CN106090222B - 一种运动轴的动态密封结构 - Google Patents

Abstract

一种运动轴的动态密封结构，设置于门盖与运动轴之间，其为三级式密封结构，包括挡油环、上门盖环、下门盖环、密封弹簧和泄放块，挡油环紧固于运动轴上且与之一同旋转，上门盖环和下门盖环嵌置于门盖上且内环面上设置有导油槽，容纳于导油槽内的密封弹簧箍紧在运动轴上且与之一同旋转；其中，挡油环借助运动轴的旋转将润滑油阻挡并甩回门盖的内侧，形成第一级密封；挡油环与上门盖环和下门盖环之间的狭窄间隙依靠油的粘性将润滑油阻挡在门盖的内侧，形成第二级密封；密封弹簧对进入导油槽的润滑油形成阻尼作用，使润滑油通过泄放块重新回流入门盖的内侧，形成第三级密封。本发明采用了非接触式密封，具有成本低、维护简单、使用寿命长、密封效率高等优点，尤其适用于船用低速柴油机运动曲轴的轴端动态密封。

Description

一种运动轴的动态密封结构

技术领域

本发明涉及轴类零件的润滑密封结构，具体涉及到一种运动轴的动态密封结构，属于机械技术领域。

背景技术

运动轴润滑的动态密封是一个在机械组件中经常遇到的问题。运动轴的旋转动态密封需要根据运动轴的大小、前后端形状、密封方式、密封件的结构来决定。动态密封结构通常分为机械式密封和迷宫式密封。机械式密封一般要使用静环、动环及密封圈，此种密封性能好，但是结构复杂，存在橡胶密封体需要高频率更换导致的维护保养成本高的问题，并且出现偶发事故时处理麻烦。迷宫式密封的缺点在于泄漏量大，由于使用在大轴径设备上，对刮油环有特殊的材质要求(合金密封体)和高加工精度要求，所以迷宫式密封成本较高。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有运动轴轴端的密封结构的不足，提供一种运动轴的动态密封结构，实现密封件与运动轴的非接触式密封，以降低固定密封件与旋转运动轴之间的摩擦对轴颈形成的磨损，减少密封件的维护更换，并且通过多级密封环节，解决轴封处油泄漏的问题，达到降低成本、方便维护、延长使用寿命的效果。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案如下：

一种运动轴的动态密封结构，设置于门盖与穿过该门盖的运动轴之间，其特征在于：所述的动态密封结构为三级式密封结构，包括挡油环、上门盖环、下门盖环、密封弹簧和泄放块；

所述挡油环由两件半圆环对接而成，紧固于所述运动轴靠内侧的外周面上且与该运动轴一同旋转；

所述上门盖环和下门盖环固定嵌置于所述门盖上形成一整体圆环且位于所述挡油环的外侧，该挡油环与所述上门盖环和下门盖环相对的侧面之间留有一狭窄间隙，所述上门盖环和下门盖环的内环面与所述运动轴的外周面之间形成径向间隙，该内环面上设置有环形的导油槽；

所述密封弹簧环形地箍紧在所述运动轴的外周面上且容纳于所述导油槽内，该密封弹簧与所述运动轴一同旋转；

所述泄放块固定地设置于所述下门盖环的最下侧与所述门盖之间，该下门盖环的下部设有连通所述导油槽的导油孔，所述泄放块的内部设有内泄放孔和上端与该导油孔连通的外泄放孔，该外泄放孔下端的开口位于所述门盖的外侧且连接有螺塞，所述内泄放孔一端连通所述外泄放孔，另一端连通所述门盖的内侧；

所述挡油环借助所述运动轴的旋转将润滑油阻挡并甩回所述门盖的内侧，形成第一级密封；所述挡油环与所述上门盖环和下门盖环之间的狭窄间隙依靠润滑油的粘性将润滑油阻挡在所述门盖的内侧，形成第二级密封；所述密封弹簧对进入所述导油槽的润滑油形成阻尼作用，使润滑油通过所述泄放块重新回流入所述门盖的内侧，形成第三级密封。

作为进一步改进，两件所述的半圆环形状对称且通过螺栓连接。

作为进一步改进，所述的上门盖环和下门盖环的内侧面上设置有侧向开口的环形槽，所述挡油环的外周设有带有斜角的导油部，该导油部伸入所述环形槽。

作为进一步改进，所述的导油部的斜角为15°。

作为进一步改进，所述的外泄放孔的下端设有旋接所述螺塞的内螺纹。

作为进一步改进，所述的导油孔、内泄放孔和外泄放孔的数量分别为3个。

本发明设置了三个密封环节，依次对运动轴表面的润滑油进行密封，并且依托运动轴轴向窜动小的特点，各个环节密封部件之间的间隙很小，后一道密封环节对漏过上一道密封环节的润滑油进行处理，逐级减少进入下一密封环节的润滑油油量，从而通过三层密封控制最终保证将润滑油密封在机箱内部空间，实现对运动轴端部的润滑密封。

