CN102893066A - 带有润滑剂保持和碎片排除特征的径向轴密封组件及其构造方法 - Google Patents

带有润滑剂保持和碎片排除特征的径向轴密封组件及其构造方法 Download PDF

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Abstract

一种径向轴密封组件包括外壳，该外壳具有轴向延伸的圆柱形外缘和轴向延伸的圆柱形内缘，它们通过一环状凹槽彼此间隔开。径向延伸的第一腿部连接外缘与内缘，第二腿部从内缘径向向内延伸到一自由端。该组件包括承磨衬套，该承磨衬套具有轴向延伸的圆柱形壁，该壁带有提供工作面的外表面以及从工作面径向向外延伸的凸缘。密封唇从第二腿部的自由端向内延伸以与工作面密封邻接。多孔第一过滤器容纳于凹槽中，多孔第二过滤器与外壳的外缘和第二腿部大体邻接地延伸。

Description

带有润滑剂保持和碎片排除特征的径向轴密封组件及其构造方法
技术领域
本发明涉及轴密封，尤其涉及具有润滑剂保持和碎片排除特征的轴密封。
背景技术
密封组件被广泛应用于在外壳和轴之间提供动态流体密封，例如可以用于汽车、机械、重型设备、建筑物、农业和工业应用中。这些密封组件通常包括用于将密封组件支撑在外壳的孔中的刚性载体以及为密封组件的密封唇提供工作面的承磨衬套。该密封组件的作用是将润滑剂（例如油）容纳在密封组件的“油侧”，并将污染物或碎片维持在空气中或密封组件的“空气侧”。
已知许多现有密封件，其中，主润滑剂-保持唇与多种碎片排除特征联合使用，该碎片排除特征可以呈现轴-接合唇、弹性排除器、迷宫通道、多孔过滤元件的形式。然而，这些现有密封件可以被改进，以便防止碎片的进入，这会最终影响主密封唇的性能，并且防止润滑剂的流出，这会最终导致润滑剂泄漏，从而例如在车库的车道上产生难看的油迹。
发明内容
本发明提供一种密封组件，该密封组件具有彼此配合的碎片排除和润滑剂保持特征的特别组合和构形，以便在更长时间内，保护主润滑剂-保持密封唇不接触“空气侧”污染物，同时防止润滑剂从密封组件的“油侧”流出。
根据本发明的一个方面，提供一种径向轴密封组件。该轴密封组件包括外壳，该外壳具有轴向延伸的圆柱形外缘和轴向延伸的圆柱形内缘，它们通过一环状凹槽彼此间隔开。径向延伸的第一腿部连接外缘与内缘，第二腿部从内缘径向向内延伸到一自由端。该组件进一步包括承磨衬套，该承磨衬套具有轴向延伸的圆柱形壁，该壁带有用于固定安装到轴上的内表面以及提供工作面的外表面。凸缘从工作面径向向外延伸。进一步地，密封唇从外壳的第二腿部的自由端径向向内延伸以与承磨衬套的工作面密封邻接。多孔第一过滤器容纳于环状凹槽中，多孔第二过滤器与外壳的外缘和第二腿部以及承磨衬套的圆柱形壁大体邻接地延伸。
根据本发明的另一方面，提供一种径向轴密封组件的构造方法。该方法包括形成外壳，该外壳具有轴向延伸的圆柱形外缘和轴向延伸的圆柱形内缘，该内缘通过一环状凹槽从外缘径向向内间隔排列，该外壳带有径向延伸的连接外缘与内缘的第一腿部，以及从内缘径向向内延伸到一自由端的第二腿部。进一步地，形成承磨衬套，该承磨衬套具有轴向延伸的圆柱形壁，该壁带有用于固定安装到轴上的内表面以及提供工作面的外表面，该承磨衬套带有从工作面径向向外延伸的凸缘。再进一步地，将主密封唇固定到外壳，该密封唇从第二腿部的自由端径向向内延伸，并且将多孔第一过滤器以非固定方式设置在环状凹槽中。然后，将多孔第二过滤器固定到外缘，该第二过滤器与第一过滤器轴向相对且与承磨衬套的圆柱形壁大体邻接。
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、所附权利要求以及附图进行考虑，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是根据本发明一个方面构造的示出为设置在轴上的径向轴密封组件的轴向剖视图；
图1A是与图1类似的视图，其中密封组件示出为从轴上移开且该组件的内承磨衬套与组件的其余部分轴向分解开；
图1B是根据本发明另一方面构造的与图1类似的示出为设置在轴上的径向轴密封组件视图；
