旋转密封件制造技术

一种用于沿着旋转机械部件和非旋转机械部件之间的不可压缩流体路径使用的旋转接头，包括非旋转密封载体，该非旋转密封载体包括非旋转密封件，该非旋转密封件与非旋转密封载体一起限定内侧的净液压表面和外侧的净气动表面。处于压力下的不可压缩流体与净液压表面的接触产生闭合力，并且处于压力下的可压缩流体与净气动表面的接触产生打开力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】旋转密封件相关申请的交叉引用本申请要求在2018年8月31日提交的主题名称为“旋转接头”的第62/725,766号临时美国专利申请的优先权。
技术介绍
在机床中，主轴可以被描述为包括旋转轴或转轴的装置，该旋转轴或转轴通常承载切削或其它工具。根据机器的类型，主轴可由各种类型的动力驱动以使轴或轴杆旋转，所述动力例如电动机、液压或气动马达等。在使用气动动力来驱动轴的应用中，轴可以包括连接到轴并且封装在心轴的壳体内的涡轮机叶片，该心轴具有滚动的或其它形状，其迫使以高压提供的空气经过叶片以使轴旋转。在典型的操作条件下，供应加压空气，例如90psi，并使轴以高速旋转，例如65,000RPM。在用于形成部件的机器中，例如CNC机器，所谓的空气涡轮轴是已知的。虽然空气涡轮轴在提供可执行机械加工操作的高速轴方面是有用的，但其高速操作可在轴工具与工件之间产生热量，这通常通过提供冷却剂的外部流来解决，所述外部流既冷却工件又移除碎屑。然而，冷却剂流到工件的区域上的定位不总是最佳的，或甚至是不可能的，尤其是当机械加工工件的窄腔内的区域时。
技术实现思路
在一个方面，本专利技术描述了一种旋转接头，该旋转接头沿着旋转机械部件和非旋转机械部件之间的不可压缩流体路径设置。旋转接头包括安装套筒，该安装套筒设置在形成于非旋转机械部件中的孔中。安装套筒形成滑动孔，非旋转密封载体可滑动地且密封地设置在该滑动孔中。该非旋转密封载体包括非旋转密封元件，该非旋转密封元件与非旋转密封载体一起限定内侧的净液压表面和外侧的净气动表面。旋转密封元件设置在旋转机械部件上。非旋转密封载体可在延伸位置和缩回位置之间沿轴向移动，在延伸位置，旋转和非旋转密封元件接触以形成机械面密封，在缩回位置，旋转密封元件和非旋转密封元件分离以沿轴向方向形成间隙。在操作期间，处于压力下的不可压缩流体与净液压表面的接触在闭合方向上产生趋于将非旋转密封载体从缩回位置朝向延伸位置推动的闭合力。此外，在操作期间，处于压力下的可压缩流体与净气动表面的接触产生在打开方向上的打开力，该打开力趋于将非旋转密封载体从延伸位置推向缩回位置。在另一方面，本专利技术描述了一种用于操作旋转式接头的方法。该方法包括提供可滑动地且可密封地设置在滑动孔内的非旋转密封载体，该非旋转密封载体包括非旋转密封元件；在非旋转密封元件和非旋转密封载体的内侧限定净液压表面；在非旋转密封元件和非旋转密封载体的外侧限定净气动表面；提供设置在旋转机械部件上的旋转密封元件；以及使非旋转密封载体在轴向方向上在延伸位置和缩回位置之间移动，在延伸位置，旋转密封元件和非旋转密封元件接触以形成机械面密封，在缩回位置，旋转密封元件和非旋转密封元件分离以沿轴向方向形成间隙。在一个实施例中，通过提供与净液压表面接触的不可压缩流体以在闭合方向上产生闭合力，从而完成从缩回位置到延伸位置的移动，并且通过提供与净气动表面接触的可压缩流体以在打开方向上产生打开力，从而完成从延伸位置到缩回位置的移动。在又一方面，本专利技术描述了一种旋转接头，该旋转接头沿着旋转机械部件和非旋转机械部件之间的不可压缩流体路径设置。旋转接头包括设置在形成于非旋转机械部件中的孔中的安装套筒，安装套筒形成滑动孔，可滑动且可密封地设置在滑动孔中的非旋转密封载体，非旋转密封载体包括非旋转密封元件，其中非旋转密封元件和非旋转密封载体在内侧限定净液压表面，在外侧限定净气动表面，设置在旋转机械部件上的旋转密封元件，以及设置在安装套筒和非旋转密封载体之间的弹簧，弹簧将弹簧力提供到非旋转密封载体上。非旋转密封载体在操作期间可在延伸位置和缩回位置之间沿轴向方向移动，在延伸位置，旋转和非旋转密封元件接触以形成机械面密封，在缩回位置，旋转密封元件和非旋转密封元件分离以沿轴向方向形成间隙。处于压力下的不可压缩流体与净液压表面和弹簧的接触在闭合方向上产生闭合液压力和弹簧力，该闭合液压力和弹簧力趋于将非旋转密封载体从缩回位置朝向延伸位置推动，并且处于压力下的可压缩流体与净气动表面的接触在打开方向上产生打开力，打开力趋于将非旋转密封载体从延伸位置朝向缩回位置推动。附图说明图1是根据本专利技术的穿过空气心轴的截面图，示出了处于关闭位置的旋转密封件；以及图2是图1的空气心轴的剖视图，示出了处于打开位置的旋转密封件。图3和图4是根据本专利技术的在旋转主轴的不同操作条件下作用在密封环上的力的示意图。图5是穿过具有根据本专利技术的替代实施例的闭合弹簧的空气心轴的横截面图。具体实施方式本专利技术涉及一种用于延伸穿过空气心轴的冷却剂通道的旋转密封件。