CN104285086A - 用于转矩变换器的密封组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种密封组件(46)，该密封组件包括密封件托架(52)，该密封件托架配置成联接至一轴(28)和与该轴一起旋转。该密封件托架限定有配置成用于接纳环形密封件的至少三个环形凹部(54a，54b，54c)。该密封组件还包括至少三个环形密封件(56a，56b，56c)，所述环形密封件配置成用于在密封件托架和非旋转壳体(50)之间提供密封，该非旋转壳体限定出具有圆形横截面的内表面(48)。所述至少三个密封件中的一个接纳在所述至少三个环形凹部的每一个中，所述至少三个密封件中的一个(56a)具有比其它密封件中的至少一个的横截面积小的横截面积。

Description

用于转矩变换器的密封组件

技术领域

本发明涉及一种密封组件，更特别地涉及一种用于转矩变换器的密封组件。

背景技术

常常希望在原动机的旋转输出和受驱动负载的旋转输入之间提供联接，从而允许原动机的旋转输出和受驱动负载的旋转输入的旋转速度之间的不一致。例如，为了即使是在希望停止受驱动负载的输入旋转的情况下也允许原动机的持续的输出旋转，希望提供一种联接，该联接允许原动机的旋转输出继续进行，而不管受驱动负载的输入正在被停止。

这种联接的一个示例是转矩变换器，其在原动机的旋转输出和受驱动负载的旋转输入之间提供了液力流体联接。例如，诸如车辆的机器可以包括内燃机和传动装置，内燃机的输出通过转矩变换器联接至传动装置的输入。

转矩变换器大体上包括输入联接和输出轴，该输入联接用于将原动机的输出联接至转矩变换器的输入，该输出轴用于将转矩变换器的输出联接至诸如传动装置的受驱动负载。转矩变换器还包括容纳流体(诸如液压流体)的壳体。在壳体中，输入联接被联接至一泵，该泵包括用于在壳体中泵送流体的叶轮。转矩变换器还包括联接至转矩变换器的输出轴的涡轮。泵的叶轮由输入联接驱动并泵送流体通过涡轮，从而导致涡轮旋转并驱动转矩变换器的输出轴和例如传动装置的输入。由于叶轮和涡轮之间的相互作用所提供的流体联接，使得即使当转矩变换器的输出轴停止时，原动机的输出也可以继续使转矩变换器的输入联接旋转。

转矩变换器的输出轴大体上延伸穿过叶轮和涡轮的中心，该叶轮和涡轮绕着输出轴的纵轴线旋转。因此，希望在转矩变换器的输出轴和转矩变换器的壳体之间提供流体密封，以防止流体在输出轴和壳体之间的界面处从壳体泄漏。然而，由于输出轴相对于壳体的非旋转部分的旋转，使得这种密封经受高水平的应力。另外，由于转矩变换器壳体中相对于密封对侧上的低压力而言的高流体压力所导致的密封一侧上的高流体压力，使得这种密封经受高水平的应力。因此，这种密封可能容易随着时间流逝而变差，并且可能泄漏流体，这是不希望发生的。因此，可能希望开发一种用于转矩变换器输出轴的密封，从而改善在输出轴和壳体之间的界面处的密封。

在授予Zellers等人的美国专利No.6,145,842(“’842专利”)中描述了一种用于提供用于转矩变换器的密封的尝试。’842专利公开了一种具有唇形密封件的转矩变换器，该唇形密封件抵接转矩变换器叶轮控制泵驱动毂。该驱动毂可旋转地支承在传动装置壳体中。’842专利公开了来自轴衬的驱动毂侧的油经过轴衬进入通过唇形密封件相对于大气密封的腔室中。轴衬具有控制通路，用以使一部分油在到达腔室之前从控制泵侧排出。

尽管’842专利中公开的唇形密封件布置可以提供一种用于防止油在转矩变换器壳体和叶轮控制泵驱动毂之间泄漏的密封，但是，这种布置可能具有多个可能的缺点。例如，’842专利中所公开的密封件没有在转矩变换器输出轴和转矩变换器的壳体之间提供密封。本文公开的密封组件和方法可涉及减轻或克服上述可能的缺点。

