CN103502704A - 用于旋转轴的加固密封件 - Google Patents

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Abstract

一种用于密封壳体和布置在壳体内的可旋转轴之间的空间的密封件包括关于轴设置的基本上环状的弹性密封件主体。所述主体具有中轴线、在壳体槽中至少局部设置的径向外部、以及具有可与唇部相接合的径向内部。当施加在主体上的流体压力超过预定值时，至少密封件主体的部分配置为弯曲偏转，使得至少主体内部的部分关于轴线基本上径向向外移动，从而允许流体在轴和密封件主体之间流动。支撑构件布置在密封件主体外部内，从而在密封件与壳体联接时所述支撑构件至少局部位于壳体槽内并且配置为至少减小主体内部的弯曲偏转，从而防止主体与槽脱离。

Description

用于旋转轴的加固密封件
技术领域
本发明涉及密封件，特别是用于保持轴承内的油脂的密封件。
背景技术
用于围绕可旋转轴密封的密封件是周知的并且可以由各种已知构造形成。图1表示一种类型的密封件，包括具有唇部的密封件主体，唇部具有一定大小从而以干涉配合与轴相接，这样不需要偏置构件(例如夹紧盘簧)来维持与轴的接触。密封件具有布置在静态壳体的沟槽内的外部，从而固定密封件。这种密封件经常用于保持轴承内的油脂或其它润滑剂，并且在某些情况(例如过量润滑剂)下可能受到较高压力。
为了减小过大的压力，这些密封件被设计为借助压力弯曲或偏转，使唇部完全离开轴，从而释放部分的油脂或其它润滑剂。但是，使用许多这种已知的密封件组件，升高的压力会偏转/弯曲密封件主体至某一程度，使得布置在壳体沟槽中的密封件主体的部分被径向向内拔出从而与沟槽脱离，如图1B所示，这就阻止了密封件的正常功能。
发明内容
一方面，本发明是用于密封壳体和至少局部布置在壳体内的旋转轴之间的空间的密封件，所述壳体具有环状槽，所述轴具有外表面。密封件包括关于轴设置的、基本上环状的弹性密封件主体，所述主体具有中轴线、在壳体槽中至少局部设置从而使密封件与壳体联接的径向外部、以及具有与轴外表面可密封接合的唇部的径向内部。当施加在主体上的流体压力超过预定值时，至少密封件主体的一部分配置为弯曲偏转，使得至少主体内部的一部分关于轴线基本上径向向外移动，从而允许流体在轴和密封件主体之间流动。此外，至少一个通常是刚性的支撑构件布置在主体外部内，从而使得当密封件与壳体联接时刚性支撑构件至少局部位于壳体槽中，所述支撑构件配置用于至少减小主体内部的弯曲偏转，从而防止主体与所述槽脱离。
另一方面，本发明是包括壳体、可旋转轴以及轴承的轴组件，所述壳体具有限定中心孔的内圆周表面和从内表面基本上径向向外延伸的槽，所述可旋转轴布置在壳体孔内从而使基本上环状的空间被限定在轴和壳体内表面之间，所述轴承布置在壳体内并且配置用于可旋转地支撑轴，所述轴承包含润滑剂流体。密封件配置用于密封环状空间并且包括具有中轴线的基本上环状的弹性密封件主体和布置在主体内的至少一个通常是刚性的支撑构件。密封件主体关于轴设置并且具有径向外部和径向内部，所述径向外部至少局部布置在壳体槽内，所述径向内部具有与轴外表面密封接合的唇部。当主体上的流体压力超过预定值时，密封件主体配置为弯曲偏转，使得主体内部关于轴线基本上径向向外移动，从而允许流体在轴和主体之间流动。此外，至少一个支撑构件布置在密封件主体外部内，从而使其至少局部位于壳体槽中并且配置用于至少减小主体内部的弯曲偏转，从而防止密封件主体与槽脱离。
又一方面，本发明又一次是用于密封壳体和至少局部布置在壳体内的可旋转轴之间的空间的密封件，所述壳体具有环状槽，所述轴具有外表面。所述密封件包括关于轴设置的基本上环状的弹性密封件、在壳体槽内至少局部设置从而使密封件与壳体联接的径向外部、以及具有可与轴外表面密封接合的唇部的径向内部。当主体上的压力超过预定值时，密封件主体配置为弯曲偏转，使得至少主体内部的一部分关于轴线基本上径向向外移动，从而允许轴和密封件主体之间的流体流动。此外，主体具有暴露于较高流体压力的高压轴向端部和与之相对的、暴露于较低流体压力的低压轴向端部。至少一个通常是刚性的支撑构件布置在密封件主体外部内，从而当密封件与壳体联接时支撑构件至少局部位于壳体槽内。所述支撑构件包括基本上环状主体，具有轴向部分以及关于轴向部分径向向内延伸的径向部分。此外，支撑构件布置在密封件主体外部中，从而使得支撑构件径向部分与密封件主体高压端部至少基本上相邻布置，并且使得支撑构件轴向部分在大体上朝向密封件主体低压端部的方向上从径向部分基本上轴向延伸。
