CN102011746A - 汽车水泵轴承密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车水泵轴承密封装置，其密封件安装于旋转轴与轴承之间所形成空间的开口端部接合处，通过压力作用安装于轴承外圈上的密封槽中。密封件由密封体、金属骨架和甩水环构成，密封体为三唇结构，分别通过主唇、第二副唇与甩水环30弹性压紧以及第一副唇与轴承的接触实现密封；甩水环外圈上开有圆弧形排水槽，转动过程产生离心甩水效应，可有效的阻止水汽等浸入轴承内部；本发明用于高温环境中可防止轴承内部受热压力升高所造成的润滑脂泄漏；同时，该密封圈遇冷水不变形，可防止当轴承温度从高温冷却到室温时，轴承内部压力急剧下降所造成的对轴承外界水蒸气及灰尘的吸收现象。

Description

汽车水泵轴承密封装置

技术领域

本发明涉及一种汽车水泵轴承密封装置，具体涉及一种具有三唇结构和新型甩水环的汽车水泵轴承密封装置。

背景技术

常用汽车水泵轴承密封装置如图1所示：水泵轴承在旋转轴3和轴承外圈1a之间均匀安装多个滚动体1b(即钢球)，其作用为承受载荷；一个保持架1c用于固定上述滚动体，并将其隔开。一个密封件2由橡胶密封体2a和金属骨架2b构成，其中橡胶密封体2a过盈安装于轴承外圈1a的密封槽1d中，以防止密封件的窜动；橡胶密封体2a的唇部靠近轴分布，其主唇2d与旋转轴3表面过盈配合，防止润滑脂的泄漏以及外界异物的渗入；“Z”字形金属骨架2b起支撑和加强作用。

这样的密封结构虽然能够在一定程度上实现水泵轴承润滑脂的密封，但由于只有两个密封唇，密封效果不够理想。此外，汽车水泵轴承在工作过程中，密封件2的右侧直接与水接触，由于水是有压力的，会向轴承内渗透，导致轴承润滑效果下降。为了改善这一现象，目前出现了具有甩水环结构的水泵轴承密封，比如专利“Hydrogenated nitrile rubber seal for water pumpbearing(GB2332714A)”，“水泵轴承密封装置(CN1485544A)”等，这些专利通过使用甩水环结构，在很大程度上提高了水泵轴承的密封效果，然而这些结构所实现的效果并未达到最佳，如：专利“水泵轴承密封装置(CN1485544A)”具有四个密封唇，结构过于复杂，通过两个密封件的嵌套配合实现密封，其中第二密封件(即甩水结构)通过与其粘接的弹性密封唇口与第一密封件接触，当甩水环与轴一起旋转时，由于离心力的作用，将使密封效果和甩水效果降低，此外，甩水环的外圈为光滑的圆柱形，无法形成有效的甩水效果；专利”Hydrogenated nitrile rubber seal for water pumpbearing(GB2332714A)”也是一个三唇密封结构，密封体的第三唇与甩水环外圈的外表面径向弹性压紧接触，甩水环的外圈为光滑的圆柱形，同样存在无法形成有效的甩水效果的问题。

近年来，随着水泵中所使用的发动机性能的改善，对轴承密封件密封性能的要求也日益增加。轴承密封的可靠性和耐久性都将直接影响轴承的使用性能，因此，有效地提高密封轴承的密封性能是提高轴承寿命的前提和关键。

轴承的早期损坏，往往不是由轴承材质问题引起的，而是由于污物等浸入轴承内部，引起沟道表面的点型剥落：即杂物浸入→沟道压痕→应力集中→产生片状剥落→轴承失效或水浸入轴承→润滑失效→产生麻点剥落→轴承失效。

