CN102046991A - 球面轴承三唇密封件 - Google Patents
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Abstract
一种密封部件(100，200)，其具有用于密封诸如球面滑动轴承(14，14′)的内环座圈表面(12，12′)之类的移动表面的三唇构造。三唇构造包括用于提供保护免遭外部污染的一对外倾密封唇(102，202，104，204)以及第三内倾密封唇(106，206)，其定方向成提供保持密封轴承(14，14′)内的润滑油或润滑油脂。第三密封唇(106，206)的尺寸和构造选择成使表面摩擦力最小化以及避免在使用时轴承部件的振荡运动过程中密封唇反转。保持表面(110a，210)布置成抵靠外环座圈表面(10b，10b′)以抵抗使用时密封部件(100，200)的滚出运动。
Description
相关申请的交叉引用
本申请涉及并要求于2008年5月28日提交的美国临时专利申请序列号No.61/056,574的优先权，其通过参引结合入本文。
关于联邦资助研究的声明
不适用。
技术领域
本发明一般地涉及轴承密封件，具体地涉及一种用于与诸如密封球面滑动轴承之类的球轴承组件一起使用的三唇密封件。
背景技术
密封球面滑动轴承主要用于建筑和采矿应用，并具有由ISO 12240和ABMA 22.2标准化的尺寸以便于机械设计、支持生产效率并促进制造厂商之间的可交换性。与密封装置相结合的维持标准封装尺寸的空间的限制往往需要减少可用于轴承接触面的区域。在建筑和采矿环境中在这些轴承接触面内或在其上观察到的最常见的损坏模式是在座圈(race)接触面处的磨蚀和粘性损耗。现有的用于密封球面滑动轴承的商用密封件结合有如图1和2所示的单唇密封件和双唇密封件，密封唇沿轴承内环座圈表面向外导向以防止污染进入。常规密封件可包括在环形密封件本体的内部具有内部加强环或加强构件的构造。
除了恶劣的环境条件之外，密封球面滑动轴承组件还必须承受应用载荷和可造成较大的壳体屈曲的机械/车辆定位。这些屈曲被传递至轴承的外环并往往损害密封件的保持特性。如图1和图2示出的常规密封件，通常以过盈配合(干涉配合)保持在密封OD与外环密封槽之间。在某些设计中使用密封OD与密封槽直径之间的径向干涉，而其他设计使用密封宽度与外环密封槽之间的轴向干涉(见图1)。密封槽材料对密封件的外径的粘着和/或塑性变形(否则称为铆锁/卷边锁紧(staking))也用于密封保持。由于轴承振荡过程中与密封阻力(seal drag)所产生的力矩载荷相结合的壳体屈曲、继而外环屈曲，故而污染进入以及密封保持的丧失并不少见。
图1和图2中示出的密封件包括与内环或内座圈表面点接触的三个面。由于密封件与内座圈点接触，外座圈相对于内座圈的运动引起的密封件的屈曲可导致密封接触的间断，从而使污物进入轴承组件或允许润滑剂泄漏出轴承组件。
因此，有利的是提供一种具有密封部件的球面滑动轴承组件，所述密封部件在外环屈曲及轴承振荡过程中能够保持内外环座圈表面之间的充分密封，并提供更好的密封及润滑剂保持功能。更有利的是提供这种密封部件而不损害轴承承载能力或改变标准化的尺寸。
发明内容
简言之，本发明提供了一种密封部件，该密封部件由外环座圈承载并具有用于密封诸如球面滑动轴承内环座圈表面的移动面的三唇构造。密封部件的三唇构造结合有一对向外倾斜的密封唇，该密封唇用于提供保护免遭外部污物；以及向内倾斜的第三密封唇，该向内倾斜的第三密封唇定方向成提供对密封轴承内的润滑剂或润滑油脂的保持。第三密封唇的尺寸和构造选择成使得面摩擦最小化，并避免在使用期间轴承部件的振荡运动过程中发生密封唇反转。
根据一方面，密封部件还设置有外凸凸缘台肩，该外凸凸缘台肩构造成抵接外环面并防止密封件响应于内环转动而从外环内的保持槽“滚出”。
另一方面，密封件的内部侧具有定尺寸成便于在安装过程中使密封件在外环内定中心的直径。密封件的外部表面设计成平面以便于将密封件相同地安装至轴承中。
本公开所述的前述特征和优点以及目前优选的实施方式通过阅读下文描述并参照附图而变得更为显而易见。
附图说明
在形成本说明书的一部分的附图中：
图1是定位在轴承组件中的现有技术的双唇密封件的剖视图；
图2是图1所示的现有技术的双唇密封件的放大剖视图；
图3是本发明的三唇密封件——其结合有保持凸缘——的剖视图；
