CN103717950B - 轴密封组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在转向节和车轴之间建立液密密封的轴密封组件。该轴密封组件包括一外部壳体以及一与其相连的第一弹性体元件。该弹性体元件具有堞形结构，该堞形结构包括多个在径向向外的方向上延伸的突出部，且该多个突出部通过多个凹槽相互隔开。当该轴密封组件安装在转向节中时，该转向节与第一弹性体元件之间形成一空腔。同时，该凹槽和空腔使得空气可以从位于密封组件一侧的轮毂流至转向节中的真空口。该空腔围绕密封组件周向延伸，因此，从轮毂流至真空口的气流并不依赖于密封组件相对于转向节的方位。

Description

轴密封组件

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年6月9日提交的第61/495,075号美国临时申请的权益。

技术领域

本发明主要涉及轴密封装置，尤其涉及具有真空结构的轴密封装置，以使空气经过部分密封装置。

背景技术

径向唇部轴密封组件可用于多种旋转机械应用，这些旋转机械应用包括轮毂、轴颈和耐摩擦轴承。在一个特殊的实施例中，径向唇部轴密封组件作为一个单元安装在转向节的孔内，以在4X4或四轮驱动汽车上的前轮组件的转向节和半轴或车轴之间建立密封。

许多4X4车辆包括带有锁止轮毂的前轮组件以及电子行进切换（ESOF）系统，该电子行进切换（ESOF）系统通过真空信号使锁止轮毂接合至车辆的动力传动系统以及使锁止轮毂脱离车辆的动力传动系统。通常，真空度高会使得轮毂与车辆的动力传动系统接合，而真空度低会使得轮毂与车辆的动力传动系统脱离。在释放真空后，锁止轮毂被配置为保持在适当的（接合或脱离的）模式，直至接收到另一个真空信号。如果ESOF系统无法正常运作，则4X4系统无法如预期的进行接合和/或脱离。除了对车辆的司机造成不便之外，这还可能造成前轮组件的锁止轮毂或其他部件的损坏。

带有ESOF系统的4X4车辆的这种前轮组件的径向密封组件通常位于转向节中的至少一个真空口附近。通过使真空口选择性地从锁止轮毂抽气，从而使径向密封组件与ESOF系统配合。偶尔，已知的径向密封组件会部分地或完全地阻塞转向节中的真空口，从而干扰车辆的ESOF系统。如果该已知的密封组件在转向节中的方位安装错误，或者如果在车辆的运行过程中该密封组件相对于转向节无意中移动，则将会发生上述干扰。

发明内容

根据本发明的至少一个方面，提供了一种密封组件，以相对于车辆的车轴密封转向节。该密封组件包括用于容置车轴的内部壳体以及用于容置位于转向节的内孔中的外部壳体。至少一个弹性体元件与内部和外部壳体中的一个接合，并且包括至少一个与内部和外部壳体中的另一个滑动接合的唇部，以在车轴旋转时使车轴和转向节之间建立液密密封。外部壳体或者弹性体元件包括堞形结构，该堞形结构包括多个径向向外延伸的突出部，且该多个突出部通过多个凹槽或通道彼此周向隔开，以在该密封组件设置在转向节的内孔中时，使该密封组件与转向节之间形成一空腔。该空腔和凹槽使得空气从轮毂流至转向节中的真空口。由于该空腔围绕密封组件周向延伸，因此，从轮毂流至真空口的空气通路并不依赖于密封组件相对于转向节的方位。与其他已知的密封组件相比，由于装配工人无需将密封组件插入转向节的预定方位，因此本发明在制造上具有优点，并且，由于在车辆的运行过程中即使密封组件相对于转向节旋转，该密封组件仍能充分起到作用，因此本发明还在可靠性方面具有优势。

根据本发明的另一个方面，密封组件包括与外部壳体接合的第一弹性体元件以及与内部壳体接合的第二弹性体元件。仅第一弹性体元件摩擦接合转向节，且仅第二弹性体元件摩擦接合车轴。因此，密封组件可以快速安装在这些部件上，而无需大力挤压，而其他已知的密封组件则需要大力挤压。