根据本专利技术的空气主轴有利地构造成允许流体冷却剂在机加工过程中通过主轴，从而可以实现冷却剂流的更可靠和精确的布置。给定主轴的轴的相对高的旋转速度，旋转密封件构造成当液体冷却剂通过轴提供时产生密封，并且当冷却剂流中断时在旋转密封件的密封环之间弹出或产生间隙，使得可避免由于干运行状态和/或密封环的加热而对密封件造成的损坏。众所周知，产生机械面密封的旋转密封件，通常称为“旋转接头”，当在没有冷却和/或润滑介质的情况下以高速运行时，易于加热，并且可能损坏。在本文所述的结构中，当由于冷却剂流动或更一般地由于不可压缩流体流通过接头而在接头内存在液压时，旋转式接头的气动表面和液压表面操作以促使密封环彼此接触。接触的密封件形成机械面密封，其允许冷却剂从非旋转机器部分密封流动到主轴的旋转轴中。当轴仍然旋转时，例如在操作之间和/或当轴的旋转减慢时，当冷却剂流中断时，从外部施加到心轴内的旋转接头的气动压力产生趋于将密封环推离彼此的力，这在环之间产生空气间隙，其有效地避免密封环的干运转状况。在一个实施例中，根据本专利技术的密封装置被构造成当加压冷却剂存在于冷却剂通道中时保持两个密封环彼此接触。存在于冷却剂通道中的加压冷却剂将净液压力施加到可滑动的非旋转密封载体和密封元件或环上，以在闭合方向上(即，朝向旋转密封环)推动非旋转密封载体。该净液压力大于由在外部沿相反(打开)方向作用在密封件支座上的加压空气所施加的净气压力。当冷却剂流动中断时，液压力消失并且密封环分离以产生空气间隙以形成在两个密封环之间，使得由于干运转而避免了由于密封环之间的摩擦引起的过度加热。密封件支座被气动力推动而移动，该气动力不再被液压力克服。当密封环分离时，空气进入冷却剂通道并清除可能残留在其中的任何冷却剂。图1和2示出了在两个操作位置的穿过根据本专利技术的空气心轴100的一部分的横截面。在图1的图示中，旋转接头102被示出为处于关闭或密封位置，并且在图2的图示中，旋转接头102被示出为处于弹出或打开位置。空气主轴100可以是在计算机数字控制(CNC)机器中操作的空气主轴，该CNC机器提供加压空气源以给轴提供动力，并且还提供液体冷却剂源，以用于冷却和清洁连接到轴的工具(未示出)在操作期间从工件(未示出)切削材料的区域。空气主轴100包括旋转部分和非旋转部分或机械部件。具体地，非旋转机械部件104可滑动地且可密封地容纳非旋转密封载体106。非旋转密封载体106包括附接或以其它方式形成在其上的非旋本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种旋转接头，所述旋转接头沿旋转机械部件和非旋转机械部件之间的不可压缩流体路径设置，包括：/n安装套筒，所述安装套筒设置在形成于所述非旋转机械部件中的孔中，所述安装套筒形成滑动孔；/n非旋转密封载体，所述非旋转密封载体可滑动地且密封地设置在所述滑动孔中，所述非旋转密封载体包括非旋转密封元件，其中所述非旋转密封元件和所述非旋转密封载体限定出内侧的净液压表面和外侧的净气动表面；/n旋转密封元件，所述旋转密封元件设置在所述旋转机械部件上；/n其中，所述非旋转密封载体能够沿轴向方向在延伸位置和缩回位置之间移动，在所述延伸位置，所述旋转密封元件和所述非旋转密封元件接触以形成机械面密封，在所述缩回位置，所述旋转密封元件和所述非旋转密封元件分离以沿所述轴向方向形成间隙；以及/n其中，在操作期间，处于压力下的不可压缩流体与所述净液压表面的接触产生沿闭合方向的闭合力，所述闭合力趋于将所述非旋转密封载体从所述缩回位置朝向所述延伸位置推动；以及/n其中，在操作期间，处于压力下的可压缩流体与所述净气动表面的接触产生沿打开方向的打开力，所述打开力趋于将所述非旋转密封载体从所述延伸位置朝向所述缩回位置推动。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180831 US 62/725,7661.一种旋转接头，所述旋转接头沿旋转机械部件和非旋转机械部件之间的不可压缩流体路径设置，包括：
安装套筒，所述安装套筒设置在形成于所述非旋转机械部件中的孔中，所述安装套筒形成滑动孔；
非旋转密封载体，所述非旋转密封载体可滑动地且密封地设置在所述滑动孔中，所述非旋转密封载体包括非旋转密封元件，其中所述非旋转密封元件和所述非旋转密封载体限定出内侧的净液压表面和外侧的净气动表面；
旋转密封元件，所述旋转密封元件设置在所述旋转机械部件上；
其中，所述非旋转密封载体能够沿轴向方向在延伸位置和缩回位置之间移动，在所述延伸位置，所述旋转密封元件和所述非旋转密封元件接触以形成机械面密封，在所述缩回位置，所述旋转密封元件和所述非旋转密封元件分离以沿所述轴向方向形成间隙；以及
其中，在操作期间，处于压力下的不可压缩流体与所述净液压表面的接触产生沿闭合方向的闭合力，所述闭合力趋于将所述非旋转密封载体从所述缩回位置朝向所述延伸位置推动；以及
其中，在操作期间，处于压力下的可压缩流体与所述净气动表面的接触产生沿打开方向的打开力，所述打开力趋于将所述非旋转密封载体从所述延伸位置朝向所述缩回位置推动。


