CN103782071A - 径向轴密封件、径向轴密封组件及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种径向轴密封件，其用于容置在一壳体中并围绕一轴，以使密封件的空气侧与轴密封件的油侧密封地隔开。该密封件包括一安装部和一密封唇部，该密封唇部具有一在油侧端和自由空气侧端延伸的环形密封表面。一环形桥部通过一第一铰链连接至该密封唇部的油侧端，并通过一第二铰链连接至该安装部。该桥部自第一铰链延伸至第二铰链并与密封唇部径向叠置。一环形突出部自安装部轴向远离桥部延伸。该突出部具有一面向密封唇部的油侧，并且当密封唇部围绕第一铰链枢转时该突出部面对密封唇部的空气侧端。

Description

径向轴密封件、径向轴密封组件及安装方法

技术领域

本发明主要涉及一种用于在转轴与壳体之间建立流体紧密密封的动态油封。

背景技术

动态径向轴油封设计为具有一所谓的密封件的“油侧”和一“空气侧”。这两个命名与密封件被安装时的方向有关，即，该油侧朝向壳体的内部并与油连通，而空气侧朝外并暴露于空气中。

径向轴油封至少可以通过两种不同的方式安装。一种是“空气侧安装”，即，首先将密封件装入壳体的孔中，随后将轴（或者其承磨衬套）从空气侧轴向安装到密封组件中（朝向壳体内部的方向）以实现密封作用。另一种是“油侧安装”，即，壳体和轴已经存在，并将密封组件轴向滑入壳体中并同时滑至轴（或者其承磨衬套）上，从而使轴从密封件的油侧进入密封组件。除此以外，还可以将密封组件安装进壳体中，然后使轴从密封件的“油侧”插入穿过密封件。

在安装过程中，无论哪种方式，密封件必须能够承受安装过程中产生的轴向载荷，而不会导致密封件的密封唇部反折，或者在完全安装完成的情况下移动至密封唇部失效的位置。此外，在安装过程中，密封组件必须这样安装，即，密封唇部定位为与轴上的工作面同轴。否则，密封唇部之间形成的密封的完整性将被破坏。

径向轴密封件还需承受测漏试验或者使用过程中的各种轴向压力。密封件两侧之间（密封件的油侧和空气侧之间）产生的压差可以沿一个方向或另一个方向将轴向载荷施加至密封件上（壳体中的真空或增压），并且可以导致密封件与轴脱离至少一定角度，而且在极限情况下可以导致密封件在压力下反折和折叠以致密封件被损坏。

发明内容

概括地讲，本发明提供一径向轴密封组件，该组件具有利于实现合适的油侧安装的特征，甚至在轴与孔未对准的情况下也能实现，并且进一步地，当安装时暴露于密封组件油侧上的正压力或负压力下时，为密封组件的密封唇部提供支撑，以防止不利的密封件损坏（seal-breaking）运动。

根据本发明的一个目前优选方面，提供了一种径向轴密封件，其用于容置在一壳体中并围绕一轴，以使轴密封件的空气侧与轴密封件的油侧密封地隔开。该径向轴密封件包括一环形安装部和一密封唇部，该密封唇部具有一在油侧端和自由空气侧端之间延伸的环形密封表面，且该密封表面被配置为相对于轴轴向延伸。进一步地，一环形桥部通过一第一铰链连接至该密封唇部的油侧端，并通过一第二铰链连接至该安装部。该桥部自第一铰链延伸至第二铰链并与密封唇部径向叠置。至少一个突出部自第一铰链远离桥部朝向密封件的油侧延伸。该突出部防止了密封唇部在油侧安装过程中反向，从而确保密封唇部在使用过程中与工作面保持适当地密封接触。