鉴于水泵轴承密封的重要性，以及目前的轴承密封结构仍然存在效果不是最佳的现状，开发新型的具有更好密封效果和甩水效果的汽车水泵轴承密封结构十分必要。

发明内容

本发明提供一种用于密封汽车水泵轴承的带有甩水环的密封装置，旨在解决上述问题。该装置可大幅改善防止水分、异物微粒及其混合物等侵入轴承内部的功能，从而改善轴承的耐久性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种汽车水泵轴承密封装置，包括：一个安装于旋转轴40上的轴承10，多个均匀安装在旋转轴40和轴承外圈10a之间的滚动体10b，一个在各滚动体之间保持预定间隔的保持架10c，一个密封件20安装于旋转轴40与轴承10之间所形成空间的开口端部接合处，所述的密封件20包括密封体20a以及与密封体20a紧密锲合粘结的金属骨架20b，其特征在于，所述的密封体20a沿径向朝旋转轴40方向延伸出一个三唇结构，分别是主唇20e、第一副唇20d、第二副唇20c，密封体20a靠近轴承10的一个端部过盈安装于密封槽10d内，金属骨架20b的一个端部插入密封体20a，另一端部弯曲地嵌入主唇20e和第二副唇20c的接合处；所述的密封件20还包括一个甩水环30，甩水环30包括一个紧密安装于旋转轴40表面的内圈30c、一个与内圈30c同轴且围绕内圈30c的外圈30a，和连接内、外圈的凸缘30b，外圈30a与密封体20a之间间隙配合，外圈30a的内表面与第二副唇20c弹性压紧，内圈30c的外表面与主唇20e弹性压紧，第一副唇20d与旋转轴40保持符合动配合要求的间隙；在甩水环30的外圈30a的外表面上，开有2个或2个以上沿外圈30a周向均布的圆弧形凹槽30d。

进一步优化的技术方案为：

第二副唇20c与金属骨架20b的径向夹角γ为0°＜γ＜90°，第一副唇20d与主唇20e之间的夹角α为0°＜α＜180°，主唇20e与第二副唇20c之间的夹角β为90°＜β＜180°。

另一个优选技术方案为：

上述排水槽的深度h为：0＜h＜d，排水槽弧形半径r为：h＜r＜D/2，圆弧形凹槽30d的个数N设置为：

其中d为甩水环外圈的厚度，D为甩水环外圈直径。

有益效果

与现有技术相比，本发明能避免密封件主唇与外界环境的直接接触，同时在轴旋转过程中充分排除密封件周围的水分，从而有效地防止轴承内部润滑脂的泄漏以及外界水分、异物杂质等的浸入。同时，该发明可避免以下现象的发生：轴承运行至高温时轴承内部由于受热压力升高，造成润滑脂泄漏；轴承停转时由高温冷却至室温，轴承内部压力急剧下降，吸收外界水蒸气及灰尘。

在主轴旋转过程中，甩水环外表面所开设的凹槽会产生离心作用，进一步甩去冷却水，其排水效果比现有技术有明显的提高。

附图说明

图1是现有技术的水泵轴承密封装置剖面视图，该装置为轴对称分布。其中，1为轴承，1a为轴承外圈，1b为滚动体，1c为保持架，1d为密封槽，2为密封件，2a为密封体，2b为金属骨架，2d为主唇，2c为副唇，4为旋转轴；

图2是本发明装置的剖面视图，该装置为轴对称分布。其中，10为轴承，10a为轴承外圈，10b为滚动体，10c为保持架，10d为密封槽，20为密封件，20a为密封体，20b为金属骨架，20e为主唇，20d为第一副唇，20c为第二副唇，30为甩水环，30a为甩水环外圈，30c为甩水环内圈，30b为连接内、外圈的凸缘，30d为排水槽，30e为甩水环30与密封件20之间的安装间隙，40为旋转轴，50为第二副唇20c与甩水环30外圈30a形成的腔体，60为主唇20e、第二副唇20c与甩水环30凸缘30b形成的腔体，70为主唇20e、第一副唇20d与甩水环30内圈30c形成的腔体，α为第一副唇20d与主唇20e之间的夹角，β为主唇20e与第二副唇20c之间的夹角，γ为第二副唇20c与金属骨架20b的径向夹角；

图3是甩水环外表面排水槽分布示意图，其中30d为圆弧形排水槽，沿甩水环30外圈30a的外表面均匀分布；

图4是甩水环外表面排水槽结构局部放大示意图，其中30d为排水槽，呈圆弧形。其中，h为排水槽的深度，r为排水槽弧形半径，d为甩水环外圈的厚度，D为甩水环外圈直径。

具体实施方式

下面将结合附图与具体实施方式对本发明进行进一步详细说明：

根据本发明的设计，汽车水泵轴承密封圈20的轴向横截面如图2所示。轴承内部充满润滑脂，而轴承本体由外圈10a，安装于轴承外圈10a和旋转轴40之间的滚子10b，以及支撑并均匀分隔滚子10b的保持架10c组成。轴承密封圈由密封件20和甩水环30构成。密封件20固定于轴承外圈10a的密封槽10d上。密封件20包括金属骨架20b和弹性密封体20a两部分，其中弹性密封体20a为三唇结构：主唇20e，第一副唇20d和第二副唇20c形成一个整体，金属骨架20b固定后的横截面图呈改进的“Z”字形，为一环形薄板，其外表面与密封体20a紧密粘接，尾部伸进主唇20e和第二副唇20c的接合处，增加了整个密封圈的强度，避免了密封圈的压装变形。

