CN102434590B - 汽车硅油风扇离合器轴承密封装置 - Google Patents

汽车硅油风扇离合器轴承密封装置 Download PDF

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Abstract

一种汽车硅油风扇离合器轴承密封装置，轴承内圈上有倾斜台阶，倾斜台阶呈漏斗状，向轴承端面张开，在过轴承轴线的剖面上，倾斜台阶与轴承轴线的夹角为5o～35o；密封圈内径处的密封圈主唇与倾斜台阶接触密封；密封圈内径处的密封圈副唇与轴承内圈间隙密封。当轴承内、外圈之间产生相对倾斜时，能够有效防止密封圈主唇与轴承内圈接触压力过度降低和过度增高，避免发生泄漏、风扇随转以及密封过度磨损。本发明密封性能好，寿命长，进而提高了汽车硅油风扇离合器的使用寿命。

Description

汽车硅油风扇离合器轴承密封装置
技术领域
 本发明涉及汽车硅油风扇离合器轴承，具体的讲是一种汽车硅油风扇离合器轴承密封装置。
背景技术
现有汽车硅油风扇离合器轴承密封圈外径嵌装在轴承外圈上，密封圈内径处密封唇与旋转的轴承内圈相接触，防止轴承内部润滑材料外漏、硅油泄漏，阻止外部灰尘侵入。汽车硅油风扇离合器轴承工作环境比较恶劣，通常汽车硅油风扇离合器轴承不能更换，所以其密封性能就显得尤为重要。汽车，特别是大功率的商用汽车，风扇消耗功率高；轴承的摩擦阻力过大时还会产生风扇随转现象，所以对汽车硅油风扇离合器轴承提出了很高的要求。
行业内对提高汽车硅油风扇离合器轴承密封性能做了大量的工作。中国实用新型专利授权公告号CN 201866103 U《汽车硅油风扇离合器高密封轴承》为了改善轴承密封不良造成的泄漏，将密封件压装进入轴承内圈密封槽内；《轴承》杂志 2009年第6期 《汽车硅油风扇离合器轴承密封结构设计与试验》提出主要密封部位在轴承内圈的轴向方向侧面接触。在汽车硅油风扇离合器轴承行业里，甚至在整个轴承行业里，提高密封性能的手段主要集中在改进轴承密封圈唇与轴承动圈接触密封的位置和接触的数量上，对于与密封唇接触的轴承动圈部位结构和形状的理性研究还很欠缺，例如，中国实用新型专利授权公告号CN 201065891 Y《在深沟球轴承中的接触式密封结构》为了解决仅有一个密封圈密封唇口与轴承动圈接触密封，密封性能差的技术问题，提出了两个密封唇口接触密封的技术方案。另外，现有汽车硅油风扇离合器轴承的密封唇凸起多在轴承内圈挡边上方，密封唇凸起阻碍轴承内部填充润滑脂的流动，容易导致润滑脂流失。
由于轴承和硅油风扇离合器结构方面的原因，汽车硅油风扇离合器轴承，特别汽车硅油风扇离合器单列深沟球轴承，使用过程中内圈和外圈之间不可避免的会产生微小倾斜，在倾斜情况下，内圈和外圈之间部分部位的距离加大，部分部位的距离变小，目前的轴承密封结构会使轴承内圈和密封圈的接触密封唇之间接触压力随之变化，造成泄漏或摩擦力矩增大、风扇随转以及密封过度磨损。
发明内容
本发明从对与密封唇接触的轴承内圈部位结构和形状的研究出发，解决在汽车硅油风扇离合器轴承内圈和外圈倾斜情况下，轴承内圈和密封圈的接触密封唇之间接触压力随之变化，造成泄漏或摩擦力矩过度增大、风扇随转以及密封过度磨损的技术问题，提供一种在汽车硅油风扇离合器轴承内圈和外圈倾斜情况下，能克服硅油泄漏和使摩擦阻力变化小，密封寿命长的汽车硅油风扇离合器轴承密封装置。
为了解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：一种汽车硅油风扇离合器轴承密封装置，包括用于汽车硅油风扇离合器的轴承外圈和轴承内圈，密封圈的外径端头与轴承外圈上的沟槽过盈配合，轴承内圈上有倾斜台阶，倾斜台阶呈漏斗状，向轴承端面张开，在过轴承轴线的剖面上，倾斜台阶与轴承轴线的夹角为5o～35o；密封圈内径处的密封圈主唇与倾斜台阶接触密封；密封圈内径处的密封圈副唇与轴承内圈间隙密封。
