CN101010523B - 密封装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种密封装置(1)，无需在金属环(2)和离合器板等组装配合部件(11)之间设置作为其它部件的板簧，而且能够减少部件数量和组装工序数量。其具有金属环(2)、以及由该金属环(2)支撑的背衬等密封部(3)，在上述金属环(2)上设置有相对于组装配合部件(11)紧贴的紧贴部位(4)，该紧贴部为在金属环(2)的外周部上设置的外向凸缘部。在上述金属环(2)的紧贴部位(4)上，一体成形有爪状紧贴部(6)，该爪状紧贴部(6)呈爪状并相对于上述组装配合部件(11)产生弹力。本发明的密封装置例如用作自动变速机中的复合活塞密封件(BPS)。

Description

密封装置 
技术领域
本发明涉及一种与密封技术相关的密封装置，详言之，涉及一种适用于汽车等车辆的自动变速机(AT或CVT等)中的复合活塞密封件(Bonded Piston Seal(BPS))的密封装置。 
背景技术
一直以来，图11所示的复合活塞密封件51是众所周知的，该复合活塞密封件51具有金属环52、以及支撑于该金属环52的背衬等密封部53，通过供给压力，在图中上下方向上位移、使该复合活塞密封件51的金属环52与离合器板54紧贴，并通过由金属环52推压离合器板54，进行离合器接合。 
而且在金属环52和离合器板54之间，设置有作为单独零件、用于减轻离合器接合时(变速时)的冲击的板簧(包含波形弹簧(wavespring)或指形弹簧)55，通过该板簧55的弹簧力缓冲对于离合器板54的冲击性接触，可提高离合器接合时的防变速冲击功能。 
然而采用上述的现有技术，由于在金属环52和离合器板54之间安装有其它部件即板簧55，增加了部件数量和组装作业的工序数量，从而存在成本增大的问题。 
专利文献1：特许第3515634号公报 
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种密封装置，无需在金属环和离合器板等的组装配合部件之间设置作为其它单独部件的板簧，从而能够减少部件数量和组装工序数量。 
除此之外，本发明的另一目的在于提供一种密封装置，使替代上述板簧与金属环一体成形的爪状紧贴部的弹力增大，并提高耐久性。 
为了实现上述目的，本发明所述的密封装置具有金属环、以及由该金属环支撑的背衬等密封部，在上述金属环上设置有与组装配合部件相对紧贴的凸缘部，其特征在于：该凸缘部为在金属环的外周部上设置的外向凸缘部；在上述金属环的凸缘部上，一体成形有爪状紧贴部，该爪状紧贴部呈爪状并相对于上述组装配合部件发挥弹力；在凸缘部的外周缘部上等分地设置有多个凹槽部，在各个凹槽部上一体成形有1个爪状紧贴部。
本发明所述的密封装置，其特征在于：在上述的密封装置中，爪状紧贴部的平面形状设计为从其基部朝向前端并朝向金属环的径向外侧。 
本发明所述的密封装置，其特征在于：在上述的密封装置中，爪状紧贴部的平面形状设计为从其基部朝向前端并朝向金属环的圆周方向的一侧。 
本发明所述的密封装置，其特征在于：在上述的密封装置中，爪状紧贴部的平面形状设计为双叉状，并朝向金属环的圆周方向的两侧。 
本发明所述的密封装置，其特征在于：在上述的密封装置中，爪状紧贴部从基部朝向前端部、且板宽尺寸和板厚尺寸中任一个或双方都形成为渐渐变小，由此能够使爪状紧贴部在轴向位移时产生的集中应力分散到整个爪上，使最大应力降低，从而提高往复变形的耐久性。 
此外，本发明权利所述的密封装置，其特征在于：在上述的密封装置中，该密封装置是自动变速机中使用的复合活塞密封件，组装配合部件是由上述复合活塞密封件进行推压操作的离合器板，爪状紧贴部一体成形在上述复合活塞密封件的金属环中与上述离合器板相对的紧贴部上。 
在具有上述结构的本发明所述的密封装置中，由于在上述金属环的紧贴部位上一体成形有爪状紧贴部，该爪状紧贴部呈爪状并相对于上述组装配合部件发挥弹力，因而替代上述现有技术中的板簧，该爪状紧贴部发挥弹簧作用。 
爪状紧贴部的平面形状设计为从其基部朝向前端并朝向金属环的径向外侧，或从其基部朝向前端并朝向金属环的圆周方向的一侧，但是，如果其平面形状设计为朝向圆周方向的两侧的双叉状，则由于增加了发挥弹簧作用的部位，因而能够使弹力增大。 
