CN102356258B - 径向轴封、径向轴封组件及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种径向轴封，用于容置于外壳中并围绕轴以密封地隔离密封件的空侧和轴封的油侧。该密封件包括安装部分和密封唇，该密封唇具有在油侧端和自由空侧端之间延伸的环形密封表面。环形桥通过第一铰接部被连接到密封唇的油侧端，通过第二铰接部被连接到安装部分。桥从第一铰接部延伸到第二铰接部并与密封唇径向叠置。环形凸起从安装部分轴向远离桥延伸。凸起具有朝向密封唇的油侧，且当密封唇围绕第一铰接部旋转时面对密封唇的空侧端。

Description

径向轴封、径向轴封组件及安装方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年1月28日提交的第61/147,938号和2009年7月17日提交的第61/226,368号美国临时申请的权益，其全部内容通过引用并入此处。

技术领域

本发明涉及用于在转轴和外壳之间形成流体紧密密封的动态油封。

背景技术

动态径向轴油封被设计为具有所谓的密封件“油侧”和“空侧(air side)”。这些命名与密封件被安装的方向有关，即油侧朝向外壳内部并与油接触，而空侧朝向外且暴露于空气中。

至少有两种不同方法可安装径向轴油封。一种是“空侧安装”，其中密封件可以首先被安装到外壳的孔中，然后轴(或其耐磨套)被从空侧轴向安装到密封组件中(外壳内部的方向)以作用于密封件。另一种是“油侧安装”，其中，外壳和轴都已存在，密封组件被轴向滑入外壳，并同时滑到轴(或其耐磨套)上，如此以使轴从密封件的油侧进入密封组件。另外，“油侧”安装要求密封组件被安装到外壳中，然后轴被从密封件的“油侧”插入并贯穿密封件。

安装时，无论哪种类型，密封件必须能够承受安装时产生的轴向载荷而不会导致密封件的唇接触而反折，否则在安装完成条件下密封唇将被移至失效的位置。

径向轴封还需要承受泄漏试验或使用中的各种轴向压力。形成于密封件上(密封件的油侧和空侧之间)的压差可以朝一个方向或另一个方向施加轴向载荷于密封件上(外壳中的真空或增压)，还可以使密封件从轴拉离至少一定角度，以及在极端情况下还可以使密封件在压力下反折和收缩以致破坏密封唇接触。

发明内容

概括地讲，本发明提供一种径向轴封组件，该径向轴封组件具有便于形成适合的油侧安装的特征，即使在轴与孔未对准的情况下，进一步地，当安装时暴露于密封组件油侧上的正压力或负压力中时，为密封组件的密封唇提供支持以防止不利的密封唇接触破坏(contact-breaking)运动。

根据本发明的一个目前优选方面，提供一种径向轴封，该径向轴封用于容置于外壳中并围绕轴以密封地隔离轴封的空侧和轴封的油侧。径向轴封包括环形安装部分以及密封唇，该密封唇具有在油侧端和自由空侧端之间延伸的环形密封表面，该密封表面相对轴轴向延伸。进一步地，环形桥通过第一铰接部被连接到密封唇的油侧端，通过第二铰接部被连接到安装部分。桥从第一铰接部延伸到第二铰接部并与密封唇径向叠置。环形凸起从安装部分轴向远离桥延伸。凸起具有朝向密封唇的油侧，当密封唇围绕第一铰接部向着凸起旋转时，该凸起的油侧面对密封唇的空侧端。

根据本发明的另一方面，提供一种径向轴封组件。该径向轴封组件包括轴，该轴沿中心轴延伸并提供具有预设直径的工作面，以及径向轴封，该径向轴封用于容置于外壳中并围绕轴以密封地隔离径向轴封的空侧和径向轴封的油侧。径向轴封包括环形安装部分以及密封唇，该密封唇具有在油侧端和自由空侧端之间延伸的环形密封表面和相对的背面，该密封表面轴向延伸并与工作面动态密封接触。进一步地，环形桥通过第一枢纽被连接到密封唇的油面端，通过第二枢纽被连接到安装部分。桥从第一枢纽延伸到第二枢纽并与密封唇径向交叠。此外，环形凸起从安装部分轴向远离桥延伸。该凸起具有朝向密封唇的油面，当密封唇围绕第一枢纽向着凸起旋转时，该油侧面对密封唇的空侧端。

