可承受复合力矩的密封转动轴

摘要

本发明公开了一种可承受复合力矩的密封轴结构，主要由O形圈、转动轴、隔离瓦组成。通过将转动轴分割成两段，一段专门负责承受轴上所有受力的承力段和一段只负责密封的密封段，承力段与密封段物理上完全分离互不干扰，因此保证了密封的可靠性。同时，在转动轴上设置两道密封圈，在两道密封圈之间设置有螺旋状的储油槽，保证其不断地析出润滑油，并在转动轴与轴的安装孔之间增加了采用具有自润滑功能且具有较强耐磨性的铜合金材料制造的隔离瓦，以降低转动轴转动时的摩擦力，以提高其转动时的传动效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种可承受复合力矩的密封转动轴，属于机械结构领域。

背景技术

在水下拖曳系统中，为了实现对水下拖体的空间位置和拖体姿态的控制，一般是通过调整拖体上翼板的攻角来实现的。翼板是通过翼板轴安装到水下拖体上的，同时，通过驱动机构来调整翼板轴的角度来调整翼板角度的。因此，在实际使用过程中翼板轴既需要承受翼板流体动力产生的弯矩，还要承受因翼板流体动力不在翼板轴上造成的扭矩，同时，还必须具有密封能力以保证水下拖体内部不漏水。目前，该种类型轴的密封方式主要就是采用各种形式的密封圈，该种形式的密封方式存在以下缺点：

1.转动时传动效率不高：各种形式的密封圈直接安装在轴上或者孔内，密封圈直接与轴和孔接触，同时为了保证密封，密封圈存在一定的变形，这样就导致了转动时会产生较大的摩擦力，导致传动效率下降。

2.密封不可靠：轴既要承受因转动产生的扭矩，还要承受翼板流体动力产生的弯矩。同时，为了保证轴在孔内能灵活转动，轴与孔之间采用间隙配合，即轴与孔之间存在一定的间隙。当一定的弯矩作用在轴上时，轴上受压的部位间隙减小，受拉的部位间隙增大，这样就造成了密封圈挤压的不均匀，导致了密封的可靠性不高。

3.使用范围较窄：现在的密封转动轴方式一般只能应用在承受扭矩和轴向力的场合，尚未在承受弯矩的场合大量使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种可承受复合力矩的密封转动轴，使密封转动轴的传动效率、密封可靠性极大提高，并且能承受弯矩。

一种可承受复合力矩的密封转动轴，包括转动轴、轴套、隔离瓦和O形圈；其中：转动轴轴肩以下分为两段，轴肩下为承力段，承力段以下是密封段，密封段外圆上有两道O形圈沟槽，两道O形圈沟槽之间的外圆上有螺旋状的储油槽，承力段的外圆大于密封段，两段交汇处为锥面过渡；隔离瓦内孔与转动轴轴肩以下部分外形一致，隔离瓦内孔与转动轴对应有隔离瓦承力段和隔离瓦密封段，隔离瓦与轴套端面的接触面上有一道环形密封沟槽；隔离瓦的环形密封沟槽内装入O形圈后固定安装在轴套内，隔离瓦与轴套之间通过O形圈组成密封面，转动轴的两道O形圈沟槽内分别安装上O形圈，转动轴的储油槽内灌注润滑油后装入隔离瓦中。

隔离瓦采用具有自润滑功能且具有较强耐磨性的铜合金材料制造，其端面上设置有O形圈沟槽，采用螺钉连接后，其与轴套之间就形成了O形圈轴向密封面，保证了整个水下拖体的密封。同时，在隔离瓦的内孔上加工好隔离瓦密封段和隔离瓦承力段，隔离瓦密封段的内径比隔离瓦承力段稍小，隔离瓦承力段的尺寸根据转动轴的强度要求来定，密封段采用O形圈径向动密封方式，根据O形圈动密封的设计规范，一般采用11级孔公差，隔离瓦承力段的加工精度应优于隔离瓦密封段，一般采用7级孔公差，从而保证了其与转动轴之间形成7级间隙配合。转动轴采用强度较好的钢材料来制造，并对其进行热处理以提高其表面的硬度和耐磨性能，其主要分成三大部分：密封段、承力段、轴肩部分。密封段设置有两道密封沟槽，采用O形圈径向动密封方式，根据O形圈动密封的设计规范，一般采用11级轴公差，承力段的加工精度应优于密封段，一般采用7级轴公差，从而保证了其与隔离瓦之间形成7级间隙配合。同时，在两道密封沟槽之间设置有螺旋状的储油槽，用于储存润滑油，保证使用时能不停地析出润滑油。轴肩部件主要用于轴向定位，其大小根据实际需要来定。转动轴工作时，承力段来承担由作用力产生的弯矩，从而保证了密封段不受其影响，保证了O形圈压缩的均匀性，最终保证了密封性能的可靠性。扭矩和轴向力分别被转动轴本身和轴肩承担，对密封性能没有影响。储油槽内能不断地析出润滑油，从而降低了转动时的摩擦力，从而提高了转动时传动效率。

