CN1036067A - 径向唇形密封 - Google Patents

Abstract

一个径向密封10有一个第一种和第二种材料 交替排列的区域20、22制成的密封唇16并形成一 个连续的接触带。这种密封是为同轴或套相连的一 种旋转密封。第一和第二种材料有不同的物理特性， 以增加密封唇16处的流体活性。第一种材料可以 是聚四氟乙烯、第二种材料可以是硅树脂、氟橡胶、腈 类、乙烯丙烯酸或者聚丙烯酸酯合成橡胶、装置于接 触带的第一和第二种材料的边界42最好与环向延 伸的接触带以一角度相交叉。本发明还揭示了一个 制造径向唇形密封的方法。

Description

本发明涉及一种径向唇形密封，用以密封相对旋转的圆柱形元件。该发明特别实用于汽车和重工业设备的曲轴，传动设备以及轮轴轴承的密封。

流体径向唇形密封的发展改进了旋转接触密封的性能及使用寿命。

用于一相对旋转场合中的径向唇形密封因其固有的流体特性限制了其应用范围，流体效率的提高能够通过应用特殊附加结构，例如沟槽、波纹、棱缘或与所说密封唇相邻的螺纹获得。当带有附加结构的密封唇旋转时，附加结构起一个引导与密封唇接触的液体流向，所起小液压泵的作用，流体元件必须仔细地制作并且恰当地安装才能起到上述效果。

流体密封对于所说的轴或者轴套的同心性很敏感，如果所说的密封相对于它所密封的元件是偏心的，则流体效率实质上可全降低。

人们建议应用聚四氟乙烯作为旋转接触密封的材料，尽管流体元件可以用聚四氟乙烯模压或切削出密封唇，由磨擦产生的磨损会迅速抵消这些附加结构的效能。

聚四氟乙烯薄片也可以作为密封元件应用，此时该薄片应为一圆锥形，在圆锥形状中，该聚四氟乙烯薄片实质上干涉与所说相对转动的机器元件配合方式。圆锥形聚四氟乙烯薄片必须仔细安装以防止擦伤该薄片。

聚四氟乙烯密封的优点是密封元件接触表面中的缺陷可由放置在沟槽或凹槽中的聚四氟乙烯填满。这可使被密封的表面平滑，有利于提高密封寿命。

虽然经过恰当地制造和安装，流体密封改善了密封寿命和性能，一种简单有效并且容易制造和安装的流体密封在传统和新的密封领域中应用仍然是长期以来所需要的。

本发明的目的是提供一种容易制造和安装的改进型双向流体密封。

另一个目的是提供一种以密封唇为特点耐用的流体密封。该密封唇提供了一不同物理性能的第二种材料氟橡胶和聚四氟乙烯交替排列的应用。

本发明的旋转接触密封包括一个与旋转轴或轴套接触的密封唇的密封环。下文中与密封唇接触的机器元件简化为轴。但是人们确信本发明的密封可以作为内径密封或者外径密封而加以应用，所说密封的密封唇是由不同物理性能的第一种和第二种材料形成的，它们形成了一个连续的环向延伸的接触带，该接触带具有第一种和第二种材料各自分别交替排列形成的第一区域和第二区域。

第一种和第二种材料在硬度、磨擦系数、或弹性摸量等物理性能方面不同，第一种材料最好选用聚四氟乙烯、第二种材料最好选用弹性材料例如：硅树酯、氟橡胶、晴类、乙烯丙烯酸或者聚丙聚酸酯。

在所说第一和第二区域之间的第一区域的边界，或说棱边，相对所说双向延伸的接触带形成一角度在密封唇上延伸，在优选的实例中若干第一和第二区域之间的第一区域分界面径向向内地从接触带的空气端上的一点汇集到接触带，并且径向向内地从所说的接触带的液体端的一点散离到接触带上。

本发明的轴油封最好包括一个粘接到弹性材料密封环上的刚性环形外壳。该密封环有一个直径小于外壳直径的密封唇，一个用于形成密封唇一部分的环形薄片包括间隔开的若干区域，在这些区域之间配置了所说的密封环弹性材料。密封环的密封唇最好用弹性材料和聚四氟乙烯交替形成连续的密封唇在凹进部分圆周修整环形薄片的方式形成。