根据本发明的另一方面，提供一种将径向轴封安装到轴上的方法。该方法包括提供具有工作面的轴，以及提供带有密封唇的径向轴封，该密封唇具有在自由状态下从油侧端向自由空侧端收敛的环形密封表面。进一步地，提供带有环形桥的径向轴封，该环形桥通过第一铰接部连接到油侧端且在自由状态下发散到第二铰接部。第二铰接部连接到外部安装部分以使桥与密封唇径向叠置延伸。径向轴封进一步包括从安装部分轴向远离桥延伸的环形凸起，凸起具有朝向密封唇的油侧。然后，使密封唇的油侧端与轴的一端邻接，并且使密封唇的空侧端移动并与凸起的油侧邻接。进一步地，使密封表面与轴的工作面密封接触，并且同时使密封唇的空侧端移动且不与凸起邻接。

附图说明

结合下列目前优选实施例和最佳实施方式的具体描述以及附图进行考虑，本发明的上述及其他方面、特征和优点将会更加容易理解，其中：

图1是根据本发明构造的径向轴封的剖视图；以及

图2-图4是图1所示的密封件的剖视图，该密封件示为设置在具有轴的外壳中且从密封件的油侧逐步安装轴。

具体实施方式

更详细地参阅附图，图1示出了根据本发明一个方面构造的径向轴封，此后称为密封件10，其中，该密封件适用于曲轴箱，作为示例而非限制，用于围绕径向轴封组件13(图2-图4)中的可旋转的轴12进行密封，该径向轴封组件13延伸穿过曲轴箱16中的孔14，密封件10安装于孔14中。密封件10具有油侧O和轴向相对的空侧A，该两侧面与密封件10被安装的方向有关，即油侧O朝向曲轴箱16的内部，而空侧A朝向外部环境。密封件10包括安装部分，例如箱部，也称为环18，该环18是金属环或者环结构，带有与其连接的弹性密封材料20。密封材料20构成弹性密封本体22的至少一部分，弹性密封本体22带有轴向延伸的密封唇24，密封唇24在使用中与轴12形成低动态摩擦接触。密封件10具有环形凸起23，该环形凸起23从安装部分18延伸以当密封唇在安装过程中旋转时能面对密封唇24。由此，凸起23阻止密封唇24轴向打开，从而确保密封唇24在安装时在轴12上形成适当的密封构形。

如本领域公知，金属环18可以是L形，或呈现很多构形，例如C形、S形或如图所示的环形，这取决于具体应用的要求。该金属加强的环形结构18被示出为至少部分地被弹性密封材料20覆盖在外表面上，该弹性密封材料20可以具有波状外形26以在曲轴箱16的孔14中提供紧密和流体密封的安装。弹性密封材料覆盖物20构成围绕金属环18成型的弹性密封本体22的一部分。芯体18和密封本体22是相对刚性的，而密封材料20是足够弹性的以形成密封唇24。

密封唇24，当处于松弛的未安装状态，与密封件10的水平中心轴28成小角度地延伸，例如约1-10度，且具有环形的径向朝向内的密封表面30以及相对的径向朝向外的背面32，该密封表面30和背面32在油侧端34和自由空侧端36之间延伸。当处于自由状态时，密封表面30在油侧端34处具有最大直径SD，该最大直径小于轴12的工作面38的外直径OD，如此确保使用时整个密封表面30与工作面38密封接触。密封表面30可以具有肋条或螺纹形式的流体动力结构40，用于在轴旋转时将油抽回到密封件的油侧O。进一步地，空侧端36可以设有防尘唇41，以防止污染物从密封组件10的空侧A进入到油侧O，更进一步地，以将润滑油维持在密封组件10的油侧O上。密封唇24具有预设厚度t1(只在图1中示出以避免使附图凌乱，此后提及的其它尺寸特征也是一样)以便维持对轴12的低扭矩密封，下文更详细地描述。

