CN109945812B - 一种转轴更换机构及橡塑轴封的密封区域接触宽度监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种转轴更换机构及橡塑轴封的密封区域接触宽度监测方法，属于橡塑旋转密封领域。转轴更换机构包括：透明导轴、连接轴、夹紧块、紧固螺钉和内窥镜；一种橡塑轴封的密封区域接触宽度监测方法，具体步骤如下：检测时，停止试验台和电机运转，松开紧固螺钉，拆卸金属导轴及连接轴的配合体；将金属导轴更换为透明导轴，将透明导轴和连接轴配合体安装到电机转轴；测量并调节转轴的偏心度；将内窥镜安装在透明导轴的中空管道内部；启动试验台和电机进行数据采集并计算接触宽度。本发明采用透明导轴更换机构，可实时调节转轴的偏心度，同时，接触宽度的测量采用不接触式在线监测，更加真实的拟合橡塑轴封的实际工况条件。

Description

一种转轴更换机构及橡塑轴封的密封区域接触宽度监测方法

技术领域

本发明涉及橡塑旋转密封领域，具体涉及一种转轴更换的机构，在需要监测密封区域接触宽度时，将金属工作轴更换为透明轴，再利用内窥镜监测接触宽度的变化。

背景技术

橡塑轴封作为一种常见的密封件，被广泛应用于工程机械的变速箱、驱动桥等部件中。主要由金属骨架、紧固弹簧和密封唇口三部分组成。其密封机理是利用唇口在空气侧和油侧的夹角不同，并在过盈力的作用下产生泵汲效应，阻止油液的泄漏。由于橡塑轴封与转轴之间的过盈配合，轴封的唇口必然会产生形变，使得唇口与转轴之间的密封区域存在一定量的接触宽度，通常在0.15～0.5mm之间。正是接触宽度的存在，使得油液在密封区域形成了一层稳定的润滑油膜，膜厚通常在0.5～1.5um，在保证轴封***漏的前提下，减小了唇口与转轴之间的摩擦。接触宽度若是过大，润滑油膜的面积越大，厚度变小，轴封的密封性能会变好，但是唇口的磨损会变得更加剧烈；接触宽度若是过小，润滑油膜的面积越小，厚度变高，轴封的润滑特性更好，但是密封性能相对会变得更差。随着密封件的老化磨损，唇口的接触宽度会逐渐减小，因此，在对橡塑轴封进行性能退化的试验中，对密封区域的接触宽度进行监测十分有必要。

对于橡塑轴封密封区域的接触宽度测量，目前仍未有较成熟的试验监测方案，需要考虑的复杂因素有如下：(1)接触宽度的数量级很小；(2)橡塑轴封本身的尺寸不大，导致试检测区域的空间也不大；(3)在监测过程中不能破坏橡塑轴封的试验环境。

发明内容

在橡塑轴封的性能研究中，密封区域的接触宽度将直接影响润滑油膜的面积和厚度，继而进一步影响轴封的密封特性和使用寿命。考虑到监测时存在的复杂因素，目前尚未有较成熟的试验监测方案。本发明为了测量接触宽度，提出了一种转轴更换机构以及相应的监测方法。

本发明提供的一种转轴更换机构，用于橡塑轴封的密封区域接触宽度监测，是将金属轴替换为透明轴，具体地，所述机构包括透明导轴、连接轴、夹紧块、紧固螺钉和内窥镜。

所述的透明导轴，一端以螺纹连接方式与连接轴固定连接，另一端设置一段中空管道，中空管道的长度覆盖至管道外侧橡塑轴封与透明导轴的接触区域；中空管道内安装固定内窥镜的探头，探头正对所述的接触区域。

所述的连接轴，左端通过螺纹连接透明导轴，右端通过与夹紧块配合固定连接电机转轴或扭矩传感器转轴；连接轴的中部设计有一凸出的圆台，圆台上开有螺纹孔用于配合紧固螺钉；连接轴的右端设计为内侧圆柱形、外侧圆锥形的端口；连接轴通过外侧圆锥端面与夹紧块过盈配合，通过内侧圆柱端面与电机转轴或扭矩传感器转轴过盈连接。

所述的夹紧块，开有中心孔，用于通入电机转轴或扭矩传感器转轴，夹紧块的圆台上均布开有螺纹孔，与连接轴圆台上开有的螺纹孔相对应，用于配合紧固螺钉。

所述的紧固螺钉用于固定夹紧块和连接轴，通过紧固螺钉调节透明导轴的偏心度。

一种基于所述的转轴更换机构的橡塑轴封的密封区域接触宽度监测方法，包括如下步骤：

步骤一：在橡塑轴封性能退化试验中，采用金属导轴进行试验；利用所述的连接轴和夹紧块，让金属导轴和电机转轴或扭矩传感器转轴相配合；在需要对接触宽度进行监测时，停止试验台和电机运转；

