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CN111075878A - 一种端面阶梯槽旋转密封环 - Google Patents

一种端面阶梯槽旋转密封环 Download PDF

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CN111075878A
CN111075878A CN202010023794.9A CN202010023794A CN111075878A CN 111075878 A CN111075878 A CN 111075878A CN 202010023794 A CN202010023794 A CN 202010023794A CN 111075878 A CN111075878 A CN 111075878A
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周平
秦自臻
闫英
郭东明
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Dalian University of Technology
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Dalian University of Technology
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Abstract

本发明公开了一种端面阶梯槽旋转密封环，在密封环端面上，开设若干个周向均布的阶梯槽；所述阶梯槽形状为“T”字形，“T”字形的竖直部分沿密封环的径向、开口朝内，“T”字形的横向部分是沿周向的扇环形槽，由浅槽、深槽和浅槽组成，两个浅槽对称分布在深槽两侧。本发明采用深浅槽组合的形式，利用流体动静压效应，与等深槽密封面相比，能显著提高密封面开启力，减小密封面摩擦。同时，阶梯槽结构相比于楔形槽等复杂密封端面结构，更易于加工，使用普通铣削两次走刀即可加工完成，有效提高的生产效率，降低成本。本发明利用阶梯槽区域的流体静压承载作用和高速工况下的流体动压效应，有效减小密封环与对摩件的摩擦，提高密封性能和使用寿命。

