CN103210245B - 流体密封组件 - Google Patents

Abstract

一种流体密封组件布置在外表面(即发动机体或需要所述组件的应用的其它任何部分)和可旋转部件(例如轴)之间，其中所述组件限制轴并且润滑可绕轴线旋转的轴以及类似应用。所述组件包括至少三个部件：外壳单元，密封环单元和衬垫。所述组件消除了现有技术设计相关联的问题，例如对流体密封件的生命周期有消极影响的静态漏油和碳化油堵塞螺线。

Description

流体密封组件

技术领域

本发明基本上涉及流体密封件件，所述流体密封组件与相对可旋转的部件一起使用，例如轴等。

背景技术

在众多应用中使用了各种类型的流体密封组件，这些应用包括且不限于密封车用发动机曲轴、传动轴、轴承润滑系统、压缩机轴支撑组件等。所述流体密封组件设计为将油或脂保持和密封在预定位置，用于润滑轴以及防止环境污染物的进入。

典型的流体密封组件包括外壳单元、具有密封唇部的弹性密封部件，所述弹性密封部件适用于接合抵靠相对可旋转部件的密封表面，例如轴。所述弹性密封部件包括主体部，所述主体部延伸为具有减少的横截面厚度的环状弯曲部，所述环状弯曲部与金属壳结合并且位于密封唇部和金属壳之间。该弯曲部的目的是容许密封唇部与要密封的轴保持连续、紧密的接触，即使相对旋转的部件之间不同轴，例如旋转轴和环状金属壳部件安装在其中的发动机体。

为了轴的润滑以及防止环境污染物的进入，重要的是将油或脂稳定保持和密封在预定位置。当轴旋转时，许多现有技术的密封组件设计有效地将油或者其它润滑剂返回到密封腔。不论是哪种情况，所述轴和所述密封组件之间的相对运动起到将油、脂或其它密封液体“抽吸”回到限定在所述轴和所述密封组件之间的密封区域中的作用。

现有技术中满是各种文献涉及到众多可适用于将油或脂保持和密封在预定位置从而润滑轴的密封件。这些现有技术文献包括且不限于美国专利Peisker等人的No.3,929,340，Christiansen等人的No.4,336,945，Peisker等人的No.4,501,431，Nash等人的No.4,667,968，Ehrmann等人的No.4,886,281，Breen的No.4,969,653，Chandler等人的No.6,213,476，Longtin等人的No.6,620,361，Shuster人的No.6,736,404。

Christiansen等人的美国专利No.4,336,945教授了一种用于在第一和第二相对可移动元件之间创造流体密封的密封组件，两个元件中的至少一个布置成围绕轴线旋转。所述密封件具有安装部，该安装部配置为在使用中与所述第一元件、除垢部以及贮油部固定地相关联。所述除垢部具有多个环状排除唇部，并且所述排除唇部在制造时向内径向延伸并且彼此轴向间隔开。所述唇部的内径基本上小于所述第二相对可移动元件的内径，并且所述排除唇部在使用位置时接触第二元件而且沿第二元件平放，当安装时，所述唇部被弯曲从而使得其内部径向向内延伸以及轴向远离所要密封的区域。

Christiansen等人的美国专利No.4,336,945教授的密封组件有一些问题。例如螺线的液动特征形成在与反向表面、即可旋转轴接触的密封件的薄片部分中。螺线或凹槽的位置导致这些螺线和凹槽被碳化油堵塞，从而减少了密封组件的使用寿命。另一问题在于通过这些螺线和凹槽的静态漏油。与密封组件相关联的另一主要问题在于唇部和其中一个部件、绕轴线可旋转的可旋转轴之间不断的摩擦接合。由于这种不断的摩擦接合造成的唇部磨损和撕裂，密封组件需要被替换。

Longtin等人的美国专利No.6,620,361公开了另一种密封组件的设计，这种设计用于解决现有技术设计相关联的问题，例如Christiansen等人教授的美国专利No.4,336,945的密封组件。Longtin等人的美国专利No.6,620,361教授了一种唇型流体密封组件，该组件具有刚性环状外壳或载体，流体密封件具有由所述外壳承载的环状密封部件。所述密封部件由任何合适的弹性材料制成。所述密封部件具有固定于所述壳的凸缘的环状主体部，并且环状弯曲段以轴向向外的倾斜度从主体部径向向外延伸，以环状唇部为终止，提供了密封唇边部。