附图说明
结合附图将更好地理解前面的简要说明以及本发明优选实施方式的具体描述。为了举例说明本发明，示意性的附图中表示出了目前优选的实施方式。但是应当理解的是，本发明并不限于图中所示的确切的安排和方法：
图1A和1B，图1全体的每一个表示现有技术密封件组件的上部的轴向横截面图，图1A表示在正常压力下的密封件，图1B表示在升高的压力下被弯曲时的密封件；
图2是包括根据本发明的密封件的轴组件的局部断开的轴向横截面图；
图3是图2所示的密封件的放大视图；
图4是与壳体和轴分开表示的、密封件上部的更加放大的视图；
图5A和5B，图5全体的每一个是图2的轴组件部分的断开的、轴向横截面图，图5A表示在正常压力条件下地密封件，图5B表示在升高的压力下被弯曲时的密封件；以及
图6是根据本发明的密封件的断开的透视图。
具体实施方式
在以下说明中使用的某些术语仅仅为了方便起见而并非是限制性的。词语“内部”、“向内”和“外部”、“向外”指的分别是朝向或者远离所述元件的指定的中心线或几何中心，从说明文本中可以容易地明确得知特定的含义。词语“连接”或“联接”各自旨在包括没有任何其它部件插在中间的两个部件之间的直接连接、一个或更多个其它部件插在中间的部件之间的间接连接、以及在两个或更多个部件之间用物理分隔的可操作的连接或联接。术语包括以上明确提到的词语、它们的派生词、以及具有相同意思的词语。
具体参考附图，自始至终，相同的附图标记用来表示相同的元件，图2至6表示用于密封壳体1和至少局部布置在壳体1中的可旋转轴2之间的空间S。壳体1具有限定孔4的内圆周表面3和从表面3基本上径向向外延伸的环形槽5。轴2具有中轴线2a和外表面2b，并且优选的是耳轴式万向接头的销。密封件10基本上包括通常环状的弹性密封件主体12和至少一个通常是刚性的支撑构件14，所述密封件主体12关于轴2设置并且配置为大致上密封环状空间S，所述支撑构件14布置在密封件主体12内。密封件12具有大致上与轴线2a共线的中轴线13、至少局部设置在壳体槽5内从而使密封件10与壳体1联接的径向外部16、以及具有可与轴外表面2b密封接合或接触的唇部20的径向内部18。密封主体12具有可暴露于较高压流体(例如，轴承润滑流体)的第一“高压”轴向端部12a、与之相对的暴露于较低压流体(例如，空气)的第二或“低压”轴向端部、以及基本上在两个轴向端部12a、12b之间延伸且通常倚靠着壳体槽5的内圆周表面5a设置的外圆周表面12b。
另外，密封件主体内部18具有与主体外部16连接的径向外端部18a和提供密封唇部20的径向内端部18b。密封件主体内部18与中轴线13成角度，从而使得内端部18b在基本上朝向密封件主体低压端部12b的方向上关于外端部18轴向地隔开，并且使得唇部20从主体12的中心C向低压端部12b轴向偏移。以这种结构，当流体在主体12上的压力PF超过预定值(例如50psi)时，密封件主体12配置为弯曲偏转，使得主体内部18关于轴线13基本上径向向外移动，从而允许流体在轴2和主体12之间流动，如图5B所示。
另外，至少一个加固支撑构件14布置在主体外部16内，使得当密封件10与壳体1联接时加固支撑构件至少局部位于壳体槽5中。支撑构件14增加主体12的刚度并且配置为限制或至少减少主体外部16的弯曲偏转从而防止主体12与槽5脱离。因此，当主体12暴露于更高流体压力时，通过具有减少或消除主体外部16的偏转的支撑构件14，密封件10与槽5保持联接而不是与其脱离，这在背景部分中所讨论的已知的密封件经常发生。