步骤二：松开紧固螺钉，将金属导轴及连接轴的配合体卸下；

步骤三：拆卸金属导轴和连接轴的螺纹连接配合体，将金属导轴更换为透明导轴，将透明导轴与连接轴通过螺纹配合连接；

步骤四：将透明导轴与连接轴的配合体安装到电机转轴或扭矩传感器转轴上；

步骤五：利用同心度测量仪来测量转轴的偏心度，通过四个方向的紧固螺钉调节偏心度；

步骤六：将内窥镜的探头安装在透明导轴的中空管道内部，使探头所正对着的管道外侧为橡塑轴封与转轴的接触区域；

步骤七：启动试验台和电机；

步骤八：进行数据采集；设置采样频率，在设置的时间段内获取多组接触区域的图像，将图像上传至工控机中，工控机根据内窥镜的放大比例换算出真实的接触宽度。

本发明的优点与积极效果在于：本发明通过简单的透明导轴更换机构，实现了橡塑轴封密封区域的接触宽度测量。在测量过程中，针对接触宽度小的问题，采用了内窥镜图像放大的方法解决；针对检测区域小的问题，采用了透明导轴设计，利用探头从内部来对接触宽度进行测量；针对破坏工况的问题，采用了新型的导轴更换机构，可实时调节转轴的偏心度，同时，整个接触宽度的测量采用不接触式在线监测的方法，更加真实的拟合橡塑轴封的实际工况条件。

附图说明

图1是本发明的转轴更换机构侧视图；

图2是本发明的透明导轴及内窥镜探头安装位置示意图；

图3是本发明的橡塑轴封与透明导轴接触区域位置示意图；

图4是本发明的更换机构中连接轴的侧视图；

图5是本发明的夹紧块侧视图；

图6是本发明的透明导轴更换机构的剖视图；

图7是本发明的橡塑轴封的密封区域接触宽度监测方法流程图。

图中：

1-透明导轴、2-连接轴、3-夹紧块、4-紧固螺钉、5-内窥镜、6-管螺纹、7-透明轴中空管道、8-接触区域、9-橡塑轴封、10-外螺纹、11-连接轴的紧固螺钉螺纹孔、12-外侧圆锥端面、13-内侧圆柱端面、14-细槽口、15-夹紧块的紧固螺钉螺纹孔。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明的用于橡塑轴封的密封区域接触宽度的在线监测方法作进一步的详细说明。

本发明提供了一种转轴更换机构，采用不接触测量的方法，将金属导轴替换为透明导轴，在透明导轴内安装内窥镜的探头，对密封区域的接触宽度进行在线监测，选取一定的采样频率得到多组接触宽度值。

首先说明本发明的橡塑轴封的密封区域接触宽度监测方法的具体实施需要依靠的透明轴更换机构。由于橡塑轴封在试验过程中对透明导轴的偏心度要求极高，这里不采用联轴器的方法更换导轴，本发明设计了一种可在线调节转轴偏心度的透明轴更换机构，如图1所示，所提供的转轴更换机构包括：透明导轴1、连接轴2、夹紧块3、紧固螺钉4和内窥镜5。

透明导轴1采用无色透明有机玻璃制造，透光率达到92％。透明导轴1按照待替换的金属导轴的尺寸设计。透明导轴1与连接轴2之间通过螺纹连接，如图2所示，透明导轴1整体为实心设计，其中在透明导轴1与连接轴2连接的一端为管螺纹6设计，透明导轴1的另一端设置一段中空管道7。在中空管道7安装并固定内窥镜探头，内窥镜5的探头线从透明导轴1一端的底部伸出，探头方向正对着透明导轴1与密封圈的接触区域8。如图3所示，中空管道7的长度需要覆盖至管道外侧橡塑轴封9与透明导轴1的接触区域8。透明导轴1的外部尺寸设计依据为试验件橡塑轴封9的尺寸，表面粗糙度加工程度根据橡塑轴封9的需求而定。

