一种凹凸式十字形磁流体密封装置

1.本发明属于机械工程密封领域 ，具体涉及一种凹凸式十字形磁流体密封装置。


背景技术：

2.磁流体是一种由磁性纳米颗粒、基载液、表面活性剂组成的新型智能材料，密封是其应用最为成熟的领域之一。当磁性流体密封技术应用在大直径、高速及重载密封环境中，密封间隙内的磁性流体因为离心力过大导致失效，密封失效时磁流体的量减少，损失达到一定量，耐压能力减低，因此减少离心力对磁性流体密封的耐压性能是当前研究的热点问题之一。
3.中国专利cn108930795a提出了一种混合型凹凸式磁流体密封装置，通过采用凹凸式结构设计，解决了磁流体的密封的耐力低和密封性能弱的问题，但是仍存在漏磁、耐压性能差的缺陷，其密封性能仍旧不能满足高速重载等特殊工况的高密封性能要求。


技术实现要素：

4.本发明旨在提供一种凹凸式十字形磁流体密封装置，该装置可解决现有的磁流体密封装置存在易漏磁、耐压性能弱的问题，具有零泄露、密封性可靠、耐压性能强、装配简单的特点。
5.本发明的技术方案如下：一种凹凸式十字形磁流体密封装置，包括外壳、左极靴、右极靴；所述的左极靴设于外壳的内圆面上，左极靴的内圆面与轴的外圆面之间留有间距；所述的左极靴的右端面的外圆周上设置套筒环，左极靴的右端面的内圆周上设置凸环ⅱ，套筒环和凸环ⅱ中间的左极靴的右端面上设有凸环ⅰ；所述的凸环ⅱ的内圆面与轴的外圆面之间留有间隙；所述的外壳的内圆面上设有永磁体ⅰ，永磁体ⅰ的左端面与套筒环的右端面接触；所述的凸环ⅰ、凸环ⅱ的右端面上设有环形凹槽ⅰ，其内设有永磁体ⅱ；所述的凸环ⅰ的内圆面与凸环ⅱ的外圆面之间留有间距，形成环形凹槽ⅱ；凸环ⅰ的外圆面与套筒环的内圆面之间留有间距，形成环形凹槽ⅲ，所述的环形凹槽ⅱ和环形凹槽ⅲ的底面上设有环形凹槽ⅳ，其内设有左永磁体；所述的右极靴套装于轴的外圆面上，右极靴的左端面上对应环形凹槽ⅱ和环形凹槽ⅲ分别设有凸环ⅳ和凸环ⅲ，凸环ⅳ和凸环ⅲ的左端面分别伸入到环形凹槽ⅱ和环形凹槽ⅲ内；所述的凸环ⅲ和凸环ⅳ之间形成环形凹槽
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，其内设有右永磁体；所述的右永磁体的右端面与右极靴的左端面接触；所述的凸环ⅲ、凸环ⅳ的左端面上设有对应左永磁体的轴向极齿，轴向极齿沿径向延伸靠近左极靴的右端面，与之留有间隙，该间隙中设有磁流体；所述的凸环ⅲ的外圆面对应永磁体ⅰ位置设有极齿ⅰ，所述的极齿ⅰ沿径向向永磁
体ⅰ的内圆面延伸，与永磁体ⅰ的内圆面之间留有间隙，该间隙内设有磁流体；所述的凸环ⅲ的内圆面与凸环ⅰ的外圆面对应并留有间距，凸环ⅲ的内圆面上对应凸环ⅰ上的永磁体ⅱ位置设有极齿ⅱ，所述的极齿ⅱ沿径向向对应凸环ⅰ的外圆面延伸，与对应凸环ⅰ的外圆面之间留有间隙，该间隙内设有磁流体；所述的凸环ⅳ的内圆面与凸环ⅱ的外圆面对应并留有间距，凸环ⅳ的内圆面上对应凸环ⅱ上永磁体ⅱ位置设有极齿ⅲ，所述的极齿ⅲ沿径向向凸环ⅱ的外圆面延伸，与凸环ⅱ的外圆面之间留有间隙，该间隙内设有磁流体；所述的凸环ⅳ的外圆面与凸环ⅰ的内圆面对应并留有间距，凸环ⅳ的外圆面上对应凸环ⅰ上永磁体ⅱ位置设有极齿ⅳ，所述的极齿ⅳ沿径向向凸环ⅰ的内圆面延伸，与凸环ⅰ的内圆面之间留有间隙，该间隙内设有磁流体。
6.进一步地，所述的凸环ⅲ、凸环ⅳ分别设于右极靴的右端面的外圆周和内圆周上，凸环ⅲ的外圆面与右极靴的外圆面齐平。
7.进一步地，所述的轴的外圆面上靠近右极靴的左端面处设有挡圈环槽，其内设有挡圈环；所述的挡圈环与右极靴的左端面内圆周部接触，挡圈环的外圆面与凸环ⅳ的内圆面之间留有间距。
