CN102562816A - 密封装置及具备该密封装置的滚动轴承装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供密封装置及具备该密封装置的滚动轴承装置。密封装置(18)，在滚动轴承(10)的内部与外部的边界部对互相相对旋转的第一部件(19)与第二部件(20)之间的环状空间进行密封。密封装置(18)具备：密封部件(23)，安装于第一部件(19)和第二部件(20)中的一方、且具有第一密封唇(36)及第二密封唇(37)；以及第一滑动接触面(24A)、第二滑动接触面(24B)，设置于第一部件(19)和第二部件中的另一方，与各密封唇(36、37)滑动接触。第二密封唇(37)相对于第二滑动接触面(24B)的第二接触压力(PO)高于第一密封唇(36)相对于第一滑动接触面(24A)的第一接触压力(PI)。

Description

密封装置及具备该密封装置的滚动轴承装置
技术领域
本发明涉及密封装置及具备该密封装置的滚动轴承装置。
背景技术
在将轧制机的轧辊支承为能够旋转的滚动轴承，为了密封内圈与外圈之间的环状空间而设置密封装置(例如，参照日本特开2001-254840号公报)。日本特开2001-254840号公报中记载的密封装置，将安装于内圈侧的第二部件与安装于外圈侧的第一部件之间密封，并具有密封唇，该密封唇安装于第二部件、且以滑动自如的方式与第一部件的侧面紧密接触。该密封唇虽然在低速旋转时以滑动自如的方式与第一部件紧密接触，但是在高速旋转时因基于离心力的弹性变形而从第一部件脱离，从而形成迷宫式密封。
日本特开2001-254840号公报中记载的技术，虽然在滚动轴承的低速旋转时密封唇与第一部件紧密接触，但是在高速旋转时密封唇从第一部件脱离而形成迷宫式密封，因此能够防止高速旋转时伴随着密封唇与第一部件滑动接触的发热，从而能够抑制因该发热而引起的密封性能的下降及寿命的缩短等。然而，由于第一部件与第二部件的轴向的相对位置变化以及密封唇的制造误差等，非常难以适当地调整高速旋转时密封唇与第一部件之间的间隙，从而存在因该间隙过小或过大而无法获得期望的发热防止效果及密封效果的可能性。
发明内容
本发明提供一种密封装置及具备该密封装置的滚动轴承装置，该密封装置能够消除因高速旋转时的发热而引起的不良情况、并且还能够维持密封效果。
本发明的一种方式所涉及的密封装置，该密封装置在滚动轴承的内部与外部的边界部对互相相对旋转的第一部件与第二部件之间的环状空间密封。密封部件安装于所述第一部件与所述第二部件中的一方、且包括多个密封唇。多个密封唇包括第一密封唇及第二密封唇。滑动接触面设置于所述第一部件和所述第二部件中的另一方，与所述第一密封唇及第二密封唇接触。所述第二密封唇配置在比所述第一密封唇更靠所述滚动轴承的外部侧。所述第二密封唇相对于所述滑动接触面的第二接触压力高于所述第一密封唇相对于所述滑动接触面的第一接触压力。
一般情况下，滚动轴承越靠向内部则越易于热滞留而形成高温，外部因与外部气体或冷却水等接触而使得散热性提高，与内部相比形成低温。本发明的一种方式的密封装置，使得在散热性更高的滚动轴承的外部侧配置的第二密封唇的第二接触压力高于第一密封唇的第一接触压力。也就是说，利用第二密封唇提高密封性能、并抑制高速旋转时的发热。使得在易于热滞留的滚动轴承的内部侧配置的第一密封唇的第一接触压力相对地低于第二密封唇的第二接触压力。也就是说，利用第一密封唇抑制高速旋转时的发热。因此，密封装置整体不会使密封性能降低、还能够抑制高速旋转时的发热，从而能够抑制因该发热而引起的寿命减少等不良情况。