发明内容

一方面，本发明包括一种密封组件，该密封组件包括密封件托架，该密封件托架配置成联接至一轴和与该轴一起旋转。该密封件托架限定有至少三个被配置成用于接纳环形密封件的环形凹部。该密封组件还包括至少三个环形密封件，该环形密封件配置成用于在密封件托架和非旋转壳体之间提供密封，该非旋转壳体限定有具有圆形横截面的内表面。该至少三个密封件中的一个接纳在该至少三个环形凹部的每一个中，该至少三个密封件中的一个的横截面积比其它密封件中的至少一个的横截面积小。

另一方面，本发明包括转矩变换器，该转矩变换器包括配置成通过原动机进行旋转的壳体、和联接至壳体并配置成与壳体一起旋转和泵送流体的叶轮。该转矩变换器还包括涡轮和定子，该涡轮配置成由于被叶轮泵送的流体而旋转，该定子与叶轮和涡轮相关联。该定子配置成用于在涡轮和叶轮之间引导流体流。该转矩变换器还包括输出轴和非旋转壳体，该输出轴联接至涡轮并配置成通过涡轮进行旋转，该非旋转壳体联接至定子并配置成用于接纳输出轴，其中，非旋转壳体限定有具有圆形横截面的内表面。该转矩变换器还包括联接至输出轴的密封组件。该密封组件包括联接至输出轴并配置成与输出轴一起旋转的密封件托架，该密封件托架限定有配置成用于接纳环形密封件的至少第一和第二环形凹部以及位于第一和第二环形凹部之间的环形凹槽。该密封组件还包括配置成用于在密封件托架和非旋转壳体之间提供密封的第一环形密封件和第二环形密封件，其中，第一和第二环形密封件分别被接纳在第一和第二环形凹部中。非旋转壳体限定有流体通路，该流体通路配置成用于在密封件托架的环形凹槽和非旋转壳体的外部位置之间提供流体连通/流动连通，从而第一环形密封件经受比第二环形密封件低的流体压力，其中，第一环形密封件的横截面积比第二环形密封件的横截面积小。

再一方面，本发明包括一种用于在密封组件和唇形密封件之间提供降低的流体压力的方法，其中，密封组件联接至一轴，该轴被配置成用于在非旋转壳体中旋转。该方法包括提供密封组件，该密封组件包括密封件托架，该密封件托架限定有至少三个环形凹部，该环形凹部具有分别接纳在其中的至少三个环形密封件，其中，密封件托架联接至该轴和与该轴一起旋转，环形密封件在密封件托架和非旋转壳体之间提供密封。该方法包括以第一压力向密封组件供应流体，以在环形密封件和密封件托架之间提供润滑。该方法还包括在非旋转壳体中提供流体通路，该流体通路与该至少三个环形密封件的其中两个之间的环形凹槽流体连通，从而这两个环形密封件之间的流体压力处于比第一压力小的第二压力下，其中，唇形密封件在一位置处联接至非旋转壳体，该位置与相对于这两个环形密封件而言的至少另一个环形密封件相对，以及其中，这两个环形密封件中的一个具有的横截面积比这两个环形密封件中的另一个的横截面积小。

附图说明

图1是转矩变换器的示例性实施例的局部剖视图。

图2A是图1中所示的示例性的转矩变换器的一部分的局部透视剖视图。

图2B是图2A中所示的示例性的转矩变换器的一部分在不同径向位置时的局部透视剖视图。

图3是图2B中所示的示例性实施例的一部分的局部剖视图。

图4是示出了密封组件的另一示例性实施例的局部剖视图。

具体实施方式

图1是转矩变换器10的示例性实施例的局部剖视图，该转矩变换器被配置成用于将原动机14的输出12联接至受驱动机构18的输入构件16。例如，原动机14可以是具有输出轴20的内燃机或电动机，该输出轴配置成要被联接至示例性的转矩变换器10的输入联接件22。如图1中所示，例如，输出轴20联接至飞轮24，飞轮24又联接至示例性的转矩变换器10的旋转壳体26。在所示的示例性实施例中，由原动机14驱动的飞轮24联接至并驱动旋转壳体26。示例性的转矩变换器10包括经由输出叉架(yoke)30联接至受驱动机构18的输入构件16的输出轴28。受驱动机构18可以是机器的输入，例如是机器(诸如车辆、泵、压缩机、或发电机、或任何其它配置成要由原动机驱动的机器)的传动装置。