8.进一步地，所述的凹凸式十字形磁流体密封装置，还包括左轴承、右轴承；所述的左轴承设于左极靴的左侧，套装与轴上；所述的右轴承设于右极靴的右侧，套装于轴上；所述的左轴承、右轴承的外圈与外壳的内圆面固定连接；所述左轴承的右端面与左极靴的左端面之间留有间距，右轴承左端面与右极靴的左端面之间留有间距；所述的左轴承和左极靴之间设有左隔磁环，左隔磁环设于外壳的内圆面上；所述的左隔磁环的左端面与左轴承的右端面的外圆周部接触，右端面与左极靴的左端面的外圆周部接触。
9.进一步地，所述的永磁体ⅰ与右轴承之间设有套筒，套筒设于外壳的内圆面上；所述的套筒的左端面与永磁体ⅰ的右端面接触，右端面与右轴承左端面的外圆周部接触；所述的套筒的内圆面与凸环ⅲ的外圆面之间留有间距。
10.进一步地，所述的轴的外圆面上设有轴肩，轴肩的左端面与右极靴右端面接触，右端面与右轴承左端面的内圆周部接触。
11.进一步地，两组左永磁体均为轴向充磁型永磁体，它们的磁力线方向相反；永磁体ⅰ、永磁体ⅱ、右永磁体均为径向充磁型永磁体；所述的永磁体ⅰ、永磁体ⅱ和右永磁体的磁力线方向相反；所述的左永磁体和永磁体ⅰ、永磁体ⅱ的磁力线方向相同。
12.进一步地，所述的左极靴的外圆面上设有密封槽a，其内设有左密封圈；所述的右极靴的内圆面上设有密封槽b，其内设有右密封圈。
13.进一步地，所述的轴向极齿的轴向截面为矩形结构；所述的极齿ⅰ、极齿ⅱ、极齿ⅲ、极齿ⅳ的径向截面均为矩形结构。
14.进一步地，所述的外壳的右端设有端盖。
15.本发明的通过设计凹凸式十字形极靴，将极齿设置在右极靴的径向、轴向方向上，并在左极靴的外圆面和右极靴内圆面上设置密封圈防止磁流体的损失，在极齿与左极靴上的永磁体之间形成的密封间隙内注入磁流体，从而实现凹凸式十字形磁流体密封装置。
16.本发明优选的在左极靴的端面上设有永磁体，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形成密封圈，抵抗两侧的压力差，减少了因离心力过大导致的磁性流体的损失，提高了大间隙条件下磁性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。
附图说明
17.图1是本发明的凹凸式十字形磁流体密封装置结构示意图；图2是本发明的左极靴和右极靴的局部放大图；图中各部分名称及序号如下：1-轴、2-外壳、3-左轴承、4-左极靴、5-右极靴、6-右轴承、7-左隔磁环、8-左密封圈、9-套筒环、10-凸环ⅰ、11-凸环ⅱ、12-永磁体ⅰ、13-环形凹槽ⅰ、14-永磁体ⅱ、15-凸环ⅲ、16-环形凹槽
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、17-端盖、18-环形凹槽ⅱ、19-凸环ⅳ、20-环形凹槽ⅳ、21-左永磁体、22-环形凹槽ⅲ、23-轴向极齿、24-极齿ⅰ、25-极齿ⅱ、26-套筒、27-右永磁体、28-右密封圈、29-极齿ⅳ、30-极齿ⅲ、31-挡圈环、32-轴肩。
具体实施方式
18.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进一步详细描述，以下实施例用于说明本发明。
19.实施例1如图1-2所示，所述的凹凸式十字形磁流体密封装置，包括外壳2、左极靴4、右极靴5；所述的左极靴4设于外壳2的内圆面上，左极靴4的内圆面与轴1的外圆面之间留有间距；所述的左极靴4的右端面的外圆周上设置套筒环9，左极靴4的右端面的内圆周上设置凸环ⅱ11，套筒环9和凸环ⅱ11中间的左极靴4的右端面上设有凸环ⅰ10；所述的凸环ⅱ11的内圆面与轴1的外圆面之间留有间隙；所述的外壳2的内圆面上设有永磁体ⅰ12，永磁体ⅰ12的左端面与套筒环9的右端面接触；所述的凸环ⅰ10、凸环ⅱ11的右端面上设有环形凹槽ⅰ13，其内设有永磁体ⅱ14；所述的凸环ⅰ10的内圆面与凸环ⅱ11的外圆面之间留有间距，形成环形凹槽ⅱ18；凸环ⅰ10的外圆面与套筒环9的内圆面之间留有间距，形成环形凹槽ⅲ22，所述的环形凹槽ⅱ18和环形凹槽ⅲ22的底面上设有环形凹槽ⅳ20，其内设有左永磁体21；所述的右极靴5套装于轴1的外圆面上，右极靴5的左端面上对应环形凹槽ⅱ18和环形凹槽ⅲ22分别设有凸环ⅳ19和凸环ⅲ15，凸环ⅳ19和凸环ⅲ15的左端面分别伸入到环形凹槽ⅱ18和环形凹槽ⅲ22内；所述的凸环ⅲ15和凸环ⅳ19之间形成环形凹槽
