[发明专利]非接触式气动旋转接头

说明书

本发明公开了一种非接触式气动旋转接头，包括中心轴、前轴承、后轴承、外壳和浮动环，浮动环通过自身的中心通孔套装于中心轴外且同时套装于外壳的中心通孔内，浮动环的两端分别位于前轴承和后轴承的内侧，浮动环的前段外周和后段外周与外壳的内壁之间分别设有“O”形密封圈，外壳的中段设有径向穿通的外壳进气孔，浮动环的中段设有径向穿通的浮动环通气孔，中心轴上设有径向穿通的中心轴进气孔，中心轴内设有轴向的中心输气孔。本发明通过设计气浮结构，将传输介质从径向和轴向引入密封间隙，并在中心轴和浮动环之间形成气膜，同时利用气膜的静压和动压效应，使得气膜在不同转速下均具有较高的承载力，旋转接头的工作转速和使用寿命显著提高。

技术领域

本发明涉及一种旋转接头，尤其涉及一种可用于给旋转设备或工作平台输送压缩空气、氧气等无害气体的非接触式气动旋转接头。

背景技术

旋转接头是一种给旋转设备输送油、水、气等介质的关键部件，它将静止管道内流动的介质连接到运动部件内部，实现介质传输由静到动的转换。目前旋转接头大都采用接触式密封设计，存在摩擦阻力大、寿命短以及容易产生密封件磨损颗粒进而污染设备运行环境的问题。

非接触式间隙密封是利用流体静压或动压作用，在密封端面间充满一层流体膜迫使密封端面彼此分离，而不存在硬性固相接触的一种密封方式。目前部分国外公司的高端旋转接头产品采用了非接触式密封设计，在转子和定子之间的微小间隙内形成流体膜，当旋转接头工作时，利用流体动压承载原理，使得转子和定子处于非接触状态，同时利用流体膜的流阻效应对压力介质实施密封。

由于流体膜动压承载力与转速密切相关，转速越高承载力越大，但转速为零时承载力也为零，因此采用动压承载原理的旋转接头在启动、停机和低速运行时，转子和定子之间仍然存在接触摩擦，为了防止剧烈的摩擦生热甚至抱轴 (转子和定子咬合)，这就对材料性能、加工精度及其表面处理质量等提出了很高的要求。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种工作转速高、使用寿命长的非接触式气动旋转接头。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种非接触式气动旋转接头，包括中心轴、前轴承、后轴承和外壳，所述外壳通过自身的中心通孔套装于所述中心轴外，所述前轴承和所述后轴承分别安装于所述中心轴的外周和所述外壳的内壁之间的前段和后段，所述中心轴上靠近所述前轴承的一端伸出于所述外壳外且设有用于与外部设备连接的中心轴法兰，所述非接触式气动旋转接头还包括浮动环，所述浮动环通过自身的中心通孔套装于所述中心轴外且同时套装于所述外壳的中心通孔内，所述浮动环的两端分别位于所述前轴承的内侧和所述后轴承的内侧，所述浮动环的前段外周和后段外周与所述外壳的内壁之间分别设有“O”形密封圈，所述浮动环的中段外表面内凹形成浮动环凹环；所述外壳的中段设有径向穿通的外壳进气孔，所述外壳进气孔的外端用于与高压气源连接，所述外壳进气孔的内端位于所述浮动环凹环的区域内，所述浮动环的中段设有径向穿通的浮动环通气孔，所述浮动环的前段和后段的内壁表面与所述中心轴的对应外壁表面之间设有间隙，所述中心轴上与所述浮动环凹环对应的区域设有径向穿通的中心轴进气孔，所述中心轴内设有与所述中心轴进气孔相通的轴向的中心输气孔，所述中心输气孔的远离所述中心轴法兰的一端封闭且靠近所述中心轴法兰的一端开口。

上述结构中，浮动环是提供承载和密封能力的关键部件，通过气流分配，使高压气体在浮动环与中心轴之间形成气膜，构成非接触式的连接结构；另外，虽然在中心轴与外壳之间设有前轴承和后轴承，但这两个轴承主要承受轴向载荷，径向载荷较小，因为在增加气浮结构后，外壳相当于悬挂在中心轴上，前轴承和后轴承更多地起到径向限位旋转的作用。