本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)接頭，尤其涉及一種可用于給旋轉(zhuǎn)設(shè)備或工作平臺(tái)輸送壓縮空氣、氧氣等無(wú)害氣體的非接觸式氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)接頭。

背景技術(shù)：

旋轉(zhuǎn)接頭是一種給旋轉(zhuǎn)設(shè)備輸送油、水、氣等介質(zhì)的關(guān)鍵部件，它將靜止管道內(nèi)流動(dòng)的介質(zhì)連接到運(yùn)動(dòng)部件內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)介質(zhì)傳輸由靜到動(dòng)的轉(zhuǎn)換。目前旋轉(zhuǎn)接頭大都采用接觸式密封設(shè)計(jì)，存在摩擦阻力大、壽命短以及容易產(chǎn)生密封件磨損顆粒進(jìn)而污染設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的問(wèn)題。

非接觸式間隙密封是利用流體靜壓或動(dòng)壓作用，在密封端面間充滿一層流體膜迫使密封端面彼此分離，而不存在硬性固相接觸的一種密封方式。目前部分國(guó)外公司的高端旋轉(zhuǎn)接頭產(chǎn)品采用了非接觸式密封設(shè)計(jì)，在轉(zhuǎn)子和定子之間的微小間隙內(nèi)形成流體膜，當(dāng)旋轉(zhuǎn)接頭工作時(shí)，利用流體動(dòng)壓承載原理，使得轉(zhuǎn)子和定子處于非接觸狀態(tài)，同時(shí)利用流體膜的流阻效應(yīng)對(duì)壓力介質(zhì)實(shí)施密封。

由于流體膜動(dòng)壓承載力與轉(zhuǎn)速密切相關(guān)，轉(zhuǎn)速越高承載力越大，但轉(zhuǎn)速為零時(shí)承載力也為零，因此采用動(dòng)壓承載原理的旋轉(zhuǎn)接頭在啟動(dòng)、停機(jī)和低速運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子和定子之間仍然存在接觸摩擦，為了防止劇烈的摩擦生熱甚至抱軸(轉(zhuǎn)子和定子咬合)，這就對(duì)材料性能、加工精度及其表面處理質(zhì)量等提出了很高的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問(wèn)題而提供一種工作轉(zhuǎn)速高、使用壽命長(zhǎng)的非接觸式氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)接頭。

本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的：

一種非接觸式氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)接頭，包括中心軸、前軸承、后軸承和外殼，所述外殼通過(guò)自身的中心通孔套裝于所述中心軸外，所述前軸承和所述后軸承分別安裝于所述中心軸的外周和所述外殼的內(nèi)壁之間的前段和后段，所述中心軸上靠近所述前軸承的一端伸出于所述外殼外且設(shè)有用于與外部設(shè)備連接的中心軸法蘭，所述非接觸式氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)接頭還包括浮動(dòng)環(huán)，所述浮動(dòng)環(huán)通過(guò)自身的中心通孔套裝于所述中心軸外且同時(shí)套裝于所述外殼的中心通孔內(nèi)，所述浮動(dòng)環(huán)的兩端分別位于所述前軸承的內(nèi)側(cè)和所述后軸承的內(nèi)側(cè)，所述浮動(dòng)環(huán)的前段外周和后段外周與所述外殼的內(nèi)壁之間分別設(shè)有“o”形密封圈，所述浮動(dòng)環(huán)的中段外表面內(nèi)凹形成浮動(dòng)環(huán)凹環(huán)；所述外殼的中段設(shè)有徑向穿通的外殼進(jìn)氣孔，所述外殼進(jìn)氣孔的外端用于與高壓氣源連接，所述外殼進(jìn)氣孔的內(nèi)端位于所述浮動(dòng)環(huán)凹環(huán)的區(qū)域內(nèi)，所述浮動(dòng)環(huán)的中段設(shè)有徑向穿通的浮動(dòng)環(huán)通氣孔，所述浮動(dòng)環(huán)的前段和后段的內(nèi)壁表面與所述中心軸的對(duì)應(yīng)外壁表面之間設(shè)有間隙，所述中心軸上與所述浮動(dòng)環(huán)凹環(huán)對(duì)應(yīng)的區(qū)域設(shè)有徑向穿通的中心軸進(jìn)氣孔，所述中心軸內(nèi)設(shè)有與所述中心軸進(jìn)氣孔相通的軸向的中心輸氣孔，所述中心輸氣孔的遠(yuǎn)離所述中心軸法蘭的一端封閉且靠近所述中心軸法蘭的一端開口。

