专利名称：低温大直径磁性液体密封装置的制作方法
技术领域：
本发明属于机械工程密封技术领域，特别适用于军工、船舶、航海、航天航空等领域中温度在-40℃下，密封轴径大于160mm的真空密封或正压密封。
背景技术：
磁性液体是伴随科技发展而出现的一种新型功能材料，具有磁性材料的可磁化性能和液体的流动性能。自60年代帕皮讷(Papell)在研究宇航服的动态密封时首先制备及应用了磁性液体以来，它在短短30多年的发展历程中取得了日夜深入的研究，并广泛应用到机械、电子、航空、医药等众多领域，其中应用较成熟的要数磁性液体旋转轴密封，许多公司已生产出产品，这些产品中，密封轴的直径为5～40mm，密封温度在0～20℃之间。但实际中，在某些特殊领域要求磁性液体长期工作在-40℃下，并且要求密封轴径达160mm。在此温度下，磁性液体的粘度将发生很大的变化，再加上轴径大，使旋转轴启动扭矩太大以致常常摧毁电力驱动系统，所以尽量减小启动时的扭矩就成为迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，现有磁性液体密封的方法不能适用于低温大直径条件，因此，提供一种低温大直径磁性液体密封装置，使得低温条件下大直径密封件转动扭矩从7kgm降到3kgm，满足实际需要。
本发明的技术方案根据低温、大直径条件来设计磁性液体密封结构和选择磁性液体的物理参数。
低温大直径磁性液体密封装置包括小端盖、轴承、极靴、外套、轴套、永磁铁、磁性液体、橡胶密封圈、调节垫片、大端盖、螺钉。安装时先将橡胶密封圈嵌入极靴中，然后把轴承、极靴、永磁铁、极靴、轴承依次紧靠外套内凸台右侧；将磁性液体均匀地注入轴套上的密封齿后，装入上面已装好的轴承、极靴、永磁铁、极靴、轴承内部，用螺钉将小端盖固定在轴套上，接着将调节垫片和大端盖依次装在轴承右侧，最后用螺钉相连外套和大端盖，这样小端盖、轴承、极靴、永磁铁、极靴、轴承、调节垫片、大端盖之间相互压紧，使密封装置轴向固定。从而磁性液体在磁场的作用下吸附在密封齿的间隙中，形成可靠密封。
本发明中使用磁性液体的基载液选用优质煤油或硅酸盐脂类或二脂类，它们在-40℃时仍具有良好的流动性，磁性液体中磁性颗粒的粒径小于5nm，满足低温使用。
本发明的有益效果是，由于轴套上设有密封齿及优化的齿形参数，选用优质煤油或硅酸盐脂类或二脂类的基载液和磁性颗粒的粒径小于5nm，实现了-40℃时的大直径磁性液体密封，使转动扭矩降低，泄漏率低于10-11pal·m3/s，使用寿命长，而且装配方法简单，克服了原有密封的弊端。
图1低温大直径磁性液体密封装置结构2低温大直径磁性液体密封装置的轴套剖面3轴套上密封槽A、B局部结构放大4低温大直径磁性液体密封装置的轴套左视中小端盖1、轴承2、极靴3、外套4、永磁铁5、极靴6、轴承7、调节垫片8、大端盖9、轴套10、密封槽11、磁性液体12、螺纹孔13、螺钉14、橡胶密封圈15、通孔16、螺纹孔17、密封槽18、螺钉19、密封齿20具体实施方式
以附图为具体实施方式
对本发明作进一步说明低温大直径磁性液体密封装置包括小端盖1、轴承2、极靴3、外套4、轴套10、轴承7、极靴6、永磁铁5、磁性液体12、橡胶密封圈15、调节垫片8、大端盖9、螺钉14、螺钉19。安装时先将橡胶密封圈15分别嵌入极靴3和极靴6中，然后把轴承2、极靴3、永磁铁5、极靴6、轴承7依次紧靠外套4内凸台右侧；将磁性液体12均匀地注入轴套10上的密封齿20后，装入上面已装好的轴承2、极靴3、永磁铁5、极靴6、轴承7内部，用螺钉19将小端盖1固定在轴套10上，接着将调节垫片8和大端盖9依次装在轴承7右侧，最后用螺钉14相连外套4和大端盖9，这样小端盖1、轴承2、极靴3、永磁铁5、极靴6、轴承7、调节垫片8、大端盖9之间相互压紧，使密封装置轴向固定。从而磁性液体12在磁场的作用下吸附在密封齿20的间隙中，形成可靠密封。