如果爪状紧贴部形成为从基部朝向前端部，且板宽尺寸和板厚尺寸都恒定的话，会比较好，但是此时，由于发挥弹簧作用时产生的应力集中在基部上，因而不能获得很大的弹力，耐久性不太好。因而，为了对此进行改进，最好从基部朝向前端部，且板宽尺寸和板厚尺寸任一个或双方都形成为渐渐变小，如果形成为这种前端细的形状，则可抑制应力集中在基部上，并使应力分散到整个爪上，从而使最大应力降低，可提高往复变形的耐久性。 
本发明能够取得下述效果。 
即，在本发明所述的密封装置中，由于上述的与金属环的紧贴部位一体成形的爪状紧贴部发挥弹簧作用，因而，能够省略现有技术中的其它部件即板簧。从而由于省略了板簧，能够减少部件数量和组装作业工序数量，进而可提供一种可缩减成本的密封装置。 
另外，根据上述，由于增加了紧贴部中发挥弹簧作用的元件，因而能够使弹力增大。 
除此之外，在上述的密封装置中，由于爪状紧贴部为应力不集中在其基部上的形状，因而能够获得较大的弹力，而且可提高爪状紧贴部的耐久性。另外，由于减少了集中应力，因而难以产生塑性变形，并能够大幅度改善爪状紧贴部的位移·可动范围。 
而且，上述的密封装置中，在用于自动变速机的复合活塞密封件中，也可获得上述的作用效果。 
附图说明
图1是表示本发明第一实施例所述的复合活塞密封件的平面视图； 
图2是该复合活塞密封件的仰视图； 
图3是该复合活塞密封件的半剖视图，即图1中A-A线的放大剖视图； 
图4是表示本发明第二实施例所述的复合活塞密封件的仰视图； 
图5是该复合活塞密封件的主要部位的正视图，是图4中箭头B方向的放大视图； 
图6是该复合活塞密封件中爪状紧贴部的放大视图，图6(A)是平面视图，图6(B)是正视图； 
图7是表示本发明第三实施例所述的复合活塞密封件的仰视图； 
图8是该复合活塞密封件的主要部位的正视图，是图7中箭头C 方向的放大视图； 
图9是表示本发明第四实施例所述的复合活塞密封件的仰视图； 
图10是该复合活塞密封件中爪状紧贴部的放大视图，图10(A)是平面视图，图10(B)是正视图； 
图11是现有技术中复合活塞密封件的剖视图； 
符号说明 
1    复合活塞(密封装置) 
2    金属环 
3    密封部 
4    凸缘部(紧贴部) 
5    凹槽部 
6    爪状紧贴部 
7    支撑部 
11   离合器板(组装配合部件) 
12   复位弹簧 
13   抵消密封件 
14   壳体 
15   压力室 
具体实施方式
此外，本发明包含下述实施例。 
(1)在BPS中的离合器接合部上，设置有沿径向延伸且具有弹力的指状板簧片(爪状紧贴部)、沿圆周方向延伸且具有弹力的L字状的指状板簧片、或沿圆周方向延伸且具有弹力的T字状的指状板簧片。 
(2)可在BPS本体的外周部上一体设置有发挥板簧的作用且具有板簧功能的指状板簧片。 
(3)为了控制BPS本体的稳定性以及倾斜，在圆周方向上超过2等分以上(最好为3等分以上)处设置多个指状板簧片，而且指状板簧片在离合器结合之前设置有与离合器板的平面接触的过盈量，由回弹力对离合器接合时的冲击进行缓冲。 
(4)指状板簧片具有板厚较薄且朝向径向横臂长度延长的形状，也考虑到宽度尺寸，可无塑性变形地对弹力进行控制。以防止塑性变形或疲劳断裂(指状物部产生的应力在钢材的屈服应力或疲劳限度特性的限度内)为大前提，但是，因结构上的尺寸约束而在增大径向横臂长度方面上存在限制的情况下，可通过指状板簧片的进一步薄壁化，从而对弹力进行控制。 
(5)在指状板簧片的板厚较薄壁化方面，做得越薄，就越发难以通过板金冲压加工的加工硬化等实现指状板簧片。此时，通过制成在形状上约束少的沿圆周方向延伸的L字状的指状板簧片，能够进一步延长横臂长。因此，一旦采用这种形状，无需板厚变得极薄，即可对弹力进行控制。即能够提高设计上的自由度。 
(6)为了增加弹簧负荷，虽然基本上通过改变指状物形状使弹簧负荷增加，但是当结构上存在约束时，使指状板簧片的数量增加也可以达到效果。特别是从节省空间的角度出发，通过为将L字形线对称地折制成T字(或伞)形状，能够轻易地使簧片负荷增加为2倍。而且由于该T字形状相对于径向具有对称性，因此可使指状物部的板金冲压弯折加工变得容易。 