在图1中所示的示例性实施例中，转矩变换器10包括壳体32，该壳体32配置成用于容纳转矩变换器10的移动部件和用于在输入构件16与转矩变换器10的输出轴28之间提供流体联接的流体。壳体32容纳旋转壳体26，该旋转壳体联接至具有叶轮36的泵34，该叶轮被配置成在旋转壳体26中泵送流体。转矩变换器10还包括与叶轮36相对的涡轮38。涡轮38例如通过花键联接联接至输出轴28，从而当涡轮38旋转时，输出轴28也旋转。图1中所示的示例性的转矩变换器10还包括定子40，该定子40被配置成用于将离开涡轮38的流体重新导回至泵34的叶轮36，以提高效率。输出轴28在一对定位于输出轴28的相对端部处的轴承42上绕着纵轴线X旋转，该轴承42相对于转矩变换器10的壳体32以固定方式安装。

在运行期间，原动机14使飞轮24旋转，该飞轮24联接至转矩变换器10的旋转壳体26，从而驱动旋转壳体26。联接至旋转壳体26的泵34的叶轮36绕着纵轴线X旋转，并泵送流体通过涡轮38。涡轮38包括多个叶片43，这些叶片43被配置成随着流体流经叶片43而使涡轮38绕着纵轴线X旋转。由于涡轮38被联接至转矩变换器10的输出轴28，因此该涡轮38驱动输出轴28，该输出轴28通过输出叉架30联接至驱动机构18。因此，通过叶轮36被泵送通过涡轮38的流体的相互作用在原动机14和驱动机构18之间提供了液力流体联接。

该液力流体联接允许原动机14的输出12以与驱动机构18的输入构件16不同的速度旋转。例如，对于诸如车辆的机器，原动机14可以以相对较低的速度工作，而同时传动装置的输入构件16(例如通过操作车辆的制动器而)被保持在停止状态。转矩变换器10的泵34泵送流体通过涡轮38，但是，通过将输入构件16保持在停止状态，使得所泵送的流体的能量可以通过加热流体而不是通过使涡轮38转动而被吸收。然而，如果输入构件不再保持在停止状态，则被泵送通过涡轮38的流体导致其旋转，从而使转矩变换器10的输出轴28旋转。当原动机14的输出12的速度增加时，转矩变换器的泵34以增加的速率泵送流体通过涡轮38，从而引起涡轮38和输出轴28以增加的速率旋转。

在所示的示例性实施例中，输出轴28在轴承42上绕着纵轴线X旋转。壳体32包括润滑通路44，该润滑通路44被配置成邻近于转矩变换器10的输出叉架30向定位于输出轴28的端部处的轴承42提供供给。可以在压力下供给润滑剂，以保证轴承42的充分润滑和冷却。例如，可以在约70磅每平方英寸的条件下向轴承42供给润滑剂。

为了防止与轴承42相关联的润滑剂的泄漏，示例性的转矩变换器10包括密封组件46，该密封组件46被配置成在输出轴28和非旋转壳体50的内表面48之间提供流体密封，该非旋转壳体50联接至转矩变换器10的壳体32。在所示示例性实施例中，非旋转壳体50的内表面48限定了圆形的横截面。

如图1、2A和2B中所示，示例性的密封组件46定位于轴承42和输出叉架30的纵向端部之间。示例性的密封组件46包括密封件托架52，该密封件托架52配置成要被联接至输出轴28和随着输出轴28一起旋转。如图3中所示，密封件托架52限定了例如至少3个环形凹部(例如第一环形凹部54a、第二环形凹部54b和第三环形凹部54c)，每个凹部被配置成用于接纳一环形密封件(例如分别是第一环形密封件56a、第二环形密封件56b和第三环形密封件56c)。密封件托架52可以由金属或本领域技术人员已知的其它材料形成，环形密封件可以由弹性体密封材料或本领域技术人员已知的其它材料制成。当输出轴28旋转时，密封件托架52随着输出轴28一起旋转，但是环形密封件不随着密封件托架52一起旋转。相反，它们保持静止，并且在密封件托架52和非旋转壳体50的内表面48之间提供密封。因此，环形密封件相对于密封件托架52的相应的环形凹部旋转。由于环形密封件抵接密封件托架52的环形凹部并靠着该环形凹部滑动，因此，环形密封件被润滑以防止过热和/或性能变差。