环形桥42将密封唇24可操作地连接到密封本体22。环形桥42通过第一铰接部44被连接到密封唇24的油侧端34，通过第二铰接部46被连接到密封本体22。桥42与水平中心轴28成角度例如约20-40度地延伸一个长度L1，然而该角度可以在与水平位置成1-89度的范围变化。桥42从第一铰接部44延伸到第二铰接部46并与密封唇24径向叠置，如此提供朝向密封组件10的空侧A的环形凹槽48。桥42具有厚度t2，而第一、第二铰接部44、46分别具有厚度t3、t4。相对厚度优选t1≥t3；t2≥t3，且t2≥t4，更优选地，t1＞t3；t2＞t3，且t2＞t4。此外，当处于自由状态时，第一铰接部44具有第一直径H1D，第二铰接部46具有第二直径H2D，其中H1D＜H2D。

密封件10进一步包括环形组合碎屑唇/防反转唇，也称为凸起23，该凸起23大致从密封本体22径向向内延伸到自由端52。凸起23从密封本体22轴向远离密封唇24和桥42向着密封件10的空侧A延伸。凸起23具有朝向油侧O和密封唇24的径向朝向内的面54，以及朝向空侧A远离密封唇24的径向朝向外的面56。自由端52具有的内径大于工作面38的直径OD，如此在安装和使用时，凸起23保持不与工作面38接触。凸起23，除了作为碎屑进入密封件10的油侧O的屏障，还有助于油侧安装，这将在下文进一步讨论，以防止安装时密封唇24和桥42打开。凸起23具有在面54、56之间延伸的厚度，该厚度足以在安装时提供基本维持其外形和几何形状的足够刚性的环形。

图2-图4示出轴12穿过密封件10的油侧安装进程，其中轴12的中心轴58与密封件10的中心轴28同轴对准。安装时，密封件10已安装于外壳16中，此后轴12被伸入到孔14中并穿过密封件10。当轴12轴向滑入孔14中，轴12的一端60首先与密封件10的油侧端34接触，并且当接触发生时，导致主要的密封唇24径向向外扩张且密封唇24的空侧端36径向向外倾斜，以致凹槽48部分收缩，从而减小将密封件10围绕轴12安装所需的轴向安装力。随着安装的进行，如图3所示，空侧端36继续径向向外和轴向向着空侧A移动。结果，凸起23的内表面54与密封唇24的空侧端36相遇并死死挡住该空侧端36，从而阻止密封唇24和桥42继续轴向向着密封件的空侧A移动。于是，凸起23阻止了密封唇24和桥42向着密封件10的空侧A的轴向向外的转动和反转。如此，如图4所示，当轴12穿过密封件10完全安装时，密封唇24可以径向向内恢复以与轴12的工作面38形成适当的密封构形。

显然，根据上述教导，本发明的各种修改和变化都是可能的。因此，应当理解，在所附权利要求范围内，本发明也可通过除了具体描述以外的方式实现。

Claims (17)

1.一种径向轴封，该径向轴封用于容置于外壳中并围绕轴以密封地隔离轴封的空侧和轴封的油侧，包括： 

一环形刚性安装部分； 

一弹性材料，所述弹性材料与所述刚性安装部分连接并且形成密封本体，所述密封本体包括与所述刚性安装部分径向向内间隔的密封唇，所述密封唇具有在油侧端和自由的空侧端之间延伸的环形密封表面，所述密封表面相对所述轴轴向延伸； 

一环形桥，通过第一铰接部连接到所述密封唇的所述油侧端并通过第二铰接部连接到所述刚性安装部分，所述桥从所述第一铰接部径向向外延伸到所述第二铰接部并与所述密封唇径向叠置；以及 

一环形凸起，所述凸起由所述弹性材料形成为所述密封本体的延伸部，并且从所述刚性安装部分径向向内并且轴向远离所述桥向着所述径向轴封的空侧延伸至一自由端，所述凸起具有朝向所述密封唇的油侧，且当所述密封唇围绕所述第一铰接部向着所述凸起旋转时，凸起的油侧面对所述密封唇的所述自由的空侧端。 

