本發(fā)明屬于往復式運動機械領域，具體涉及一種往復式磁性液體自循環(huán)潤滑密封裝置，可用于內燃機、空調系統(tǒng)、重型機械軸承等往復式機械。

背景技術：

磁性液體是由納米磁性顆粒、基載液和表面活性劑三部分組成的膠體懸浮液，是兼有磁性和流動性的功能性流體。由于磁性液體的獨特性質，磁性液體被廣泛用作于密封劑和潤滑劑，這些應用大部分是通過磁性液體實現了靜態(tài)密封或者旋轉密封，如應用于真空密封和旋轉馬達等；磁性液體應用于往復式運動機械結構較少，且大部分磁性液體密封結構不能實現磁性液體的自循環(huán)利用。

不同結構和尺寸的往復式機械被廣泛用于工業(yè)和家用機械中，典型的例子有：內燃機、空調系統(tǒng)以及重型機械中的往復軸承。傳統(tǒng)的往復式機械依靠活塞環(huán)來對增壓室達到密封效果，并添加油脂類潤滑劑。對于連續(xù)往返運動機械，活塞的往返運動過程中，潤滑劑或密封劑會在慣性力作用下被甩離作用區(qū)域；若未及時補充，潤滑劑的流失可能使裝置發(fā)生故障并給工作人員帶來安全威脅。提供足夠的潤滑劑以保證往復軸和其周圍結構之間不失去潤滑一直是往復式機械面臨的技術難點。

技術實現要素：

為了克服現有技術的缺點，本發(fā)明提供一種能有效減少和阻止?jié)櫥瑒┝魇Ш托孤┑耐鶑褪酱判砸后w自循環(huán)潤滑密封裝置。

本發(fā)明采用的技術方案如下：

一種往復式磁性液體自循環(huán)潤滑密封裝置，包括活塞軸1、磁性液體潤滑劑3、環(huán)形磁鐵5、活塞8和氣缸9；

活塞8包括活塞中部8a、活塞端部Ⅰ8b和活塞端部Ⅱ8c；活塞中部8a為紡錘形，中間段直徑最大并呈圓柱狀，中間段占活塞中部8a總長的比例大于25%、小于100%，往活塞中部8a兩端直徑逐漸減?。换钊胁?a兩端分別與活塞端部Ⅰ8b和活塞端部Ⅱ8c連接，連接處形成角α，α＜90°；活塞端部Ⅰ8b與活塞軸1連接；

活塞8置于氣缸9內部，活塞中部8a中部開有至少一個環(huán)形凹槽4，環(huán)形凹槽4內設有O形密封圈7，O形密封圈7外套裝上活塞環(huán)6，活塞環(huán)6與氣缸9內壁接觸，磁性液體潤滑劑3在活塞環(huán)6與氣缸9內壁之間形成潤滑劑液膜；活塞中部8a兩端與氣缸9內壁間形成間隙2；活塞端部Ⅰ8b和活塞端部Ⅱ8c與氣缸9內壁的間距小于0.143mm；

環(huán)形磁鐵5置于氣缸9外側并與其外表面緊密結合，環(huán)形磁鐵5位于活塞8往返運動的中點，活塞8在運動過程中始終保持活塞端部Ⅰ8b和活塞端部Ⅱ8c分別處于環(huán)形磁鐵5對應位置的兩側；環(huán)形磁鐵5的充磁方向沿徑向，磁鐵中心區(qū)域磁場強度大于1.5kA/m。

環(huán)形磁鐵5的數量為一個以上；環(huán)形磁鐵5為永磁鐵，可以是一個完整的整體，也可以由多塊磁鐵組成。

本發(fā)明工作原理：

以下以活塞在氣缸內作水平運動為例，對其工作原理進行闡述，但在實際應用中，對活塞運動方向無特殊要求，可用于水平、垂直或其他任意方向。

在環(huán)形磁鐵5產生的磁力作用下，磁性液體潤滑劑3會被吸附至環(huán)形磁鐵5對應位置的氣缸9內壁上；活塞8在活塞軸1帶動下，在氣缸9內做往復運動，活塞環(huán)6與氣缸9內壁產生相互滑動，磁性液體潤滑劑3在活塞環(huán)6與氣缸9內壁之間形成潤滑劑液膜（同時也作為密封劑）。