图2是根据本发明另一方面构造的示出为设置在轴上的径向轴密封组件的轴向剖视图；以及
图2A是与图2类似的视图，其中密封组件示出为从轴上移开且该组件的内承磨衬套与组件的其余部分轴向分解开。
具体实施方式
更详细地参阅附图，图1和图1A示出了根据本发明一个方面构造的径向轴密封组件10。该密封组件10非常适合用于需要密封动态流体的多种应用中。这些应用可能包括工业和汽车应用，例如机轴密封。该密封组件10包括用于固定容纳于罩体13中的环状刚性金属外壳12，以及用于固定容纳于轴15上的环状承磨衬套14，主密封唇16从外壳12径向向内延伸以与承磨衬套14密封接合，从而防止润滑剂（例如油）从密封组件10的油侧O向外泄露到密封组件10的空气侧A。进一步地，该密封组件10包括容纳于外壳12的环状线圈形凹槽20中的多孔环状第一过滤器18，以及夹持在外壳12和承磨衬套14之间的多孔环状第二过滤器22。第一和第二过滤器18、22彼此配合以保护主润滑剂-保持密封唇16不被空气侧A污染，同时防止润滑剂从密封组件10的油侧O流出。因此，第一和第二过滤器18、22延长了密封组件10的使用寿命，同时还防止油从油侧O向空气侧A泄漏并在地面上造成难看的痕迹。
外壳12具有轴向延伸的最外圆柱形外壁，也称为外缘24，以及轴向延伸的圆柱形内缘26，外缘24大体平行于中心轴25延伸，内缘26通过环状凹槽20与外缘24径向向内平行或大体平行地间隔开。因此，内缘26位于下方且与外缘24的至少一部分径向对齐。外缘24通过径向延伸的第一腿部28与内缘26相连，以便内缘26以相对外缘24反折的方式反转以形成面向空气侧A敞开而面对油侧O封闭的凹槽20。于是，外缘24的一部分、第一腿部28和内缘26形成向着组件10的油侧Ｏ延伸的环状且大体为Ｕ形的凸起29。内缘26轴向延伸到第二腿部30，第二腿部30平行或大体平行于第一腿部28从内缘26径向向内延伸到自由端32。此外，外壳12具有从外缘24径向向内延伸的环状唇34，使得唇34相对第二过滤器22的最外部分径向向内延伸。
提供主密封唇16的主润滑剂-保持密封元件36与外壳12相连，此处示为与第二腿部30的油侧相连。本实施例中的密封元件36形成为由聚四氟乙烯（PTFE）-基材料制成的环状圆盘或圆片，该材料可能包括普通填料等，然而其它密封材料，例如弹性体也包含在本发明内。密封元件36示出为沿着第二腿部30的整个长度延伸且通过超模压的橡胶材料38被固定于其上。橡胶材料38示出为围绕整个凸起29超模压，以致橡胶材料38的径向最外部分或表面40形成密封组件外径的至少一部分，以便将外径固定且密封地压装在罩体13的孔中。如图1A所示，当处于与承磨衬套14分开的非偏折、自由状态时，密封元件36从第二腿部30的自由端32大体径向向内延伸。然后，安装承磨衬套14之后，密封唇34与承磨衬套14密封邻接。与承磨衬套14接合的密封唇16的至少一部分示出为具有优选为一个或多个螺旋槽或狭缝的形式的水力特征42，该水力特征42与旋转的承磨衬套14配合以产生改变润滑剂（例如油）方向的水力泵吸作用，润滑剂在唇16的下方找到从密封件的被保护的油侧O回到油侧的路径。如图所示，密封唇16被弯曲从而轴向朝向油侧O地横置于承磨衬套14的工作面44上。应当意识到，密封元件36可以根据已知技术选择性地粘合或结合于外壳12的第二腿部30。
承磨衬套14具有轴向延伸且带有内表面48和外表面50的圆柱形壁46，内表面48用于固定连接到轴15，外表面50提供用于与密封唇16密封接合的工作面44。环状凸缘52由衬套的空气侧端54从工作面44径向向外延伸，而工作面44轴向延伸到圆柱形油侧自由端56。于是，承磨衬套14在轴向截面上大体呈Ｌ形。
通过以非固定形式放置或投入环状凹槽20中，多孔第一过滤器18被自由地设置在外壳12的环状凹槽20中。被放置在凹槽20中以后，凹槽内的空间被过滤器18填满或大体填满。因此，第一过滤器18在自由状态下具有大体与凹槽20同样的尺寸，被设置在凹槽20中以后，第一过滤器18轴向延伸，与第一腿部28邻接且与第二腿部30的油侧齐平或大体齐平。第一过滤器18优选包含由例如合成材料制成的开孔海绵，作为示例而非限制，例如聚氨酯/聚酯泡沫塑料。第一过滤器18的孔允许空气自由地通过过滤器18同时有助于捕获或过滤掉含在空气中的任何碎片。