Description

一种端面阶梯槽旋转密封环
技术领域
本发明属于流体动密封技术领域，是一种应用于旋转运动场合的密封环，更具体说是一种应用在车辆液力传动系统中的旋转密封环。
背景技术
随着车辆传动装置逐渐向高速化、功率密集化发展，旋转密封环的工况PV值不断提高，现役密封环出现严重磨损、热变形等问题，引起密封性能下降、寿命降低甚至造成密封失效。这将导致传动装置操纵性能下降，维修成本增加，甚至更严重的安全问题。
为了解决上述问题，需要通过技术手段改善密封面的摩擦和润滑条件，减缓密封环磨损。在流体旋转密封领域，常采用在密封环端面加工各种形状的槽，利用流体的动压效应或者静压承载作用，来提高轴向开启力，从而减小密封环与对摩件的接触摩擦。在机械密封领域，中国专利CN101070914公开了一种机械密封，在密封面上开设半圆形、矩形、月牙形等形状的槽；中国专利CN101865289A公开了一种矩形槽密封环；中国专利CN101846143A公开了一种螺旋槽密封环。上述槽型的共同特点是均为等深槽，在高速高压工况下能利用流体动压效应，提高开启力，但等深槽的动压效果与楔形槽等收敛结构相比较差。中国专利CN1364987和CN1415877提出了楔形的螺旋槽结构，具有良好的流体动压效果，中国专利CN207740464U公开了一种筒罩形槽机械密封，筒罩形大锥面与槽根连接并形成尖角形收敛结构；上述几种结构形状复杂，不易加工制造。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种既能提高密封性能又易于加工制造的端面阶梯槽旋转密封环。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种端面阶梯槽旋转密封环，在密封环端面上，除切口位置外，开设若干个周向均匀分布的阶梯槽；所述阶梯槽形状为“T”字形，“T”字形的竖直部分沿密封环的径向、开口朝内、称作引油槽，“T”字形的横向部分是沿周向的扇环形槽，由浅槽、深槽和浅槽组成，两个浅槽对称分布在深槽两侧。
进一步地，所述阶梯槽的扇环形槽外径R2与内径R1之差，为密封环外径Ro和内径Ri之差的0.5至0.8倍；所述扇环形槽中深槽对应的圆心角d1，是浅槽对应圆心角d2的1至4倍，所述深槽对应的圆心角d1为深槽的中心线到深槽右边缘与密封环中心连线之间的夹角，所述浅槽对应的圆心角d2为深槽右边缘与密封环中心连线到浅槽右边缘与密封环中心连线之间的夹角；所述引油槽宽度w，是R2与R1之差的0.3至0.7倍。
进一步地，所述引油槽和深槽深度相同，引油槽和深槽深度a为0.1-1mm，浅槽深度b为0.01-0.05mm。
进一步地，所述密封环端面上阶梯槽的数量是6至36，且相邻两槽不能连通。
进一步地，所述密封环厚度t是密封环外径Ro和内径Ri之差的0.8至1.5倍。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明采用深浅槽组合的形式，利用流体动静压效应，与等深槽密封面结构相比，能显著提高密封面开启力，减小密封面摩擦。同时，阶梯槽结构相比于楔形槽等复杂密封端面结构，更易于加工，使用普通铣削两次走刀即可加工完成，有效提高的生产效率，降低成本。
2、本发明利用阶梯槽区域的流体静压承载作用和高速工况下的流体动压效应，有效减小密封环与对摩件的摩擦，减少摩擦热产生，从而减缓密封环磨损，提高密封性能和使用寿命。
附图说明
图1是本发明旋转密封环的主视图。
图2是图1的A-A向剖视图。
图3是图1的左视图。
图4是图2中B处的局部放大图。
图5是密封环装配位置示意图。
图中：1、密封环，2、阶梯槽，3、切口，4、进油口，5、壳体，6、密封环安装槽，7、主轴。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步地说明。
如图1-4所示，一种端面阶梯槽旋转密封环，在密封环1端面上，除切口3位置外，开设若干个周向均匀分布的阶梯槽2；所述阶梯槽2形状为“T”字形，“T”字形的竖直部分沿密封环1的径向、开口朝内、称作引油槽，“T”字形的横向部分是沿周向的扇环形槽，由浅槽、深槽和浅槽组成，两个浅槽对称分布在深槽两侧。
进一步地，所述阶梯槽2的扇环形槽外径R2与内径R1之差，为密封环1外径Ro和内径Ri之差的0.5至0.8倍；所述扇环形槽中深槽对应的圆心角d1，是浅槽对应圆心角d2的1至4倍，所述深槽对应的圆心角d1为深槽的中心线到深槽右边缘与密封环1中心连线之间的夹角，所述浅槽对应的圆心角d2为深槽右边缘与密封环1中心连线到浅槽右边缘与密封环1中心连线之间的夹角；所述引油槽宽度w，是R2与R1之差的0.3至0.7倍。
