专利名称：用于轴杆扇形运动区域的组合式随动密封装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及工程和机械领域的密封装置，具体地说，涉及电机轴杆或其它运动体相对于工作箱体作扇形区域运动时实现工作箱体始终保持密封状态的组合式随动密封装置。
背景技术：
电机工作时，电机轴杆进行旋转运动或前后往复运动。为了实现较高的密封要求，大多采用浮动密封、滑动定位角形接头随动密封和磁力随动密封等轴密封方式将轴杆与相邻部件密封为一体。对于磨粉机、打磨机、搅拌机、破碎机和切割机等设备，电机轴杆相对于工作箱体的一个平面进行扇形区域内的往复运动时，为了避免粉尘与物料飞扬、控制噪音以及避免电机与粉尘或冷却液的接触，电机转轴前端往往被封闭在工作箱体中。因此，电机轴杆不仅自身进行旋转运动或沿轴杆轴向的前后运动，还要在工作箱体上垂直于轴杆的平面上作扇形区域运动。而这一扇形区域必须通过密封才能避免粉尘与物料飞扬、控制噪音、避免电机与粉尘或冷却液接触，保持工作环境的清洁和对设备的保护。当扇形运动区域相对于箱体来说足够小，在轴杆通过轴密封机构连接一块密封薄片，就能解决轴杆运动过程中扇形运动区域的密封。当扇形运动的区域相对于箱体来说足够大，一块密封片在运动时，受到边界限制，不能 解决密封问题。因此，需要一种简单、经济而可靠的方法解决密封问题。
实用新型内容针对现有技术不能解决的电机轴杆相对于工作箱体作扇形区域运动时工作箱体的密封问题，本实用新型提供了一种用于轴杆扇形区域运动的组合式随动密封装置，解决了轴杆运动区域相对箱体较大时，轴杆运动区域的密封问题。本实用新型的技术方案:用于轴杆扇形运动区域的组合式随动密封装置，包括圆弧往复运动密封装置和直线往复运动密封装置；所述圆弧往复运动密封装置包括设于工作箱体上的固定槽I和设置在固定槽I内部的重叠放置的多层密封片I;所述密封片I为中心设有弧形开孔的半径为R的扇形金属密封片，所述多层密封片I开孔区域的弧长由上至下依次增大；所述固定槽I为由两片开口最大的密封片I组成的盒子，所述固定槽I的宽度不小于密封片I的宽度，所述固定槽I的厚度大于其他密封片I的厚度之和；所述直线往复运动密封装置包括设于第一层密封片I上的固定槽II和固定槽II内部的重叠放置的多层密封片II;所述密封片II为中心设有开孔II的长方形金属密封片，所述多层密封片II的开孔II的长度由上至下依次增大；所述固定槽为由两片开孔II最大的密封片II组成的盒子，所述固定槽II的宽度不小于密封片II的宽度，所述固定槽II的厚度大于其他密封片II的厚度之和；所述第一层密封片I的弧形开孔I的半径等于轴杆半径r，开孔半角Q1等于2arcsin (r/2R)，所述第η层密封片的弧形开孔宽度为2r，开孔半角为θ n ;所述每层密封片由开始时的中心位置移动到下一层密封片边缘转动的圆心角为Hl1，所述每层密封片I的开孔I与密封片I上、下两端的距离均为Cl1，所述每层密封片I的弧形开孔与密封片I左、右两端的距离对应的圆心角均为L1，所述相邻密封片I之间的搭接部分对应的圆心角不小于Θ ";所述固定槽I为由两片第η层密封片I组成的盒子，所述Qn-Q1为轴杆的运动半角；上述参数之间存在如下关系:θ η- Θ J= (rij-1) Xm1 (Eq.1), LI=2mI+ θ，， (Eq.2)根据Eq.1和Eq.2得到，所述密封片的数量H1= [2 ( θ η- Θ J / (L1- Θ ’ ’)+1] +1 ;所述y=[x]为取整函数；所述第一层密封片II的开孔半径Rm等于轴杆半径r，所述每层密封片由开始时的中心位置移动到下一层密封片边缘的距离为mn，所述第ηπ层密封片II的开孔宽度为2r，开孔长度Rnn=(nn-l)Xmn+r，所述每层密封片的开孔与密封片上、下两端的距离均为dm，所述每层密封片的开孔与密封片左、右两端的距离均为L11,所述相邻密封片之间的搭接长度不小于dII2，所述固定槽的开孔长度D11为多层密封片的运动半径；上述参数之间存在如下关系:Ln=2mn+dII2 (Eq.3), D11=Rlln= (nn-l) Xmn+r (Eq.4)根据Eq.3和Eq.4得到，所述密封片的数量nn=[2 (Dn_r) / (Ln_dII2)+1]+1 ;所述y=[x]为取整函数。