上述結(jié)構(gòu)中，浮動(dòng)環(huán)是提供承載和密封能力的關(guān)鍵部件，通過(guò)氣流分配，使高壓氣體在浮動(dòng)環(huán)與中心軸之間形成氣膜，構(gòu)成非接觸式的連接結(jié)構(gòu)；另外，雖然在中心軸與外殼之間設(shè)有前軸承和后軸承，但這兩個(gè)軸承主要承受軸向載荷，徑向載荷較小，因?yàn)樵谠黾託飧〗Y(jié)構(gòu)后，外殼相當(dāng)于懸掛在中心軸上，前軸承和后軸承更多地起到徑向限位旋轉(zhuǎn)的作用。

為了實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的氣浮效果，所述浮動(dòng)環(huán)通氣孔包括位于所述浮動(dòng)環(huán)中段的中心位置的徑向的浮動(dòng)環(huán)進(jìn)氣孔和位于所述浮動(dòng)環(huán)中段的兩端位置的徑向的浮動(dòng)環(huán)節(jié)流孔，所述浮動(dòng)環(huán)中段的內(nèi)壁表面設(shè)有內(nèi)凹環(huán)形均壓槽且所述浮動(dòng)環(huán)進(jìn)氣孔位于所述內(nèi)凹環(huán)形均壓槽的區(qū)域內(nèi)，所述浮動(dòng)環(huán)節(jié)流孔由相互相通連接的大通孔和小通孔組成，所述大通孔位于所述小通孔的外側(cè)。徑向的浮動(dòng)環(huán)節(jié)流孔使得氣膜同時(shí)具有靜壓和動(dòng)壓效應(yīng)，提高了氣膜承載力，避免了旋轉(zhuǎn)接頭在靜止和低速運(yùn)行時(shí)中心軸和浮動(dòng)環(huán)接觸摩擦。

具體地，所述浮動(dòng)環(huán)進(jìn)氣孔為八個(gè)且圍繞所述浮動(dòng)環(huán)的中心軸線均勻分布；前后兩組所述浮動(dòng)環(huán)節(jié)流孔的數(shù)量均為12個(gè)，每一組的12個(gè)所述浮動(dòng)環(huán)節(jié)流孔圍繞所述浮動(dòng)環(huán)的中心軸線均勻分布。

進(jìn)一步，所述浮動(dòng)環(huán)的兩端分別設(shè)有多個(gè)繞所述浮動(dòng)環(huán)的中心軸線均勻分布的泄露孔，該泄露孔為半孔且位于靠近外周邊緣處。

具體地，所述中心軸進(jìn)氣孔為四個(gè)且圍繞所述中心軸的中心軸線均勻分布，所述中心軸的外壁表面中與所述浮動(dòng)環(huán)對(duì)應(yīng)的外壁表面為中心軸氣浮面，所述浮動(dòng)環(huán)的內(nèi)表面為浮動(dòng)環(huán)氣浮面。

優(yōu)選地，所述中心軸氣浮面與所述浮動(dòng)環(huán)的前段和后段的內(nèi)壁表面之間的間隙距離為1-100微米，優(yōu)選為10-50微米。

為了在必要時(shí)排泄氣體，所述外殼內(nèi)還設(shè)有與所述外殼進(jìn)氣孔相通的泄氣通道，所述泄氣通道的多個(gè)外端設(shè)于所述外殼表面且安裝有螺塞。