根据本发明的另一方面，提供了一种径向轴密封组件。该径向轴密封组件包括一轴和一径向轴密封件，该轴沿中心轴延伸并提供一具有预定直径的工作面，该径向轴密封件用于容置在一壳体中并围绕该轴，以使径向轴密封件的空气侧与径向轴密封件的油侧密封地隔开。该径向轴密封件包括一环形安装部和一密封唇部，该密封唇部具有在油侧端和自由空气侧端之间延伸的一环形密封表面和一相对的背面，且该密封表面轴向延伸并与工作面动态密封接触。进一步地，一环形桥部通过一第一铰链连接至该密封唇部的油侧端，并通过一第二铰链连接至该安装部。该桥部自第一铰链延伸至第二铰链并与密封唇部径向叠置。此外，至少一个突出部从第一铰链朝向密封件的油侧轴向延伸。

根据本发明的另一方面，提供了一种将径向轴密封件安装在轴上的方法。该方法包括提供一具有工作面的轴，以及提供一带有密封唇部的径向轴密封件，该密封唇部具有在自由状态下从油侧端向自由空气侧端收敛的环形密封表面。进一步地，提供具有环形桥部的径向轴密封件，该桥部通过第一铰链连接至油侧，并在自由状态下发散到第二铰链。该第二铰链连接到外部的安装部以使桥部与密封唇部径向叠置延伸。径向轴密封件进一步包括至少一个从第一铰链向着密封件的油侧轴向延伸的突出部。然后，使轴和径向轴密封件轴向向着彼此移动，并且使密封唇的油侧端与轴的一端邻接。进一步地，使突出部与轴的工作面邻接，并且使密封表面与工作面密封配合，同时使突出部移动至不与工作面邻接。

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径向轴密封件的正视图，该密封件示为设置在轴上；

图2A是图1的密封件的剖视图，该密封件示为处于自由、未装配的状态；

图2B是图1的密封件的剖视图，该密封件示为开始设置在轴上；

图2C是大致沿图1的线2C-2C剖开所得的剖视图，该密封件示为完全设置在轴上；

图3A是类似于图2A的、沿不同位置剖开的图，示出了位于密封件的排除杂物、防止反转的盘上的径向向内延伸的对齐突出结构；

图3B是类似于图2B的图，该密封件示为开始设置在轴上；以及

图3C是大致沿图1的线3C-3C剖开所得的剖视图，该密封件示为完全设置在轴上。

具体实施方式

更详细地参阅附图，图1示出了根据本发明一个方面构造的径向轴密封件，此后称为密封件10，其中，该密封件适用于曲轴箱应用，作为示例而非限制，用于围绕径向轴密封组件13中的转轴12进行密封。该密封件10具有油侧O和轴向相对的空气侧A，这与密封件10被安装时的方向有关，即油侧O面对被密封的应用装置的内部，而空气侧A面对被密封的应用装置的外部环境。密封件10包括安装部，例如外壳（也称为卡圈14），该卡圈14为金属或者聚合的环形物或者环结构，并带有与其连接的弹性密封材料16。密封材料16构成密封件本体17并径向向内延伸以形成密封唇部18。进一步地，一排除杂物、防止反转的环形钢性盘（此后称为盘20）固定至密封件本体17和/或密封件本体17的空气侧A上的卡圈14。盘20是平面的或基本平面的，并从卡圈14向内径向延伸，并且与密封唇部18轴向隔开以形成屏蔽物（也称为屏障），以排除杂物避免影响密封唇部18。从而保护密封唇部18免受杂物可能造成的损坏，并且防止杂物到达密封件10的油侧O。进一步地，盘20有利于合适地安装密封件10，因为其即有助于使密封唇部18围绕轴12径向对齐，又能防止密封唇部18在安装过程中在轴12上方反转。

如本领域公知的，金属卡圈14可以是L形，或可以为多种构形，例如C形、S形或如图所示的环形，这取决于具体应用的要求。金属加强环形结构15示出为至少部分地被弹性密封材料16覆盖在外表面上，该弹性密封材料16可以具有波状外形22以在曲轴箱（未示出）的孔中提供紧密（snug）和液密安装。