优选地，支撑构件14包括单个、基本上是环状的主体22，该主体周向延伸并且完全环绕轴线13(即，形成为完整的环)。更确切地，支撑构件主体22优选地形成为，即，具有基本上轴向部分24和从轴向部分24径向向内延伸的基本上径向部分26，使得主体22具有基本上“L形”轴向横截面。另外，优选的支撑构件14位于密封件主体12内，这样首先增加在主体12的第一高压端部12a的刚度和硬度同时允许在第二低压端部12b的更大程度的偏转和压缩，以使得组件易于进入到槽5中，如下所述。此外，支撑构件14优选地模制在密封件主体12内，但可以独立地附连于主体12或插在主体12内。另外，密封件主体12优选地由聚氨酯构成并且支撑构件14由刚性聚合物构成，例如，尼龙。
虽然优选地是按照以上描述构成，但支撑构件14可以任何其它合适方式构成。例如，支撑构件14可包括多个围绕轴线13周向间隔开的单独的基本上弓形的段和/或可具有任何其它合适形状(例如，圆形、矩形、C形等)的横截面。另外，密封件主体12和/或支撑构件14可由任何其它合适的材料构成，例如，用合成橡胶制造密封件主体12，用迭尔林(Delrin)制造支撑构件14。
参考图3和4，支撑构件14优选地置于密封件主体12内，从而使得支撑构件径向部分26至少基本与密封件主体高压端部12a相邻布置并且支撑构件轴向部分24从径向部分26在基本上朝向密封件主体低压端部12b的方向上基本上径向延伸，并且优选地与密封件主体外表面12c相邻。这样，当密封件主体12处于所述壳体槽5中时，所述支撑构件14的两个部分或腿部24、26趋于分别作用在所述槽5的相邻表面5a、5b，从而抵抗所述密封件主体12的弯曲。因此，支撑构件14在主体外部16的第一端部部16a提供了大致上增加的抗弯性，这防止了主体12与槽5脱离，在下文中会更详细讨论。此外，支撑构件径向部分26与密封件主体外部16的第二、相对端部部16b间隔开，从而使得主体外部在第二端部部16b处在一定程度上是可压缩的，这使组件易于进到壳体槽5中。
此外，密封件主体12具有由密封唇部20限定的中心孔21，配置为接收一部分的轴2。优选地，当密封件10与轴2分开时，中心孔21具有小于轴2的外径DO(图3)的内径DI(图4)，如图4中所示。这样，密封唇部20与轴外表面2b以干涉配合配合，从而使密封接触基本上保持在唇部20和轴2之间而不需要偏置部件，例如夹紧盘簧。此外，密封件主体12优选地还包括在主体第二低压端部12b从主体外部16至少局部轴向延伸的至少一个辅助密封唇部30。辅助密封唇部30可与壳体槽5配合从而防止主体外部16和槽5之间的流体流动。
如上所述，主体内部18优选地通常关于中轴线13成角度，从而使得密封唇部20从主体12的中心C(图3)轴向偏移，并且在主体第一端部12a具有基本上面对轴线13的第一表面19A，以及在主体第二端部12b具有基本上背对轴线13的第二端部表面19B。以这种结构，当第一端部表面19A上的流体压力PF超过预定值时，主体内部18或弯曲或偏转从而关于轴线13基本上径向向外移动，从而使唇部20与轴外表面2b脱离。另外，密封件主体12优选地也包括大致上径向延伸的中部17，所述中部17在外部16和内部18之间延伸并且完整连接这两者。主体外部16和中部17比主体内部18具有相对更大的轴向厚度，从而使得升高的压力倾向于主要使主体内部18关于中部17的内端部17a弯曲/偏转。但是，可替代地，密封件主体12可以由直接连接或一起成形的外部16和内部18构成，从而使得内部18关于外部16的内端部16a弯曲。
特别参考图2，密封件10优选地与轴组件共同使用，轴组件还包括用于旋转支撑轴2的轴承6。壳体1通常与轴承6相邻并且可布置在封装壳体1和轴承6(如图所示)的外罩7内，但是可替代的是，壳体1可以由外罩7或者甚至是轴承外圈6a的一部分提供。密封件10这样布置，即至少主体第一端部12a的一部分暴露于轴承6中的流体(例如油脂或油)。这样，使唇部20从轴2抬升起来的主体内部18的径向位移释放来自轴承6的一部分流体F。
