CN105051432A - 用于重型车辆车轮端部组件的主密封件 - Google Patents

用于重型车辆车轮端部组件的主密封件 Download PDF

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Abstract

一种用于重型车辆的车轮端部组件，所述车轮端部组件包括车轴轴颈以及可旋转地安装于所述车轴轴颈上的毂。主密封件在所述车轴轴颈与所述毂之间径向地延伸。所述主密封件包括安置于形成于所述车轮毂中的孔中的动态部分，以及安置于所述车轴轴颈上的静态部分。所述静态部分包括刚性支架，所述刚性支架继而包括第一构件以及刚性地附接至所述第一构件的第二构件。弹性体结合至所述支架的构件并且形成第一外部唇。所述第一外部唇大致平行于形成于所述毂的内侧端部中的斜面延伸。所述第一外部唇、其它外部特征、以及内部特征防止污染物进入车轮端部组件，将润滑剂保存于所述车轮端部组件中，以及提供动态排出表面以排出污染物。

Description

用于重型车辆车轮端部组件的主密封件
相关技术的交叉引用
本申请要求于2013年2月27日提交的美国临时专利申请第61/769,974号的权益。
技术领域
本发明涉及车轮端部组件，以及特别地，涉及用于比如牵引车-拖车的重型车辆的车轮端部组件。更特别地，本发明涉及一种用于重型车辆车轮端部组件的主密封件或毂密封件，所述主密封件或毂密封件在车轮端部组件的毂与车轴轴颈之间径向地延伸，所述主密封件或毂密封件防止污染物进入车轮端部组件并将润滑剂保存于车轮端部组件中。更加特别地，本发明涉及一种用于重型车辆车轮端部组件的主密封件，所述主密封件包括外部特征和内部特征，所述外部特征和内部特征使对进入车轮端部组件的污染物的预防最优化并将润滑剂保存于车轮端部组件中，并且提供动态排出表面以排出任何污染物，同时包括最小的阻力以便保持密封件的寿命并使车辆燃料效率最优化。
背景技术
多年来，重型车辆行业已经利用通常安装于一个或多个非驱动车轴的每个端部上的车轮端部组件。每个车轮端部组件通常包括可旋转地安装于轴承组件上的毂，所述轴承组件继而不可活动地安装于车轴的外侧端部(通常被称为车轴轴颈)上。如所属领域的技术人员所众所周知的，为了使车轮端部组件的正常运行发生，必须用油脂或油对所述轴承组件和周围的构件进行润滑。因此，车轮端部组件必须为密封的，以防止润滑剂的泄漏，以及此外以防止污染物进入所述组件，这两者都可能不利于它的性能。更具体地，将毂盖安装于车轮毂的外侧端部上，并且将主密封件或毂密封件可旋转地安装于与车轴轴颈抵接的毂和轴承组件的内侧端部上，产生封闭的或密封的车轮端部组件。
虽然大多数车轮端部组件包括这些基本特征，但是毂、轴承组件、毂盖、主密封件、其它构件、以及车轴轴颈的设计和布置根据具体的车辆设计以及它的预期用途而变化。例如，现有技术的主密封件已经包括非接触式和接触式。更特别地，由于车轮毂为围绕静态车轴轴颈旋转的动态构件，所以主密封件跨过动态环境与静态环境之间的间隙。因此，除了将润滑剂保存于车轮端部组件中以及防止污染物进入车轮端部组件之外，理想的是，主密封件在它的内部构件之间包括最小的阻力或摩擦力，从而保持密封件的寿命以及此外提高车辆的燃料效率。
为了减小阻力，在现有技术中开发了非接触式密封件。非接触式密封件包括彼此互不接触的内部构件，并且利用突起和特定的几何构造来将润滑剂保存于车轮端部组件中以及防止污染物进入车轮端部组件。然而，虽然常常理想地减小阻力，但是这样的密封件的构件的非接触特性未使对进入车轮端部组件的污染物的预防最优化，有时导致车轮端部组件的寿命降低的可能性。
为了增加主密封件防止污染物进入车轮端部组件的能力，已经利用接触式密封件，其包括彼此接触的内部构件，以提供增强的密封特征。然而，虽然与非接触式密封件相比通常提供对污染物的改进的排除，但是现有技术的接触式密封件缺乏污染物排除特征的增强的组合。在不存在特征的这样的组合来降低进入密封件的结构的污染物的量的情况下，污染物最后可能积聚并经过密封件中的接触式构件，从而污染车轮端部组件并降低它的寿命。