也可以构成为：所述第一密封唇相对于所述滑动接触面的第一过盈量与所述第二密封唇相对于所述滑动接触面的第二过盈量不同，所述第一接触压力与所述第二接触压力因所述过盈量的不同而互不相同。根据这样的结构，能够使形成为相同形状及相同刚度的第一密封唇及第二密封唇以不同的接触压力与滑动接触面接触。第二过盈量也可以大于第一过盈量。
也可以构成为：所述第一密封唇的朝所述滑动接触面的接触方向上的第一弯曲刚度与所述第二密封唇的朝所述滑动接触面的接触方向上的第二弯曲刚度不同，所述第一接触压力与所述第二接触压力因所述弯曲刚度的不同而互不相同。根据这样的结构，即使相对于滑动接触面的过盈量相同，也能够使第一密封唇与第二密封唇以不同的接触压力与滑动接触面接触。第二弯曲刚度也可以大于第一弯曲刚度。
所述第二密封唇也可以设置在比所述第一密封唇更靠所述滚动轴承的径向外侧。
所述密封部件也可以安装于旋转运动的第二部件。所述第一密封唇的第一接触压力相对于伴随着第二部件的旋转的所述密封部件的旋转速度的第一变化率，可以大于所述第二密封唇的第二接触压力相对于所述旋转速度的第二变化率。当密封部件安装于旋转运动的第二部件时，密封部件的旋转速度越高，各密封唇的接触压力因其离心力而变得越小。进而，对于各密封唇的接触压力相对于密封部件的旋转速度的变化率，当像在所述滚动轴承的更靠内部侧配置的第一密封唇那么大时，若密封部件的旋转速度增大，则接触压力会像比第二密封唇更靠滚动轴承内部侧的第一密封唇那样地大幅降低。因此，在高速旋转时能够更加有效地抑制易于热滞留的滚动轴承的内部侧的第一密封唇的发热。反之，由于接触压力的降低像滚动轴承的更靠外部侧的第二密封唇那样地减小，因此能够抑制高速旋转时密封性的下降。
所述密封部件也可以安装于进行旋转运动的第二部件。并且，在所述密封部件的径向外端可以具有相对于所述第一部件的内周面隔开间隙地配置的尖端部。进而，该尖端部可以具有相互朝相反方向倾斜的内侧面及外侧面、且形成为朝向径向外侧逐渐变细的形状。由此，易于利用尖端部的内侧面使进入密封部件的内侧的水伴随着密封部件的旋转而流向外部。并且，易于利用尖端部的外侧面将溅到密封部件的外表面的水反弹到外部。因此，水难以进入密封部件，并且能够易于将进入的水排出。
本发明的一种方式所涉及的滚动轴承装置也可以包括滚动轴承，所述滚动轴承具备：内圈；外圈，该外圈设置于该内圈的径向外侧；以及多个滚动体，该多个滚动体以能够滚动的方式设置在所述内圈与所述外圈之间。所述轴承装置可以具备在所述滚动轴承的轴向端部设置的上述密封装置。
根据本发明的一种方式，能够尽可能地消除因高速旋转时的发热而引起的不良情况，还能够维持密封效果。
附图说明
以下通过参照相应附图对本发明具体实施方式的特征、优点、以及技术上和工业上的重要性进行说明，对相同或相似的要素标注相同或相似的标号，其中，
图1是示出组装有本发明第一实施方式所涉及的密封装置的滚动轴承的剖视图。
图2是示出图1中的密封装置的放大剖视图。
图3是示出本发明第二实施方式中的密封部件的旋转速度与密封唇的接触压力之间的关系的图表。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的密封装置及滚动轴承装置进行说明。图1是示出本发明第一实施方式所涉及的密封装置与滚动轴承的剖视图。图2是示出图1中的密封装置的放大剖视图。另外，将这些图中的左右方向称作轴向，将上下方向称作径向。并且，关于轴向，将从滚动轴承10的内部朝向外部的方向称作轴向外侧，将从滚动轴承10的外部朝向内部的方向称作轴向内侧。