(7)根据上述结构，由BPS本体和板簧一体化，能够实现部件数量减少和组装作业性改善，并降低成本。而且，通过减少板厚，及延长横臂长度，不会产生塑性变形，另外，通过对指状板簧片的回弹力进行控制，能够发挥与现有技术的板簧相同的效果。 
(8)在上述的发明中，存在下述情况： 
(8-1)如果组成板簧的指状板簧片(爪状紧贴部)的形状仅为悬臂梁结构，则由弹力而作用在指状板簧片上的应力集中在指状板簧片的根部(基部)上，因此往往难以获得较大的弹力。此时采用使指状板簧片固定部的板宽和板厚两者或其一从根部朝向前端渐渐变小的形状。指状板簧片的板宽和板厚的减少比例由直线或曲线形成。而且也可以从中间部分变化为其它的直线或曲线。指状板簧片的板宽和板厚的减少范围并不局限于从指状板簧片的根部至前端，也可以仅从中间部分减少。 
(8-2)使指状板簧片的形状为从根部朝向前端渐渐减少板宽和 板厚的形状，通过使根部的应力集中在整个指状板簧片上以分散为均匀的应力，从而提高弹力。 
(8-3)根据上述结构，能够实现板簧弹力的提高以及应力的降低，从而提高耐久性。 
(8-4)而且，由于难以塑性变形，因此可大幅度改善指状板簧片的位移·可动范围。 
(9)本发明的具有弹力的指状板簧片不仅设置在外周侧(外侧)有效，设置在内周侧也会取得效果，也可以适用于AT结构内的弹性挡环固定部(例如离心油压抵消板(或密封件))，由该弹力，能够使间隙消除。即，通过AT结构内的金属环彼此的固定、接合、连接等，能够适用于不允许产生间隙的部分。 
实施例 
下文将结合附图对本发明的实施例进行说明。 
第一实施例 
图1是表示本发明第一实施例所述的密封装置的复合活塞密封件1的平面视图。图2是该复合活塞密封件1的仰视图。图3是该复合活塞密封件1的半剖视图，表示图1中A-A线的放大剖视图。 
此外如图3所示，该实施例的复合活塞密封件1将离合器板11、复位弹簧12和抵消密封件13等同时组装在AT壳体14的缸体内部，如果从图中未示的压力口将油压引导到压力室15内，则复合活塞密封件1抵抗着复位弹簧12的弹性而向下方位移，对多板离合器结构的环状离合器板11进行推压，使离合器连接。而且，一旦撤除油压，则依靠复位弹簧12的弹性，复合活塞密封件1向上方复位运动。因而，根据该往复运动功能，也将该复合活塞密封件1称作自动变速机用活塞。 
该复合活塞密封件1首先具有由板金(钢板)冲压加工而成形的金属环2；在该金属环2的外周部和内周部上，分别包覆(烧结)有由橡胶状弹性材质的背衬(密封唇)组成的密封部3。密封部3可自由滑动地紧贴在壳体14的内面上，对上述油压等进行密封。 
在金属环2的外周部上设置有作为紧贴部的外向凸缘部4，其紧贴在离合器板11的平面上、同时沿图中上下方向对离合器板11进行按 压，但如果该凸缘部4是直接对离合器板11进行推压的结构，则如上所述，在与离合器板11之间需要其它部件即板簧。 
在本实施例中，在该凸缘部4上一体成形有呈爪状并产生弹力的爪状紧贴部(指状板簧片)6。 
即，在凸缘部4的外周缘部上等分地设置有多个(图中为4个)凹槽部5，在各个凹槽部5上一体成形有1个(1片)爪状紧贴部6。 
如图所示，爪状紧贴部6其板厚t2形成为比金属环2本体的板厚t1薄，为从其基部向前端并朝向径向外侧延长的舌片状，并且使其向斜下方弯曲变形，在离合器接合之前设定有与离合器板11的平面接触的过盈量R，从而，依靠其回弹力，对离合器接合时的冲击进行缓冲。 
因而，根据该一体具有这种爪状紧贴部6的结构，由于能够省略上述现有技术中的单独部件即板簧，因而，能够实现部件数量和组装作业工序数量的下降，即可提供一种成本适合的复合活塞密封件1。 
第二实施例 
在上述第一实施例中，虽然爪状紧贴部6分别从其基部向前端部并朝向金属环2的径向外侧呈延长状形成，但是当因尺寸上的约束等而不能向该方向更多延伸时，如图4～6所示，也可以形成为从其基部朝向前端部并沿金属环2的圆周方向的一侧延长。 
第三实施例 