在过汽车硅油风扇离合器轴承轴线的剖面上，即在轴承的纵截面上，倾斜台阶与轴承轴线的夹角为5o～35o。密封圈主唇与倾斜台阶接触配合，密封过盈在径向方向，且与轴线呈一定的夹角，发挥径向和轴向混合的密封作用，主要防止离合器内部的硅油泄漏，密封圈主唇起主要密封作用。密封圈副唇与轴承内圈形成一定的间隙密封，减小润滑脂的泄漏，在轴承高速旋转时降低润滑材料对密封圈主唇的压力，防止轴承内部润滑材料的泄漏，密封圈副唇起辅助密封作用。当轴承内、外圈之间由于离合器的力矩作用产生相对倾斜时，轴承内圈的端面产生倾斜，轴承内、外圈之间部分部位的距离加大，部分部位的距离减小。轴承内、外圈之间的距离发生加大部位处的轴承内圈端面突出，使密封圈主唇与倾斜台阶接触点向轴承内移动，倾斜台阶愈向轴承内愈高，倾斜台阶与轴承轴线的夹角在5o～35o范围内，能够有效防止倾斜产生的密封圈主唇与轴承内圈接触压力过度降低，避免发生泄漏；轴承内、外圈之间的距离发生减小部位处的轴承内圈端面后缩，使密封圈主唇与倾斜台阶接触点向轴承外移动，倾斜台阶愈向轴承外愈低，倾斜台阶与轴承轴线的夹角在5o～35o范围内，能够有效防止倾斜产生的密封圈主唇与轴承内圈接触压力过度增高，摩擦力矩过度增大，避免风扇随转以及密封过度磨损。本发明密封性能好，寿命长，进而提高了汽车硅油风扇离合器的使用寿命。
过轴承轴线的剖面上，倾斜台阶与轴承轴线的夹角为15o～25o。这是优选的夹角。
倾斜台阶从轴承端面起向轴承内部延伸，连接垂直的倾斜台阶内侧壁；倾斜台阶内侧壁连接平形台阶，平形台阶是与轴承内圈同轴线的圆柱面；平形台阶连接垂直的平形台阶内侧壁，平形台阶内侧壁连接轴承内圈挡边。
密封圈副唇与平形台阶和平形台阶内侧壁间隙密封。密封圈副唇在径向和轴向分别形成间隙密封，构成迷宫结构，增强润滑材料的引导作用。
密封圈主唇连接在主唇支撑臂的下部；密封圈副唇在主唇支撑臂内侧，密封圈副唇密封部位的最高点低于轴承内圈挡边0～0.35mm。密封圈副唇向轴承内部方向延伸，低于轴承内圈挡边0～0.35mm，有效地减小对轴承润滑脂运动的阻挡，增强润滑材料的引导作用，消除润滑脂流失的隐患。
主唇支撑臂的内侧面与倾斜台阶内侧壁的间隙为0.25～0.5mm。间隙小于0.25 mm，当内、外圈之间产生相对倾斜时，主唇支撑臂容易与倾斜台阶内侧壁接触，使轴承的启动力矩增大；间隙大于0.25 mm，泄漏明显增加。
主唇支撑臂的长度与主唇支撑臂的厚度之比是1.5～4。在过轴承轴线的剖面上，从密封圈上主唇支撑臂根部至主唇支撑臂与密封圈主唇连接处的距离是主唇支撑臂的长度。密封圈主唇与倾斜台阶是一条环形带的面接触。接触面积增大，密封性好，但密封接触压力增大，导致摩擦力矩增大，轴承的能耗大，甚至风扇随转。主唇支撑臂的长度与主唇支撑臂的厚度之比控制在1.5～4范围内，依靠连接密封圈主唇的主唇支撑臂的弹性，能够保证密封圈主唇对倾斜台阶的密封和压力双重要求，重要的是在轴承内、外圈之间产生相对倾斜时，密封圈主唇能够轻便的沿倾斜台阶的轴线方向移动，且保持良好的密封。主唇支撑臂的长度与主唇支撑臂的厚度之比小于1.5，主唇支撑臂弹性差，密封接触压力大，轴承的能耗大；大于4，密封圈主唇与倾斜台阶接触密封的稳定性差，特别是密封圈主唇沿倾斜台阶的轴线方向移动时更易发生泄漏。
倾斜台阶的表面的粗糙度Ra值为1.6～0.1um。倾斜台阶的表面质量对密封寿命有比较大的影响,较大的表面粗糙度会对密封圈主唇产生严重的磨损。
倾斜台阶表面粗糙度Ra为0.8～0.2um。这是倾斜台阶优选的表面粗糙度。
密封圈主唇与倾斜台阶接触过盈量为0.05～0.4mm。密封圈主唇与倾斜台阶配合起主要密封作用，主要防止离合器内部的硅油泄漏。过盈量小于0.05mm，密封效果急剧下降，硅油极易产生泄漏；过盈量大于0.4mm，轴承的启动力矩急剧变大，能耗大幅提高，密封圈的磨损剧烈，密封寿命极度降低，硅油风扇产生随转现象。