如图1所示，将滚动轴承10设为例如作为轧辊支承用的轴承使用的4列的圆锥滚珠轴承。滚动轴承10具备两个内圈11、3个外圈12、4列的圆锥滚珠15以及4个保持器16。两个内圈11与轧辊的端部外周面嵌合、且在轴向上并列配置。3个外圈12在这些内圈11的径向外侧同轴心状地配置、且在轴向上并列配置。圆锥滚珠15配置在形成于内圈11的内圈滚道面13以及形成于外圈12的外圈滚道面14之间，并在各滚道面上滚动。保持器16保持各列圆锥滚珠15的周向间隔。
在滚动轴承10的轴向端部设置有密封装置18，该密封装置18密封滚动轴承10的内部与外部之间的边界部。密封装置18防止朝滚动轴承10的内部供给的润滑油的泄漏，并防止轧辊冷却用的冷却水等浸入滚动轴承10的内部。具体地说，密封装置18将在设置于滚动轴承10的轴向端部的第一部件19与第二部件20之间形成的环状空间密封。第二部件20由轴向上在2个内圈11的外端部设置的伸出部构成。伸出部沿轴向延伸、且从滚动轴承10的内部向外部延伸。第一部件19在处于各内圈11的伸出部20的径向外侧、且与外圈12相邻的位置配置。并且，第一部件19和外圈12与壳体21嵌合。
如图2所示，密封装置18具有密封部件23、第一滑动接触面24A以及第二滑动接触面24B。密封部件23安装于第二部件20的外周面、且具有多个密封唇36、37。第一滑动接触面24A与第二滑动接触面24B设置于第一部件19。多个密封唇36、37分别与第一滑动接触面24A、第二滑动接触面24B接触。密封部件23是将由橡胶等弹性材料形成的密封部26固定于芯体25。芯体25的截面形状形成为大致L字形状。芯体25整体形成为环状。芯体25由圆筒部27与圆环部28构成。圆筒部27形成为圆筒形状，与内圈11的伸出部(第二部件)20的外周面嵌合。圆环部28从该圆筒部27的轴向外端部朝径向外侧大致垂直地弯曲延伸。例如通过对作为冷轧钢板的SPCC、SPCD、SPCE等进行冲压加工而形成芯体25。
在芯体25的圆筒部27的内周面形成有凹部30，在第二部件20的外周面形成有凹部31。进而，将可挠性棒体33插入该凹部30和凹部31，由此限制芯体25相对于第二部件20的轴向错位。并且，在第二部件20还形成有收纳O形环50的凹部32。
密封部26主要固定于芯体25的圆筒部27的外周面、和圆环部28的轴向内侧面(图2的左侧的侧面)。进而，密封部26具备两个密封唇36、37，该2个密封唇36、37从圆筒部27与圆环部28之间的弯曲部附近朝径向外侧且朝轴向内侧(图2的左方向)倾斜延伸。在密封部26的轴向内端部、且在周向上形成有多个突起34。该突起34与在第二部件20的内周部形成的嵌合凹部35嵌合，由此进行密封部件23的周向的止转。
两个密封唇36、37径向的位置互不相同。在本实施方式中，将密封唇36称作第一密封唇，将位于比密封唇36更靠径向外侧的密封唇37称作第二密封唇。并且在图2中，利用实线示出与第一滑动接触面24A、第二滑动接触面24B抵接而发生弹性变形的状态下的第一密封唇36、第二密封唇37，利用双点划线示出与滑动接触面24A、24B抵接之前的自然状态(无负载状态)下的第一密封唇36、第二密封唇37。
第一密封唇36在其基部侧具有稍向径向外侧折曲的第一折曲部39。同样，第二密封唇37也在其基部侧具有稍向径向外侧折曲的第二折曲部40。进而，第一密封唇36及第二密封唇37易于以第一折曲部39及第二折曲部40为支点向上方弯曲。
第一部件19的内周面以越向轴向外侧内径越大的方式形成为阶梯状。具体地说，在第一部件19的内周部从轴承内部侧朝轴承外部侧沿轴向形成有3个阶梯部(第一阶梯部42、第二阶梯部43、第三阶梯部44)。对于各阶梯部42、43、44的高度(径向尺寸)，第一阶梯部42最大，第三阶梯部44最小。并且，第一阶梯部42及第二阶梯部43具备相对于轴心大致垂直的第一侧面24A及第二侧面24B。第三阶梯部44具有越向轴向外侧内径越大的倾斜的第三侧面47。进而，第一阶梯部42的第一侧面24A构成供第一密封唇36滑动接触的第一滑动接触面。第二阶梯部43的第二侧面24B构成供第二密封唇37滑动接触的第二滑动接触面。