Longtin等人的美国专利No.6,620,361还公开了由PTFE材料形成的非弹性插件，所述PTFE材料比密封部件的材料相对较硬。所述插件具有提供了密封唇边部的环状唇部。所述弹性体和PTFE唇边部配置用于密封地接合可旋转部件的圆柱形密封表面。密封部件的唇部和插件的唇部一起提供了组合结构的环状密封唇部。组合密封唇部用于防止例如灰尘、污垢、沙土、道路污垢、盐、水等的污染物进入流体一侧。弹性唇部可解决由于不断与可旋转部件摩擦接合所造成的密封唇部的磨损和撕裂，它未能教授任何提供双向液动功能的特征。

因此，需要改进的流体密封件和方法，从而消除与现有技术相关联的问题，比如静态漏油、碳化油堵塞密封件、不断的磨损和撕裂以及对流体密封件的生命周期有消极影响的部分的更换。下面公开的创新概念进一步改进了前述现有技术系统和方法。

发明内容

本发明的流体密封组件(所述组件)具有众多应用，包括且不限于密封车用发动机曲轴、传动轴、轴承润滑系统、压缩机轴支撑组件等。所述组件布置在外表面和可旋转部件之间，所述外表面即壳体或发动机本体或需要所述组件的任何其它部分，所述可旋转部件例如轴，其中当所述组件绕轴线旋转时，所述组件限制轴并且润滑轴。所述组件包括外壳单元和密封环单元。所述外壳单元展现出具有侧壁部和从侧壁部径向延伸的凸缘的刚性部件。所述侧壁部以自由端部终止。

所述密封环单元通过环形部件紧固于外壳单元的凸缘部。所述环形部件包括由上唇部和下唇部限定的颈部，上唇部和下唇部在它们之间限定了穴部或空隙以使凸缘夹在其中。所述密封单元还包括密封套管。所述密封套管包括具有弹簧保持凹槽用于保持弹簧的主体和多个渐缩壁部。所述壁部进一步延伸到唇边缘。

双向液动元件、即衬垫连接于密封套管。所述衬垫被模制而且连接于密封套管的壁部。所述衬垫展现出第一壁部、从第一壁部大致垂直延伸的第二壁部和从第二壁部延伸的外缘面。所述第二壁部展现出抽吸表面。所述抽吸表面展示出波形线，从而沿表面形成波浪形。

当所述组件容纳一轴，所述密封套管与所述轴接合从而使所述主体弯曲至某一位置，由此展现出抽吸表面的第二壁部移动至一平面，其中抽吸表面大致垂直于轴的轴线延伸。这种双向液动特征容许恒定的轴润滑从而防止了对流体密封件的生命周期有消极影响的静态漏油。

本发明的优势在于提供了包括密封套管的流体密封组件，所述密封套管展示出由耐用聚合材料形成的双向液动衬垫，并且展示出抽吸表面以便提供抽吸特征而且当所述组件关于轴旋转时防止密封套管的磨损和撕裂，从而增加所述组件的使用寿命。

本发明的另一优势在于提供了一种改进的流体密封组件，该组件消除了与现有技术设计相关联的问题，例如对流体密封件的生命周期有消极影响的静态漏油和碳化油堵塞螺纹线。

本发明的又一优势在于提供一种流体密封组件，该组件展示出与反向表面、即与可旋转轴S没有直接接触的密封套管，从而增加组件的使用寿命。

本发明的另一优势在于提供了在制造方面有成本效益的流体密封组件。

本发明的又一优势在于提供了取代流体密封件的现有技术设计的流体密封组件，所述现有技术设计具有例如单向或双向螺纹线的液动特征，被切割或形成在与可旋转轴接触的密封件的薄片部分中，因而碳化油堵塞了这些螺纹线，导致流体密封组件的使用寿命的减少。