进一步地，所述引油槽和深槽深度相同，引油槽和深槽深度a为0.1-1mm，浅槽深度b为0.01-0.05mm。
进一步地，所述密封环1端面上阶梯槽2的数量是6至36，且相邻两槽不连通。
进一步地，所述密封环1厚度t是密封环1外径Ro和内径Ri之差的0.8至1.5倍。
本发明的工作原理如下：工作时，密封环1端面与其对摩件产生相对转动，密封流体通过引油槽进入密封面，在深槽处，通过流体静压承载作用，平衡密封环1另一侧端面的部分载荷，从而减小密封端面接触力，减小摩擦；在一侧浅槽处，产生流体动压效应，提高局部流体压力，尤其是在高速工况下，能显著提高开启力，从而减小密封端面接触力，减小摩擦；另一侧浅槽处发生空化效应，流体通过引油槽不断地泵至这一侧浅槽。另外，扇环形槽深浅槽的走向与流体剪切速度方向一致，能更好的发挥流体动压效果。对称结构的阶梯槽2，能够保证主轴正转或反转时，均具有相同的流体动压和静压作用，使密封环1端面摩擦显著降低，减缓磨损，提高密封性能和使用寿命。
阶梯槽2的扇环形槽外径R2与内径R1之差，为密封环1外径Ro和内径Ri之差的0.5至0.8倍，这样使阶梯槽2沿径向有足够大的作用区域，保证阶梯槽2的动静压支撑效果。扇环形槽中深槽对应的圆心角d1是浅槽对应圆心角d2的1至4倍，引油槽宽度w是R2与R1之差的0.3至0.7倍，这样在高转速工况，流体动压承载效果显著，可选择较小的深浅槽圆心角倍数关系，来增大浅槽部分的相对面积，提高动压效果，并选择较大的引油槽宽度，来更好的实现空化区的油液供给。
引油槽和深槽深度a为0.1-1mm，浅槽深度b为0.01-0.05mm。随着槽深增大，流体的动压效应和台阶效应会减弱，因此若密封环1经常处于高速工况，则在设计时应选择较浅的槽深。
密封环1端面上阶梯槽2的数量是6至36，且相邻两槽不能连通，以保证浅槽部分的动压效果。高转速工况时，可选择较多槽数，单个阶梯槽2对应的圆心角选择较小值。
密封环1厚度t是密封环1外径Ro和内径Ri之差的0.8至1.5倍。通常密封环1厚度应该足够大，以保证密封环1外圆面上的静摩擦力矩大于密封端面的摩擦力矩，从而使摩擦面为密封环1密封端面。
如图5所示，反映了密封环1随旋转轴装配入壳体5后的安装位置。装配时，先将密封环1略微撑开，安装在密封环安装槽8中，使具有阶梯槽2的端面均背向进油口4的一侧，从而确保其与密封环安装槽8的一侧端面形成密封摩擦副，然后在密封环1和切口3处涂抹适量润滑脂，随主轴7一同装入壳体5。
密封环工作时，液压油从进油口4泵入，将密封环1沿轴向推开，使之贴紧密封环安装槽8的外侧面，以及壳体5的内圆面，形成两处密封面。密封环1与壳体5静止不动，主轴7绕轴线高速旋转，使密封端面产生剧烈的相对摩擦。本发明采用的阶梯槽2，将液压油引入密封端面，起到静压支撑作用，并且由于周向的高速流体剪切，产生明显的动压效应，提高局部流体承载力。在动静压复合作用下，有效提高开启力，减小密封端面的接触摩擦，减少摩擦功耗，提高密封环的使用寿命，提高车辆传动系统的工作性能。
本发明不局限于本实施例，任何在本发明披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种端面阶梯槽旋转密封环，其特征在于：在密封环(1)端面上，除切口(3)位置外，开设若干个周向均匀分布的阶梯槽(2)；所述阶梯槽(2)形状为“T”字形，“T”字形的竖直部分沿密封环(1)的径向、开口朝内、称作引油槽，“T”字形的横向部分是沿周向的扇环形槽，由浅槽、深槽和浅槽组成，两个浅槽对称分布在深槽两侧。
2.根据权利要求1所述的一种端面阶梯槽旋转密封环，其特征在于：所述阶梯槽(2)的扇环形槽外径R2与内径R1之差，为密封环(1)外径Ro和内径Ri之差的0.5至0.8倍；所述扇环形槽中深槽对应的圆心角d1，是浅槽对应圆心角d2的1至4倍，所述深槽对应的圆心角d1为深槽的中心线到深槽右边缘与密封环(1)中心连线之间的夹角，所述浅槽对应的圆心角d2为深槽右边缘与密封环(1)中心连线到浅槽右边缘与密封环(1)中心连线之间的夹角；所述引油槽宽度w，是R2与R1之差的0.3至0.7倍。
3.根据权利要求1所述的一种端面阶梯槽旋转密封环，其特征在于：所述引油槽和深槽深度相同，引油槽和深槽深度a为0.1-1mm，浅槽深度b为0.01-0.05mm。
4.根据权利要求1所述的一种端面阶梯槽旋转密封环，其特征在于：所述密封环(1)端面上阶梯槽(2)的数量是6至36，且相邻两槽不连通。
5.根据权利要求1所述的一种端面阶梯槽旋转密封环，其特征在于：所述密封环(1)厚度t是密封环(1)外径Ro和内径Ri之差的0.8至1.5倍。
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