当密封唇部18处于松弛的未安装状态（图2A和3A)时，其与密封件10的水平中心轴24成小角度地延伸，例如约1-10度，并且具有环形的径向朝向内的内部密封表面26以及相对的径向朝向外的外部背面28，该密封表面26和背面28在油侧端30和自由空气侧端32之间延伸。当处于自由状态时，密封表面26在油侧端30处具有最大内径SD（2×1/2SD），该最大内径小于轴12的工作面34的外径OD（2×r），因此，可以确保整个内部密封表面26在使用时与工作面34密封配合。密封表面26可以具有肋条或螺纹形式的流体动力结构36，其用于在轴旋转时将油泵回到密封件的油侧O。进一步地，作为示例而非限制，空气侧端32可以设有灰尘排除唇部38，其便于防止污染物从密封组件10的空气侧A进入到油侧O，并且进一步地，有助于将润滑油保持在密封组件10的油侧O上。

环形桥部40将密封唇部18可操作地连接到密封件本体17。环形桥部40通过第一铰链42连接到密封唇部18的油侧端30，并通过第二铰链44连接到密封件本体17。桥部40自密封唇部18径向向外地基本横向延伸，然后延伸回密封唇部18之上与其叠置，并与水平中心轴24成一定角度（例如约20-40度），然而该角度的范围可以是与水平方向成1-89度。因此，桥部40提供了朝向密封组件10的空气侧A的环形凹槽46。

钢性盘20具有与密封唇部18的空气侧端32轴向隔开的最外环形边缘48和最内环形边缘50。盘20固定，以防止相对于卡圈14和密封件本体17移动，例如机械地固定（如通过卷边）至卡圈14，和/或通过例如粘合剂固定至密封件本体17。应该理解，粘合剂可以涂在盘20和密封件本体17的邻接面之间，并且卡圈14可以通过旋压成形工艺和/或铆合工艺与最外边缘50锁合。最佳如图1所示，盘20具有多个径向向内延伸的轴/密封唇部对齐结构（此后称为突出部52）。突出部52示为彼此等距地周向隔开，示出为相互间隔120度，然而如果需要，也可以包括更多的突出部。如图1所示，突出部52具有限定内径ID（2×r'）的自由端，其中，如图3C所示，ID略大于轴的工作面34的OD（2×r）。因此，当轴12穿过密封件10完全安装时，突出部52保持不与轴的工作面34接触。然而，在轴12穿过密封件10安装时，突出部52有利于使密封唇部18与轴的工作面34合适地同轴对齐，以使密封唇部18与工作面34之间的所期望的密封更为完美。因此，在将轴12插入穿过密封件10的过程中，或者在将轴12完全插入穿过密封件10时，盘20确保可以防止密封唇部18在无意中反转，并且可以使密封唇部18适当地进行密封设置。

图2B和3B示出了轴12穿过密封件10的油侧安装过程。在安装过程中，密封件10已安装于壳体中，此后使轴12从油侧O朝向空气侧A延伸穿过密封件10，或者将固定密封件10的壳体装配在轴12上，从而使轴12延伸穿过密封件的油侧，并向外延伸穿过密封件10的空气侧。当轴12轴向滑动穿过密封件10时，轴12的一端60首先与密封件10的油侧端30接触，当该过程发生时，导致主密封唇部18径向向外扩张且密封唇部18的空气侧端32径向向外倾斜，以致凹槽46部分收缩，从而减小将密封件10围绕轴12安装所需的轴向安装力。随着安装的进行，空气侧端32继续径向向外并轴向朝向密封件10的空气侧A移动。这样，空气侧30将面对盘20并且引起对盘20的碰撞，从而使盘20可以防止密封唇部18继续轴向朝向密封件10的空气侧A移动。因此，盘20防止了密封唇部18和桥部40朝向密封件10的空气侧A轴向向外转动和反转。这样，如图2C和3C所示，当轴12穿过密封件10完全安装时，密封唇部18可以自动径向向内回复并轴向远离盘20，以保持与轴12的工作面34的适当的密封配置。

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，应当理解，在所附权利要求和最终获得授权的权利要求的范围内，本发明也可通过除了具体描述以外的方式实现。

Claims (13)