承磨衬套14被安装于外壳12之后，多孔第二过滤器22径向延伸，与外缘24邻接或大体邻接，与承磨衬套14的外壁46极其接近地轻微间隙配合。于是，小环状间隙55在第二过滤器22和承磨衬套14之间延伸。间隙55优选地最小化以便在第二过滤器22和承磨衬套14之间形成最小间隙，从而作为防止污染物进入的屏障，同时最小化第二过滤器22和承磨衬套14之间的摩擦力。进一步地，第二过滤器22轴向延伸，与外壳12的第二腿部30邻接，并且作为示例示出为与承磨衬套14的凸缘52极其接近地邻接。控制第二过滤器22的轴向压缩量，以便在凸缘52和第二过滤器22之间产生最少量的动态摩擦，使用中它们相对彼此旋转。当然，在图1B的可选实施例中，如同第二过滤器22和承磨衬套14的圆柱形表面之间提供的间隙55一样，可以提供平面间隙55’以最小化第二过滤器22和承磨衬套14的凸缘52之间的摩擦力。
尽管第二过滤器22由与第一过滤器18分开的单独材料构成，第二过滤器22优选由与第一过滤器18相似的材料构成，并且因此由例如合成材料制成的开孔海绵制成，作为示例而非限制，例如聚氨酯/聚酯泡沫塑料。第二过滤器22的孔允许空气自由地通过同时有助于捕获或过滤掉含在空气中的任何碎片。为了便于形成碎片由空气侧A进入的屏障以及润滑剂由油侧O流出的屏障，除了第二过滤器22和承磨衬套14之间的小间隙55以及可能在第二过滤器22和承磨衬套14的凸缘52之间的小间隙55’，第二过滤器22占据或大体占据由外壳12、承磨衬套14和第一过滤器18形成的内部范围的全部体积。在图1所示的实施例中，第二过滤器22的宽度比第二腿部30和凸缘52之间的安装宽度略大。因此，第二过滤器22在第二腿部30和凸缘52之间被略微轴向压缩。进一步地，在安装前，第二过滤器22被固定于外壳12上以便在外壳12和承磨衬套14之间形成相对旋转运动。第二过滤器22通过任意合适方式固定于外壳12上，例如在结合点57直接结合于第二腿部30的油侧，并提供防止碎片进入和润滑剂流出的屏障。
图2和图2A示出了根据本发明另一方面构造的径向轴密封组件110，其中相差因子100的相同附图标记被用于指示相似特征。密封组件110与上述密封组件10大体相似，其中密封组件包括用于固定容纳于罩体113中的外壳112，以及用于固定容纳于轴115上的承磨衬套114。外壳112和承磨衬套114的形状与上述相同，因此不需进一步详述。进一步地，密封组件110包括与上述第一和第二过滤器18、22构造和安装相同的第一过滤器118和第二过滤器122。此外，该组件包括主密封唇116，然而它也包括第二密封唇，也称为副密封唇58。在主密封唇116和副密封唇58方面，与上述组件10具有显著不同。
该密封组件包括上述超模压的橡胶材料138，然而，该超模压的橡胶材料138直接结合于第二腿部130的油侧并从该处径向向内延伸以便形成颈状收缩或缩减厚度的弯曲枢纽区60，以及平坦或大体平坦的密封唇安装区62，密封唇安装区62用于主密封唇116安装，如图2A所示。如上所述，主密封唇116可以形成为PTFE圆片或其它合适的弹料密封材料。进一步地，应当意识到，橡胶材料138本身可以根据需要被构造以提供主密封唇116。此外，橡胶材料138在主密封唇116的空气侧上形成副密封唇58，因此主密封唇116和副密封唇58由不同材料构成。因此，安装后，副密封唇58被轴向放置在主密封唇116和第二过滤器122之间。进一步地，在第二过滤器122和主密封唇116之间形成环状空隙64，其中可以含有油脂包（grease pack）66以大体填满环状空隙64，从而进一步有助于防止污染物的进入和润滑剂的流出。
在其它方面，密封组件110与上述组件10大体相同。
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，应该理解，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 (20)