當活塞8從最左端往右做加速運動時，少量磁性液體潤滑劑3在慣性力作用下會滯后于活塞8的運動，流向活塞環(huán)6左側的間隙，其余磁性液體潤滑劑3繼續(xù)在活塞環(huán)6與氣缸9內壁之間形成潤滑液膜，起潤滑作用；當活塞環(huán)6經過中點后活塞8將向右做減速運動，在慣性力作用下少量磁性液體潤滑劑3會流向活塞環(huán)6右側間隙；如圖2所示，此時隨著活塞8接近行程右側終點，環(huán)形磁鐵5位于活塞環(huán)6左側的間隙上方，此時，活塞8從左往右加速運動時被甩離活塞環(huán)6的磁性液體潤滑劑3將會在磁力作用下被吸附至與環(huán)形磁鐵5對應處的氣缸9內壁上；

活塞8運動至右側終點后開始從右往左做先加速后減速的返程運動，當活塞環(huán)6經過環(huán)形磁鐵5正下方時，會刮帶走吸附于環(huán)形磁鐵5對應處的磁性液體潤滑劑3，繼續(xù)形成潤滑薄膜。如圖3所示，活塞運動至左側終點附近，環(huán)形磁鐵5位于活塞環(huán)6右側的間隙上方，被甩至此處的磁性液體潤滑劑3在磁力作用下被吸附至環(huán)形磁鐵5對應處的氣缸9內壁上，待活塞8再次運動經過時，吸附于此處的磁性液體潤滑劑3將被活塞環(huán)6刮帶走，繼續(xù)形成潤滑液膜。如上所述，可實現潤滑劑的自循環(huán)，有效減少和阻止了潤滑劑的泄漏和流失。

活塞中部8a采用紡錘形結構能將磁性液體潤滑劑3限制在間隙2中，活塞端部Ⅰ8b和活塞端部Ⅱ8c與氣缸9內壁的間隙極小，可有效阻止?jié)櫥瑒┑男孤?；活?中心處開有環(huán)形凹槽4有利于將磁性液體潤滑劑3限制在活塞環(huán)6附近達到密封效果。

本發(fā)明的有益效果：

1、本發(fā)明利用磁性液體性質，通過環(huán)形磁鐵施加磁場，實現了往復式機械中潤滑劑的自循環(huán)利用，能有效減少和阻止?jié)櫥瑒┬孤?，提高活塞環(huán)的使用壽命；

2、本發(fā)明的密封潤滑裝置能滿足較高的工作壓力和運動速度；

3、本發(fā)明的潤滑系統(tǒng)對活塞運動方向無特殊要求，可用于水平、垂直或其他任意方向；

4、活塞中間開有環(huán)形凹槽，有利于將潤滑劑限制在活塞環(huán)附近；

5、活塞采用紡錘形結構，有利于將潤滑劑限制在活塞與氣缸之間的間隙中，進一步減少潤滑劑的泄漏。

附圖說明

圖1為本發(fā)明裝置的結構示意圖；

圖2是本發(fā)明裝置活塞8運動至行程右側終點的工作原理圖；

圖3是本發(fā)明裝置活塞8運動至行程左側終點的工作原理圖；

圖4是實施例2所述的裝置結構示意圖；

圖5是實施例3所述的裝置結構示意圖；

圖6是實施例4所述的裝置結構示意圖；

圖7是實施例5所述的裝置結構示意圖；

圖8是實施例6所述裝置采用的環(huán)形磁鐵結構示意圖。

圖中：1-活塞桿，2-間隙，3-磁性液體潤滑劑，4-環(huán)形凹槽，5-環(huán)形磁鐵，6-活塞環(huán)，7-O形密封圈，8-活塞，8a-活塞中部，8b-活塞端部Ⅰ，8c-活塞端部Ⅱ，9-氣缸。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明的內容不限于實施例及附圖所示。

