CN104620029B - 径向轴密封件及其组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种径向轴密封件及其组件。该密封件具有一环形的安装部以及一连接至该安装部的密封件本体。该密封件本体延伸至一密封唇，该密封唇在一油侧端和一自由空气侧端之间延伸。一环形的桥部径向设置在密封唇上方并在密封唇和密封件本体的中心部分之间延伸。一主防尘唇自空气侧端延伸并具有一环形的肋部，以用于与一轴的工作面密封邻接。该环形的肋部具有至少一个通风孔。一辅助防尘唇自密封件本体的中心部分延伸至一自由端，以用于与轴密封邻接。辅助防尘唇的自由端具有至少一个与环形的肋部中的至少一个通风孔周向隔开的通风孔。

Description

径向轴密封件及其组件

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年6月4日提交的第61/655,226号美国临时申请的权益，其全部内容通过引用合并入此处。

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封的动态油封。

背景技术

动态径向轴油封具有一所谓的密封件的“油侧”和一“空气侧”。这样的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。

径向轴油封可以通过至少两种不同的方式安装。一种是“空气侧安装”：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)以形成对密封件的环形密封。另一种是“油侧安装”：在壳体和轴已经到位的情况下，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以形成环形密封。此外，“油侧”安装要求将密封组件安装进壳体(也称为载体)中，然后使内部安装有密封件的壳体越过“已经到位的”轴组装到一发动机中，从而使轴从油侧穿过密封件以形成环形密封。

在安装过程中，无论采用哪种安装方式，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反折或者在完全安装好的情况下移动至密封唇失效的位置。施加在密封唇上的轴向载荷主要由密封件本体/密封唇与轴的外表面之间的摩擦力产生，因为两者在安装过程中会轴向地相对运动。因此，需要减小轴在安装过程中穿过密封件产生的摩擦力，然而，为了保持密封唇与轴之间的期望的密封，需要保持微妙的平衡。此外，防止密封唇的油侧上的正压力或负压力使密封唇脱离与密封面的密封配合是很重要的，而与此同时，防止空气侧上的污染物到达密封件的油侧也是很重要的。

发明内容

概括地讲，本发明提供一种径向轴密封件，当在安装和使用过程中暴露于密封组件的油侧上的正压力或负压力下时，其有利于保持适当的密封。该密封件进一步防止了污染物从密封件的空气侧进入油侧。

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。该密封件包括一环形的安装部以及一连接至该安装部的密封件本体。该密封件材料形成一密封唇，该密封唇具有在一油侧端和一自由空气侧端之间延伸的环形的密封表面，其中，该密封表面用于相对于轴轴向延伸。一环形的桥部通过一铰链连接到密封唇的油侧端，并通过另一铰链连接至密封件本体的中心部分。该桥部覆盖在密封唇上径向延伸。一主防尘唇自空气侧端直接延伸。该主防尘唇具有一环形的肋部，以用于与轴的工作面密封邻接。该环形的肋部具有至少一个通风孔。一辅助防尘唇自密封件本体的中心部分延伸至一自由端，以用于与轴的工作面密封邻接。辅助防尘唇的自由端具有至少一个与环形的肋部中的至少一个通风孔周向隔开的通风孔，从而使得没有通风孔相互轴向对齐。

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沿中心轴延伸并具有一工作面的轴。该组件进一步包括一径向轴密封件，其用于容置于一壳体中并围绕轴，以使该径向轴密封件的空气侧和该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的安装部以及一连接至该安装部的密封件本体。该密封件材料形成一密封唇，该密封唇具有在一油侧端和一自由空气侧端之间延伸的环形的密封表面，其中，该密封表面用于相对于轴轴向延伸。一环形的桥部通过一铰链连接到密封唇的油侧端，并通过另一铰链连接至密封件本体的中心部分。该桥部覆盖在密封唇上径向延伸。一主防尘唇自空气侧端直接延伸。该主防尘唇具有一环形的肋部，以用于与轴的工作面密封邻接。该环形的肋部具有至少一个通风孔。一辅助防尘唇自密封件本体的中心部分延伸至一自由端，以用于与轴的工作面密封邻接。辅助防尘唇的自由端具有至少一个与环形的肋部中的至少一个通风孔周向隔开的通风孔，从而使得没有通风孔相互轴向对齐。

由于各自的通风孔彼此周向隔开并且彼此不会轴向对齐，从而防止了在密封唇的油侧上产生正压力和负压力，同时，防止了污染物从密封件的空气侧进入油侧。

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，所附权利要求以及附图进行考虑，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剖视图；