优选的是，所述固定槽I固定在工作箱体的开口部分以实现轴杆运动时工作箱体中的密封，所述固定方式为焊接或卯固。优选的是，所述固定槽II固定在第一层密封片I的开孔I处以实现轴杆直线往复运动时工作箱体中的密封，所述固定方式为焊接或卯固。 优选的是，轴杆与第一层密封片II之间的密封方式为轴密封。本实用新型的设计原理:通过圆弧往复运动密封装置和直线往复运动密封装置的组合，实现在扇形区域的密封。将直线往复运动密封装置固定在圆弧往复运动装置的第一密封片I上，直线往复运动密封装置用于调节运动体在扇形运动区域的径向位置，在径向位置确定时，圆弧往复运动装置可进行圆弧方向运动调节，改变装置的弧向位置，从而实现运动体在扇形区域的运动。根据电机轴杆扇形往复运动区域和箱体可利用区域的大小，按一定规则设计密封片的数量和尺寸，可在满足密封要求的同时获得整个密封机构总体的经济性。密封片可以是铁片或具有一定强度的其它材料。多层密封片之间留有一定长度的搭接长度d，保证两个密封片之间有效密封。多层密封片根据尺寸大小依次分为第一层密封片、第二层密封片、……第η层密封片。组合装置的两个组成部分中，最大(第η层)密封片上的开孔最大，其开孔大小是轴杆或运动体的最大运动区域，最大(第η层)密封片同时是密封片机构的固定槽，固定槽是双层密封片构成的一个带有开孔的盒子，其它密封片为单层，置于固定槽内，保证密封片在固定槽内随轴杆或运动体往复运动。直线往复运动密封装置中固定槽II的宽度大于密封片II的宽度，固定槽II的厚度略大于其他密封片II的厚度之和，以容纳密封片II且运动相对稳定为准。直线往复运动密封装置的固定槽II可采用焊接或卯固在圆弧往复运动密封装置的第一层扇形密封片I上。圆弧往复运动密封装置中扇形固定槽I的宽度应大于扇形密封片I的宽度。固定槽I的厚度略大于其他扇形密封片I的厚度之和，以容纳密封片I且运动相对稳定为准。固定槽II开孔II的高度为直线往复运动的区域(2D)，固定槽I的开孔角度为圆弧往复运动的角度(2Θ )(
图1)，固定槽I可采用焊接或卯固的方式固定在工作箱体上，构成箱体的一部分。1.工作原理直线往复运动密封装置第一密封片II的开孔II的半径为轴杆或运动体半径r，轴杆或运动体与第一密封片II固定并密封。圆弧往复运动密封装置第一扇形密封片I的开孔I为直线往复运动装置的固定槽II，圆弧往复运动装置的第一扇形密封片I与直线往复运动装置的固定槽II固定并密封。该组合装置实现了轴杆或运动体在扇形区域内的运动。组合随动密封装置的运动轨迹和扇形运动区域参看
图1，直线往复运动密封装置的密封片II的样式参看图2，圆弧往复运动密封装置密封片I的样式参看图3。不同的密封片有不同的开孔，所对应的运动长度也不同。调节运动半径时，由直线往复运动密封装置实现。进行圆弧运动，直线往复运动密封装置拖动开孔的扇形密封片I相互运动。扇形密封片I嵌合在孔槽中，摩擦力较小，也随之运动，最终实现装置的随动性和密封性。通过各个密封片之间相互移动，各个密封片移动而留出的缝隙被其他密封片弥补，保证粉尘不能透过。密封片可依次重叠，交替重叠，也可以无序重叠，以获得良好的密封效果为准。2.扇形运动区域的组合式随动密封装置的设计2.1直线上下往复运动密封装置轴杆或运动体相对于工作箱体作直线往复运动时，已知轴杆或运动体的半径为r，直线往复运动的尺寸为2Dn，各个密封片之间的搭接长度为dII2。各密封片的开孔与上、下端的距离为dm，为了保持密封，密封片宽度h彡2X (r+din)(图4)。第一层密封片II的开孔半径取Rm=r。最大的密封片I不参与运动，为固定槽，固定槽的开孔半径RIIn=Dn。固定槽的开孔半径D11决定了轴杆最终的运动半径，其它各个密封片II被置于固定槽II内。固定槽即最后一块密封片II (第η块)的尺寸受箱体尺寸的限制。对于各密封片II的数量和开孔的尺寸由以下公式确定:假设运动开始时，密封片II都处于中心位置(图4)。