實施例1

如圖1所示，一種往復式磁性液體自循環(huán)潤滑密封裝置，包括活塞軸1、磁性液體潤滑劑3、環(huán)形磁鐵5、活塞8和氣缸9；

活塞8包括活塞中部8a、活塞端部Ⅰ8b和活塞端部Ⅱ8c；活塞中部8a為紡錘形，中間段直徑最大并呈圓柱狀，中間段占活塞中部8a總長的30%，往活塞中部8a兩端直徑逐漸減??；活塞中部8a兩端分別與活塞端部Ⅰ8b和活塞端部Ⅱ8c連接，連接處形成角α為70°；活塞端部Ⅰ8b與活塞軸1連接；

活塞8置于氣缸9內部，氣缸9內徑為16mm，活塞中部8a中部開有一個2.65×2.65mm的環(huán)形凹槽4，環(huán)形凹槽4內設有規(guī)格為15×2.65的O形密封圈7，O形密封圈7外套裝上活塞環(huán)6，活塞環(huán)6與氣缸9內壁接觸，磁性液體潤滑劑3在活塞環(huán)6與氣缸9內壁之間形成潤滑劑液膜；活塞中部8a兩端與氣缸9內壁間形成間隙2；活塞端部Ⅰ8b和活塞端部Ⅱ8c與氣缸9內壁的間隙小于0.143mm；磁性液體潤滑劑3是20mL型號為EFH1的油基磁性液體，其飽和磁化強度為11kA/m；

環(huán)形磁鐵5為釹鐵硼環(huán)形永磁鐵，截面為矩形，磁鐵中心區(qū)域磁場強度大于1.5kA/m，置于氣缸9外側并與其外表面緊密結合，環(huán)形磁鐵5位于活塞8往返運動的中點，活塞8行程為30mm，活塞8在運動過程中始終保持活塞端部Ⅰ8b和活塞端部Ⅱ8c分別處于環(huán)形磁鐵5對應位置的兩側；環(huán)形磁鐵5的充磁方向沿徑向。

實施例2

參照實施例1的結構，本實施例與實施例1不同在于，環(huán)形磁鐵5截面為頂角120°的等腰三角形，磁鐵中部磁場強度大于兩側，散落的磁性液體潤滑劑3液滴被磁鐵捕捉后從兩側吸附至中心位置，如圖4所示。

實施例3

參照實施例1的結構，本實施例與實施例1不同在于，活塞中部8a與活塞端部Ⅰ8b和活塞端部Ⅱ8c連接處的角α為45°，活塞端部Ⅰ8b和活塞端部Ⅱ8c靠近間隙2一側突出形成尖角，如圖5所示，減小角度α可更有效防止?jié)櫥瑒┑男孤?/p>

實施例4

參照實施例1的結構，本實施例與實施例1不同在于，活塞中部8a中間開有三個環(huán)形凹槽4，每個環(huán)形凹槽4內均設有O形密封圈7和活塞環(huán)6，如圖6所示。此結構更有利于將潤滑劑限制在活塞環(huán)6附近，并能進一步提高裝置承壓能力和運行穩(wěn)定性。

實施例5

參照實施例1的結構，本實施例與實施例1不同在于，本實施例中活塞由多個實施例1中所述的活塞8組成，每一個活塞8對應一個環(huán)形磁鐵5，形成如圖7所示的多級潤滑密封結構，能滿足活塞行程較長，密封壓力較高，對活塞運動穩(wěn)定性要求高的工作條件。

實施例6

參照實施例1的結構，本實施例與實施例1不同在于，環(huán)形磁鐵5采用多塊（偶數）N、S級相反的扇形磁鐵交替拼接而成，如圖8所示，這種磁鐵結構可在氣缸9內壁面上產生更高梯度的磁場，增大磁性液體所受到的磁體積力。