图2是图1的密封件的剖视图，该密封件示为设置在壳体中以及轴上，以形成根据本发明的径向轴密封组件；以及

图3是图1和图2的密封件从空气侧看向油侧的正视图，示出了主辅助密封唇和次辅助密封唇中的通风孔的相对位置。

具体实施方式

更详细的参阅附图，图1-2示出了根据本发明一个方面构造的径向轴密封件，下文称为密封件10，其中，作为示例而非限制，该密封件适用于曲轴箱应用。如图2所示，密封件10用于形成径向轴密封组件13以围绕一转轴12进行密封，该转轴12穿过安装有密封件10的壳体16(例如曲轴箱)的孔14延伸。另外，密封件10可以安装进一载体壳体中，而该载体壳体和密封件10可以连接至发动机。参照图1和2，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面对曲轴箱16的内部，而空气侧A背对油侧O朝向外部环境。密封件10包括安装部，例如盒体(也称为芯体或卡圈18)，该安装部优选提供为金属环形件或者环结构，并带有与安装部连接的弹性密封材料20。密封材料20构成弹性密封件本体22的至少一部分并具有轴向延伸的密封唇24，该密封唇在使用过程中与轴12的动态摩擦接触较小，从而导致轴12与密封唇24之间的转矩较小，例如在新安装时，使用过程中和使用后，扭矩在约0.07-0.35N*m(牛米)之间。因此，由于密封件10具有最小的摩擦损耗，发动机的功率损失保持在最小值。

如本领域已知的，环形金属卡圈18可以呈环形，或者可以呈许多构形，举例来说，例如C形、S形或如图所示的L形，这取决于具体应用的要求。弹性密封材料20至少部分覆盖金属卡圈18的径向向外的表面26，该弹性密封材料20可以具有波状外形30以在曲轴箱16的孔14中提供紧贴(snug)和液密安装。密封件本体22的弹性密封材料20围绕金属芯体18的内表面32并自金属芯体18的内表面32径向向内延伸，以提供从金属芯体18径向向内的密封件本体22的中心部分23。芯体18和密封件本体22是相对刚性的，而密封材料20有足够弹性以形成密封唇24。

当密封唇24处于松弛的未安装状态(图1)时，其相对于密封件10的水平中心轴33略微倾斜地延伸(例如倾斜约1-10度)，并且具有环形的径向朝内的密封表面34以及相对的径向朝外的背面36，该密封表面34和背面36在油侧端38和自由空气侧端39之间延伸。当处于自由状态时，密封表面34在油侧端38处具有最大直径，该最大直径小于轴12的工作面37的外径，因此，可以确保整个密封表面34在密封件10围绕轴12安装完成后与工作面37密封配合。

密封表面34可以具有肋条或螺纹形式的流体动力结构40，其用于在轴12旋转时将油泵回到密封件10的油侧O。进一步地，一主排灰唇(下文称为主防尘唇42)直接从密封唇24的空气侧端39朝向空气侧A延伸。主防尘唇42防止了污染物从密封组件10的空气侧A进入油侧O，并且进一步地，有助于将润滑油保持在组件10的油侧O上。主防尘唇42具有环形肋部43，以用于与工作面37密封邻接，其中，至少一个(图3中示出为多个)肋部通风孔44(下文称为通风孔44)形成在肋部43中。这些通风孔44示出为沿着主防尘唇42的肋部43的圆周相互等距地隔开，采用其它配置在此是可预期的。通风孔44形成为径向向外延伸的缺口，该缺口径向向外延伸进入肋部43，以允许空气通过，然而，该缺口的尺寸是极小的以防止污染物通过。

密封件10进一步包括环形的辅助排灰唇(下文称为辅助防尘唇46)。辅助防尘唇46直接从密封件本体22的中心部分23径向向内延伸，并从邻近金属芯体18的内表面32的位置朝向空气侧A延伸至足以在辅助防尘唇46的自由端47与轴12的工作面37之间建立密封接触。因此，辅助防尘唇46偏离油侧O并大致远离密封唇24，从而确保在将密封件10安装在轴12上后，辅助防尘唇46不会干涉主防尘唇42。进一步地，由于辅助防尘唇46朝向空气侧A延伸，油侧组件的运动更为自如。与主防尘唇42一样，辅助防尘唇46具有至少一个(图3中示出为多个)唇部通风孔48(下文称为通风孔48)径向延伸至自由端47中。这些通风孔48示出为沿着辅助防尘唇46的圆周相互等距地隔开，采用其它配置在此是可预期的。如图所示，各通风孔44、48在圆周方向上彼此错开，使得没有任何两个通风孔44、48是彼此轴向对齐的。这样一来，通风孔44、48共同作用防止了在主密唇24的下方和油侧O产生真空或正压力，而且还共同作用避免形成供污染物进入的直线路径，从而防止了污染物从空气侧A进入油侧O。

为了进一步增强密封件10的工作性能，辅助密封唇46具有邻近中心部分23的环形铰链50。该铰链50通过在密封材料20中减小厚度形成。因此，铰链50具有第一厚度t1，而辅助防尘唇46在紧邻铰链50并自铰链50径向向内处具有第二厚度t2，其中，t1小于t2(t1<t2)。这样，密封件10的工作旋转扭矩最小。