本发明所述动态密封结构的工作原理如下：

大量的润滑油在润滑运动轴的同时沿着旋转的运动轴外周面流向轴端。紧固安装在运动轴上且与运动轴同时旋转的挡油环对润滑油进行第一重的物理阻隔，并且挡油环上的润滑油借助运动轴旋转产生的离心力，沿半径方向流向边缘的导油部，继而被甩入上门盖环和下门盖环上的环形槽，最后向下流淌重新流回机箱内部，从而将大部分润滑油阻挡住，实现第一级密封。漏过第一级密封的少量润滑油进入挡油环与上门盖环和下门盖环之间的狭窄间隙中，由于润滑油的粘性，在该狭窄间隙的前后形成压差流动及剪切流动，大部分剩余的润滑油会附着在挡油环与上门盖环和下门盖环上，而无法通过狭窄间隙而泄露出去，从而通过缝隙密封原理实现第二级密封。透过第二级密封的极少量润滑油经过上门盖环和下门盖环与运动轴之间的径向间隙进入导油槽，由于空间突然变大，润滑油受到一次节流及扩容作用，导致油压力降低并且流速下降，因而润滑油短暂停留在密封弹簧内的空腔中，受到了密封弹簧形成的阻尼作用；再由于运动轴旋转产生的角速度，润滑油迅速被甩至导油槽的外壁，并沿着导油槽向下部积聚，再经过导油孔以及泄放块内的外泄放孔和内泄放孔重新回流入主机的内部，从而实现第三级密封，基本上将所有润滑油密封住，达到运动轴润滑密封的目的。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、采用了非接触式密封，作为运动件的运动轴、挡油环(密封件)和密封弹簧(密封件)与作为静止件的上门盖环(密封件)、下门盖环(密封件)和门盖之间不产生接触；非接触式密封优点是，有效地避免了零部件相互之间相对摩擦导致的磨损，解决了橡胶密封件更换频率高的问题以及合金密封件易损坏的问题，从而大大延长了零部件的使用寿命，节约了密封和维修成本。

2、采用了三级式密封结构，通过挡油环、狭窄间隙和密封弹簧对润滑油逐级进行密封，使泄露的润滑油量越来越少，极大限度地提升了密封效率，改善了密封效果。

3、采用弹簧作为密封件，不仅材料成本低、制造加工要求不高，而且使用时间长、安装方便、维保简单。

本发明具有制造成本低、安装方便、维护简单、使用寿命长、密封效率高、密封效果好等优点，尤其适用于船用低速柴油机运动曲轴的轴端动态密封。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的D部放大图。

图3是挡油环的结构示意图。

图4是图3的A-A剖视图。

图5是图3的B-B剖视图。

图6是图4的C部放大图。

图7是门盖的结构示意图。

图8是图7的Z-Z剖视图。

图9是密封弹簧的简图。

图中，

1—轴承座，2—曲轴，3—下门盖环，31—环形槽，32—导油槽，33—导油孔，34—内侧面，5—挡油环，50—半圆环，51—凹槽，52—外侧面，53—导油部，6—螺塞，7—螺栓，8—密封弹簧，9—泄放块，91—外泄放孔，92—内泄放孔，93—内螺纹，10—上门盖环，11—门盖；

h1—狭窄间隙，h2—径向间隙。

具体实施方式

本发明提供了一种运动轴的动态密封结构，这种密封结构能很好的密封大型旋转轴类，如柴油机曲轴运行时运动轴表面的润滑油的泄漏。这种轴密封的方式又称为弹簧式轴密封，其特点是将润滑油逐级地进行密封，而不是通过紧密配合的安装关系来拦阻润滑油。本发明充分利用运动轴直径粗的特点，借助运动轴旋转能量来甩出挡油环上的润滑油，再通过缝隙流动原理实现润滑油的密封，最后通过导油槽的节流及密封弹簧的阻尼作用将润滑油密封在主机内部，实现密封的目的。

下面结合附图和具体实施例对本发明所述的运动轴的动态密封结构作进一步的详细阐述，但不应以此来限制本发明的保护范围。

本实施例以柴油机曲轴为例说明本发明的技术方案。请参考图1，在柴油机的曲轴2的端部设有门盖11，曲轴2穿过该门盖11。曲轴2在柴油机内部进行旋转工作，大量的润滑油在润滑曲轴2的同时沿着曲轴面流向尾端，特别是最后一档的轴承座1的润滑油成为轴端密封中泄露润滑油的主要来源。请参阅图2，本发明所述的动态密封结构设置于柴油机尾端的门盖11与曲轴2之间，与门盖11形成一整套的密封体，将润滑油阻挡在柴油机内部，防止润滑油泄漏。