2.如权利要求1所述的径向轴封，其特征在于，所述凸起的自由端的直径大于所述密封唇的直径。 

3.如权利要求1所述的径向轴封，其特征在于，所述第一铰接部具有一厚度，所述密封唇具有大于所述第一铰接部的所述厚度的厚度。 

4.如权利要求3所述的径向轴封，其特征在于，所述桥具有大于所述第一铰接部的所述厚度的厚度。 

5.如权利要求4所述的径向轴封，其特征在于，所述密封唇的所述厚度大于所述桥的所述厚度。 

6.如权利要求5所述的径向轴封，其特征在于，所述第二铰接部具有一厚度，所述桥的所述厚度大于所述第二铰接部的所述厚度。 

7.如权利要求1所述的径向轴封，其特征在于，所述第二铰接部具有一厚度，所述桥具有大于所述第二铰接部的所述厚度的厚度。 

8.如权利要求7所述的径向轴封，其特征在于，所述第一铰接部具有一厚度，所述桥具有大于所述第一铰接部的所述厚度的厚度。 

9.如权利要求7所述的径向轴封，其特征在于，所述密封唇具有大于所述第二铰接部的所述厚度的厚度。 

10.如权利要求7所述的径向轴封，其特征在于，所述密封唇具有大于所述桥的所述厚度的厚度。 

11.如权利要求1所述的径向轴封，其特征在于，所述第一铰接部在所述密封唇和所述凸起之间延伸。 

12.一种径向轴封组件，包括： 

一轴，沿中心轴延伸并提供具有预设直径的工作面；以及 

一径向轴封，该径向轴封用于容置于外壳中并围绕所述轴以密封地隔离径向轴封的空侧和径向轴封的油侧，该轴封包括： 

一环形刚性安装部分； 

一弹性材料，所述弹性材料与所述刚性安装部分连接并且形成密封本体，所述密封本体包括与所述刚性安装部分径向向内间隔的密封唇，所述密封唇具有在油侧端和自由的空侧端之间延伸的环形密封表面，所述密封表面轴向延伸并与所述工作面动态密封接触； 

一环形桥，通过第一铰接部连接到所述密封唇的所述油侧端并通过第二铰接部连接到所述刚性安装部分，所述桥从所述第一铰接部径向向外延伸到所述第二铰接部并与所述密封唇径向叠置；以及 

一环形凸起，所述凸起由所述弹性材料形成为所述密封本体的延伸部，并且从所述刚性安装部分径向向内并且轴向远离所述桥向着所述径向轴封的空侧并且向着所述工作面延伸至一自由端，所述凸起具有朝向所述密封唇的油侧，当所述密封唇围绕所述第二铰接部向着所述凸起旋转时，凸起的油侧面对所述密封唇的所述自由的空侧端。 

13.如权利要求12所述的径向轴封组件，其特征在于，所述凸起的自由端的直径大于所述轴的直径。 

14.如权利要求13所述的径向轴封组件，其特征在于，所述第一铰接部具有一厚度，所述密封唇和所述桥具有大于所述第一铰接部的所述厚度的厚度。 

15.一种将径向轴封安装到轴上的方法，包括： 

提供具有工作面的轴； 

提供带有密封唇和环形桥的径向轴封，该密封唇具有在自由状态下从油侧端向自由的空侧端径向向内收敛的环形密封表面，该环形桥通过第一铰接部连接到油侧端且在自由状态下径向向外发散到第二铰接部，第二铰接部连接到外部安装部分使桥与密封唇径向叠置延伸，该径向轴封进一步包括从安装部分径向向内并且轴向远离桥向着所述径向轴封的空侧延伸的环形凸起，该凸起具有朝向密封唇的油侧； 

使轴和径向轴封轴向向着彼此移动； 

使密封唇的油侧端与轴的一端邻接，并且使密封唇的空侧端移动并与凸起的油侧邻接；以及 

使密封表面与工作面密封接触，并且同时使密封唇的空侧端移动且不与凸起邻接。 

16.如权利要求15所述的将径向轴封安装到轴上的方法，进一步包括，为凸起提供延伸到自由端的预设长度，该自由端具有大于工作面直径的直径。 

17.如权利要求16所述的将径向轴封安装到轴上的方法，进一步包括，使密封表面从收敛构形至少部分地绕第一铰接部旋转到发散构形。