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16，其内设有右永磁体27；所述的右永磁体27的右端面与右极靴5的左端面接触；所述的凸环ⅲ15、凸环ⅳ19的左端面上设有对应左永磁体21的轴向极齿23，轴向极齿23沿径向延伸靠近左极靴4的右端面，与之留有间隙，该间隙中设有磁流体；所述的凸环ⅲ15的外圆面对应永磁体ⅰ12位置设有极齿ⅰ24，所述的极齿ⅰ24沿径向向永磁体ⅰ12的内圆面延伸，与永磁体ⅰ12的内圆面之间留有间隙，该间隙内设有磁流体；
所述的凸环ⅲ15的内圆面与凸环ⅰ10的外圆面对应并留有间距，凸环ⅲ15的内圆面上对应凸环ⅰ10上的永磁体ⅱ14位置设有极齿ⅱ25，所述的极齿ⅱ25沿径向向对应凸环ⅰ10的外圆面延伸，与对应凸环ⅰ10的外圆面之间留有间隙，该间隙内设有磁流体；所述的凸环ⅳ19的内圆面与凸环ⅱ11的外圆面对应并留有间距，凸环ⅳ19的内圆面上对应凸环ⅱ11上永磁体ⅱ14位置设有极齿ⅲ30，所述的极齿ⅲ30沿径向向凸环ⅱ11的外圆面延伸，与凸环ⅱ11的外圆面之间留有间隙，该间隙内设有磁流体；所述的凸环ⅳ19的外圆面与凸环ⅰ10的内圆面对应并留有间距，凸环ⅳ19的外圆面上对应凸环ⅰ10上永磁体ⅱ14位置设有极齿ⅳ29，所述的极齿ⅳ29沿径向向凸环ⅰ10的内圆面延伸，与凸环ⅰ10的内圆面之间留有间隙，该间隙内设有磁流体。
20.所述的凸环ⅲ15、凸环ⅳ19分别设于右极靴5的右端面的外圆周和内圆周上，凸环ⅲ15的外圆面与右极靴5的外圆面齐平。
21.所述的轴1的外圆面上靠近右极靴5的左端面处设有挡圈环槽，其内设有挡圈环31；所述的挡圈环31与右极靴5的左端面内圆周部接触，挡圈环31的外圆面与凸环ⅳ19的内圆面之间留有间距。
22.所述的凹凸式十字形磁流体密封装置，还包括左轴承3、右轴承6；所述的左轴承3设于左极靴4的左侧，套装与轴1上；所述的右轴承6设于右极靴5的右侧，套装于轴1上；所述的左轴承3、右轴承6的外圈与外壳2的内圆面固定连接；所述左轴承3的右端面与左极靴4的左端面之间留有间距，右轴承6左端面与右极靴5的左端面之间留有间距；所述的左轴承3和左极靴4之间设有左隔磁环7，左隔磁环7设于外壳2的内圆面上；所述的左隔磁环7的左端面与左轴承3的右端面的外圆周部接触，右端面与左极靴4的左端面的外圆周部接触。
23.所述的永磁体ⅰ12与右轴承6之间设有套筒26，套筒26设于外壳2的内圆面上；所述的套筒26的左端面与永磁体ⅰ12的右端面接触，右端面与右轴承6左端面的外圆周部接触；所述的套筒26的内圆面与凸环ⅲ15的外圆面之间留有间距。
24.所述的轴1的外圆面上设有轴肩32，轴肩32的左端面与右极靴5右端面接触，右端面与右轴承6左端面的内圆周部接触。
25.两组左永磁体21均为轴向充磁型永磁体，它们的磁力线方向相反；永磁体ⅰ12、永磁体ⅱ14、右永磁体27均为径向充磁型永磁体；所述的永磁体ⅰ12、永磁体ⅱ14和右永磁体27的磁力线方向相反；所述的左永磁体21和永磁体ⅰ12、永磁体ⅱ14的磁力线方向相同。
26.所述的左极靴4的外圆面上设有密封槽a，其内设有左密封圈8；所述的右极靴5的内圆面上设有密封槽b，其内设有右密封圈28。
27.所述的轴向极齿23的轴向截面为矩形结构；所述的极齿ⅰ24、极齿ⅱ25、极齿ⅲ30、极齿ⅳ29的径向截面均为矩形结构。
28.所述的外壳2的右端设有端盖17。