图2所示的动态密封结构为三级式密封结构，包括挡油环5、上门盖环10、下门盖环3、密封弹簧8和泄放块9。各个部分在轴密封中起到了不同的作用。

针对旋转轴密封处具有丰富润滑油的特点，在轴密封的前端设置了挡油环5。请参阅图3和图4，所述挡油环5由两件半圆环50对接而成，请参阅图5，两半圆环50形状对称且通过内六角螺栓7连接紧固于所述曲轴2靠内侧的外周面上，当曲轴2旋转时，该档油环5与曲轴2一同旋转。请参阅图6，所述挡油环5的外侧设有凹槽51，该凹槽51的底面构成所述挡油环5的外侧面52；该挡油环5的外周设有导油部53，该导油部53带有斜角，本实施例中，该斜角为15°。

所述挡油环5的设置能够对轴承座1处的润滑油进行第一次的阻挡，并且挡油环5上的大部分润滑油能够借助曲轴2旋转的角速度被甩离挡油环5，回到柴油机内部，这样大大减少了密封处的润滑油量；挡油环5的结构有利于将润滑油沿厚度方向引导到导油部53的斜角的顶点处，集中进入所述上门盖环10和下门盖环3的环形槽31中，润滑油进入环形槽31后受重力影响沿着环形槽31向下流淌，在下门盖环3的最下部重新流入柴油机内部。从而所述挡油环5借助所述曲轴2的旋转将润滑油阻挡并甩回所述门盖11的内侧，形成第一级密封。

请参阅图7，所述上门盖环10和下门盖环3也是两半式结构，固定嵌置于所述门盖11上，形成一整体圆环，并且位于所述挡油环5的外侧(见图2)，所述曲轴2穿过该圆环。该上门盖环10和下门盖环3与所述挡油环5相对的侧面之间，即所述下门盖环3的内侧面34(见图8)和上门盖环10的内侧面与所述挡油环5的外侧面52(见图6)之间留有一狭窄间隙h1，请参阅图2。所述上门盖环10和下门盖环3形成的圆环的孔径要大于曲轴2的直径，该圆环的内环面与所述曲轴2的外周面之间形成有径向间隙h2，两者不接触，便于润滑油进入。请参阅图8，所述上门盖环10和下门盖环3的内环面上设置有环形的导油槽32；所述的内侧面34上设置有侧向开口的环形槽31，所述挡油环5的导油部53伸入该环形槽31(见图2)。

少部分未进入所述环形槽31的润滑油越过所述挡油环5，进入该挡油环5与所述上门盖环10和下门盖环3之间的狭窄间隙h1中，由于该狭窄间隙h1很小，因此依靠润滑油的粘性所述狭窄间隙h1能够将润滑油阻挡在所述门盖11的内侧，形成第二级密封。

图9为密封弹簧8的简图，所述密封弹簧8环形地直接箍紧在所述曲轴2的外周面上(见图2)，并且容纳于所述导油槽32内，密封弹簧8与导油槽32两者为非接触式结构；该密封弹簧8与所述曲轴2一同旋转。

请参阅图7和图8，所述泄放块9固定地焊接于所述下门盖环3的最下侧与所述门盖11之间。所述下门盖环3的下部设有连通所述导油槽32的导油孔33，所述泄放块9的内部设有内泄放孔92和外泄放孔91；该外泄放孔91的上端与所述下门盖环3的导油孔33连通，下端的开口位于所述门盖11的外侧，所述外泄放孔91的下端设有内螺纹93，一螺塞6旋接于该内螺纹93上以密封该外泄放孔91向外的出口；所述内泄放孔92的一端连通所述外泄放孔91，另一端连通所述门盖11的内侧，即柴油机内部。

本实施例中，所述下门盖环3的导油孔33、泄放块9的内泄放孔92和外泄放孔91的数量均为3个，并且分别一一对应。

极少量通过所述狭窄间隙h1的润滑油继续沿所述上门盖环10和下门盖环3的内环面与所述曲轴2的外周面之间的径向间隙h2进入所述上门盖环10和下门盖环3的导油槽8，见图2，由于空间一下子变大，润滑油受到一次节流及扩容作用，润滑油的油压力降低，由于润滑油的压力降低，润滑油进入所述导油槽32后速度下降，由于该导油槽32内的密封弹簧8的弹簧匝数密集，润滑油短暂停留在密封弹簧8内部的空腔中，从而密封弹簧8对润滑油产生摩擦阻力；由于曲轴2旋转产生的角速度，停留在密封弹簧8内腔中的润滑油迅速被甩至所述导油槽32的外壁，再沿着导油槽32向下部积聚，继而积聚的润滑油依次通过所述下门盖环3内的导油孔33、泄放块9内的外泄放孔91和内泄放孔92回流至柴油机内部。因而所述密封弹簧8对进入所述导油槽32的润滑油形成阻尼作用，使润滑油通过所述泄放块9内的泄放通道重新回流入所述门盖11的内侧，形成第三级密封。