因此，在所属领域中需要开发一种用于重型车轮端部组件的主密封件，其提供具有增加的污染物排除的特征，同时将润滑剂保存于车轮端部组件中并且包括最小的阻力以保持密封件的寿命并使燃料效率最优化。本发明的用于重型车辆车轮端部组件的主密封件满足了该需要。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于重型车轮端部组件的主密封件，其提供具有增加的污染物排除的特征。
本发明的另一个目的是提供一种用于重型车轮端部组件的主密封件，其将润滑剂保存于车轮端部组件中。
本发明的又一个目的是提供一种用于重型车轮端部组件的主密封件，其包括最小的阻力以保持密封件的寿命并使燃料效率最优化。
通过本发明的用于重型车辆车轮端部组件的主密封件获得该目的以及其它目的。在本发明的一个示例性实施例中，提供一种用于重型车辆车轮端部组件的主密封件。所述车轮端部组件包括车轴轴颈以及可旋转地安装于所述车轴轴颈上的毂。所述主密封件在所述车轴轴颈与所述毂之间径向地延伸，并且包括安置于形成于所述车轮毂中的孔中的动态部分以及安置于所述车轴轴颈上的静态部分。所述静态部分包括刚性支架。弹性体结合至所述支架并形成第一外部唇。所述第一外部唇大致平行于形成于所述毂的内侧端部中的斜面延伸，并且所述第一外部唇大致防止污染物进入车轮端部组件。
附图说明
本发明的、示例说明最佳模式(申请人认为其应用本发明的原理)的优选实施例被阐述于以下描述中并示出于附图中，并且被特别地、明显地指出并阐述于所附权利要求中。
图1为包括现有技术的主密封件的、重型车辆车轴轴颈与车轮端部组件的局部剖视立体图；
图2为图1中的圆圈区域的局部放大剖视图；
图3为本发明的主密封件的一个示例性实施例的剖视图，其中所述主密封件显示为安装于重型车辆车轴轴颈与车轮端部组件的局部图上；以及
图4为图3中所示的本发明的主密封件的示例性实施例的放大剖视图。
在这些视图中相同的数字表示相同的部件。
具体实施方式
参考图1，为了更好地理解本发明的主密封件以及其所运行的环境，示出具有现有技术的主密封件或毂密封件12的、总体表示为10的车轴轴颈(axlespindle)和车轮端部组件。车轴悬挂在重型牵引车-拖车的拖车(未示出)上并且横跨拖车延伸。更具体地，并且如现有技术中已知的，车轴包括具有一对端部(未示出)的中心管以及一对车轴轴颈14，其中所述车轴轴颈中的每一个通过比如焊接的任何合适的方式一体地连接至中心管的端部中的相应的一个，以使得车轴由中心管和一对车轴轴颈组成。典型的重型牵引车-拖车包括悬挂于拖车上的一个或多个非驱动车轴，其中所述车轴中的每一个具有安装于车轴的每个端部上的车轮端部组件16。为清晰起见，本文中将描述仅仅一个车轴端部和车轮端部组件16。
车轮端部组件16包括轴承组件，所述轴承组件具有不可活动地安装于车轴轴颈14的外侧端部上的内侧轴承18和外侧轴承20。更特别地，内侧轴承18安装于车轴轴颈14的外直径上，其中它的内侧表面抵接形成于车轴轴颈中的肩部22。腔24形成于内侧和外侧轴承18、20之间，并且短的、笔直的轴承间隔件(未示出)可选择地在所述腔中设置于所述轴承之间，以保持所述轴承之间的间距。螺母26螺纹地接合车轴轴颈14的外侧端部，并且经由外部垫圈28和可选择的内部垫圈30将轴承18、20以及任何轴承间隔件固定于适当位置中。螺母26更充分地描述于美国专利第8,016,531号中，所述美国专利由本发明的受让人之一(美国HendricksonL.L.C)所拥有。
车轮毂32以所属领域的技术人员所众所周知的方式可旋转地安装于内侧和外侧轴承18、20上。毂盖34通过多个螺栓(未示出)安装于毂32的外侧端部上，所述多个螺栓均穿过形成于所述毂盖中的多个开孔36中的相应的一个，并且螺纹地接合形成于所述毂中的多个对准的螺纹开孔(未示出)中的相应的一个。按这种方式，毂盖34将车轮端部组件16的外侧端部封闭。毂盖34更充分地描述于美国专利第7,731,300号中，所述美国专利由本发明的受让人之一(美国HendricksonL.L.C)所拥有。