因此，当流体压力PF增加超过不期望或无法接受的水平时(这可能发生在给轴承6提供了过量润滑剂的时候)，密封件10能够“像打嗝一样排出”和释放一些轴承流体F(例如润滑剂)。典型地，在这种排出过程中，唇部20的仅一个或更多个圆周段会从轴2抬升起来，但是在某些情况下主体内部18可以使整个唇部20与轴2完全脱离。无论何种情况，由于主体外部16的第一端部16a的加固，由流体压力PF作用在主体12的第一侧12a上而在外部16中产生的弯曲应力不足以使外部16偏转至任何显著的程度。这样，主体外部16仍然保持在壳体槽5之中，从而使密封件10继续按照预期的那样密封环状空间S。
本领域技术人员将领会到的是，可以对上述实施方式作出改变而不脱离其广泛的创造性的概念。因此，可以理解的是，本发明并不限于所公开的特定实施方式，而是旨在包括基本上如所附权利要求中限定的本发明的实质和范围内的修改。

Claims (20)

1.一种用于密封壳体和至少局部布置在壳体内的可旋转轴之间的空间的密封件，所述壳体具有环形槽，所述轴具有外表面，所述密封件包括：
关于所述轴设置的、基本上环状的弹性的密封件主体，所述密封件主体具有中轴线、在壳体槽中至少局部设置从而使密封件与壳体联接的径向外部、以及具有与轴外表面密封接合的唇部的径向内部，当施加在主体上的流体压力超过预定值时，密封件主体的至少一部分配置为弯曲偏转，使得至少主体内部的一部分关于轴线基本上径向向外移动，从而允许流体在所述轴和密封件主体之间流动；以及
至少一个通常是刚性的支撑构件，所述支撑构件布置在主体外部内，从而使得当密封件与壳体联接时所述刚性的支撑构件至少局部位于壳体槽中，所述支撑构件配置为至少减小主体内部的弯曲偏转，从而防止主体与槽脱离。
2.根据权利要求1所述的密封件，其中所述支撑构件包括基本上环状主体，该主体具有轴向部分以及关于轴向部分基本上径向向内延伸的径向部分。
3.根据权利要求1所述的密封件，其中主体内部关于中轴线成角度，从而使得唇部从主体的中心轴向偏移，所述主体内部在主体第一端部具有基本上面对轴线的第一表面，以及在主体第二端部具有基本上背对轴线第二端部表面。
4.根据权利要求3所述的密封件，其中当第一端部表面上的流体压力超过预定值时，主体内部关于轴线基本上径向向外移动，从而使得唇部与轴外表面脱离。
5.根据权利要求1所述的密封件，其中所述密封件主体还包括大致上径向延伸的中部，所述中部在外部和内部之间延伸并且完整连接这两者。
6.根据权利要求1所述的密封件，其中：
所述密封件主体具有暴露于较高流体压力的高压轴向端部和与之相对的、暴露于较低流体压力的低压轴向端部，密封件主体内部具有与主体外部连接的径向外端部和提供密封唇部的径向内端部，密封件主体内部与中轴线成角度，从而使得内端部在基本上朝向密封件主体低压端部的方向上关于外端部轴向地隔开；并且
所述支撑构件包括基本上环状主体，具有基本上轴向部分以及关于轴向部分径向向内延伸的基本上径向部分，所述支撑构件布置在密封件主体外部内，从而使得支撑构件径向部分与密封件主体高压端部至少基本上相邻布置，并且使得支撑构件轴向部分在大体上朝向密封件主体低压端部的方向上从径向部分基本上轴向延伸。
7.根据权利要求6所述的密封件，其中所述密封主体还包括从密封件主体低压端部至少局部轴向延伸并且可与壳体槽相接合的至少一个辅助密封唇部，从而防止主体外部和槽之间的流体流动。
8.根据权利要求1所述的密封件，其中所述支撑构件模制在密封件主体内。
9.根据权利要求8所述的密封件，其中所述密封件主体由聚氨酯构成并且所述支撑构件由刚性聚合物构成。
10.一种轴组件包括：
壳体，所述壳体具有限定中心孔的内圆周表面和从内圆周表面基本上径向向外延伸的槽；
可旋转轴，所述可旋转轴布置在壳体孔内从而使基本上环状的空间被限定在轴和壳体内表面之间；
轴承，所述轴承布置在壳体内并且配置用于可旋转地支撑轴，所述轴承包含润滑剂流体；以及