图4是定位在轴承组件内的图3所示的三唇密封件的剖视图；
图5是结合有保持凸缘的三唇密封件的可选实施方式的剖视图；以及
图6是定位在轴承组件内的图5的三唇密封件的剖视图。
附图的所有的几幅图中，相应附图标记指示相应的零部件。应当理解，附图用于图示本发明所述的概念而不限定范围。
在详细解释本发明任何实施方式之前，应当理解，本发明并不限于其对于下文描述所述的或附图中图示的构造细节以及部件布置的应用。
具体实施方式
下文的详细描述以示例而非限制的方式说明了本发明。所述描述使本领域普通技术人员制造和使用本发明，并描述了一些本发明的实施方式、改型、变型、替代方案以及用途，包括目前认为是实施本发明的最佳模式。
参照附图，特别地参照图3和图4，本发明的密封部件100示出为应用于诸如球面滑动轴承之类的轴承组件14的外座圈10和内座圈12之间。总体而言，本发明的密封部件100由均质弹性材料形成，并且包括提供防污染保护的两个外部弹性密封唇102和104。第三(内部)弹性密封唇106定方向成最大限度地保持轴承组件14内部空间中的润滑油脂。第三密封唇106使得粘着损耗最小化、减小再润滑间隔并使得延长轴承的使用寿命。由于密封唇102、104和106的弹性，外座圈与内座圈的彼此的相对运动不会导致密封件屈曲，该屈曲导致密封唇与轴承内环12的接合中断。
密封部件的100包括环形密封本体108，其可由为在应用环境中使用而选择的诸如热塑性塑料的任何适当材料组成。例如，所述材料可以是诸如由泰科纳销售的名为RiteFlex
或由杜邦销售的名为Hytrel
的热塑性弹性体(TPE)。环形密封本体108具有凸出部或外径108OD，其构造成用于保持在外环10的表面中的相应的密封保持槽16内，如图4所示。密封部件100在密封保持槽16内的保持可以仅通过过盈配合，和/或可以选择地包括使用适当的粘合剂。优选地，密封部件本体108的材料在安装过程中弹性变形依从于环内的表面变形。
为了防止污物从外部(外)环境进入轴承组件14的被密封的内部(内)环境，密封本体108的第一密封唇102和第二密封唇104从密封本体108大体向外凸出，并构造成弹性地接合内环座圈12的表面。第一密封唇102和第二密封唇104分别具有超过相关联的横截面宽度的横截面长度以限定从环形密封本体108的细长的延伸部。材料的刚度、润滑特性以及第一外部密封唇102和第二外部密封唇104的接触角导致在应用过程中内环12的表面移位时不会倒转的过盈配合。然而，如上所述，密封唇102、104的弹性使密封唇在密封唇磨损或由于内外座圈彼此相对运动时保持与内座圈12的密封接触。第一外部密封唇102和第二外部密封唇104还构造有弯曲唇102a、104a，其在接触面最大化的同时最大限度地减小密封阻力，并与内环座圈12的表面接合。
为了便于将诸如润滑油脂的润滑剂保持在被密封的轴承组件14内，密封部件密封本体的第三唇106从密封本体108向内凸出并构造成与内环座圈12的表面弹性地接合。第三密封唇106具有定尺寸为获得适当的刚度特性的横截面长度，以防止在安装密封部件100及使用时第三唇106的反转。由于具有第一密封唇102和第二密封唇104，内部(内)密封唇106的横截面的长宽比以及密封本体108材料的机械性能产生内外轴承部件的振荡运动的过程中防止第三密封唇106反转的所需刚度。然而，如上所述，密封唇106的弹性将使密封唇在密封唇磨损或由于内外座圈彼此相对运动时保持与内座圈12的密封接触。此外，内部(内)密封唇106的安装孔尺寸和接触角在第三密封唇的尖端106a与内环座圈12的球形外径之间的界面提供了过盈配合，以使润滑油或润滑油脂从被密封的轴承组件14内的清除/泄漏最小化。
保持(或防转)凸缘110从密封本体108向外延伸以便在轴承组件14的内座圈12与外座圈10之间的运动过程中防止密封本体108转动。如图3和图4所示，密封本体108可以设置保持凸缘110。保持凸缘110设置成从密封本体108向外延伸，并包括抵靠外座圈10的内表面10b的上表面110a。优选地，保持凸缘110具有大体为矩形的横截面，并相对于密封本体108定方向成小于90°的锐角α1，并相对于第一密封唇102定方向成45°与80°之间的锐角α2。保持凸缘110构造成动态地抵抗由于内座圈12的逆时针运动(参照附图)引起的唇密封102和104上的密封阻力摩擦力所产生的顺时针方向的转矩力(参照附图)，以便抵抗振荡，并由此防止密封本体100从外环密封保持槽16中“滚出”。