桥部52可操作地将密封唇24连接至密封件本体22。环形桥部52通过第一铰链54连接到密封唇24的油侧端38，并通过第二铰链56连接到中心部分23。桥部52自第一铰链54延伸至第二铰连56并径向设置在密封唇24上方，从而提供面向密封组件10的空气侧A的环形腔58。第一和第二铰链54、56构造为分别具有相对于桥部52的厚度减小的厚度t3、t4。因此，厚度的关系是这样的：t3和t4小于t5(t3和t4<t5)。

作为示例而非限制，密封件10进一步示出为具有环形的突出部60，该突出部大致从第一铰链54上方轴向远离密封唇24和桥部52并朝向密封件10的油侧O延伸。突出部60有利于油侧安装以防止密封唇24和桥部52在安装过程中展开。进一步地，突出部60在安装后和使用过程中保持不与轴工作面37接触。

多个加强肋62(下文称为肋部62)可以与密封件本体22模制成整体材料。肋部62有利于装配并且使得密封唇24的密封表面34在装配过程中和装配后能保持相对于轴12的工作面37进行适当密封。肋部62沿桥部52轴向延伸，并且在此示出为沿突出部60的上表面或径向朝外的表面延伸，并且沿桥部52的全长延伸，并终止于密封件本体22的中心部分23。肋部62可以提供为具有足以防止桥部52和主密封唇24在装配过程中反折的任意合适的数量。肋部62优选沿密封件本体22的圆周等距地隔开。肋部62的高度使得它们在将密封件10安装在轴12上后能保持与密封件本体22隔开。

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 (10)

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：

一环形的安装部；

一连接至所述安装部的密封件本体；

一密封唇，其具有在一油侧端和一自由空气侧端之间延伸的环形的密封表面，所述密封表面设置为沿轴轴向延伸；

一环形的桥部，其通过一铰链连接到所述密封唇的所述油侧端，并通过另一铰链连接至所述密封件本体的中心部分，所述桥部覆盖在所述密封唇上方径向延伸；

一主防尘唇，其自所述空气侧端延伸，所述主防尘唇具有一环形的肋部以用于与轴的工作面密封邻接，所述环形的肋部具有至少一个肋部通风孔；以及

一辅助防尘唇，其自所述密封件本体的所述中心部分延伸至一自由端，以用于与轴的工作面密封邻接，所述辅助防尘唇的所述自由端具有至少一个唇部通风孔，该唇部通风孔与所述环形的肋部中的至少一个肋部通风孔周向隔开。

2.如权利要求1所述的径向轴密封件，其特征在于，所述主防尘唇具有多个所述肋部通风孔，而所述辅助防尘唇具有多个所述唇部通风孔。

3.如权利要求2所述的径向轴密封件，其特征在于，所述肋部通风孔相互等距地隔开，且所述唇部通风孔相互等距地隔开。

4.如权利要求1所述的径向轴密封件，其特征在于，所述辅助防尘唇偏离所述密封唇朝向空气侧。

5.如权利要求1所述的径向轴密封件，其特征在于，所述辅助防尘唇具有环形的铰链以及紧邻所述铰链并自所述铰链径向向内的部分，该铰链具有第一厚度，该部分具有第二厚度，所述第一厚度小于所述第二厚度。

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一工作面；

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

一环形的安装部；

一连接至所述安装部的密封件本体；

一密封唇，其具有在一油侧端和一自由空气侧端之间延伸的环形的密封表面，所述密封表面设置为沿所述轴的所述工作面轴向延伸；

一环形的桥部，其连接到所述密封唇的所述油侧端，并连接至所述密封件本体的中心部分，所述桥部覆盖在所述密封唇上方径向延伸；

一主防尘唇，其自所述密封唇的所述空气侧端延伸，所述主防尘唇具有一环形的肋部以用于与轴的工作面密封邻接，所述环形的肋部具有至少一个肋部通风孔；以及

一辅助防尘唇，其自所述密封件本体的所述中心部分延伸至一自由端，以用于与所述轴的所述工作面密封邻接，所述辅助防尘唇的所述自由端具有至少一个唇部通风孔，该唇部通风孔与所述至少一个肋部通风孔周向隔开。

7.如权利要求6所述的径向轴密封组件，其特征在于，所述主防尘唇具有多个所述肋部通风孔，而所述辅助防尘唇具有多个所述唇部通风孔。

8.如权利要求7所述的径向轴密封组件，其特征在于，所述肋部通风孔相互等距地隔开，且所述唇部通风孔相互等距地隔开。

9.如权利要求6所述的径向轴密封组件，其特征在于，所述辅助防尘唇偏离所述密封唇朝向空气侧。

10.如权利要求6所述的径向轴密封组件，其特征在于，所述辅助防尘唇具有环形的铰链以及紧邻所述铰链并自所述铰链径向向内的部分，该铰链具有第一厚度，该部分具有第二厚度，所述第一厚度小于所述第二厚度。