CN113236781B - 一种端面具有减摩散热结构的密封环及其加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种端面具有减摩散热结构的密封环及其加工方法，所述的密封环端面上，沿周向均匀分布若干个阶梯槽，在相邻两个阶梯槽之间设置径向通槽。本发明采用动静压槽和径向通槽复合结构，相比于单一结构，既具有利用动静压槽实现增加流体承载，减小固体直接接触的减摩功能，减少摩擦热和转动摩擦功率损耗。径向通槽通过密封介质的主动泄漏，在少量密封介质泄漏过程中，降低了和密封环端面接触的轴槽端面的温度，将摩擦热带走，具有很好的散热功能，间接降低了密封环温度，防止密封环持续温升带来的蠕变和热破坏等问题。本发明的减摩散热结构采用阶梯槽形式，避免了z轴定位精度带来的误差，同时减少了主轴热变形导致的加工精度误差。

Description

一种端面具有减摩散热结构的密封环及其加工方法
技术领域
本发明属于动密封技术领域，是一种应用于旋转轴和壳体轴孔间间隙密封的密封环，更具体说是一种应用在车辆液力传动***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和功率密集化方向发展，工况PV值不断提高，用于密封旋转轴和壳体轴孔间间隙的密封环容易出现严重磨损、热变形和大漏率等问题，引起密封性能下降、寿命降低甚至造成密封失效。
为了解决上述问题，需要通过设计和工艺手段降低密封面的摩擦热，合理散热，控制泄漏率。中国专利CN101070914、中国专利CN101865289A、中国专利CN101846143A、中国专利CN1364987、中国专利CN1415877、中国专利CN207740464U和中国专利CN105917151AD等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，但上述专利中采用的等深槽结构在大转速范围的减摩性能不如变深度楔形槽结构，而楔形槽结构加工精度不易保证，影响其减摩性能的实现。需要考虑工艺性约束的槽型结构类型才能充分发挥端面减摩功能结构的减摩作用。此外，单纯依靠端面减摩功能不足以完全解决密封环的热破坏问题，摩擦热的累积会导致高分子等温度敏感材料的蠕变，影响密封环性能稳定性，甚至导致密封失效。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明要提出一种既能控制密封环的服役温度又易于保证加工精度的端面具有减摩散热结构的密封环及其加工方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种端面具有减摩散热结构的密封环，所述的密封环安装于车辆传动装置的主轴和壳体之间，且密封环位于主轴的安装槽内，用于高压密封介质的轴向密封；
所述的密封环端面上，沿周向均匀分布若干个阶梯槽，其中一个阶梯槽的位置设置切口，在相邻两个阶梯槽之间设置径向通槽；所述的阶梯槽两端槽底的轴向深度小于中间槽底的轴向深度，阶梯槽中间槽底平面和两端槽底平面均平行于密封环端面，阶梯槽中间槽内侧面与密封环内圆柱面连通，阶梯槽外侧面与密封环外圆柱面之间的距离大于旋转轴与壳体轴孔之间径向间隙的两倍；
所述的阶梯槽和径向通槽构成减摩散热结构。
进一步地，所述的切口为搭接式切口。
进一步地，所述的阶梯槽关于径向中心线对称。
进一步地，所述的阶梯槽从槽的一端到径向中心线的槽底具有多个阶梯平面，阶梯平面的轴向深度从槽的一端到径向中心线梯次加深，即靠近槽端的槽底平面轴向深度最小，径向中心处的槽底平面轴向深度最大。
进一步地，所述的阶梯槽为环向槽，环向槽的圆心位于密封环的中心线上。
进一步地，所述的阶梯槽的最大深度小于密封环轴向厚度的1/3，阶梯槽的长度大于宽度的两倍以上；所述的径向通槽的宽度小于密封环径向宽度的1/3。
一种端面具有减摩散热结构的密封环的加工方法，包括以下步骤：
A、采用铣削工艺进行密封环端面减摩散热结构的加工，将内外圆直径为设计尺寸且轴向厚度大于设计厚度0.1mm的密封环毛坯固定到数控铣床工件台上，将端面铣为平面；
根据端面减摩散热结构不同位置的深度不同，由浅入深分步加工，每一步保持铣床z轴固定，加工完相同深度的所有结构，然后进给z轴到下一个深度值，直至加工完阶梯槽和径向通槽的最深部分结构。所述的z轴方向与密封环的中心轴线平行。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明采用动静压槽和径向通槽复合结构，相比于单一结构，既具有利用动静压槽实现增加流体承载，减小固体直接接触的减摩功能，减少摩擦热和转动摩擦功率损耗。但是单纯通过减摩还是不可避免的有摩擦热累积，会在高压和高速服役条件下造成高分子密封环材料的蠕变和热破坏，因此，需要有散热措施。径向通槽通过密封介质的主动泄漏，在少量密封介质泄漏过程中，降低了和密封环端面接触的轴槽端面的温度，将摩擦热带走，具有很好的散热功能，间接降低了密封环温度，防止密封环持续温升带来的蠕变和热破坏等问题。
2、密封环轴向阶梯槽中浅槽区域的动压效应对加工精度非常敏感，加工精度一致性差导致动压开启力不均匀，影响密封环正常工作。本发明中的减摩散热结构采用阶梯槽形式，相比于楔形槽，更容易实现高精度加工，采用按深度分步加工方法，在加工浅槽区域阶段，保持z轴固定，一步加工完成，避免了z轴定位精度带来的误差，同时减少了主轴热变形导致的加工精度误差。
附图说明
图1是本发明旋转密封环的主视图。
图2是图1中阶梯槽和径向通槽的剖视图。
图3是密封环装配位置示意图。
图中：1、阶梯槽，2、径向通槽，3、切口，4、密封环，5、主轴，6、壳体，7、安装槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步地描述。如图1-3所示，一种端面具有减摩散热结构的密封环，所述的密封环4安装于车辆传动装置的主轴5和壳体6之间，且密封环4位于主轴5的安装槽7内，用于高压密封介质的轴向密封；
所述的密封环4端面上，沿周向均匀分布若干个阶梯槽1，其中一个阶梯槽1的位置设置切口3，在相邻两个阶梯槽1之间设置径向通槽2；所述的阶梯槽1两端槽底的轴向深度小于中间槽底的轴向深度，阶梯槽1中间槽底平面和两端槽底平面均平行于密封环4端面，阶梯槽1中间槽内侧面与密封环4内圆柱面连通，阶梯槽1外侧面与密封环4外圆柱面之间的距离大于旋转轴与壳体6轴孔之间径向间隙的两倍；
所述的阶梯槽1和径向通槽2构成减摩散热结构。
进一步地，所述的切口3为搭接式切口3。
进一步地，所述的阶梯槽1关于径向中心线对称。
进一步地，所述的阶梯槽1从槽的一端到径向中心线的槽底具有多个阶梯平面，阶梯平面的轴向深度从槽的一端到径向中心线梯次加深，即靠近槽端的槽底平面轴向深度最小，径向中心处的槽底平面轴向深度最大。
进一步地，所述的阶梯槽1为环向槽，环向槽的圆心位于密封环4的中心线上。
进一步地，所述的阶梯槽1的最大深度小于密封环4轴向厚度的1/3，阶梯槽1的长度大于宽度的两倍以上；所述的径向通槽2的宽度小于密封环4径向宽度的1/3。
一种端面具有减摩散热结构的密封环的加工方法，包括以下步骤：
B、采用铣削工艺进行密封环4端面减摩散热结构的加工，将内外圆直径为设计尺寸且轴向厚度大于设计厚度0.1mm的密封环4毛坯固定到数控铣床工件台上，将端面铣为平面；
C、根据端面减摩散热结构不同位置的深度不同，由浅入深分步加工，每一步保持铣床z轴固定，加工完相同深度的所有结构，然后进给z轴到下一个深度值，直至加工完阶梯槽1和径向通槽2的最深部分结构；所述的z轴方向与密封环4的中心轴线平行。
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 (6)