密封圈主唇与轴承内圈倾斜台阶接触过盈量为0.1～0.25mm。这是优选的数据。
本发明的优点是：密封圈内径处的密封圈主唇与轴承内圈上的倾斜台阶接触密封，控制倾斜台阶的倾斜角度、主唇支撑臂的长度与主唇支撑臂的厚度之比以及密封圈主唇与轴承内圈倾斜台阶接触过盈量等，当轴承内、外圈之间产生相对倾斜时，能够有效防止密封圈主唇与轴承内圈接触压力过度降低和过度增高，避免发生泄漏、风扇随转以及密封过度磨损。本发明密封性能好，寿命长，进而提高了汽车硅油风扇离合器的使用寿命。
附图说明
图1是本发明一个实施例的结构剖面示意图；
图2是图1的局部放大图。
具体实施方式
结合附图说明。
图1和图2所示的是一种用于汽车发动机硅油风扇离合器的单列深沟球轴承的密封装置，它包括汽车发动机硅油风扇离合器的单列深沟球轴承的轴承外圈1，轴承内圈2，密封圈5。轴承外圈1和轴承内圈2之间有钢球3和保持架4。橡胶材质的密封圈内部镶嵌有钢板骨架7，以增强密封圈5的强度。橡胶密封圈5的外径端头16压入轴承外圈1上的沟槽6，外径端头16在径向和轴向方向产生变形，与沟槽6产生紧密的接触，过盈配合。
图1和图2为沿轴承轴线的剖面图，即过轴承轴线的剖面图。在过轴承轴线的剖面上，倾斜台阶12与轴承轴线的夹角a为23o，密封圈主唇14与倾斜台阶12接触密封，参见图2，密封圈主唇14与倾斜台阶12是一条以主唇接触点15为中心的环形带的面接触，漏斗状的倾斜台阶12向轴承端面张开。倾斜台阶12从轴承端面起向轴承内部延伸，连接垂直的倾斜台阶内侧壁11，倾斜台阶内侧壁11连接平形台阶10，平形台阶10是与轴承内圈2同轴线的圆柱面，平形台阶10连接垂直的平形台阶内侧壁9，平形台阶内侧壁9连接轴承内圈挡边17。密封圈主唇14连接在密封圈主唇支撑臂13的下部，偏向轴承的端面；密封圈副唇8在主唇支撑臂13内侧，密封圈副唇8密封部位的最高点低于轴承内圈挡边17是0.15mm。密封圈副唇8与平形台阶10、平形台阶内侧壁9之间有间隙，密封圈副唇8分别在径向和轴向间隙密封。主唇支撑臂13的内侧面与倾斜台阶内侧壁11的间隙Ｄ为0.30mm。主唇支撑臂13的长度S与主唇支撑臂13的厚度B之比是2.3。倾斜台阶12的表面的粗糙度Ra值为0.5um。密封圈主唇14与倾斜台阶12接触过盈量C为0.20mm。密封圈主唇14变形部位的长度L与主唇支撑臂13厚度B之比是2.5，图2中从主唇支撑臂13与密封圈主唇14的连接处至主唇接触点15的距离是密封圈主唇14变形部位的长度L。
在轴承内、外圈相对倾斜0.5 o时，本实施例密封过盈增加量为0.005mm，现有汽车硅油风扇离合器轴承密封装置密封过盈增加量在0.045mm以上；在轴承内、外圈相对倾斜0.9 o时，本实施例密封过盈增加为0.010mm，现有汽车硅油风扇离合器轴承密封装置密封过盈增加量在0.080mm以上；在轴承内、外圈相对倾斜-0.5 o时，本实施例密封过盈减小量为0.005mm，现有汽车硅油风扇离合器轴承密封装置密封过盈减小量在0.045mm以上；在轴承内外圈相对倾斜-0.9 o时，本实施例密封过盈减小量为0.010mm，现有汽车硅油风扇离合器轴承密封装置密封过盈减小量在0.080mm以上。在轴承内、外圈相对倾斜0.5 o时，本实施例启动力矩为4.2cN.m，现有汽车硅油风扇离合器轴承密封装置启动力矩在5.1cN.m以上；在轴承内、外圈相对倾斜0.9 o时，本实施例启动力矩为4.6cN.m，现有汽车硅油风扇离合器轴承密封装置启动力矩在6.2cNm以上。 可以看出，本发明克服了现有汽车硅油风扇离合器轴承密封装置的缺点，当轴承内、外圈之间产生相对倾斜时，无论是密封圈主唇密封过盈量，还是启动力矩，本发明密封装置的波动很小，能够有效防止密封圈主唇14与轴承内圈2接触压力过度降低和过度增高，避免发生泄漏和摩擦力矩增大、风扇随转以及密封过度磨损。