本发明的方法包括第一种材料的环形薄片的成型，所说的环形薄片有一个间隔径向内凹或者间隔径向凸突的波浪形周边，该薄片与一个第二种材料的环一起配置于模具中用以密封成型，此后薄片和环模压成预定的密封形状。在模压操作过程中，弹性环的材料流进凹口区域或流进所说薄片径向突出区域，这样薄片与弹性材料粘接在一起，此后交替切削模压薄片和保持凹口或薄片断蛲钩霾糠种涞牡诙蛞员阒芟虻匦拚鲆桓雒芊獯剑庋档拿芊饧锤嫱瓿伞?

第一种材料最好选择聚四氟乙烯或类似材料，第二种材料最好为弹性材料。当应用聚四氟乙烯薄片时，通常在模压之前需进一步采取浸蚀薄片表面并在薄片上涂敷粘结层等步骤。

所说的薄片和环与所说圆柱面贴紧地放置模具中以保持薄片和环在模具中同心。

模具装上薄片和环时，也可以包括在模具中配置环形外壳的步骤，在模压过程中所说的环贴于环形外壳上。

模压步骤也可以包括形成一个或多个在密封上与所说密封唇留有一定间隔的辅助密封唇，辅助密封唇最好在第二种材料整体地模压成形。

结合附图阅读下面详细记述本发明最好实例，可以更好地理解本发明的目的、特点和优点。

图1是按照本发明形成的一个径向唇形密封的透视图;

图2是按本发明形成的径向唇形密封的透视图;

图3是图2沿3-3线所示的剖面图;

图4是图2沿4-4线所示的剖面图;

图5至图10是按本发明形成径向唇形密封环形薄片的平面图;

图11是按本发明形成的径向唇形密封的透视图;

图12是按本发明制成径向唇形密封的密封唇部分的局部透视图;

图13是带有环形薄片、弹性圈和一个外壳的密封模具1/2剖面图;

图14是图13所示密封模具在模压操作中处于成型位置的局部剖示图;

图15是弹性材料圈环绕薄片成型时图13所示密封模具的局部剖面图;

图16是图13所示完整模压密封模具的局部剖面图;

图17所示带有一个刀口修整密封唇步骤的密封剖面图。

图1和图2表示了本发明的径向唇形密封10的两个不同实施例。该密封10包括一个外壳12，外壳12最好采用用以支承和装置该密封的环形金属件。弹性环14固接于外壳12，弹性环14上形成一密封唇16和一辅助密封唇18，密封唇16包括具有分别为不同物理特性材料的第一区域20和第二区域22，该密封唇16有一个流体端24和一个空气端26，流体端为，该面上储存的流体是防止流体泄露，空气端26是密封唇16通过密封除去流体的端面。图1和图2展示了一个模压后从密封10修剪下来的废料环28或废弃物，该废料环或废弃物说明了密封如何被修剪成具有一交替形成的第一区域20和第二区域22的密封唇的密封。

图3和图4表示了所说密封唇10两个横截面，说明了改变时密封内周边的密封唇16的结构，图3表示了所说密封唇16由形成第二区域22的弹性材料制成，图4表示了密封唇16由第一区域20的材料制成。在图3中，无论在密封唇的流体端24，还是在空气端26，第一区域20都不是密封唇16的一部分，在图4中，第一区域20形成密封唇16的液体端面24和空气端面26。

图3和图4展示了一个密封唇16径向向外配置的夹紧弹簧槽30。象所熟知的现有技术一样，夹紧弹簧槽30中装有一夹紧弹簧（图中未示出），以便在密封唇16上提供一向内压紧力。

图5到图10展示了用于本发明可选择密封的不同形状的薄片。该薄片包括一个可以形成薄片外径或内径的波浪形棱边，薄片圆形棱边35适于压制密封模具圆柱形表面的导向、图5到图10中用虚线表示了一条修剪线T以示压制后每一薄片被修剪的大致区域。