现有技术的主密封件12为连续式密封件，其可旋转地安装于车轮端部组件16的内侧端部上并且封闭所述组件的内侧端部。更特别地，毂密封件12安装于车轮端部组件16上，以径向地跨过毂32和车轴轴颈14来密封腔24。为了保持内侧和外侧轴承18、20的适当的润滑和运行，将合适量的润滑剂(未示出)引入至腔24中。使用多个过盈配合双头螺栓38来抵靠毂32的安装面40安装制动鼓、轮辋以及轮胎(未示出)并因此将制动鼓、轮辋以及轮胎(未示出)安装于车轮端部组件16上。为了完整性，如现有技术中已知的，示出安装于毂32上的防抱死制动系统(ABS)调节环(tonering)42(图2)。
现在参考图2，第一现有技术的毂密封件12的结构包括径向内部部分或静态部分44以及径向外部部分或动态部分46。静态部分44包括优选地由金属所形成的C形支架构件48。C形构件48包括径向延伸的内侧壁50、轴向延伸的壁52，所述轴向延伸的壁52从所述径向延伸的内侧壁向外侧延伸，并且终止于较短的径向延伸的外侧壁54处。
静态部分44还包括L形构件56，其刚性地附接至C形构件48的径向延伸的外侧壁54的内侧表面。更特别地，L形构件56的径向延伸的壁62的径向内部端部60通过卷曲或所属领域的技术人员已知的其它机械力附接方式附接至C形构件48的径向延伸的外侧壁54的内侧表面。L形构件56还包括轴向延伸的壁64，其从L形构件的径向延伸的壁62的径向外部端部66轴向地向内侧延伸。L形构件56在车轴轴颈和车轮端部组件10的组装期间保护密封唇116(以下将对其进行更详细地描述)。
为了提供密封特征，如现有技术中已知的，将比如丁腈橡胶(NBR)的弹性体或聚合体68结合至C形构件48。将弹性体68结合至C形构件48的轴向延伸的壁52的径向内部表面，以形成车轴界面70。弹性体68沿径向延伸的内侧壁50的内侧表面延伸。在内侧壁50的径向外部端部72处，弹性体68形成第一唇74，所述第一唇74从所述内侧壁向外侧延伸，并且径向向外地与所述内侧壁呈一定角度。弹性体68延续至内侧壁50的外侧表面并形成第二唇76，并且沿内侧壁的外侧表面形成具有增加厚度的区域78。第一唇74、第二唇76、以及厚的区域78为静态结构，所述静态结构邻近动态部分46的内侧表面设置以阻止污染物进入密封件12。
动态部分46包括由径向外部构件80和径向内部构件82所组成的支架，所述径向外部构件80和径向内部构件82中的每一个优选地由金属形成并且为轴向延伸的大致L形构件。外部构件80包括轴向延伸的壁84，所述轴向延伸的壁84包括接触形成于毂32中的孔88的外侧端部86，并且当所述壁向内侧延伸时，包括S形弯道90以与所述毂一同容置弹性体界面92。在轴向延伸的壁84的内侧端部94处，外部构件80还包括径向向内部延伸的壁96。径向向内部延伸的壁96邻近静态部分44的第一唇74、第二唇76以及厚的区域78设置，以阻止污染物进入密封件12。
为了提供密封特征，如现有技术中已知的，将弹性体或聚合体68结合至外部L形构件80。更特别地，将弹性体68结合至在S形弯道90内侧的轴向延伸的壁84的径向外部表面，以形成毂界面92。弹性体68延续至径向向内部延伸的壁96的内侧表面，以形成厚的内侧区域100。
动态部分46的大致L形的轴向延伸的径向内部构件82包括轴向延伸的壁102，其包括连接至外部构件80的轴向延伸的壁84的外侧端部86的径向内部表面的外侧端部104。当径向内部构件82的轴向延伸的壁102向内侧延伸时，它形成有成角度的S形弯道106，以使得能够实现与外部构件80的轴向延伸的壁84的连续接触。在轴向延伸的壁102的内侧端部108处，内部构件82还包括径向地向内部延伸的壁110，其设置于外部构件80的径向地向内部延伸的壁96的外侧并以相对于外部构件80的径向向内部延伸的壁96相间隔的平行方式延伸。
径向外部构件80和径向内部构件82夹紧并因此固定密封唇116在毂密封件12的动态部分46中的位置。更特别地，密封唇116包括径向外部端部112以及径向内部端部114，并且通常由具有低摩擦系数的聚合物(比如聚四氟乙烯(PTFE))形成。密封唇116的径向外部端部112邻近弹性垫118设置，并且所述唇的外部端部与所述垫被挤压于外部构件80的壁96与内部构件82的壁110之间。当密封唇116延伸超过内部构件82的壁110的端部时，密封唇116接触C形构件48的轴向壁52，这致使密封唇的径向内部端部114沿轴向外侧方向弯曲。动态密封唇116的内部端部114在C形构件48的壁52的径向外部表面上的接触将润滑剂保存于毂腔24(图1)中，并且与静态部分44的第一唇74、第二唇76、以及厚的区域78合作而阻止污染物进入密封件12。如上所述，静态部分44的L形构件56部分地包围密封件116并因此在车轴轴颈和车轮端部组件10的组装期间保护密封件116的完整性。