根据本发明的又另一个方面，第一和第二弹性体元件之间形成有复杂的迷宫，以限制污垢、水或其他污染物通过密封组件。

附图说明

请参阅下述详细说明并结合附图进行考虑，本发明的上述和其它优点将更加容易领会和理解，其中：

图1是根据本发明的一个方面构造的一个典型密封组件的剖视图；

图2是安装在车辆的前轮组件中的图1的典型密封组件的局部剖视图；

图3是安装在车辆的前轮组件中的图1的典型密封组件的从不同于图2的视角所得的另一个局部剖视图；以及

图4是图1的典型密封组件的第一弹性体元件的部分堞形结构的正视放大图。

具体实施方式

请参阅附图，其中，相同的附图标记表示各个附图中相应的部分，根据本发明的一个方面构造的典型密封组件20主要在图1中示出，并且主要在图2和3中指出。该典型密封组件20可使用在带有电子行进切换（ESOF）系统的4X4（四轮驱动）车辆（例如轻运货车或运动型多用途车）的前轮组件（图2和3中所示）中，该ESOF系统具有真空泵（未示出），该真空泵有选择地通过每个前轮组件的转向节24中的真空口22启动抽真空。当启动真空泵时，空气从锁止轮毂26中抽出，从而在锁止轮毂26内产生压差，并且使轮毂26与车轴28接合，或与车轴28脱离。该典型的密封组件20在每个前轮组件中使转向节24相对于车轴28，同时仍然允许空气从相关的轮毂26通至转向节24的真空口22。

参阅图1，该典型的密封组件20包括外部壳体30以及内部壳体32，外部壳体30用于容置在转向节24的内孔中，内部壳体32用于接合（直接或间接地）在车轴28的外表面周围。如图1所示，该典型的外部壳体30被弯曲至包括在轴向方向上延伸的外轮缘34、弧形部分36、内轮缘38以及第一腿部40。外轮缘34和内轮缘38通过弧形部分36相互连接成整体，从而使内轮缘38径向地间隔在外轮缘34之内。该典型的密封组件20的第一腿部40从内轮缘38的与弧形部分36相对的一端径向向内延伸。外部壳体30优选地由钢制成，并且通过拉深工艺成形。然而，应该理解的是，外部壳体30可以通过任何理想的工艺（例如滚轧成形、铸造、机械加工等）成形，并且可以由任何适合的金属或非金属（例如铁、铝、钛、镁、复合材料等）制成。该典型的密封组件20还包括第一弹性体元件42，该第一弹性体元件42与外部壳体30接合，并沿着外轮缘34、弧形部分36以及第一腿部40延伸。该第一弹性体元件42优选地通过二次成型工艺连接至外部壳体30，但是可选地，该该第一弹性体元件42也可以通过任何理想的工艺连接至外部壳体30，理想的工艺包括例如通过紧固件、粘合剂等将第一弹性体元件42连接至外部壳体30。

现在参阅图2，转向节24的真空口22在径向方向上延伸进入转向节24的内孔。当该典型的密封组件20安装进转向节24内时，外部壳体30的外轮缘34以及连接至外轮缘34的部分第一弹性体元件42均在真空口22的两侧轴向延伸。在该典型实施例中，部分第一弹性体元件42围绕外部壳体30的外轮缘34周向延伸。正因如此，在该典型的密封组件20中，仅第一弹性体元件42与转向节24直接接触。这使得该典型的密封组件20可以通过装配工人或技工手工安装进转向节24内。这使得该典型的密封组件20区别于许多其他已知的具有金属外表面并因此必须通过大力挤压推进转向节24内的密封组件。该第一弹性体材料优选地由橡胶材料制成，但是也可以由任何能够摩擦地接合转向节24的其他材料制成。在真空口22的轴向的一侧上，该第一弹性体元件42额外包括多个彼此轴向隔开的锁止筋44，以使密封组件20更好地摩擦连接至转向节24。

在真空口22的与锁止筋44相对的轴向侧上，第一弹性体元件42包括堞形结构46，该堞形结构46包括多个径向向外延伸的突出部48，且该多个突出部48通过多个凹槽50或通道相互隔开。第一弹性体部分在锁止筋44与堞形结构46之间基本是平坦的，因此，当密封组件20安装在转向节24中时，一空腔52在转向节24与第一弹性体元件42之间延伸。该空腔52围绕第一弹性体元件42周向延伸，并且与转向节24的真空口22流体连通。优选地，转向节24的内孔还可以在该区域中扩大，以进一步增大空腔52的尺寸。锁止筋44与堞形结构46之间的部分第一弹性体元件42可以设置凹处以进一步增大空腔52的尺寸。