Claims (6)

1.一种汽车硅油风扇离合器轴承密封装置，包括用于汽车硅油风扇离合器的深沟球轴承的轴承外圈（1）和轴承内圈（2），密封圈（5）的外径端头（16）与轴承外圈（1）上的沟槽（6）过盈配合，其特征在于轴承内圈（2）上有倾斜台阶（12），倾斜台阶（12）呈漏斗状，向轴承端面张开，在过轴承轴线的剖面上，倾斜台阶（12）与轴承轴线的夹角为5o～35o；密封圈内径处的密封圈主唇（14）与倾斜台阶（12）接触密封；密封圈内径处的密封圈副唇（8）与轴承内圈（2）间隙密封；倾斜台阶（12）从轴承端面起向轴承内部延伸，连接垂直的倾斜台阶内侧壁（11）；倾斜台阶内侧壁（11）连接平形台阶（10），平形台阶（10）是与轴承内圈（2）同轴线的圆柱面；平形台阶（10）连接垂直的平形台阶内侧壁（9），平形台阶内侧壁（9）连接轴承内圈挡边（17），密封圈副唇（8）与平形台阶（10）和平形台阶内侧壁（9）间隙密封；密封圈主唇（14）连接在主唇支撑臂（13）的下部；密封圈副唇（8）在主唇支撑臂（13）内侧，密封圈副唇（8）密封部位的最高点低于轴承内圈挡边（17）0～0.35mm；主唇支撑臂（13）的内侧面与倾斜台阶内侧壁（11）的间隙为0.25～0.5mm。
2.根据权利要求1所述的汽车硅油风扇离合器轴承密封装置，其特征在于过轴承轴线的剖面上，倾斜台阶（12）与轴承轴线的夹角为15o～25o。
3.根据权利要求1所述的汽车硅油风扇离合器轴承密封装置，其特征在于主唇支撑臂（13）的长度与主唇支撑臂（13）的厚度之比是1.5～4。
4.根据权利要求1或2所述的汽车硅油风扇离合器轴承密封装置，其特征在于倾斜台阶（12）表面粗糙度Ra为0.8～0.2um。
5.根据权利要求1所述的汽车硅油风扇离合器轴承密封装置，其特征在于密封圈主唇（14）与倾斜台阶（12）接触过盈量为0.05～0.4mm。
6.根据权利要求1所述的汽车硅油风扇离合器轴承密封装置，其特征在于密封圈主唇（14）与轴承内圈倾斜台阶（12）接触过盈量为0.1～0.25mm。
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