第一密封唇36以第一过盈量s1与第一滑动接触面24A接触。与此相对，第二密封唇37以第二过盈量s2与第二滑动接触面24B接触。第一密封唇36的第一过盈量s1与第二密封唇37的第二过盈量s2之间存在s1＜s2的关系。更加优选为存在s1/s2＝0.3～0.6的关系。虽然第一密封唇36与第二密封唇37形成为大致相同的壁厚、且弯曲刚度也大致相同，但是第一过盈量s1与第二过盈量s2不同。因此，第一密封唇36相对于第一滑动接触面24A的第一接触压力、与第二密封唇37相对于第二滑动接触面24B的第二接触压力互不相同，第一接触压力小于第二接触压力。换言之，多个密封唇36、37越靠向滚动轴承10的外部侧，相对于滑动接触面24A、24B的接触压力越高。
另外，并不局限于第一密封唇36与第二密封唇37通过第一过盈量s1、第二过盈量s2的不同而使得接触压力不同，例如也可以通过第一密封唇36的第一弯曲刚度与第二密封唇37的第二弯曲刚度的不同而使得接触压力不同。在该情况下，能够使两者的第一过盈量s1、第二过盈量s2相同。具体地说，即使通过使第二密封唇37的第二弯曲刚度高于第一密封唇36的第一弯曲刚度而使得第一过盈量s1、第二过盈量s2相同，也能够将第二密封唇37的第二接触压力设定成高于第一密封唇36的第一接触压力。并且，可以利用过盈量s1、s2的不同以及弯曲刚度的不同的双方使接触压力不同，也可以利用过盈量s1、s2的不同以及弯曲刚度的不同的一方使接触压力不同。
比密封装置18更靠轴向内侧的位置(滚动轴承10的内部侧)，因滚动轴承10进行旋转运动而变成高温，并且热量难以散发而易于滞留。与此相对，在比密封装置18更靠轴向外侧的位置(滚动轴承10的外部侧)，散热性因用于冷却轧辊的冷却水的溅落、或外部气体的接触而升高。
进而，在本实施方式中，配置于滚动轴承10的外部侧的第二密封唇37的第二接触压力与第一密封唇36的第一接触压力相比，由于相对于对应的滑动接触面24B的接触压力高，因此第二密封唇37具有比第一密封唇36高的密封性能。并且，由于第二密封唇37配置在散热性高的位置，因此还能够抑制高速旋转时的发热。另一方面，虽然第一密封唇36配置在易于热滞留的滚动轴承10的内部侧，但是由于相对于第一滑动接触面24A的接触压力低，因此能够抑制高速旋转时的发热。因而，利用第一密封唇36与第二密封唇37的双方，能够适当地维持密封性能、还能够抑制高速旋转时的发热，从而能够消除因该发热而引起的寿命降低等不良情况。
对于密封部件23，将圆环部28的径向外端部覆盖的密封部26的一部分(尖端部)52，以朝向径向外侧逐渐变细的方式形成为尖锐的形状。即，在密封部件23的尖端部52形成有互相朝相反方向倾斜的内侧面53与外侧面54。内侧面53与第三侧面47大致平行地对置。进而，内侧面53的倾斜发挥着如下作用：使得进入密封部件23的内部的水伴随着旋转朝密封部件23的外侧甩出。并且，外侧面54的倾斜发挥使从外部溅洒的水朝径向外侧反弹的作用。因此，通过这样的密封部件23的尖端部52的形状，水难以进入密封部件23的内侧，并且能够易于将进入的水排出。
如图2所示，若第二部件20旋转，则密封部件23也伴随与此而旋转，从而对第一密封唇36与第二密封唇37作用离心力以使其朝径向外侧敞开。若作用这样的离心力，则各密封唇36、37相对于第一滑动接触面24A及第二滑动接触面24B的接触压力产生变化。进而在第二实施方式中，将第一密封唇36与第二密封唇37的接触压力相对于密封部件23的旋转速度的变化率设定成下述那样的互不相同的变化率。