调节垫片8在装配时调整轴向距离。
为了装配简单和保护密封齿，在轴套10的外圆柱面上设计放置磁性液体12的密封齿20，见图2所示。
为了实现密封装置在轴径大于160mm条件下使用，密封齿20的齿形参数为齿宽0.5mm，齿高2.5mm，A和B结构相同，见图3所示。极靴3和极靴6与轴套10外圆柱面的间隙为0.1mm，该结构每级的密封能力能达到0.5大气压。
极靴3和极靴6的结构对称，在外圆柱面上设放置橡胶密封圈15的槽，极靴3和极靴6两侧端面各设计一个凸台，一个凸台的作用是隔离磁路，防止磁性液体12吸附到轴承2或轴承7；另一个凸台是固定永磁铁5的位置。极靴3和极靴6材料选用电工纯铁。
磁性液体的基载液选用优质煤油或硅酸盐脂类或二脂类，它们在-40℃时仍具有良好的流动性，耐低温性能好，磁性液体中磁性颗粒的粒径小于5nm。这样可以保证在-40℃时磁性液体还处在胶体状态，粘度小，而且磁性颗粒的粒径越小，饱和磁化强度越低，从而使转动扭矩降低。
螺纹孔13、通孔16和螺纹孔17是为了和其他装置相连而设计的。
密封槽11和密封槽18是为了使用该密封装置设计的。
外套4、轴套10、调节调片8、大端盖9、螺钉14和螺钉19都由不锈钢材料制成。
永磁铁5选用铷铁硼材料。
轴承2和轴承7型号相同。
使用实例对直径为180mm的旋转轴进行真空密封设计，采用8级极靴密封，极靴与轴套外圆柱面的间隙为0.1mm，齿宽0.5mm，齿高2.5mm，磁性液体为优质煤油基四氧化三铁胶体，四氧化三铁的粒径为4nm，永磁铁选用铷铁硼材料。该装置在-40℃时，转动扭矩从7gm降到3kgm，气体泄漏率小于10-11pal·m3/s，并且无漏磁问题。
密封装置同样适用于温度在-40℃下，密封轴径大于160mm的正压密封。
权利要求
1.一种低温大直径磁性液体密封装置，该装置包括小端盖、外套、轴承、极靴、永磁铁、磁性液体、橡胶密封圈、调节垫片、大端盖；其特征是，轴套(10)安装在轴承(2)、极靴(3)、永磁铁(5)、极靴(6)、轴承(7)的内部，用螺钉(19)将小端盖(1)固定在轴套(10)上；在轴套(10)的外圆柱面上设计放置磁性液体(12)的密封齿(20)；密封齿(20)的齿形参数为齿宽0.5mm，齿高2.5mm。
2.根据权利要求1所述的磁性液体密封，其特征是，所用磁性液体(12)的基载液选用优质煤油或硅酸盐脂类或二脂类，磁性颗粒的粒径小于5nm。
全文摘要
一种低温大直径磁性液体密封装置，该装置包括小端盖、外套、轴套、轴承、极靴、永磁铁、磁性液体、橡胶密封圈、调节垫片、大端盖。轴套(10)安装在轴承(2)、极靴(3)、永磁铁(5)、极靴(6)、轴承(7)的内部，用螺钉(19)将小端盖(1)固定在轴套(10)上；在轴套(10)的外圆柱面上设计放置磁性液体(12)的密封齿(20)；密封齿的齿形参数齿宽0.5mm，齿高2.5mm。磁性液体(12)的基载液选用优质煤油或硅酸盐脂类或二脂类，磁性颗粒的粒径小于5nm。该装置在－40℃时能够实现轴径大于160mm的密封，并使转动扭矩降低，泄漏率低于10
文档编号F16J15/40GK1544834SQ200310113378
公开日2004年11月10日 申请日期2003年11月18日 优先权日2003年11月18日
发明者李德才, 兰惠清, 何新智, 廖平, 崔海蓉, 炊海春, 许海平 申请人:北京交通大学