如图1、2A和2B中所示，为了向环形密封件提供润滑剂，示例性的输出轴28包括沿着纵轴线X延伸的润滑通路58。润滑通路58在端壁处结束，一个或多个径向延伸的通路60从润滑通路58向外延伸，并在与密封组件46对应的纵向位置处延伸至输出轴28的外表面。可以经由润滑通路58和径向延伸的通路60将润滑剂供给至密封组件46。例如，根据一些实施例，由于通过泵34而被泵送通过涡轮38的流体中的压力，使得可以在高达约300-450磅每平方英寸的压力下向密封组件46供给润滑剂。

参考图2A、2B和3，示例性的密封件托架52限定有一圆柱形外表面，该表面限定有定位于第一环形凹部54a和第二环形凹部54b之间的环形凹槽62。另外，示例性的密封件托架52的圆柱形外表面限定有定位于第二环形凹部54b和第三环形凹部54c之间的环形腔室64。环形腔室64在密封件托架52和非旋转壳体50的内表面48之间提供了一环形润滑通路。

如图2A、2B和3中所示，示例性的密封件托架52还限定有一圆柱形内表面，该表面限定有内环形凹部66。内环形凹部66被配置成用于在输出轴28的径向延伸的通路60和密封件托架52之间提供流体连通。密封件托架52还限定有一个或多个从环形腔室64延伸出的径向延伸的通路68，从而允许润滑剂从输出轴28的通路60流入内环形凹部66中，并通过通路68流入环形腔室64。环形腔室64中的润滑剂润滑和冷却分别在第二和第三环形凹部54b、54c中的第二和第三环形密封件56b、56c。

环形腔室64中的润滑剂可以是高压的，例如处于高达约300-450磅每平方英寸或更高的压力下。相比之下，向轴承42供应的润滑剂可以在约70磅每平方英寸下。因此，第三环形凹部54c中的第三环形密封件56c两侧的压降可以是约230磅每平方英寸或更大。因此，润滑剂可以从环形腔室64经过第三环形密封54c流至轴承42。另外，接纳在第二环形凹部54b中的第二环形密封件56b在一侧经受环形腔室64中的压力。因此，大量润滑剂可以经过第二环形密封件56b泄漏，以向第一环形密封件56a提供润滑剂。

如图2A和2B中所示，非旋转壳体50可以包括一个或多个与密封件托架52的环形凹槽62流体连通的流体通路70。流体通路70可以在环形凹槽62和转矩变换器10的流体贮存器(未示出)之间提供流体连通。由于环形凹槽62和泄放通路70之间的流体连通，使得第二环形密封件56b和第一环形密封件56a之间的润滑剂的流体压力可以显著地降低，例如降低至约90磅每平方英寸。因此，可以大大减少润滑剂经过第一环形密封件56a从环形凹槽62向第一环形密封件56a的相对侧的泄漏。根据一些实施例，与通过润滑通路58和径向延伸的通路60向第二和第三环形密封56b、56c提供的可能包含来自转矩变换器10其它部分的杂质的润滑剂相比，流体通路70向第一和第二环形密封件56a、56b提供了相对较为清洁的润滑剂。

如图2A、2B和3中所示，除了密封组件46之外，在输出叉架30和非旋转壳体50之间、在与第一环形密封件56a间隔开的纵向位置处可以设有唇形密封件72。根据一些实施例，唇形密封件72可以设在输出轴28和非旋转壳体50之间。唇形密封件72被接纳在非旋转壳体50中(例如通过粘合剂固定在其中)，并且不随着输出轴28或输出叉架30旋转。示例性的唇形密封件72包括保持部分74和密封部分76，保持部分74被接纳在非旋转壳体50中，密封部分76被压靠在输出叉架30上，以防止经过第一环形密封件56a的润滑剂从转矩变换器10泄漏。根据一些实施例，意图使相对较少量的润滑剂经过第一环形密封件56a从环形凹槽62传送到第一环形密封件56a的相对侧，以向唇形密封件72的密封部分76提供润滑剂，以防止过热和/或性能变差。