密封件，所述密封件配置用于密封环状空间并且包括具有中轴线的、基本上环状的弹性密封件主体和布置在主体内的至少一个通常是刚性的支撑构件，所述主体关于轴设置并且具有径向外部和径向内部，所述径向外部在壳体槽内至少局部设置，所述径向内部具有与轴外表面密封接合的唇部，当主体上的流体压力超过预定值时所述主体配置为弯曲偏转，使得所述主体内部关于轴线基本上径向向外移动，从而允许流体在轴和主体之间流动，至少一个支撑构件布置在密封件主体外部内，从而使其至少局部位于壳体槽中并且配置用于至少减小主体内部的弯曲偏转，从而防止密封件主体与槽脱离
11.根据权利要求10所述的密封件，其中所述支撑构件包括基本上环状主体，该主体具有轴向部分以及关于轴向部分径向向内延伸的径向部分。
12.根据权利要求10所述的密封件，其中所述密封件主体内部关于中轴线成角度，从而使得唇部从主体的中心轴向偏移，所述主体内部在主体第一端部具有基本上面对轴线的第一表面，以及在主体第二端部具有基本上背对轴线第二端部表面。
13.根据权利要求12所述的密封件，其中当第一端部表面上的流体压力超过预定值时，所述主体内部关于轴线基本上径向向外移动，从而使得唇部与轴外表面脱离。
14.根据权利要求10所述的密封件，其中所述密封件主体还包括大致上径向延伸的中部，所述中部在外部和内部之间延伸并且完整连接这两者。
15.根据权利要求10所述的密封件，其中所述密封件主体具有相对的第一和第二轴向端部，至少主体第一端部的一部分暴露于轴承中的流体，从而使得主体内部的径向移动从轴承释放一部分的流体。
16.根据权利要求10所述的密封件，其中：
所述密封件主体具有暴露于较高流体压力的高压轴向端部和与之相对的、暴露于较低流体压力的低压轴向端部，密封件主体内部具有与主体外部连接的径向外端部和提供密封唇部的径向内端部，密封件主体内部与中轴线成角度，从而使得内端部在基本上朝向密封件主体低压端部的方向上关于外端部轴向地隔开；并且
所述支撑构件包括基本上环状主体，具有基本上轴向部分以及关于轴向部分径向向内延伸的基本上径向部分，所述支撑构件布置在密封件主体外部内，从而使得支撑构件径向部分与密封件主体高压端部至少基本上相邻布置，并且使得支撑构件轴向部分在大体上朝向密封件主体低压端部的方向上从径向部分基本上轴向延伸。
17.根据权利要求13所述的密封件，其中所述密封件主体由聚氨酯构成并且所述支撑构件由刚性聚合物构成，所述支撑构件模制在密封件主体内。
18.一种用于密封壳体和至少局部布置在壳体内的可旋转轴之间的空间的密封件，所述壳体具有环状槽，所述轴具有外表面，所述密封件包括：
关于所述轴设置的、基本上环状的弹性的密封件主体，所述密封件主体具有中轴线、在壳体槽中至少局部设置从而使密封件与壳体联接的径向外部、以及具有与轴外表面密封接合的唇部的径向内部，当施加在主体上的流体压力超过预定值时，密封件主体配置为弯曲偏转，使得至少主体内部的一部分关于轴线基本上径向向外移动，从而允许流体在所述轴和密封件主体之间流动；所述主体具有暴露于较高流体压力的高压轴向端部和与之相对的、暴露于较低流体压力的低压轴向端部；以及
至少一个通常是刚性的支撑构件，所述支撑构件布置在密封件主体外部内，从而在密封件与壳体联接时所述支撑构件至少局部位于壳体槽内，所述支撑构件包括基本上环状主体，具有轴向部分以及关于轴向部分径向向内延伸的径向部分，所述支撑构件布置在密封件主体外部内，从而使得支撑构件径向部分与密封件主体高压端部至少基本上相邻布置，并且使得支撑构件轴向部分在大体上朝向密封件主体低压端部的方向上从径向部分基本上轴向延伸。
19.根据权利要求18所述的密封件，其中所述支撑构件配置为至少减小主体内部的弯曲偏转，从而防止主体与槽脱离。
20.根据权利要求1所述的密封件，其中所述密封件主体内部关于中轴线通常成角度，从而使得唇部从主体的中心轴向偏移，所述主体内部在主体高压端部具有基本上面对轴线的第一端部表面，以及在主体低压端部具有基本上背对轴线第二端部表面，当第一端部表面上的流体压力超过预定值时，所述主体内部关于轴线基本上径向向外移动，从而使得唇部与轴外表面脱离。
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