為了在必要時(shí)防止外殼旋轉(zhuǎn)，所述外殼上還設(shè)有多個(gè)對(duì)稱分布的用于安裝防轉(zhuǎn)桿的外殼螺紋孔。

為了實(shí)現(xiàn)更好的密封，所述前軸承的外側(cè)設(shè)有孔用擋圈，所述后軸承的外側(cè)設(shè)有軸用擋圈。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明從原理上既不同于傳統(tǒng)的接觸式密封旋轉(zhuǎn)接頭，也不同于現(xiàn)有的非接觸式密封旋轉(zhuǎn)接頭，采用了動(dòng)壓和靜壓混合式承載原理和非接觸式密封方式，通過(guò)設(shè)計(jì)氣浮結(jié)構(gòu)，將傳輸介質(zhì)從徑向和軸向引入密封間隙，并在中心軸和浮動(dòng)環(huán)之間形成氣膜，同時(shí)利用氣膜的靜壓和動(dòng)壓效應(yīng)，使得氣膜在不同轉(zhuǎn)速下均具有較高的承載力，避免了在整個(gè)工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的固相接觸摩擦，旋轉(zhuǎn)接頭的工作轉(zhuǎn)速和使用壽命顯著提高，而且整個(gè)結(jié)構(gòu)沒(méi)有摩擦磨損件，避免了密封件磨損顆粒污染和損壞設(shè)備。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明所述非接觸式氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)接頭的主視剖視圖；

圖2是圖1中的a-a剖視圖；

圖3是本發(fā)明所述非接觸式氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)接頭的中心軸的主視剖視圖；

圖4是圖3中的b-b剖視圖；

圖5是本發(fā)明所述非接觸式氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)接頭的浮動(dòng)環(huán)的主視剖視圖；

圖6是圖5中的c-c剖視圖；

圖7是圖6中的“e”的放大圖；

圖8是本發(fā)明所述非接觸式氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)接頭的浮動(dòng)環(huán)的側(cè)視圖；

圖9是圖5中的d-d剖視圖；

圖10是本發(fā)明所述非接觸式氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)接頭的外殼的主視剖視圖；

圖11是圖10中的f-f剖視圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明：

如圖1和圖2所示，本發(fā)明所述非接觸式氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)接頭包括中心軸1、前軸承3、后軸承6、外殼5和浮動(dòng)環(huán)4，前軸承3和后軸承6分別安裝于中心軸1的外周和外殼5的內(nèi)壁之間的前段和后段，浮動(dòng)環(huán)4通過(guò)自身的中心通孔套裝于中心軸1外，外殼5通過(guò)自身的中心通孔同時(shí)套裝于浮動(dòng)環(huán)4外和中心軸1外，浮動(dòng)環(huán)4的兩端分別位于前軸承3的內(nèi)側(cè)和后軸承6的內(nèi)側(cè)，浮動(dòng)環(huán)4的前段外周和后段外周與外殼5的內(nèi)壁之間分別設(shè)有“o”形密封圈9，前軸承3的外側(cè)設(shè)有孔用擋圈2，后軸承6的外側(cè)設(shè)有軸用擋圈7。

如圖5-圖9所示，浮動(dòng)環(huán)4的中段外表面內(nèi)凹形成浮動(dòng)環(huán)凹環(huán)(即浮動(dòng)環(huán)4中段外側(cè)表面的凹環(huán)，圖中未標(biāo)記)，浮動(dòng)環(huán)4的中段設(shè)有徑向穿通的浮動(dòng)環(huán)通氣孔，所述浮動(dòng)環(huán)通氣孔包括位于浮動(dòng)環(huán)4中段的中心位置的徑向的浮動(dòng)環(huán)進(jìn)氣孔42和位于浮動(dòng)環(huán)4中段的兩端位置的徑向的浮動(dòng)環(huán)節(jié)流孔41，浮動(dòng)環(huán)進(jìn)氣孔42為八個(gè)且圍繞浮動(dòng)環(huán)4的中心軸線均勻分布，前后兩組所浮動(dòng)環(huán)節(jié)流孔41的數(shù)量均為12個(gè)，每一組的12個(gè)浮動(dòng)環(huán)節(jié)流孔41圍繞浮動(dòng)環(huán)4的中心軸線均勻分布；浮動(dòng)環(huán)4中段的內(nèi)壁表面設(shè)有內(nèi)凹環(huán)形均壓槽43且浮動(dòng)環(huán)進(jìn)氣孔42位于內(nèi)凹環(huán)形均壓槽43的區(qū)域內(nèi)，浮動(dòng)環(huán)節(jié)流孔41由相互相通連接的大通孔411和小通孔412組成，大通孔411位于小通孔412的外側(cè)；浮動(dòng)環(huán)4的內(nèi)表面為浮動(dòng)環(huán)氣浮面44，浮動(dòng)環(huán)4的兩端分別設(shè)有多個(gè)繞浮動(dòng)環(huán)4的中心軸線均勻分布的泄露孔45，該泄露孔45為半孔且位于靠近外周邊緣處。