本发明所述动态密封结构有三级密封环节。第一级密封是通过安装在密封前端的挡油环5对润滑油进行第一重的物理阻隔，并借助曲轴2的角速度动能将滑油甩脱出密封区域。第二级密封是通过缝隙密封原理，在挡油环5与上门盖环10和下门盖环3之间设置形成狭窄间隙h1，润滑油由于其粘性附着在挡油环5及上门盖环10和下门盖环3的侧面上，在狭窄间隙h1前后形成压差流动及剪切流动，从而能够将大部分的润滑油阻挡在柴油机内部。第三级密封是通过上门盖环10和下门盖环3的内环面上的导油槽32及导油槽32内安装的密封弹簧8，对进入径向间隙h2内的润滑油形成摩擦阻力效应及通过导油槽32对润滑油形成节流效应，润滑油在导油槽32内首次降低流速释放能量，在密封弹簧8形成的阻尼作用下再次释放流速及能量，这样润滑油进入导油槽32后，经泄放回路重新进入主机内部。

,以上是本发明的一个最佳的实施例，并不能以此来限制本发明的保护范围。本发明的保护范围还包括其它的对于本领域技术人员来讲是显而易见的变换和替代。

本发明中三级密封式结构的优点是，避免了紧密配合中需要使用橡胶材质密封圈，导致频繁更换密封圈的问题，或者使用合金材质的密封来避免曲轴的磨损，降低了制造成本及后期隐患；其次，各个密封部件之间有间隙，因而相对摩擦少，有磨损也可利用进入的润滑油进行润滑，由于密封件与曲轴无接触，所以密封部件的材质要求不高，故制造成本也低，同时密封件基本无磨损，所以使用时间长、维保简单及维保周期相对延长，产品寿命周期内成本比较低。从这几方面考量，所述动态密封结构具有制造成本低、安装方便、维护简单、使用寿命长等优点。

Claims (6)

1.一种运动轴的动态密封结构，设置于门盖与穿过该门盖的运动轴之间，其特征在于：所述的动态密封结构为三级式密封结构，包括挡油环、上门盖环、下门盖环、密封弹簧和泄放块；

所述挡油环由两件半圆环对接而成，紧固于所述运动轴靠内侧的外周面上且与该运动轴一同旋转；

所述上门盖环和下门盖环固定嵌置于所述门盖上形成一整体圆环且位于所述挡油环的外侧，该挡油环与所述上门盖环和下门盖环相对的侧面之间留有一狭窄间隙，所述上门盖环和下门盖环的内环面与所述运动轴的外周面之间形成径向间隙，该内环面上设置有环形的导油槽；

所述密封弹簧环形地箍紧在所述运动轴的外周面上且容纳于所述导油槽内，该密封弹簧与所述运动轴一同旋转；

所述泄放块固定地设置于所述下门盖环的最下侧与所述门盖之间，该下门盖环的下部设有连通所述导油槽的导油孔，所述泄放块的内部设有内泄放孔和上端与该导油孔连通的外泄放孔，该外泄放孔下端的开口位于所述门盖的外侧且连接有螺塞，所述内泄放孔一端连通所述外泄放孔，另一端连通所述门盖的内侧；

所述挡油环借助所述运动轴的旋转将润滑油阻挡并甩回所述门盖的内侧，形成第一级密封；所述挡油环与所述上门盖环和下门盖环之间的狭窄间隙依靠润滑油的粘性将润滑油阻挡在所述门盖的内侧，形成第二级密封；所述密封弹簧对进入所述导油槽的润滑油形成阻尼作用，使润滑油通过所述泄放块重新回流入所述门盖的内侧，形成第三级密封。

2.根据权利要求1所述的运动轴的动态密封结构，其特征在于：两件所述的半圆环形状对称且通过螺栓连接。

3.根据权利要求1所述的运动轴的动态密封结构，其特征在于：所述的上门盖环和下门盖环的内侧面上设置有侧向开口的环形槽，所述挡油环的外周设有带有斜角的导油部，该导油部伸入所述环形槽。

4.根据权利要求3所述的运动轴的动态密封结构，其特征在于：所述的导油部的斜角为15°。

5.根据权利要求1所述的运动轴的动态密封结构，其特征在于：所述的外泄放孔的下端设有旋接所述螺塞的内螺纹。

6.根据权利要求1所述的运动轴的动态密封结构，其特征在于：所述的导油孔、内泄放孔和外泄放孔的数量分别为3个。