弹性密封体20a由氟橡胶制成，横截面呈三分叉形(如图2)。

第一副唇20d与主唇20e之间的夹角α(0°＜α＜180°)，主唇20e与第二副唇20c之间的夹角β(90°＜β＜180°)，第二副唇20c与金属骨架20b的径向夹角γ(0°＜γ＜90°)；

甩水环30材料为不锈钢，安装于旋转轴40上靠近叶轮一侧。甩水环30由一个紧密安装于旋转轴40表面的内圈30c，一个与内圈30c同轴且围绕内圈的外圈30a，连接内、外圈的凸缘30b以及外圈30a外表面沿周向均布的圆弧形凹槽30d组成。

在结构上弹性密封体20a的第二副唇20c与甩水环30的外圈30a的内表面弹性过盈接触，主唇20e与内圈30c的外表面弹性过盈接触，而第一副唇20d则与旋转轴40的外表面接触，其中，每一个接触都构成一个密封结构。

实施例

本发明试装于江苏容天乐公司生产的WR3258152型汽车水泵轴承中，其工作方式为：喷入轴承密封圈内部的冷却水或水汽将被甩水环30的外侧面阻拦，随着轴的转动，甩水环30外表面的凹槽30d将产生离心作用进一步甩去冷却水，并使第二副唇20c与甩水环30形成的腔体50内产生微小的负压，使水汽以及异物等不能进入密封唇与甩水环形成的腔体60、70，从而防止密封件20的老化或膨胀所引起的密封失效(尤其是主唇20e和第二副唇20c)。

密封件20的第一副唇20d将润滑脂密封于轴承10的内部，而主唇20e和第二副唇20c则起到在高速转动下进一步阻止润滑脂向外泄漏的作用。

同时，由于甩水环30外表面设置了凹槽30d结构，在同样的工作环境下，按排水槽个数为16、排水槽深度0.2mm、甩水环外圈直径41.9mm、排水槽弧形半径1mm、电机转速3425r/min设置，该密封装置的排水量比未设置排水槽的密封装置提高24L/min。

Claims (3)

1.一种汽车水泵轴承密封装置，包括：一个安装于旋转轴(40)上的轴承(10)，多个均匀安装在旋转轴(40)和轴承外圈(10a)之间的滚动体(10b)，一个在各滚动体之间保持预定间隔的保持架(10c)，一个密封件(20)安装于旋转轴(40)与轴承(10)之间所形成空间的开口端部接合处，所述的密封件(20)包括密封体(20a)以及与密封体(20a)紧密锲合粘结的金属骨架(20b)，其特征在于，所述的密封体(20a)沿径向朝轴承(40)方向延伸出一个三唇结构，分别是主唇(20e)、第一副唇(20d)、第二副唇(20c)，密封体(20a)靠近轴承(10)的一个端部过盈安装于密封槽(10d)内，金属骨架(20b)的一个端部插入密封体(20a)，另一端部弯曲地嵌入主唇(20e)和第二副唇(20c)的接合处；所述的密封件(20)还包括一个甩水环(30)，甩水环(30)包括一个紧密安装于旋转轴(40)表面的内圈(30c)、一个与内圈(30c)同轴且围绕内圈(30c)的外圈(30a)，和连接内、外圈的凸缘(30b)，外圈(30a)与密封体(20a)之间间隙配合，外圈(30a)的内表面与第二副唇(20c)弹性压紧，内圈(30c)的外表面与主唇(20e)弹性压紧，第一副唇(20d)与旋转轴(40)保持符合动配合要求的间隙；在甩水环(30)的外圈(30a)的外表面上，开有2个或2个以上沿外圈(30a)周向均布的圆弧形凹槽(30d)。

2.如权利要求1所述的汽车水泵轴承密封装置，其特征在于，所述的第二副唇(20c)与金属骨架(20b)之间的有一径向夹角γ，γ为0°＜γ＜90°，所述的第一副唇(20d)与主唇(20e)之间有一夹角α，α为0°＜α＜180°，所述的主唇(20e)与第二副唇(20c)之间有夹角β，β为90°＜β＜180°。

3.如权利要求1所述的汽车水泵轴承密封装置，其特征在于，所述的排水槽的深度h为：0＜h＜d，排水槽弧形半径r为：h＜r＜D/2，圆弧形凹槽30d的个数N设置为：

其中d为甩水环外圈的厚度，D为甩水环外圈直径。

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