若将密封部件23伴随于第二部件20的旋转的旋转速度设为V、将第一密封唇36相对于第一滑动接触面24A的第一接触压力设为PI，则能够像以下算式(1)那样地表示第一接触压力PI相对于旋转速度V的第一变化率ΔPI。ΔPI＝PI/V  ...(1)
并且，若将第二密封唇37相对于第二滑动接触面24B的第二接触压力设为PO，则能够像以下算式(2)那样地表示第二接触压力PO相对于旋转速度V的第二变化率ΔPO。ΔPO＝PO/V  ...(2)
进而，在本第二实施方式中，将变化率ΔPI和ΔPO设定成具有下算式(3)所示的关系。ΔPI/ΔPO＞1.3  ...(3)
如图3所示，将上述算式(1)～(3)的关系利用图表示出。根据该图表，第一密封唇36相对于第一滑动接触面24A的第一接触压力的第一变化率ΔPI，比第二密封唇37的第二接触压力的第二变化率ΔPO大(图表中的斜率大)。通过这样设定，密封部件23的旋转速度V越高，与第二密封唇37的第二接触压力相比，第一密封唇36的第一接触压力越大幅降低。换言之，第二密封唇37的第二接触压力比第一密封唇36的第一接触压力降低得少。因此，能够更加有效地抑制高速旋转时第一密封唇36的发热，并能够抑制基于第二密封唇37的密封性的下降。另外如上所述，通过调整密封唇36、37的弯曲刚度，能够使第一接触压力的第一变化率ΔPI与第二接触压力的第二变化率ΔPO互不相同。并且，在第一实施方式中所说明的过盈量s1、s2及弯曲刚度的不同的双方以外，还可以利用第二实施方式的变化率的不同使接触压力不同。并且，可以利用过盈量s1、s2、弯曲刚度以及第二实施方式的变化率的不同中的至少一种以上的不同来使接触压力不同。
本发明并不局限于上述实施方式，在权利要求书所记载的发明的范围内能够进行适当变更。可以在密封装置18的密封部件23设置3个以上的密封唇。在该情况下，只要越是位于滚动轴承10的外部侧的密封唇越提高相对于滑动接触面的接触压力即可。例如，在设置3个密封唇的情况下，若假定第一密封唇是位于滚动轴承10的最内部侧的密封唇，则可以将第二密封唇设定为位于滚动轴承10的最外部侧，也可以是处于位于滚动轴承10的最内部侧的密封唇与位于最外部侧的密封唇之间的中间密封唇。并且，当将第一密封唇设定为中间密封唇时，第二密封唇相当于位于滚动轴承10的最外部侧的密封唇。并且，多个密封唇可以在轴向上并列配置。
虽然在上述实施方式中，密封部件23设置于第二部件20、且滑动接触面24设置于第一部件19，但是也可以进行相反设置。并且，虽然第一密封唇36配置于滚动轴承10的内部侧、且第二密封唇37配置于滚动轴承10的外部侧，但是这样的配置也可以相反。
第二部件20可以与内圈11分别形成，第一部件19可以与外圈12为一体。并且，第二部件20可以与轧辊等轴为一体，第一部件19可以与壳体21一体。本发明并不局限于在轧辊的轴支承装置中使用的密封装置18及滚动轴承10，也能够应用于在其它所有装置中使用的密封装置18及滚动轴承10。

Claims (10)

1.一种密封装置，该密封装置在滚动轴承(10)的内部与外部的边界部对互相相对旋转的第一部件(19)与第二部件(20)之间的环状空间进行密封，所述密封装置包括：
密封部件(23)，该密封部件(23)安装于所述第一部件(19)和所述第二部件(20)中的一方、且包括多个密封唇，其中，所述多个密封唇包括第一密封唇(36)及第二密封唇(37)；以及
滑动接触面(24A、24B)，该滑动接触面(24A、24B)设置于所述第一部件和所述第二部件中的另一方，与所述第一密封唇(36)及第二密封唇(37)接触，