2.根据权利要求1所述的旋转接头，所述旋转接头还包括设置在所述安装套筒和所述非旋转密封载体之间的弹簧，所述弹簧设置成在所述闭合方向上提供弹簧力。


3.根据权利要求2所述的旋转接头，其中，当沿所述闭合方向存在的总闭合力大于沿所述打开方向存在的总打开力时，形成所述机械面密封。


4.根据权利要求3所述的旋转接头，其中，所述总闭合力包括所述弹簧力和由作用在所述净液压表面上的所述不可压缩流体产生的所述闭合力。


5.根据权利要求3所述的旋转接头，其中，所述总闭合力主要由所述弹簧闭合力提供，所述弹簧闭合力大于由作用在所述净气动表面上的所述可压缩流体产生的所述打开力。


6.根据权利要求1所述的旋转接头，其中，当沿所述闭合方向存在的总闭合力大于沿所述打开方向存在的总打开力时，形成所述机械面密封。


7.根据权利要求6所述的旋转接头，其中，所述总闭合力主要由作用在所述净液压表面上的所述不可压缩流体提供。


8.根据权利要求6所述的旋转接头，其中，所述总打开力主要由作用在所述净气动表面上的所述可压缩流体提供。


9.根据权利要求1所述的旋转接头，其中，所述可压缩流体是空气，并且其中，所述不可压缩流体是冷却剂。


10.一种用于操作旋转接头的方法，包括：
提供可滑动地且密封地设置在滑动孔内的非旋转密封载体，所述非旋转密封载体包括非旋转密封元件；
在所述非旋转密封元件和所述非旋转密封载体的内侧上限定净液压表面；
在所述非旋转密封元件和所述非旋转密封载体的外侧上限定净气动表面；
提供设置在旋转机械部件上的旋转密封元件；以及
使所述非旋转密封载体沿轴向方向在延伸位置与缩回位置之间移动，在所述延伸位置，所述旋转密封元件与所述非旋转密封元件接触以形成机械面密封，在所述缩回位置，所述旋...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·弗瑞德，L·达尔克，
申请(专利权)人：杜博林公司有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US