图5表示了一具有三个凹口36的内径波浪形棱边34的薄环。

图6表示了一个带有十二个凹口36的内径波浪形棱边34的薄环。凹口36被一组弓形的突缘38隔开分别独立的月牙形凹口，弓形突缘薅艘桓龃星锌诘脑残文诰丁Ｒ焕嗨菩巫幢∑圃斓拿芊庠谕?中得到了说明。

图7展示了一个可供选择的具有波浪形棱边内径的薄片环32，八个凹口36被八个突缘38隔开，实施例说明了突缘38包括一个圆环内径的若干区域，凹口36限定了突缘直径38和薄片环32外径中的直径，斜面39连接凹口36和凸缘38。

图8展示了一个由波浪形棱边限定外径的薄环32，在相邻的突缘38之间，由非垂直角相交的直线部分形成了凹口36。

图9展示了可选择的带波浪棱边34外径的薄片环34实施例，波浪形棱边34由有月牙形状的十二个凹口36形成，凹口36在薄片环32的周边由凸缘38隔开，图1所示的密封提供了一个类似薄片环32的典型结构。图1中的第一区域20是修剪掉薄片环32的凸缘38。

图10实质上展示一个完整的有波浪形棱边34外径的薄片环34。该波浪形棱边34有特殊不规则的周边。波浪形棱边34由五个凸缘38形成。凸缘38的两侧开有切口40以便在凸缘38上分离出凹口36，薄片环32的形式可结合图11和图12中的密封得到说明，薄片环被径向修整出所说的凹口部分34，以便在该环上形成凸缘38，凸缘38在完成密封上，有不连续的区域保留，如前所述的有特定边界的轮廓。设计的这种薄片在试验中产生了最好的流体特性。

图11和图12进一步详细展示了按本发明摸制密封环10的密封唇16，密封唇16包括由一个清晰的边界42分开的第一和第二区域20、22、分界面42能够改善由密封10达到的流体效果而不需用沟槽或其它流体附加结构。密封唇16是一个连续的唇，不是象传统的流体元件被磨损掉。密封唇16相对于轴旋转导致了所希望的流体效果。

正象图12最佳展示的，第一区域20的边界42在密封的空气端26内直到密封唇16与径向线成角度A，在密封唇16的流体端第一区域20的边界相对径向线偏移角度B。

可以认为，即使边界42形成一个连续的表面，它仍然可起到叶片作用，创造一液体压差，可以将液体抽回密封流体端。第一和第二区域材料的物理特性的差别可以改进流体密封特性。

第一区域的材料与第二区域相比，有较低磨擦系数，较高的硬度，或是较低弹性模量，形成第一区域20和第二区域22之间材料硬度，磨擦系数的差别可以产生分界线两侧的压力差。

所说的分界线42相对密封唇形成角度以增强或减少流体效果，在一些实例中已经证实。

图13-17详细揭示了按本发明制造密封10的方法，图13揭示了带有一外壳12的模具44，薄片环32和一预制环45安置在模具44中，实质上预制环45是由未曾硫化的弹性材料制成，例如硅树酯、聚丙烯酸酯、氟橡胶、乙烯丙烯酸或是晴弹性体。薄片32最好用聚四氟乙烯制成，但也可用氟橡胶或天然橡胶。薄片环32和预制环45相互间有不同的物理特性是很重要的，正如图13所示，为了加载，模具的上半模48与下半模46脱开。

参看图14，当模具的上半模48向下模移动时，模压操作开始。预制环45和薄片环32同心地放置在模具44下模46的柱面52上，柱面52保持薄片32和预制环45整个模制中同心配置在模具中。当上模48向下模46移动时，预制环45与模具44的上模48接触，模具44软化并硫化预制环45。

参看图15，预制环45形变充满上下模的空腔，预制环45的弹性材料流入薄片凹口36及整个模具的空腔。

参看图16当预制环45的弹性材料完全充满上下模44之间的空腔，弹性材料被硫化，模压操作即告完成。当模具闭合时，在外壳12内缘上最好形成一个外壳12的突边54，预制环45的弹性材料环绕并粘在外壳12的突边54上。薄片环32的外圆受预制环45弹性材料向下流动压力形成一个截面圆锥（frustonical）形状。薄片环32的截面圆锥（frustonical）区域的一侧可形成密封唇16的空气端26。