现在参阅图3，图3为沿堞形结构46的一个凹槽50剖开的剖视图，每个凹槽50呈具有一轴向部分和一径向部分的L形。一空气通路（如多个箭头所示）从轮毂26起在轮毂26和密封组件20之间延伸通过堞形结构46的凹槽50的轴向部分和径向部分，延伸通过空腔52，并延伸至转向节24的真空口22。在运行过程中，通过该空气通路从轮毂26中抽出空气，以选择性地将锁止轮毂26接合至车辆的动力传动系统以及使锁止轮毂脱离车辆的动力传动系统。由于空腔52围绕第一弹性体元件42周向延伸，因此，无论密封装置20相对于转向节24的方位如何，该空气通路均存在。所以，装配工人或技工可以将密封组件20插设在任何合适的方位。这就可以减少装配车轮组件所需的时间，并且还可以减少车轮组件的次品数量。另外，在车辆的运行过程中，即使密封组件20在转向节24内重新定位，也不会干扰车辆的ESOF系统的性能。

回到图2来看，在径向向外延伸的突出部48的区域内，堞形结构46与转向节24摩擦接触，以使这两个部件更好的连接。图4中示出了堞形结构46的另一个视图，即部分堞形结构46的放大主视图。该典型的堞形结构46包括大约四个突出部48，这些突出部48的尺寸基本一致，且通过四个凹槽50彼此基本均匀地隔开。然而，应该理解的是，堞形结构46可以包括任意合适数量的突出部48，且这些突出部可以具有不同的尺寸和/或可以彼此间隔开不同的距离。

回到图1来看，如剖视图所示，内部壳体32弯曲成一具有轴向部分54和第二腿部56的L形，轴向部分54沿轴向方向延伸，第二腿部56从轴向部分54径向向外延伸。与外部壳体30类似，内部壳体32优选地通过拉深工艺成形，并且由金属制成。然而，应该理解的是，内部壳体32可以通过任何理想的工艺成形，并且可以由任何适合的金属或非金属制成。

第二弹性体元件58连接至内部壳体32，并且沿内部壳体32的一侧上的L形延伸。在一个典型的实施例中，部分第二弹性体元件58径向地设置在内部壳体32的轴向部分54的内侧。因此，当该典型的密封组件20安装在车辆的车轮组件内时，仅第二弹性体元件58（而非内部壳体32）与车轴28接合。因此，该典型的密封组件20可以通过装配工人或技工手工安装在车轴28上。这使得该典型的密封组件20区别于其他已知的必须通过大力挤压安装在车轴28上的密封组件。与第一弹性体元件42相同，第二弹性体元件58同样优选地由橡胶材料制成，但是也可以由任何能够摩擦地接合车轴28的其他材料制成。在该典型的实施例中，第二弹性体元件58包括多个彼此轴向隔开的锁止筋45，以使该典型的密封组件20更好地与车轴28连接。

再次参阅图1，第一弹性体元件42包括多个密封唇部60a、60b以及多个密封唇部60c、60d，密封唇部60a、60b在轴向方向上延伸，以接合内部壳体32的第二腿部56并对其密封，密封唇部60c、60d在径向向外的方向上延伸，以对内部壳体32的轴向部分54密封。该典型的密封组件20额外包括围绕部分第一弹性体元件42周向延伸的卡紧弹簧61，该卡紧弹簧61用于使至少一个密封唇部60d对内部壳体32施加偏置力，以加强密封唇部60d与内部壳体32之间的密封性。密封组件20的与轮毂26相连的一侧上通常设有油脂或其他类型的润滑剂。另外，在两个径向延伸的密封唇部60c、60d之间设有油脂填料63，以减少密封唇部60c、60d与内部壳体32之间的摩擦，而不会破坏它们之间建立的密封。

该典型的密封组件20的第一、第二弹性体元件42、58又相互结合以形成迷宫62，该迷宫62包括多个折弯处和弯曲处，污染物必须绕过迷宫62才能够穿过密封组件20。特别地，第二弹性体元件58包括一基本呈L形的机构64，该机构64背离内部壳体32的第二腿部54轴向延伸并且径向向外延伸，第一弹性体元件42包括一凸起66，该凸起66突出至一自由端，该自由端邻近第二弹性体元件58的L形机构64的一端。同时，密封唇部60与复杂的迷宫62有效地防止了污染物穿过该典型的密封组件20。