1.一种端面具有减摩散热结构的密封环，所述的密封环（4）安装于车辆传动装置的主轴（5）和壳体（6）之间，且密封环（4）位于主轴（5）的安装槽（7）内，用于高压密封介质的轴向密封；
所述的密封环（4）端面上，沿周向均匀分布若干个阶梯槽（1），其中一个阶梯槽（1）的位置设置切口（3）；
其特征在于：在相邻两个阶梯槽（1）之间设置径向通槽（2）；所述的阶梯槽（1）两端槽底的轴向深度小于中间槽底的轴向深度，阶梯槽（1）中间槽底平面和两端槽底平面均平行于密封环（4）端面，阶梯槽（1）中间槽内侧面与密封环（4）内圆柱面连通，阶梯槽（1）外侧面与密封环（4）外圆柱面之间的距离大于旋转轴与壳体（6）轴孔之间径向间隙的两倍；
所述的阶梯槽（1）和径向通槽（2）构成减摩散热结构；
所述的阶梯槽（1）的最大深度小于密封环（4）轴向厚度的1/3，阶梯槽（1）的长度大于宽度的两倍以上；所述的径向通槽（2）的宽度小于密封环（4）径向宽度的1/3。
2.根据权利要求1所述的一种端面具有减摩散热结构的密封环，其特征在于：所述的切口（3）为搭接式切口（3）。
3.根据权利要求1所述的一种端面具有减摩散热结构的密封环，其特征在于：所述的阶梯槽（1）关于径向中心线对称。
4.根据权利要求3所述的一种端面具有减摩散热结构的密封环，其特征在于：所述的阶梯槽（1）从槽的一端到径向中心线的槽底具有多个阶梯平面，阶梯平面的轴向深度从槽的一端到径向中心线梯次加深，即靠近槽端的槽底平面轴向深度最小，径向中心处的槽底平面轴向深度最大。
5.根据权利要求1所述的一种端面具有减摩散热结构的密封环，其特征在于：所述的阶梯槽（1）为环向槽，环向槽的圆心位于密封环（4）的中心线上。
6.一种如权利要求1所述的端面具有减摩散热结构的密封环的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、采用铣削工艺进行密封环（4）端面减摩散热结构的加工，将内外圆直径为设计尺寸且轴向厚度大于设计厚度0.1mm的密封环（4）毛坯固定到数控铣床工件台上，将端面铣为平面；
B、根据端面减摩散热结构不同位置的深度不同，由浅入深分步加工，每一步保持铣床z轴固定，加工完相同深度的所有结构，然后进给z轴到下一个深度值，直至加工完阶梯槽（1）和径向通槽（2）的最深部分结构；所述的z轴方向与密封环（4）的中心轴线平行。
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