图1-3中所示的示例性实施例可以导致润滑剂经过唇形密封件72的泄漏减少。特别地，一个或多个流体通路70提供了第一和第二环形密封件56a、56b之间的降低的压力。因此，显著减少了第一环形密封件56a两侧的压降，导致润滑剂较少地经过第一环形密封件56a泄漏。因此，尽管唇形密封件72仍然接纳少量润滑剂(例如足够防止唇形密封件72过热和/或性能变差的量)，但是，该唇形密封件72能够大体上防止润滑剂经过唇形密封件72和从转矩变换器10泄漏。另外，第一环形密封件56a可以减小损坏唇形密封件72的可能性，这种损坏例如是由于第二环形密封件56b的失效而可能导致高压(例如300-450psi)下的润滑剂直接喷射在唇形密封件72上。根据一些实施例，由于第一环形密封件56a两侧的降低的压降，使得相对于用于第二环形密封件56b的密封材料而言，可以将成本相对较低的密封材料用于第一环形密封件56a。

图4示出了密封组件46的另一示例性实施例。由于第一环形密封件56a两侧的降低的压降，使得相对于如图4中所示的第二环形密封件56b的尺寸而言，可以减小第一环形密封件56a的尺寸。例如，第一环形密封件56a和/或第一环形凹部54a的横截面积可以分别小于第二环形密封件56b和/或第二环形凹部54b的横截面积。例如，第一环形密封件56a和/或第一环形凹部54a的横截面积可以例如分别小于第二环形密封件56b和/或第二环形凹部54b的横截面积的约90％。例如，根据一些实施例，第一环形密封件56a和/或第一环形凹部54a的横截面积可以分别小于第二环形密封件56b和/或第二环形凹部54b的横截面积的约80％、70％、60％、50％或40％。这可以导致密封组件46的成本降低。

工业适用性

本文公开的示例性的密封组件46可以例如被用于减少或防止流体在转矩变换器的壳体和输出轴之间的界面处从转矩变换器泄漏。例如，一些传统的转矩变换器可以在壳体和输出轴之间包括一密封件，但是这种密封件可能导致比所期望的多的流体从转矩变换器泄漏。本文公开的示例性的密封组件可以减轻或克服该缺点。

本文公开的示例性的密封组件46包括至少三个环形密封件。因此，至少三个环形密封件中的其中两个之间的环形腔室64可以设有第一压力下的润滑剂，这两个环形密封件中的一个和所述至少三个环形密封件中的第三个之间的环形凹槽62可以设有第二压力下的润滑剂，该第二压力比第一压力低。较低的第二压力由非旋转壳体50中的一个或多个流体通路70提供，该流体通路70用于向环形凹槽62提供具有相对降低的压力的润滑剂。因此，第三环形密封件允许较少量润滑剂流至第三环形密封件和唇形密封件72之间的空间中，从而用于减少(或防止)从转矩变换器10泄漏的润滑剂的量。另外，由于第一环形密封件56a两侧的降低的压降，使得相对于用于第二环形密封件56b的密封材料而言，可以将相对较便宜的密封材料用于第一环形密封件56a。另外，由于第一环形密封件56a两侧的降低的压降，使得相对于第二环形密封件56b的尺寸而言，可以减小第一环形密封件56a的尺寸。因此，可以降低密封组件46的成本。

本领域技术人员将会显见，可以对所公开的示例性的系统、方法和机器进行各种修改和变型。通过阅读所公开的示例性实施例的说明书和实践，其它实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。该说明书和示例应当被认为仅是示例性的，其真实的范围由随附的权利要求及其等同方案来表示。

Claims (10)

1.一种密封组件(46)，包括：

密封件托架(52)，该密封件托架配置成联接至一轴(28)和与该轴(28)一起旋转，该密封件托架限定至少三个环形凹部(54a，54b，54c)，所述至少三个环形凹部配置成接纳环形密封件；和