在运行过程中，当车轴28与内部壳体32相对于转向节24旋转时，密封唇部60抵靠着内部壳体32滑动，以防止油脂溢出密封组件20。密封唇部60以及由第一、第二弹性体元件42、58形成的复杂迷宫62防止了水、污垢或其他污染物从该密封件中泄露。另外，第一弹性体元件42的堞形结构46以及邻近其形成的空腔52使转向节24的真空口22可以从轮毂26中抽出空气，以将锁止轮毂26接合至车辆的动力传动系统以及使锁止轮毂脱离车辆的动力传动系统。与其他已知的密封组件相比，无论该典型的密封组件20相对于转向节24的方位如何，其都达到了所有这些目的。

显然，根据上述教导，本发明的各种修改和变化都是可能的，并且在所附权利要求范围内，本发明还可以通过除了具体描述以外的方式实现。另外，权利要求中的附图标记仅为方便起见，而不能理解为任何形式的限定。

Claims (15)

1.一种密封组件，其用于使具有一真空口的转向节相对于车辆的车轴密封，其特征在于，该密封组件包括：

一内部壳体以及一径向设置在所述内部壳体之外的外部壳体；

一弹性体元件，其与所述外部壳体接合，并且包括至少一个与所述内部壳体接合的唇部，以在所述内部壳体旋转时使所述内部壳体和外部壳体之间建立液密密封；以及

所述弹性体元件具有一外表面，该外表面带有一平坦部分以及一位于所述平坦部分的轴向一侧上的堞形结构，其中，所述堞形结构包括多个径向向外延伸的突出部，且该多个突出部通过多个凹槽彼此周向隔开，以在所述密封组件设置在所述转向节内时，使所述密封组件与转向节之间形成一空腔，并且以形成一空气通路，该空气通路从一轮毂起延伸通过所述凹槽、延伸通过所述空腔，并延伸至所述转向节的真空口，以选择性地将所述轮毂接合至车辆的动力传动系统以及使所述轮毂脱离车辆的动力传动系统。

2.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，每个所述凹槽呈具有一在径向方向上延伸的部分和另一在轴向方向上延伸的部分的L形。

3.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述与所述外部壳体接合的弹性体元件为第一弹性体元件。

4.根据权利要求3所述的密封组件，其特征在于，所述第一弹性体元件以二次成型的方式与所述外部壳体接合。

5.根据权利要求3所述的密封组件，其特征在于，所述密封组件进一步包括与所述内部壳体接合的第二弹性体元件。

6.根据权利要求5所述的密封组件，其特征在于，所述第二弹性体元件以二次成型的方式与所述外部壳体接合。

7.根据权利要求5所述的密封组件，其特征在于，所述外部壳体包括一外轮缘，其中，至少部分所述第一弹性体元件围绕所述外部壳体的所述外轮缘周向延伸，以用于与车辆的转向节的一内孔接合。

8.根据权利要求7所述的密封组件，其特征在于，所述第一弹性体元件包括多个锁止筋。

9.根据权利要求7所述的密封组件，其特征在于，所述内部壳体包括一轴向延伸部分，其中，至少部分所述第二弹性体元件沿所述内部壳体的所述轴向延伸部分的内圆周延伸，以用于与车辆的车轴接合。

10.根据权利要求9所述的密封组件，其特征在于，所述第二弹性体元件包括多个锁止筋。

11.根据权利要求5所述的密封组件，其特征在于，所述第一弹性体元件包括至少一个径向延伸的密封唇部，以可滑动地邻接所述内部壳体。

12.根据权利要求11所述的密封组件，其特征在于，所述密封组件进一步包括一围绕部分所述第一弹性体元件周向延伸的卡紧弹簧，以使所述至少一个密封唇部对所述内部壳体施加偏置力。

13.根据权利要求5所述的密封组件，其特征在于，所述外部壳体包括一在径向向内方向上延伸的第一腿部，所述内部壳体包括一在径向向外方向上延伸的第二腿部，其中，所述第一腿部和第二腿部彼此轴向隔开。

14.根据权利要求13所述的密封组件，其特征在于，所述第一弹性体元件和第二弹性体元件中的至少一个包括至少一个在所述第一腿部和第二腿部之间轴向延伸的密封唇部，以限制污染物通过所述密封组件。

15.根据权利要求14所述的密封组件，其特征在于，所述第一弹性体元件和第二弹性体元件成形为在它们之间形成有一迷宫。