密封片II每次移动到下一层密封片II边缘的距离为mn，第一个密封片II向左运动mn距离后，左侧达到第二个密封片II开孔边缘，同时在左侧第一个密封片II端部与第二个密封片II端部对齐；在右侧，第一个密封片II端部与第二个密封片II端部有长度dII2的搭接。由此得到，当最后一级密封片II (固定槽)两侧的翼缘长度L11为2mn+dII2时，可满足密封片II相对运动且保持密封的要求。固定槽II为满足容纳密封片II的要求，固定槽II的翼缘长度L11应不小于2mn+dII2。要得到每个密封片II的所有参数，在已知杆轴半径r和密封片机构的运动半径D11时，还要知道密封片II的数量ηπ和密封片II每次的运动距离mn。ηπ级密封片实 现(ηπ-1)次运动，移动的距离是(nn-l)mn (图4)，则:[0033]Cn11-1) XmII+r=DII (Eq.5)贝Ij^11=(D11-1OZOi11-1) (Eq.6)若固定槽的翼缘长度为Ln，则有(图4):LII=2mII+dII2 (Eq.3)结合式(Eq.3)、式(Eq.6)，则密封片数量η由下公式确定:nn=2 (Di1-1")/ (Ln-dII2) +1 (Eq.7)由于片数只能取整，实际片数ηπ'为:Ii11' =[nn]+l=[2 (D11-1*)/ (L11-(I112)+1]+1 (Eq.8) 由式(Eq.7 )可知，若开口半径D11越大，槽宽L11越小，需要的密封片11数量越多。当L11彡Dn+dII2时，一层活动片，一个固定槽就可以实现密封。计算出ηπ'后，将ηπ'代替ηπ，根据式(Eq.6)计算密封片II每次移动距离mn，再计算各密封片II的尺寸。通过以下公式就可获知密封片II的开孔半径和密封片半径:第一层密封片I1:开孔半径 Rm=r,密封片半径Sni=r+2mn+dII2 ；第二层密封片I1:开孔半径RII2=r+mn,密封片半径SII2=r+3mn+dII2 ；第三层密封片I1:开孔半径RII3=r+2mn,密封片半径SII3=r+4mn+dII2 ；......[0048]第ηπ 层密封片 I1: 开孔半径 RIIn=r+(Ii11-1)IHii=Dii,密封片半径SIIn=r+ (ηπ+1)ηιπ+(1π2=0+2πιπ+(1π2ο通过公式得知所有密封片II的翼缘长度Ln (未开孔长度)为2mn+dII2，与每次的移动距离Hi11有关。所以想减小固定槽II的尺寸，则可通过增加密封片II的数量来减小每次的移动距离mn，同时也就减小了密封片II的翼缘长度L11,减小了固定槽II的尺寸。按该方法计算的结果满足2mn+dII2 ( Llla, Llla为固定槽II的实际翼缘长度。(图5)。2.2圆弧往复运动密封装置圆弧运动中，最直观的便是弧长对应圆心角的变动。因此，通过计算轴杆每次移动后所对应圆心角的变化，来确定弧形密封片的各种参数。已知轴杆或运动体的半径为r，运动圆弧的半径为R (图6);为了达到密封效果，弧形密封片I的弧形边之间采取密封接触长度Cl1，则弧形密封片宽度h(图7)。同时，弧形密封片的圆弧方向端部边缘密封接触长度采取圆心角Θ "计算。设定最大开孔半角为θ n，半径为r的圆对应半径为R的圆的圆心角为Θ 1=2arcsin(r/2R)(图6)，则轴杆中心点的运动范围为2 ( θ η- Θ J。最小密封片I的开孔I的半径为轴杆半径r,最大密封片I的开孔I所对应的圆心半角为0n。最大密封片I (第η片)上的开孔角度2 Θ ^为轴杆最终的运动角度；最大密封片I不参与运动，而是固定槽I，用于容纳各层密封片I，固定槽I的翼缘部分对应圆心角L1的大小决定了密封片I的数量η”假设运动开始时，弧形密封片I都处于圆弧中心位置，密封片I每次移动到下一层密封片I边缘的转动的圆心角为!％，当采用II1 (η由装置实际情况具体决定)片密封片I覆盖密封时，Ii1个密封片实现U1-1)次依次运动后，转动的圆心角为最大运动半角Qn-Q1,即:[0057]Cn1-D Xm1= θ η- Θ j (Eq.1)则可确定每片密封片I每次运动的角度值为:
权利要求1.用于轴杆扇形运动区域的组合式随动密封装置，其特征在于:包括圆弧往复运动密封装置和直线往复运动密封装置；所述圆弧往复运动密封装置包括设于工作箱体上的固定槽I和设置在固定槽I内部的重叠放置的多层密封片I ;所述密封片I为中心设有弧形开孔的半径为R的扇形金属薄片，所述多层密封片I开孔区域的弧长由上至下依次增大；所述固定槽I为由两片开口最大的密封片I组成的盒子，所述固定槽I的宽度大于密封片I的宽度，所述固定槽I的厚度不小于其他密封片I的厚度之和；所述直线往复运动密封装置包括设于第一层密封片I上的固定槽II和固定槽II内部的重叠放置的多层密封片II;所述密封片II为中心设有开孔II的长方形金属薄片，所述多层密封片II的开孔II的长度由上至下依次增大；所述固定槽为由两片开孔II最大的密封片II组成的盒子，所述固定槽II的宽度不小于密封片II的宽度，所述固定槽II的厚度大于其他密封片II的厚度之和； 所述第一层密封片I的弧形开孔I的半径等于轴杆半径r，开孔半角Q1等于2arCSin(r/2R)，所述第η层密封片的弧形开孔宽度为r，开孔半角为θ n ;所述每层密封片由开始时的中心位置移动到下一层密封片边缘转动的圆心角为Hl1，所述每层密封片I的开孔I与密封片I上、下两端的距离均为Cl1，所述每层密封片I的弧形开孔与密封片I左、右两端的距离对应的圆心角均为L1，所述相邻密封片I之间的搭接部分对应的圆心角不小于Θ ";所述固定槽I为由两片第η层密封片I组成的盒子，所述Qn-Q1为轴杆的运动半角；上述参数之间存在如下关系:θ η- Θ J= (rij-1) Xm1 (Eq.1), LI=2mI+ θ，， (Eq.2) 根据Eq.1和Eq.2得到，所述密封片的数量;所述y=[x]为取整函数； 所述第一层密封片II的开孔半径Rm等于轴杆半径r，所述每层密封片由开始时的中心位置移动到下一层密封片边缘的距离为mn，所述第ηπ层密封片II的开孔宽度为2i■，开孔长度RIIn=(nn-l) Xmn+r，所述每层密封片的开孔与密封片上、下两端的距离均为dm，所述每层密封片的开孔与密封片左、右两端的距离均为L11,所述相邻密封片之间的搭接长度不小于dII2，所述固定槽的开孔长度D11为多层密封片的运动半径；上述参数之间存在如下关系:Ln=2mn+dII2 (Eq.3), D11=Rlln= (nn-l) Xmn+r (Eq.4) 根据Eq.3和Eq.4得到,所述密封片的数量nn=[2 (Dn_r) / (L11-(I112)+1]+1 ;所述y=[x]为取整函数。
2.根据权利要求1所述的用于轴杆扇形运动区域的组合式随动密封装置，其特征在于:所述固定槽I固定在工作箱体的开口部分以实现轴杆运动时工作箱体中的密封，所述固定方式为焊接或卯固。
3.根据权利要求1所述的用于轴杆扇形运动区域的组合式随动密封装置，其特征在于:所述固定槽II固定在第一层密封片I的开孔I处以实现轴杆直线往复运动时工作箱体中的密封，所述固定方式为焊接或卯固。
4.根据权 利要求1所述的用于轴杆扇形运动区域的组合式随动密封装置，其特征在于:轴杆与第一层密封片II之间的密封方式为轴密封。
专利摘要用于轴杆扇形运动区域的组合式随动密封装置，包括圆弧往复运动密封装置和直线往复运动密封装置；所述圆弧往复运动密封装置包括设于工作箱体上的固定槽I和设置在固定槽I内部的重叠放置的多层密封片I；所述密封片I为中心设有弧形开孔的半径为R的扇形金属密封片，所述多层密封片I开孔区域的弧长由上至下依次增大。所述直线往复运动密封装置包括设于第一层密封片I上的固定槽II和固定槽II内部的重叠放置的多层密封片II；密封片II为中心设有开孔II的长方形金属密封片，多层密封片II的开孔II的长度由上至下依次增大。本实用新型提供了电机轴杆相对于工作箱体作半径可变的扇形区域运动内的往复运动时，满足箱体基本密封要求的装置。
文档编号F16J15/16GK203162149SQ20132011567
公开日2013年8月28日 申请日期2013年3月14日 优先权日2013年3月14日
发明者范宏, 张鑫, 杨亚楠, 翟乃鑫 申请人:青岛理工大学