参看图17，修剪步骤是通过一个修剪弹性材料密封环的凹口到薄片环32的刀片示意地说明的。修剪步骤剪出一个连续的密封唇16密封唇16包括依次交替出现的第一区域20和第二区域22，薄片环32形腹片可被修剪掉成为一个废料环28如图1所示，或者被包括作为密封唇16的空气端如图2所示。

虽然本发明的最好实例已详细论述，那些与本发明有关的类似技术手段将被认为是下列权利要求所限定的实践本发明可选择的方式。

Claims (19)

1、一种环形密封件有一个为接触一个相对旋转轴的唇部。

所说的密封唇由一个第一种和一个第二种材料形成，第一和第二种材料限定了由第一和第二种材料个自分别交替隔开形成的第一区域和第二区域的连续周向延伸的接触带。

2、根据权利要求1所述的旋转接触密封，其特征在于第一种材料和第二种材料有不同的物理特性。

3、根据权利要求1所述的旋转接触密封，其特征在于第一种材料比第二种材料硬。

4、根据权利要求1所述的旋转接触密封，其特征在于第一种材料比第二种材料磨擦系数低。

5、根据权利要求1所述的旋转接触密封，其特征在于第一和第二区域相对唇部的一个角有各自延伸的边界。

6、根据权利要求5所述的旋转接触密封，其特征在于第一区域边界就是所说第一和第二区域在唇部至唇部非流动端形成的点，唇部至唇部的流动端形成的点。

7、根据权利要求6所述的旋转接触密封，其特征在于第一材料是聚四氟乙烯。

8、根据权利要求6所述的旋转接触密封，其特征在于第二材料是由一组精选的合成橡胶，硅树酯、氟橡胶、聚丙烯酸酯、乙烯丙烯酸酯、和晴类组成。

9、根据权利要求6所述的旋转接触密封，其特征在于第一材料有一个预定弹性模量，第二种材料比第一种弹性模量低。

10、一种油封包括：

一个环形外壳，

一个弹性材料连接外壳内径形成的一个密封环状空间，所述的密封环状空间有一个密封唇，密封唇的直径比外壳内径小。

由聚四氟乙烯形成的周边隔开配置的区域与配置于所说周边隔开的弹性材料形成密封唇部分以提供一交替出现的弹性材料和聚四氟乙烯材料形成的密封唇。

11、根据权利要求10所述的旋转接触密封，其特征在于所述的弹性材料和聚四氟乙烯材料有相对密封唇一个角延伸的清晰轮廓。

12、根据权利要求11所述的旋转接触密封，其特征在于弹性材料和聚四氟乙烯材料之间的聚四氟乙烯材料边界从密封唇空气端到密封唇汇集一点，并从密封唇的流体端到密封唇散离一点。

13、根据权利要求10所述的旋转接触密封，其特征在于所述的弹性材料是硅树酯、聚丙烯酸酯、氟橡胶、乙烯丙烯酸以及晴弹体等一组可选择的弹性材料。

14、一种油封的制造方法包括：第一种材料环形薄片有周向地径向隔开凹口的波浪形周边。

在一个模具中放置所说的薄片和第二种材料制成的圆环，

模压所说的薄片和环，使所说的第二种材料流入所说薄片的凹口区域形成预定的形状。

第一种材料和第二种材料粘接在一起;并且以周向切削模压的薄片和在凹口中的第二种材料修整出一个密封唇。

15、根据权利要求14所述方法其特征在于第一种材料是聚四氟乙烯，第二种材料是弹性体。

16、根据权利要求15所述的方法其特征在于形成环形薄片包括如下步骤：

浸蚀薄片表面，和，

在薄片上涂敷粘接层;

17、根据权利要求14所述的方法，其特征在于所述的薄片和环紧贴模具圆柱表面同心地放置。

18、根据权利要求14所述的方法，进一步的步骤包括将一个外壳与所说薄片和环一起放入模具中，并将第二种材料贴接于外壳。

19、根据权利要求14所述的方法进一步包括与所说的密封唇有一定间隔的辅助密封唇形成的步骤，辅助密封唇由所说第二种材料整体模压形成。

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