参照图5和6，其示出了密封件的可选实施方式200。密封件200大体类似于密封件100并包括密封本体208、容纳在轴承外座圈10′的保持槽16′内的凸出部209。三个弹性密封唇202、204和206从密封本体208延伸以便弹性地接合并密封轴承内座圈表面14′。密封唇202和204大体径向延伸，而内唇206则大体轴向延伸。密封唇202、204和206均具有一长度，使得密封唇在密封件200被组装至轴承14′中时屈曲。在图6中，密封唇202、204和206绘制成延伸至轴承内座圈表面12′内。应当理解，密封唇不会穿透内座圈表面12′。相反，图6显示了密封唇与内座圈表面12′之间的干涉程度以及密封唇在密封件200组装至轴承14′中时屈曲的程度。如同密封件100的密封唇102、104和106，密封件200的密封唇202、204和206具有这样的长宽比，该长宽比将给予制成密封件的材料足够的刚度，从而使唇部在使用过程中不会反转。然而，在内外座圈彼此相对移动或由于磨损时，密封唇的弹性将保持与内座圈12的密封接触。因此，中间密封唇204干涉或屈曲分别比内密封唇206和外密封唇202的干涉或屈曲小。
如果密封件在安装时过度扭曲，则密封件的性能可能受到损害。为了减少安装过程中密封件的扭曲量，密封200包括凸出部209的相对侧上的外部直径210以及内部直径211。如图所示，内表面211的直径稍小于外表面210的直径。作为示例，直径差可以小到0.010″-0.012″(～0.25mm-～0.30mm)。如图6示意性地示出的，外部直径210形成与轴承外环或轴承外座圈10′的外部表面10b′的过盈配合。另一方面，密封内表面211形成与轴承外座圈14′的内表面10c′的间隙配合。内表面211使密封件200与外座圈或外环孔同心地对齐。这种对齐特征在密封件OD与密封槽形成过盈配合时最大限度地减少了密封件200的扭曲。密封表面210也用作防止密封件“滚出”的保持构件，如同上文所述的密封100的保持凸缘110。
最后，外部密封面212设计成平面。在密封件安装时，图6的组件旋转90°，使密封面212水平。密封件安装力均匀分布在该面上，使在安装过程中密封件的扭曲最小。
优选地，轴承组件14的标准封装尺寸不受本公开的密封部件100、200影响，所以不会减小标准轴承组件14的现有的静态或动态的额定载荷。由于上述构造可以进行各种变化而不脱离本公开的范围，因此上述描述与附图中示出的所有内容应解释为说明性而非限制性的。
Claims (24)
1.一种环形密封部件(100，200)，其用于球面轴承组件(14，14′)的内环座圈表面(12，12′)与外环座圈表面(10，10′)之间的密封，该环形密封部件包括：
环形密封本体(108，208)，所述环形密封本体构造成用于球面轴承组件的内环座圈表面与外环座圈表面之间的保持放置；
第一密封唇(102，202)和第二密封唇，所述第一密封唇和第二密封唇从所述环形密封本体向内环座圈表面沿大体向外倾斜的方向凸出，所述第一和第二密封唇接触内环座圈表面并构造成防止污物进入；
第三密封唇，所述第三密封唇从所述环形密封本体向内环座圈表面沿向内倾斜方向凸出，所述第三密封唇接触内环座圈表面并构造成将润滑剂保持在轴承组件内；以及
其中，所述第一、第二和第三密封唇分别具有选择成使得对内环座圈表面的密封阻力最小化并使密封接触最大化的端面曲率。
2.如权利要求1所述的环形密封部件，其中，所述第三密封唇定方向成抵抗反转。
3.如权利要求1所述的环形密封部件，其中，所述第三密封唇具有选择成在跨越所述内环座圈表面的振荡运动过程中抵抗反转的长宽比。
4.如权利要求1所述的环形密封部件，其中，所述第三密封唇以过盈配合接触所述内座圈表面。
5.如权利要求1所述的环形密封部件，其中，所述第一和第二密封唇分别定方向成具有选择成抵抗反转的接触角。
6.如权利要求1所述的环形密封部件，其中，所述第一和第二密封唇分别具有选择成在跨越所述内环座圈表面的振荡运动的过程中抵抗反转的长宽比。
7.如权利要求1所述的环形密封部件，其中，所述第一和第二密封唇分别以过盈配合接触所述内环座圈表面。
8.如权利要求1所述的环形密封部件，其中，所述第一、第二和第三密封唇分别定尺寸成在安装于所述内环座圈表面与所述外环座圈表面之间时抵抗反转的材料刚度特征。