通过以下的优选实施方式的描述、所附权利要求和附图，将会更加全面地理解本发明的其它优势和有价值的特征；简要说明如下。

附图说明

参考附图，通过以下具体描述将更容易领会本发明的其它优势。

图1为密封组件(所述组件)的局部横截面图，表示展示出抽吸表面的双向液动衬垫和密封套管；

图2为限制轴并且布置在轴和反向表面之间的所述组件的横截面图；

图3为沿直线3-3的图1组件的局部横截面图，表示限定在双向液动衬垫上的抽吸表面的下部点；以及

图4为沿直线4-4的图1组件的局部横截面图，表示限定在双向液动衬垫上的抽吸表面的上部点。

具体实施方式

参考附图，其中在各视图中相同的附图标记指示相同或对应的部件。在附图1至4中，通常以附图标记10示出本发明的液体密封组件。所述组件10具有包括但不限于密封车用发动机曲轴、传动轴、轴承润滑系统、压缩机轴支撑组件等的许多应用，且没有限制本发明的范围。例如图2示出一种情况，其中所述组件被设置在诸如轴S的相对部件和诸如发动机壁E或类似物的壳体的表面之间。在机械领域中的技术人员将会理解的是轴S和发动机壁14是出于示例的目的而示出的并且不是用于限制本发明的范围。

参考图1，组件10的局部横截面图。所述组件10包括大致以12表示的外壳单元和大致以14表示的密封环单元。所述外壳单元12展现出具有侧壁部16的刚性部件和从侧壁部16向外延伸的凸缘部18，所述侧壁部16展现出结合部。所述凸缘部18以自由端部20终止。所述凸缘部18和侧壁部16展现出限定在它们之间的半径部22。所述密封环单元14通过环形部件24紧固于外壳单元12的凸缘部18。所述环形部件24包括由上唇部或内结合部26和下唇部或外结合部28限定的颈部，在它们之间限定了穴部30或空隙以使侧壁部16夹在中间。所述内结合部26还沿侧壁部16和所述凸缘部18延伸，由此至少包围凸缘部18，形成多个圆周肋部32。

所述密封单元14还包括大致以34表示的密封套管。所述密封套管34包括主体36，所述主体36展现出反面38和有效面40。在反面38中形成弹簧保持凹槽42用以保持弹簧44，由此对限制轴S的密封套管34施加外部压力。多个渐缩壁部46、48、50、52和54限定在密封套管34的有效表面40内。形成密封套管34的外周面的所述壁部54进一步延伸到唇边缘56，所述唇边缘56延伸超过保持在弹簧保持凹槽42中的弹簧44。所述密封套管34由任何合适的弹性材料形成，例如橡胶、硅胶、聚丙烯酸酯、氟橡胶、乙烯丙烯酸酯、氢化丁腈或丁腈橡胶。套管44也可由其它材料例如聚四氟乙烯形成，而不限制本发明的范围。所述密封套管34是注塑成型，但也可通过很多其它合适的方法形成，而不限制本发明的范围。

最佳如图1、3和4所示，双向液动元件，即密封环单元14的衬垫大致以60表示。所述衬垫60被模制且连接于壁部48、50、52，所述壁部形成支座(seat)以便可熔接收衬垫60。所述衬垫60展现出第一壁部62、从第一壁部大致垂直延伸的第二壁部64以及从第二壁部64延伸的外周面66。所述第二壁部62展现出大致以68表示的抽吸表面。所述抽吸表面68展示出波形线，从而沿表面68形成波浪形。所述衬垫60可通过注塑成型制成，但是可通过很多其它合适的方法形成而不限制本发明的范围。例如，所述衬垫60典型地是通过切割由烧结过的压缩形成的坯料制成。所述衬垫60也可经由直接注射形成而不限制本发明的范围。在密封套管34形成之后且密封套管34从模具(未示出)移除之前，所述衬垫60可模制到密封套管34中。可替代地，所述衬垫60可通过任何合适的方法而不限制本发明的范围地结合、可熔连接或连接于密封套管34。

最佳如图1、3和4所示，所述抽吸表面68沿衬垫60的圆周在间隔位置(图1中仅示出了几个间隔位置70和72)大致平行于外周面54延伸。所述抽吸表面68还在间隔位置70和72之间大致在外周面54下延伸，由此沿抽吸表面68形成波浪形，从而连续地润滑轴S，这是由于润滑剂沿抽吸表面68绕波浪形循环。所述衬垫60解决了与可旋转轴S不断的摩擦接合所造成的密封套管的磨损和撕裂的问题，从而增加燃料密封组件10的生命周期。

