环部97，环状凹槽93位于第一圆环部96和第二圆环部97之间，如图14所示，第二密封圈92包括环状本体，第二密封圈92至少一部分容置于环状凹槽93，第二密封圈92与环状凹槽93的底部相抵接，第二密封圈92背向所述阀芯13的一端与其所对应的阀体部40的内壁相抵接。这里应当说明，第一密封圈91和第二密封圈92都可以由橡胶材料制成，且第二密封圈92硬度较大，即第二密封圈92的弹性模量比第一密封圈91大，第二密封圈92对第一密封圈91能够起到支撑的作用。

这里还应当说明，密封部件90组装至球阀中后，密封部件90会受到轴向方向的挤压力f1，如图13所示，第一密封圈91和第二密封圈92都具有一定的轴向压缩量，此时，第一圆环部96与所对应的阀体部40的内壁相抵接或者接触或者保持一定距离。当第一密封圈91磨损时，密封部件90受到的轴向方向挤压力f1会相应减小，因为第二密封圈92的弹性模量大，则第二密封圈92优先恢复压缩量，能够起到补偿磨损的作用，从而改善了密封部件90的使用寿命。

如图13和图15所示，第一密封圈91在朝向阀芯13的一端设置有截顶圆锥面部94，截顶圆锥面部94与阀芯13的外壁部相贴合，其锥度与阀芯13的外壁部相适应设置，第一密封圈91还包括外周壁部95，外周壁部95至少部分过盈设置，这里应当说明，过盈设置是指外周壁部95的外径大于空间60的直径。

在本实施方式中，外周壁部95的外径自背向阀芯13的方向上先增大后减少，外周壁部95的外径最大值大于空间60的直径，且外周壁部95的外径最大处位于第一密封圈91靠近阀芯13的一端附近，则密封部件90组装至球阀中后，外周壁部95与所对应的阀体部40的内壁部分相抵接，第一密封圈91会受到径向挤压力f2，如图13所示，轴向挤压力f1和径向挤压力f2的合力f垂直于或者近似垂直于截顶圆锥面部94，使得截顶圆锥面部94与阀芯13的外壁部贴合更加紧密，从而提高球阀的密封性能。

截顶圆锥面部94包括环状凸起部96，环状凸起部96能够与阀芯13的外壁部更紧密的相贴合，环状凸起部96与阀芯13的外壁部之间形成线密封，进一步提高球阀的密封性能。这里应当说明，截顶圆锥面部94的表面还可以涂布有聚四氟乙烯层，能够提高截顶圆锥面部94的耐磨性。

如图4所示，阀体部40的内周壁在第一开口部401和第二开口部402之间还设置有第三凸出部46，第三凸出部46从阀体部40的内底部47延伸至阀体部40的顶部，在本实施方式中，第三凸出部46的一侧与第一开口部401对应的第一凸出部411平滑连接或者近似平滑连接，第三凸出部46的相对另一侧与第二开口部402对应的第一凸出部411平滑连接或者近似平滑连接。第三凸出部46的至少一部分位于两第二凸出部511之间，第二凸出部511限位于两第三凸出部46之间，能够防止阀盖5与阀体部40发生相对转动。

这里应当说明，也可以不设置第三凸出部46，可以采用其他常见的方式来防止阀盖5与阀体部40发生相对转动，例如限位配合和螺栓连接等。

第三凸出部46在靠近阀体部40顶部的一端的两侧分别设置有第一凸凹部461，第二凸出部511在与第一凸凹部461相对应的部位设置有第二凸凹部513，第一凸凹部461与第二凸凹部513相配合，可以使得阀盖5与阀体部40结合更牢固。

第三凸出部46位于两第二凸出部511之间部分的厚度小于第一凸出部411的厚度，第三凸出部46的厚度小的部分与厚度大的部分的连接处形成有肩部460。阀盖5在两第二凸出部511之间还设置有第四凸出部48，第四凸出部48的两侧与第二凸出部511平滑连接或者近似平滑连接。第四凸出部48与肩部460相对设置，第四凸出部48朝向阀体部40的一端与肩部460相抵接，能够对阀盖5起到限位的作用。

在第二开口部402和第三开口部403之间，第三开口部403和第四开口部404之间，第四开口部404和第一开口部401之间以相同或者相似的方式设置有第三凸出部以及第三凸出部的凸凹部，阀盖5也以相同或者相似的方式设置有对应的凸凹部，这里不再一一赘述。

如图5，阀盖5还设置有第三通孔52，第三通孔52的一端与第一阀体部件腔50相连通，第三通孔52的另一端与第二阀体部件腔65相连通，第二阀体部件腔65通过第三通孔52连通第一阀体部件腔50，这样能够平衡第二阀体部件腔65和第一阀体部件腔50之间的压力差，减小驱动阀芯13所需的驱动力。

需要说明的是：以上实施方式仅用于说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，例如对“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”等方向性的界定，尽管本说明书参照上述的实施方式对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，所属技术领域的技术人员仍然可以对本发明进行修改或者等同替换，而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本发明的权利要求范围内。