其中，所述第二密封唇(37)配置在比所述第一密封唇(36)更靠所述滚动轴承(10)的外部侧，
所述密封装置的特征在于，
所述第二密封唇(37)相对于所述滑动接触面(24B)的第二接触压力(PO)高于所述第一密封唇(36)相对于所述滑动接触面(24A)的第一接触压力(PI)。
2.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于，
所述第一密封唇(36)相对于所述滑动接触面(24A)的第一过盈量(s1)与所述第二密封唇(37)相对于所述滑动接触面(24B)的第二过盈量(s2)不同，所述第一接触压力(PI)与所述第二接触压力(PO)因所述过盈量的不同而互不相同。
3.根据权利要求2所述的密封装置，其特征在于，
所述第二过盈量(s2)大于所述第一过盈量(s1)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的密封装置，其特征在于，
所述第一密封唇(36)的朝所述滑动接触面(24A)的接触方向上的第一弯曲刚度与所述第二密封唇(37)的朝所述滑动接触面(24B)的接触方向上的第二弯曲刚度不同，所述第一接触压力(PI)与所述第二接触压力(PO)因所述弯曲刚度的不同而互不相同。
5.根据权利要求4所述的密封装置，其特征在于，
所述第二弯曲刚度大于所述第一弯曲刚度。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的密封装置，其特征在于，
所述第二密封唇(37)设置在比所述第一密封唇(36)更靠所述滚动轴承(10)的径向外侧。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的密封装置，其特征在于，
所述密封部件(23)安装于旋转运动的所述第二部件(20)，
所述第一密封唇(36)的所述第一接触压力(PI)相对于伴随着所述第二部件(20)的旋转的所述密封部件(23)的旋转速度的第一变化率(ΔPI)，大于所述第二密封唇(37)的所述第二接触压力(PO)相对于所述旋转速度的第二变化率(ΔPO)。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的密封装置，其特征在于，
所述滑动接触面(24A、24B)包括第一滑动接触面(24A)和第二滑动接触面(24B)，
所述第一密封唇(36)与所述第一滑动接触面(24A)接触，
所述第二密封唇(37)与所述第二滑动接触面(24B)接触。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的密封装置，其特征在于，
所述密封部件(23)安装于旋转运动的第二部件(20)，
在所述密封部件(23)的径向外端具有相对于所述第一部件(19)的内周面隔开间隙地配置的尖端部(52)，
该尖端部(52)具有相互朝相反方向倾斜的内侧面(53)及外侧面(54)、且形成为朝向径向外侧逐渐变细的形状。
10.一种滚动轴承装置，该滚动轴承装置包括用于支承轴的滚动轴承(10)，其中，所述滚动轴承(10)具备：
内圈(11)；
外圈(12)，该外圈(12)设置于该内圈(11)的径向外侧；以及
多个滚动体(15)，该多个滚动体(15)以能够滚动的方式设置在所述内圈(11)与所述外圈(12)之间，
所述滚动轴承装置的特征在于，
所述滚动轴承装置还包括权利要求1至3中任一项所述的密封装置，其中，所述密封装置设置于所述滚动轴承(10)的轴向端部。
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