本发明的组件10比起现有技术文献包括许多优势，所述现有技术文献包括且不限于美国专利Peisker等人的No.4,501,431，Nash等人的No.4,667,968，Breen的No.4,969,653，Chandler等人的No.6,213,476，Longtin等人的No.6,620,361，Shuster人的No.6,736,404。组件10消除了现有技术设计相关联的问题，例如对流体密封件的生命周期有消极影响的静态漏油和碳化油堵塞螺纹线。所述组件10提供了流体密封件设计，该流体密封件设计展示出与反向表面、即可旋转轴S没有直接接触的密封面，从而增加组件10的生命周期。

尽管参考示例性的实施方式描述了本发明，但是本领域技术人员会理解，可进行各种改变并且可将其元件替换为等效物而不脱离本发明的范围。此外，可做很多修改以使特定的情况和材料适于本发明的教导而不脱离本发明的实质范围。因此，可以预期的是，本发明不限于计划作为实现本发明的最佳方式所公开的特定实施方式，但是本发明将包括落在所附权利要求范围内的所有实施方式。

Claims (6)

1.一种密封组件，用于在圆柱形部件和围绕壳体之间提供密封，其中圆柱形部件绕中轴线并且相对于围绕壳体可旋转，所述密封组件包括：

外壳单元，所述外壳单元由侧壁部和从所述侧壁部轴向延伸的凸缘限定；

密封套管，所述密封套管固定至所述凸缘并且具有围绕圆柱形部件的有效表面；以及

衬垫，所述衬垫包括第一壁部、与所述第一壁部大致垂直且径向向外延伸的波形的第二壁部，以及与所述第二壁部成钝角且大致平行于所述密封组件的纵向轴线延伸的第三壁部，所述衬垫结合至所述有效表面以形成由所述第二壁部的最低点表示的抽吸表面，所述第二壁部和所述第三壁部在每个所述最低点形成平的远端表面，以及所述最低点由所述第三壁部的间隔开的壁节段分隔从而形成所述抽吸表面的多个凹入的节段，用于润滑圆柱形部件和防止所述密封套管和所述圆柱形部件之间的摩擦接合。

2.根据权利要求1所述的密封组件，其中所述抽吸表面大致平行于所述第三壁部的外周面在间隔开的位置沿着所述衬垫的圆周延伸以连续润滑圆柱形部件，因为润滑剂沿着所述抽吸表面围绕波形循环。

3.根据权利要求2所述的密封组件，其中所述衬垫由硅胶、聚丙烯酸酯、氟橡胶、乙烯丙烯酸酯和聚四氟乙烯中的至少一种形成。

4.一种形成密封组件的方法，所述密封组件用于在圆柱形部件和围绕壳体之间提供密封，其中圆柱形部件绕中轴线并且关于围绕壳体可旋转，所述方法包括的步骤是：

形成外壳单元，所述外壳单元由侧壁部和从所述侧壁部轴向延伸的凸缘限定；

形成密封套管，所述密封套管固定至所述凸缘并且具有围绕圆柱形部件的有效表面；

形成衬垫，所述衬垫包括第一壁部、与所述第一壁部大致垂直且径向向外延伸的波形的第二壁部，以及与所述第二壁部成钝角且大致平行于所述密封组件的纵向轴线延伸的第三壁部；以及

连接所述衬垫至所述有效表面以形成由所述第二壁部的最低点表示的抽吸表面，所述第二壁部和所述第三壁部在每个最低点形成平的远端表面，以及所述最低点由所述第三壁部的间隔开的壁节段分隔从而形成多个凹入的节段以形成抽吸表面，以润滑圆柱形部件和防止所述密封套管和所述圆柱形部件之间的摩擦接合。

5.根据权利要求4所述的方法，还包括由橡胶、聚丙烯酸酯、乙烯丙烯酸酯、硅胶、聚四氟乙烯中的至少一种制造所述衬垫的步骤。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述橡胶是氟橡胶。