有益效果

1.提高转动时的传动效率，为了提高传动效率主要采取以下三种手段：避免密封圈与轴或者孔直接接触，而是在密封圈与轴或者孔之间添加一种具有自润滑功能的隔离瓦；设置两道密封圈，在两道密封圈之间设置有储油槽，保证轴在转动过程中储油槽能不断地析出润滑油；适当减小密封圈的变形量。

2.提高密封的可靠性，为了提高密封的可靠性主要采取了以下两种手段：设置两道密封圈；将轴上或孔内分割成两段，一段专门负责承受轴上所有受力的承力段和一段只负责密封的密封段，承力段与密封段物理上完全分离互不干扰，因此保证了密封的可靠性。

3由于采用了承力段与密封段物理上完全分离的方式，大大拓展了该结构的使用范围：不仅能承受扭矩、轴向力，还能承受弯矩。

附图说明

图1是本发明可承受复合力矩的密封转动轴的结构示意图；

图2是本发明可承受复合力矩的密封转动轴中转动轴2的结构示意图；

图3是本发明可承受复合力矩的密封转动轴中隔离瓦1的结构示意图；

其中：1-隔离瓦，2-转动轴，3-O形圈I，4-O形圈II，5-轴套，6-O形圈沟槽，7-密封段，8-承力段，9-储油槽，10-隔离瓦承力段，11-隔离瓦密封段。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明

如图1所示，隔离瓦1通过螺钉安装在轴套5内，其与轴套5之间通过O形圈I 3组成密封面，转动轴2上先安装上O形圈II4，并向储油槽内灌注好润滑油，然后将转动轴2装入隔离瓦1即可。

隔离瓦1采用具有自润滑功能且具有较强耐磨性的铜合金材料制造，其端面上设置有O形圈沟槽，采用螺钉连接后，其与轴套5之间就形成了O形圈轴向密封面，保证了整个水下拖体的密封。同时，在隔离瓦1的内孔上加工好隔离瓦密封段11和隔离瓦承力段10，密封段11的内径比承力段10稍小，隔离瓦承力段10的尺寸根据转动轴2的强度要求来定，隔离瓦密封段11采用O形圈径向动密封方式，根据O形圈动密封的设计规范，一般采用11级孔公差，隔离瓦承力段10的加工精度应优于隔离瓦密封段11，一般采用7级孔公差，从而保证了其与转动轴2之间形成7级间隙配合。转动轴2采用强度较好的钢材料来制造，并对其进行热处理以提高其表面的硬度和耐磨性能，其主要分成三大部分：密封段7、承力段8、轴肩部分。密封段7设置有两道密封沟槽，采用O形圈径向动密封方式，根据O形圈动密封的设计规范，一般采用11级轴公差，承力段8的加工精度应优于密封段7，一般采用7级轴公差，从而保证了其与隔离瓦1之间形成7级间隙配合。同时，在两道密封沟槽之间设置有螺旋状的储油槽9，用于储存润滑油，保证使用时能不停地析出润滑油。轴肩部件主要用于轴向定位，其大小根据实际需要来定。转动轴2工作时，承力段8来承担由作用力产生的弯矩，从而保证了密封段7不受其影响，保证了O形圈II4压缩的均匀性，最终保证了密封性能的可靠性。扭矩和轴向力分别被转动轴2本身和轴肩承担，对密封性能没有影响。储油槽9内能不断地析出润滑油，从而降低了转动时的摩擦力，从而提高了转动时传动效率。

本结构已经成功地应用在我单位纵向补给自动对接装置上，该对接装置的密封要求为0.3MPa，密封可靠性达到了为100％，传动效率达到90％以上。同时，该结构在某型号产品中也以成功应用，密封能力达到3MPa。