如圖1-圖4所示，中心軸1上靠近前軸承3的一端伸出于外殼5外且設(shè)有用于與外部設(shè)備連接的中心軸法蘭11，中心軸1上與所述浮動(dòng)環(huán)凹環(huán)對(duì)應(yīng)的區(qū)域設(shè)有四個(gè)徑向穿通的中心軸進(jìn)氣孔13，四個(gè)中心軸進(jìn)氣孔圍繞中心軸1的中心軸線均勻分布，中心軸1內(nèi)設(shè)有與中心軸進(jìn)氣孔13相通的軸向的中心輸氣孔12，中心輸氣孔12的遠(yuǎn)離中心軸法蘭11的一端封閉且靠近中心軸法蘭11的一端開口，中心軸1的外壁表面中與浮動(dòng)環(huán)4對(duì)應(yīng)的外壁表面為中心軸氣浮面14。

如圖1、圖2、圖10和圖11所示，外殼5的中段設(shè)有徑向穿通的外殼進(jìn)氣孔52，外殼進(jìn)氣孔52的外端用于與高壓氣源連接，外殼進(jìn)氣孔52的內(nèi)端位于所述浮動(dòng)環(huán)凹環(huán)的區(qū)域內(nèi)，外殼5內(nèi)還設(shè)有與外殼進(jìn)氣孔52相通的泄氣通道55，泄氣通道55的多個(gè)外端設(shè)于外殼5的表面且安裝有螺塞8，外殼5上還設(shè)有多個(gè)對(duì)稱分布的用于安裝防轉(zhuǎn)桿的外殼螺紋孔51，外殼5的內(nèi)表面設(shè)置有用于安裝孔用擋圈2的擋圈環(huán)槽53和“o”形密封圈9的密封圈環(huán)槽54。

如圖1、圖2和圖3所示，浮動(dòng)環(huán)4的前段和后段的內(nèi)壁表面與中心軸1的對(duì)應(yīng)外壁表面之間設(shè)有間隙，中心軸氣浮面14與浮動(dòng)環(huán)4的前段和后段的內(nèi)壁表面之間的間隙距離為1-100微米，優(yōu)選為10-50微米，更優(yōu)選為20微米左右。

結(jié)合圖1-圖11，本發(fā)明所述非接觸式氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)接頭的工作原理如下：

使用時(shí)，外殼5不旋轉(zhuǎn)，中心軸1旋轉(zhuǎn)；在外殼5的外殼進(jìn)氣孔52通入高壓氣體，高壓氣體經(jīng)外殼進(jìn)氣孔52進(jìn)入浮動(dòng)環(huán)凹環(huán)所在空間并被兩端的“o”形密封圈9密封，然后中間部分的高壓氣體通過(guò)浮動(dòng)環(huán)進(jìn)氣孔42進(jìn)入內(nèi)浮動(dòng)環(huán)4中部的凹環(huán)形均壓槽43所在空間，兩側(cè)部分的高壓氣體通過(guò)浮動(dòng)環(huán)4兩側(cè)的浮動(dòng)環(huán)節(jié)流孔41進(jìn)入中心軸氣浮面14與浮動(dòng)環(huán)氣浮面44之間的間隙，使浮動(dòng)環(huán)4的內(nèi)、外側(cè)均有高壓氣體，從而形成氣浮效果，避免固相接觸摩擦；高壓氣體再經(jīng)過(guò)中心軸進(jìn)氣孔13進(jìn)入中心軸1的中心輸氣孔12內(nèi)，并經(jīng)中心輸氣孔12的開口端排出；如果中心輸氣孔12的開口端在與外部設(shè)備連接后被堵塞，高壓氣體不能排出，則一方面可以通過(guò)外殼5的泄氣通道55排出，另一方面可以減小或關(guān)閉高壓氣源，對(duì)本旋轉(zhuǎn)接頭的使用也不會(huì)造成大的影響。

上述實(shí)施例只是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的限制，只要是不經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性勞動(dòng)即可在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案，均應(yīng)視為落入本發(fā)明專利的權(quán)利保護(hù)范圍內(nèi)。