如图4所示，为本发明的更换机构中连接轴，连接轴2用于连接透明导轴1和电机转轴或扭矩传感器转轴。连接轴2的一端为外螺纹10设计，以与透明导轴1的管螺纹6配合；连接轴2的另一端和夹紧块3配合与电机转轴或扭矩传感器转轴连接。连接轴2的中部设计为一凸出的圆台，圆台上开有紧固螺钉螺纹孔11，用于配合紧固螺钉4。考虑到橡塑轴封9试验中需要考虑透明导轴1的偏心调节问题，连接轴2与电机转轴或扭矩传感器转轴连接的一端采用内侧圆柱形、外侧圆锥形的端口，如图4所示，连接轴2与电机转轴连接的一端的外侧圆锥端面12与夹紧块3过盈配合，内侧圆柱端面13与电机转轴(或扭矩传感器转轴)过盈连接。

连接轴2与电机转轴(或扭矩传感器转轴)之间的连接采用内侧圆柱端面13过盈连接，此时连接轴2为包容件，电机转轴(或扭矩传感器转轴)为被包容件。在连接轴2与电机转轴(或扭矩传感器转轴)连接的一端的端口处还开两道对称的细槽口14，细槽口14的宽度在0.5～2mm，深度为端口深度的四分之三比例，此处的端口深度是指与电机转轴连接的一端的内侧圆柱形、外侧圆锥形的端口长度。利用夹紧块3的夹紧过程来调节过盈大小，使连接轴2与电机转轴(或扭矩传感器转轴)牢牢固定。

如图5所示，夹紧块3用于加紧连接轴2与电机转轴(或扭矩传感器转轴)，夹紧块3的中心孔通入电机转轴(或扭矩传感器转轴)，夹紧块3的圆台上均布开有紧固螺钉螺纹孔15。夹紧块3的圆台与连接轴2的圆台的端面尺寸相同，所开的紧固螺钉螺纹孔15与连接轴的紧固螺钉螺纹孔11相对应。连接轴2与夹紧块3之间的连接采用圆锥过盈连接，此时夹紧块3为包容件，连接轴2为被包容件。在连接轴2和夹紧块3的连接方向安装四个紧固螺钉4，紧固螺钉4一方面用来固定夹紧块3和连接轴2，另一方面可以微调透明导轴1的偏心度。

如图6所示，为本发明提供的转轴更换机构的整体连接剖视图，透明导轴1一端与连接轴2一端以螺纹连接方式固定，连接轴2的另一端与电机转轴(或扭矩传感器转轴)连接，并通过夹紧块3紧固。

内窥镜的探头利用胶水固定在透明导轴1的中空管道7内，同时将测量得到的图像信息传到工控机中，即工业控制计算机。工控机在图像处理中，利用尺度比例换算得到真实的密封区域接触宽度。本发明是选取一定的采样频率，在一段时间内获得多组接触宽度数据并取平均处理。

在橡塑轴封性能退化试验中，考虑到实际工况，采用金属导轴进行试验，利用图4的连接轴2和图5的夹紧块3，让金属导轴和电机转轴(或扭矩传感器转轴)相配合。在需要对接触宽度进行监测时，先停止试验台和电机的运转，再进行金属导轴的更换，之后进行内窥镜探头的定位安装，最后开启试验台和电机，进行接触宽度的测量，本发明提供的一种橡塑轴封的密封区域接触宽度监测方法，如图7所示，具体步骤如下：

步骤一：停止试验台和电机运转。在更换转轴过程中需要停止试验台和电机的运转，保证操作的安全性。

步骤二：拆卸连接轴2。通过松开图1中的四个紧固螺钉4，将金属导轴及其连接轴卸下。四个紧固螺钉4逐渐松开，避免单个螺钉拧下后产生的不对称受力对整个机构产生破坏。

这里需要特意说明一点，此处拆卸过程不采用在金属导轴和连接轴2的螺纹连接处直接拧下金属导轴的方法，原因有以下几点：(1)金属导轴处的螺纹连接考虑到牢固性，在扭动过程中产生的扭矩很大，远远超过扭矩传感器的量程，直接拧下将破坏扭矩传感器精度。(2)金属导轴与透明导轴1的尺寸设定基本相同，但重新安装后仍可能存在偏心问题，必须对转轴的偏心度重新进行调节，此环节也必须松开四个紧固螺钉4。(3)由于金属导轴的尺寸较小，螺纹连接紧固，在试验台中需要采用钳子等外部工具在垂直两者连接方向的平面上操作，操作空间极不方便。

步骤三：更换导轴。在步骤二中拆下的金属导轴和连接轴2的螺纹连接配合体，通过钳子等外部工具将其分离，并将金属导轴更换为透明导轴1，重新将透明导轴1与连接轴2配合连接。