1.一种径向轴密封组件，其特征在于，包括：
外壳，其具有轴向延伸的圆柱形外缘和轴向延伸的圆柱形内缘，所述内缘通过一环状凹槽从所述外缘径向向内间隔开，该外壳带有径向延伸的连接所述外缘与所述内缘的第一腿部，以及从所述内缘径向向内延伸到一自由端的第二腿部；
承磨衬套，其具有轴向延伸的圆柱形壁，该壁带有用于固定安装到轴上的内表面以及提供工作面的外表面，该承磨衬套带有从所述工作面径向向外延伸的凸缘；
主密封唇，其从所述第二腿部的所述自由端径向向内延伸以与所述承磨衬套的所述工作面密封邻接；
多孔第一过滤器，其容纳于所述环状凹槽中；以及
多孔第二过滤器，其与所述外壳的所述外缘以及所述第二腿部大体邻接地延伸。
2.如权利要求1所述的径向轴密封组件，其特征在于，所述第二过滤器固定于所述外壳。
3.如权利要求2所述的径向轴密封组件，其特征在于，所述第二过滤器固定于所述第二腿部。
4.如权利要求2所述的径向轴密封组件，其特征在于，所述第一过滤器与所述外壳完全分离。
5.如权利要求4所述的径向轴密封组件，其特征在于，所述第一过滤器与所述第二过滤器邻接。
6.如权利要求1所述的径向轴密封组件，其特征在于，所述第二过滤器与所述主密封唇之间形成一环状空隙，并且所述径向轴密封组件进一步包括大体填满所述环状空隙的油脂包。
7.如权利要求1所述的径向轴密封组件，其特征在于，所述第二过滤器与所述主密封唇之间形成一环状空隙，并且所述径向轴密封组件进一步包括在所述主密封唇和所述第二过滤器之间延伸的副密封唇。
8.如权利要求1所述的径向轴密封组件，其特征在于，所述外壳具有从所述外缘径向向内延伸的环状唇。
9.如权利要求8所述的径向轴密封组件，其特征在于，所述环状唇相对所述第二过滤器的一部分径向向内延伸。
10.如权利要求1所述的径向轴密封组件，其特征在于，所述第二过滤器与所述承磨衬套的所述工作面之间形成一环状间隙。
11.如权利要求10所述的径向轴密封组件，其特征在于，所述承磨衬套的所述凸缘与所述第二过滤器之间形成一平面间隙。
12.如权利要求1所述的径向轴密封组件，其特征在于，所述承磨衬套的所述凸缘与所述第二过滤器之间形成一平面间隙。
13.一种径向轴密封组件的构造方法，其特征在于，包括：
形成外壳，其具有轴向延伸的圆柱形外缘和轴向延伸的圆柱形内缘，所述内缘通过一环状凹槽从所述外缘径向向内间隔开，该外壳带有径向延伸的连接所述外缘与所述内缘的第一腿部，以及从所述内缘径向向内延伸到一自由端的第二腿部；
形成承磨衬套，其具有轴向延伸的圆柱形壁，该壁带有用于固定安装到轴上的内表面以及提供工作面的外表面，该承磨衬套带有从所述工作面径向向外延伸的凸缘；
将主密封唇固定到外壳，该密封唇从第二腿部的自由端径向向内延伸；
将多孔第一过滤器以非固定方式设置在环状凹槽中；以及
将多孔第二过滤器固定到外缘，该第二过滤器与第一过滤器轴向相对。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，包括将第二过滤器固定于外壳的第二腿部。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，进一步包括在外壳的第二腿部和承磨衬套的凸缘之间轴向压缩第二过滤器。
16.如权利要求13所述的方法，其特征在于，进一步包括用油脂填满第二过滤器与主密封唇之间的环状空隙。
17.如权利要求13所述的方法，其特征在于，进一步包括在主密封唇与第二过滤器之间形成副密封唇。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，进一步包括由不同材料形成主密封唇和副密封唇。
19.如权利要求13所述的方法，其特征在于，进一步包括在承磨衬套的凸缘与第二过滤器之间形成平面间隙。
20.如权利要求13所述的方法，其特征在于，进一步包括在第二过滤器与承磨衬套的工作面之间形成环状间隙。
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