1.一种径向轴密封件，用于容置于一壳体中并围绕一轴，以使该轴密封件的空气侧和该轴密封件的油侧密封地隔开，其特征在于，该径向轴密封件包括：

一环形安装部；

一密封唇部，其具有在一油侧端和一自由空气侧端之间延伸的一环形的内部密封表面，所述内部密封表面沿轴轴向延伸并与该轴密封配合；

一环形桥部，其连接到所述密封唇部的所述油侧端，并连接到所述安装部，所述桥部与所述密封唇部径向叠置地延伸；以及

一钢性的环形盘，其从所述安装部径向向内延伸至所述密封唇部的空气侧的最内边缘，所述最内边缘的内径大于所述密封唇部的所述内部密封表面的直径，以保持与该轴不接触。

2.如权利要求1所述的径向轴密封件，其特征在于，所述盘的所述最内边缘具有多个径向向内延伸的突出部。

3.如权利要求1所述的径向轴密封件，其特征在于，所述多个突出部彼此等距地周向隔开。

4.如权利要求3所述的径向轴密封件，其特征在于，所述盘基本呈平面。

5.如权利要求1所述的径向轴密封件，其特征在于，所述盘的所述最内边缘与所述密封唇部的所述自由空气侧端轴向隔开。

6.—种径向轴密封组件，其特征在于，该组件包括：

一轴，其沿一中心轴延伸并提供具有预定直径的工作面；以及

一径向轴密封件，其用于容置于一壳体中并围绕所述轴，以使该轴密封件的空气侧和该轴密封件的油侧密封地隔开，该径向轴密封件包括：

一环形安装部；

一密封唇部，其具有在一油侧端和一自由空气侧端之间延伸的一环形的内部密封表面，所述内部密封表面沿所述轴的所述工作面轴向延伸并与该轴的工作面密封配合；

一环形桥部，其连接到所述密封唇部的所述油侧端并连接到所述安装部，所述桥部与所述密封唇部径向叠置地延伸；以及

一钢性的环形盘，其从所述安装部径向向内延伸至所述密封唇部的空气侧的最内边缘，所述最内边缘的内径大于所述内部密封表面的直径，以保持与该轴不接触。

7.如权利要求6所述的径向轴密封组件，其特征在于，所述盘的所述最内边缘具有多个径向向内延伸的突出部。

8.如权利要求6所述的径向轴密封组件，其特征在于，所述多个突出部彼此等距地周向隔开。

9.如权利要求8所述的径向轴密封组件，其特征在于，所述盘基本呈平面。

10.如权利要求6所述的径向轴密封组件，其特征在于，所述盘的所述最内边缘与所述密封唇部的所述自由空气侧端轴向隔开。

15.一种将径向轴密封件安装到轴上的方法，其特征在于，该方法包括：

提供一具有工作面的轴；

提供带有一密封唇部和一环形桥部的径向轴密封件，该密封唇部具有在自由状态下从一油侧端向一自由空气侧端收敛的环形密封表面，该环形桥部通过一第一铰链连接到所述油侧端，并在自由状态下发散到第二铰链，该第二铰链连接到一外部的安装部，以使所述桥部与所述密封唇部径向叠置延伸，该密封件进一步包括一从所述安装部轴向远离桥部延伸的环形突出部，该突出部具有面对所述密封唇部的油侧；

使所述轴和径向轴密封件轴向向着彼此移动；

使所述密封唇部的油侧端与所述轴的一端邻接，并使该密封唇部的空气侧端与所述突出部的油侧邻接；以及

使所述密封表面与工作面密封配合，同时使该密封唇部的空气侧端移动至不与所述突出部邻接。

16.如权利要求15所述的将径向轴密封件安装到轴上的方法，其特征在于，该方法进一步包括提供具有预定长度并延伸至一自由端的突出部，该自由端的直径大于所述工作面的直径。

17.如权利要求16所述的将径向轴密封件安装到轴上的方法，其特征在于，该方法进一步包括通过所述第一铰链使至少部分所述密封表面从收敛结构转动至发散结构。

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