步骤四：将透明导轴1与连接轴2的配合体安装到电机转轴或扭矩传感器转轴。首先，将图5的夹紧块3通过紧固螺钉4配合在连接轴2的端口，此处紧固螺钉4成松弛状态，仅通过图4中连接轴2的外侧圆锥端面配合。形成如图1所示的转轴更换机构配合体。然后，将图1所示配合体，通过连接轴2的内侧圆柱端面，与电机转轴(或扭矩传感器转轴)相配合。最后依次拧紧紧固螺钉4。

步骤五：偏心度调节。利用同心度测量仪来测量转轴的偏心度，通过四个方向的紧固螺钉4微调，进行偏心度的调节。

步骤六：安置内窥镜。如图6所示，利用胶水将内窥镜的探头安装在透明导轴1的中空管道内部，使探头所正对着的管道外侧为橡塑轴封9与转轴的接触区域8。

步骤七：启动试验台和电机。使监测的环境尽可能拟合真实工况条件。

步骤八：数据采集。选取一定的采样频率，在一段时间内获取多组图像数据，将内窥镜获取得到的图像上传至工控机中，工控机根据内窥镜的放大比例换算出真实的接触宽度。

显然，所描述的实施例也仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种转轴更换机构，用于橡塑轴封的密封区域接触宽度监测，其特征在于，包括透明导轴、连接轴、夹紧块、紧固螺钉和内窥镜；

所述的透明导轴，一端以螺纹连接方式与连接轴固定连接，另一端设置一段中空管道，中空管道的长度覆盖至管道外侧橡塑轴封与透明导轴的接触区域；中空管道内安装固定内窥镜的探头，探头正对所述的接触区域；所述的透明导轴的外部尺寸按照待替换的金属导轴的尺寸设计；所述的透明导轴，与连接轴连接的一端设计为内螺纹结构；所述的连接轴，与透明导轴连接的一端设计为外螺纹结构；

所述的连接轴，左端通过螺纹连接透明导轴，右端通过与夹紧块配合固定连接电机转轴或扭矩传感器转轴；连接轴的中部设计有一凸出的圆台，圆台上开有螺纹孔用于配合紧固螺钉；连接轴的右端设计为内侧圆柱形、外侧圆锥形的端口；连接轴通过外侧圆锥端面与夹紧块过盈配合，通过内侧圆柱端面与电机转轴或扭矩传感器转轴过盈连接；所述的连接轴的右端，端口出处开两道对称的细槽口，用于夹紧块调节过盈大小；

所述的夹紧块，开有中心孔，用于通入电机转轴或扭矩传感器转轴，夹紧块的圆台上均布开有螺纹孔，与连接轴圆台上开有的螺纹孔相对应，用于配合紧固螺钉；

所述的紧固螺钉用于固定夹紧块和连接轴，通过紧固螺钉调节透明导轴的偏心度。

2.根据权利要求1所述的转轴更换机构，其特征在于，所述的细槽口，槽口宽度为0.5～2mm，槽口深度为右端端口深度的四分之三。

3.根据权利要求1所述的转轴更换机构，其特征在于，所述的透明导轴采用透光率达到92％无色透明有机玻璃制成，透明导轴整体为实心。

4.根据权利要求1或3所述的转轴更换机构，其特征在于，所述的透明导轴的表面粗糙度加工程度根据橡塑轴封的需求设定。

5.根据权利要求1所述的转轴更换机构，其特征在于，所述的内窥镜将测量得到的图像传到工控机，工控机对图像处理得到真实的密封区域接触宽度。

6.一种基于权利要求1所述的转轴更换机构的橡塑轴封的密封区域接触宽度监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：在橡塑轴封性能退化试验中，采用金属导轴进行试验；利用所述的连接轴和夹紧块，让金属导轴和电机转轴或扭矩传感器转轴相配合；在需要对接触宽度进行监测时，停止试验台和电机运转；

步骤二：松开紧固螺钉，将金属导轴及连接轴的配合体卸下；

步骤三：拆卸金属导轴和连接轴的螺纹连接配合体，将金属导轴更换为透明导轴，将透明导轴与连接轴通过螺纹配合连接；

步骤四：将透明导轴与连接轴的配合体安装到电机转轴或扭矩传感器转轴上；

步骤五：利用同心度测量仪来测量转轴的偏心度，通过四个方向的紧固螺钉调节偏心度；

步骤六：将内窥镜的探头安装在透明导轴的中空管道内部，使探头所正对着的管道外侧为橡塑轴封与转轴的接触区域；

步骤七：启动试验台和电机；

步骤八：进行数据采集；设置采样频率，在设置的时间段内获取多组接触区域的图像，将图像上传至工控机中，工控机根据内窥镜的放大比例换算出真实的接触宽度。

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