另外，如图7和8所示，也可以在各个凹槽部5的中央，沿朝向金属环2的径向外侧设置有支撑部7，同时，该支撑部7呈现与凸缘部4相同厚度的突片状，同时从该支撑部7分别朝向金属环2的圆周方向两侧设置爪状紧贴部6，此时，由于爪状紧贴部6的形成数量变为原来的两倍(在图中由4个变为8个)，因而能够使密封件整体的弹力增大。 
第四实施例 
在上述第二实施例中，如图6所示，爪状紧贴部6的板宽w2和板厚t2分别在整个长度L2上均匀地形成，但是在此情况下，如上所述，在爪状紧贴部6发挥弹簧作用时所产生的应力集中在爪状紧贴部6的基部上，因而不能获得很大的弹力，耐久性往往不太好。因而为了对此进行改进，从爪状紧贴部6的基部朝向前端部、板宽和板厚任一个或两者都形成为渐渐变小，则能够遏制应力集中在基部上。 
即，如图6所示，在爪状紧贴部6的板宽w2和板厚t2从基部至前端部位为均一的形状中， 
板宽w2＝4.5mm 
全长L2＝24mm 
前端部位的Z向(金属环2的轴向)位移＝0.6mm 
材料疲劳强度的极值＝460Mpa。 
如果通过FEM计算求取板厚t2，则板厚t2＝1.35mm时，主应力最大为457Mpa，此时弹簧常数为35N/0.6mm。弹簧常数不大是因为爪状紧贴部6为悬臂状，应力集中在基部上。 
对此，作为本发明的第四实施例，如图9和10所示，不改变全长L3＝24mm，进行相同的计算。 
爪状紧贴部6的基部上的板厚t3＝2mm 
爪状紧贴部6的基部上的板宽w3＝4.5mm 
爪状紧贴部6的前端部上的板厚t4＝1.5mm 
爪状紧贴部6的前端部上的板宽w4＝2mm 
主应力最大为454Mpa，此时弹簧常数为59N/0.6mm，能够使弹簧系数增大约68％。因而由该结构，能够获得较大的弹力，而且能够提高爪状紧贴部6的耐久性。 
此外上述第四实施例的结构并不局限于朝向圆周方向一侧的爪状紧贴部6(第二实施例)，也可以适用于朝向径向的爪状紧贴部6(第一实施例)，也可以适用于朝向圆周方向两侧的爪状紧贴部6(第三实施例)等。 

Claims (7)

1.一种密封装置，具有金属环(2)、以及由该金属环(2)支撑的密封部(3)，在上述金属环(2)上设置有相对组装配合部件(11)紧贴的凸缘部(4)，其特征在于：
该凸缘部为在金属环(2)的外周部上设置的外向凸缘部；
在上述金属环(2)的凸缘部(4)上一体成形有爪状紧贴部(6)，该爪状紧贴部(6)呈爪状并相对于上述组装配合部件(11)产生弹力；
在所述凸缘部(4)的外周缘部上等分地设置有多个凹槽部(5)，在各个凹槽部(5)上一体成形有1个所述爪状紧贴部(6)。
2.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于：所述爪状紧贴部(6)的平面形状设计为从其基部朝向前端、并朝向金属环(2)的径向外侧。
3.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于：所述爪状紧贴部(6)的平面形状设计为从其基部朝向前端、并朝向金属环(2)的圆周方向的一侧。
4.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于：所述爪状紧贴部(6)的平面形状设计为双叉状、并朝向金属环(2)的圆周方向的两侧。
5.根据权利要求1～4中任一所述的密封装置，其特征在于：所述爪状紧贴部(6)从基部朝向前端部，且板宽尺寸和板厚尺寸中任一个或两者都形成为渐渐变小状。
6.根据权利要求1～4中任一所述的密封装置，其特征在于：所述密封装置是自动变速机中使用的复合活塞密封件(1)，组装配合部件是由上述复合活塞密封件(1)进行推压操作的离合器板(11)，爪状紧贴部(6)一体成形在上述复合活塞密封件(1)的金属环(2)中与上述离合器板(11)相对的紧贴部位(4)上。
7.根据权利要求5所述的密封装置，其特征在于：所述密封装置是自动变速机中使用的复合活塞密封件(1)，组装配合部件是由上述复合活塞密封件(1)进行推压操作的离合器板(11)，爪状紧贴部(6)一体成形在上述复合活塞密封件(1)的金属环(2)中与上述离合器板(11)相对的紧贴部位(4)上。
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