9.如权利要求1所述的环形密封部件，其中，所述环形密封件构造成用于通过环形密封本体的外径与外环座圈表面内的密封槽之间的径向过盈配合而保持放置。
10.如权利要求9所述的环形密封部件，其中，所述环形密封件包括外部表面(110a，210)，该外部表面(110a，210)与所述轴承外座圈的外部表面接合以防止所述环形密封本体在内环座圈表面与外环座圈表面之间转动过程中“滚出”。
11.如权利要求10所述的环形密封部件，其中，所述外部表面(110a)是向外凸出的保持凸缘(110)的外表面，所述外部表面构造成用于抵靠接触外环(14)的朝外表面(10b)。
12.如权利要求11所述的环形密封部件，其中，所述保持凸缘具有大体为矩形的横截面；并且
其中，所述保持凸缘布置成相对于所述环形密封本体成锐角。
13.如权利要求12所述的环形密封部件，其中，所述保持凸缘进一步布置成相对于所述第一密封唇成锐角。
14.如权利要求10所述的环形密封部件，其包括限定比由所述外部表面限定的直径小的直径的内部表面；所述内部表面限定对齐直径，而所述外部表面限定密封面(212)，该密封面(212)在密封部件组装于轴承内时用作安装表面。
15.如权利要求14所述的环形密封部件，其中，所述内部表面和所述外部表面定位在凸出部的相对侧上，所述凸出部定尺寸和定形状为容纳在轴承外座圈的保持槽(16，16′)内。
16.如权利要求9所述的环形密封部件，其中，所述环形密封本体还包括保持凸缘，所述保持凸缘从所述环形密封本体成锐角向外凸出，所述保持凸缘构造成用于与相邻于所述密封槽的外环表面的向外部分抵靠接触，所述保持凸缘布置成抵抗由密封唇与内环座圈表面之间的密封阻力摩擦力产生的转矩力。
17.如权利要求1所述的环形密封部件，其中，所述环形密封本体由弹性均质材料构成。
18.一种轴承组件(14，14′)，其包括：
外环(10，10′)，所述外环(10，10′)限定外座圈表面，以及保持槽(16，16′)，所述保持槽(16，16′)形成于所述外座圈表面内；
内环(12，12′)，所述内环(12，12′)限定内座圈表面；以及
密封件(100，200)，所述密封件(100，200)容纳在所述内座圈表面与所述外座圈表面之间；所述密封件包括
环形密封本体(108，208)，所述环形密封本体(108，208)限定外径表面；
凸出部(108OD，209)，所述凸出部(108OD，209)从所述环形密封本体外径表面延伸以容纳在所述外环的所述保持槽内；
第一密封唇(102，202)和第二密封唇(104，204)，所述第一密封唇(102，202)和第二密封唇(104，204)从所述环形密封本体向内环座圈表面沿大体向外倾斜方向凸出，所述第一和第二密封唇以过盈配合与所述内环座圈表面接触并构造成防止污物进入；所述第一和第二密封唇分别具有选择成在跨越所述内环座圈表面的振荡运动过程中抵抗反转的长宽比；以及
第三密封唇(106，206)，所述第三密封唇(106，206)从所述环形密封本体向所述内环座圈表面沿向内倾斜方向凸出，所述第三密封唇与所述内环座圈表面接触并构造成将润滑剂保持在轴承组件内；所述第三密封唇具有选择成在跨越所述内环座圈表面的振荡运动过程中抵抗反转的长宽比。
19.如权利要求18所述的轴承组件，其中，所述环形密封件包括外部表面(110a，210)，所述外部表面(110a，210)接合所述轴承外座圈的外部表面以防止环形密封本体在内环座圈表面与外环座圈表面之间的转动过程中“滚出”。
20.如权利要求19所述的轴承组件，其中，所述外部表面(110a)是向外凸出的保持凸缘(110)的外表面；所述外部表面与外环(14)的朝外表面(10b)抵靠接触。
21.如权利要求20所述的轴承组件，其中，所述保持凸缘布置成相对于所述环形密封本体成锐角。
22.如权利要求21所述的轴承组件，其中，所述保持凸缘进一步布置成相对于所述第一密封唇成锐角。
23.如权利要求19所述的轴承组件，其中，所述密封件包括内部表面，所述内部表面限定比由所述外部表面限定的直径小的直径；所述内部表面限定对齐直径，而所述外部表面限定在密封部件被组装于轴承中时用作安装表面的密封面。
24.如权利要求23所述的轴承组件，其中，所述内部表面和所述外部表面定位在所述凸出部的相对侧上。
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