至少三个环形密封件(56a，56b，56c)，所述至少三个环形密封件配置成用于在该密封件托架和非旋转壳体(50)之间提供密封，该非旋转壳体限定有具有圆形横截面的内表面(48)，

其中，所述至少三个密封件中的一个接纳在所述至少三个环形凹部中的每一个中，和

其中，所述至少三个密封件中的一个(56a)的横截面积比其它密封件中的至少一个的横截面积小。

2.根据权利要求1所述的密封组件，其中，所述密封件托架在所述至少三个环形凹部的其中两个之间限定出环形凹槽(62)，该环形凹槽配置成用于在该密封件托架和由所述非旋转壳体限定的流体通路(70)之间提供流体连通。

3.根据权利要求2所述的密封组件，其中，所述密封件托架在所述三个环形凹部的其中两个之间限定有环形腔室(64)，该环形腔室配置成用于在该密封件托架和该非旋转壳体的内表面之间提供环形润滑通路。

4.根据权利要求3所述的密封组件，其中，所述环形凹槽位于所述至少三个环形凹部中的第一环形凹部和第二环形凹部之间，所述环形腔室位于所述至少三个环形凹部中的第二环形凹部和第三环形凹部之间。

5.根据权利要求2所述的密封组件，其中，所述密封件托架限定出内表面，以及其中，所述密封件托架的内表面限定出内环形凹部(66)，该内环形凹部配置成用于在所述轴的内部通路(58)和密封件托架之间提供流体连通。

6.根据权利要求5所述的密封组件，其中，所述密封件托架限定出径向通路(68)，该径向通路提供所述内环形凹部和环形腔室之间的流体连通。

7.一种转矩变换器(10)，包括：

壳体(26)，该壳体配置成通过原动机(14)进行旋转；

叶轮(36)，该叶轮联接至所述壳体并配置成与所述壳体一起旋转和泵送流体；

涡轮(36)，该涡轮配置成由于被叶轮泵送的流体而旋转；

与叶轮和涡轮相关联的定子(40)，该定子配置成用于在该涡轮和该叶轮之间引导流体流；

输出轴(28)，该输出轴联接至涡轮并配置成通过涡轮进行旋转；

非旋转壳体(50)，该非旋转壳体联接至定子并配置成用于接纳输出轴，该非旋转壳体限定出具有圆形横截面的内表面(48)；和

根据权利要求1-6中的一项所述的密封组件(46)，该密封组件联接至输出轴。

8.根据权利要求7所述的转矩变换器，还包括：

输出叉架(30)，该输出叉架联接至输出轴并配置成用于将转矩变换器的该输出轴联接至传动装置输入轴(16)；和

由非旋转壳体接纳的唇形密封件(72)。

9.根据权利要求8所述的转矩变换器，还包括与输出轴相关联并可旋转地支承该输出轴的轴承(42)，其中，所述密封组件位于该轴承和该唇形密封件之间。

10.一种用于在密封组件(46)和唇形密封件(72)之间提供降低的流体压力的方法，其中所述密封组件联接至一轴(28)，该轴配置成用于在非旋转壳体(50)中旋转，该方法包括：

提供密封组件，该密封组件包括密封件托架(52)，该密封件托架限定有至少三个环形凹部(54a，54b，54c)，所述至少三个环形凹部具有分别接纳在其中的至少三个环形密封件(56a，56b，56c)，该密封件托架联接至所述轴并与所述轴一起旋转，所述环形密封件在该密封件托架和非旋转壳体之间提供密封；

以第一压力向该密封组件供应流体，以在环形密封件和密封件托架之间提供润滑；和

在非旋转壳体中提供流体通路(70)，该流体通路与所述至少三个环形密封件的其中两个之间的环形凹槽(62)流体连通，使得这两个环形密封件之间的流体压力处于比第一压力小的第二压力下，

其中，所述唇形密封件在一位置处联接至非旋转壳体，该位置与相对于所述两个环形密封件而言的至少另一个环形密封件相对，和

其中，所述两个环形密封件中的一个(56a)的横截面积比所述两个环形密封件中的另一个的横截面积小。