虽然现有技术的密封件12与非接触式密封件相比提供改进的污染物排除，但是它缺乏污染物排除特征的增强的组合。在不存在这样的特征来最佳地使进入密封件12的结构的污染物的量最小化的情况下，足够的污染物最后可能积聚以使它们能够经过静态部分44的第一唇74、第二唇76、厚的区域78、以及密封唇116而污染车轮端部组件16。现有技术的密封件12的该缺点确立了开发用于重型车轮端部组件的主密封件的需要，所述主密封件提供具有增加的污染物排除的特征，同时将润滑剂保存于车轮端部组件中并且具有最小的阻力以保持密封件的寿命并使燃料效率最优化。如现在将进行描述的，本发明的用于重型车辆车轮端部组件的毂密封件满足了这一需要。
现在参考图3，本发明的用于重型车辆车轮端部组件的主密封件的一个示例性实施例被示出并且总体表示为120。本发明的主密封件120为接触式密封件，其利用它的内部构件的部分接触来使对毂32的阻力最小化。主密封件120包括径向内部部分或静态部分122以及径向外部部分或动态部分124。
静态部分122包括第一支架构件126，其为大致C形，并且优选地由比如金属的刚性材料形成。C形构件126包括径向延伸的壁128、从所述径向延伸的壁的外部端部132向外侧延伸的轴向延伸的外部壁130、以及轴向延伸的内部壁134，所述轴向延伸的内部壁134从所述径向延伸的壁的内部端部136向外侧延伸并且大致平行于所述轴向延伸的外部壁且与所述轴向延伸的外部壁相间隔。
静态部分122还包括第二支架构件138，其为大致L形，并且优选地由比如金属的刚性材料形成，并且刚性地附接至C形构件126。更特别地，轴向延伸的唇140形成于C形构件126的内部壁134的外侧端部142处，并且比如槽口144的特征邻近所述唇形成于所述内部壁中。L形构件的径向延伸的壁148的径向内部端部146安置于槽口144中并抵靠唇140，并且所述壁的内部端部连接至所述唇并通过卷曲或所属领域的技术人员已知的其它机械力方式连接至轴向延伸的壁134。L形构件138还包括轴向延伸的壁150，其从径向延伸的壁148的径向外部端部152轴向向内侧延伸。L形构件138部分地包围密封唇218(以下将对其进行更详细地描述)并因此在车轴轴颈和车轮端部组件的组装期间保护所述密封唇218。
为了提供密封特征以及动态排出表面(如以下将详细地描述的)，如现有技术中已知的，将比如丁腈橡胶(NBR)或其它合适的弹性化合物或聚合物的弹性体或聚合体154(其为了方便起见在本文中将被称作弹性体)结合至C形构件126。将弹性体154结合至C形构件126的轴向延伸的内部壁134的径向内部表面，以形成轴颈界面156。弹性体154优选地形成有比如凸起158的特征，以使得能够在车轴轴颈14上实现压入配合而不使密封件120变形。弹性体154沿C形构件126的径向延伸的壁128的内侧表面延伸，以密封所述内侧壁的表面并因此保护所述内侧壁的表面免受污染物的影响，这继而防止所述壁的腐蚀。
在轴向延伸的外部壁130的径向外部表面处，弹性体154形成第一外部唇160。所述第一外部唇160从轴向延伸的外部壁130径向地向外部延伸，并且向内侧成一定的角度，以使得大致平行于斜面161，所述斜面161邻近形成于毂32的内侧端部163中的孔162形成。优选地，斜面161被形成为与车轴轴颈14的纵向中心线成大致30度的角度，并且在唇160与斜面161之间存在微小的间隙，以使得所述唇不会相对于毂32产生阻力。由于毂32的旋转运动，第一外部唇160和毂的斜面161合作以形成外部非接触式迷宫，所述外部非接触式迷宫起这样的作用：将水和其它污染物径向地向外部转移并因此转移离开主密封件120。凹形表面164形成于第一外部唇160的径向内部，这使所述唇能够为柔性的，这由于所述唇接近于旋转的毂32而为理想的。
弹性体154形成在第一唇160的外侧的、且邻近第一唇160的第二外部唇166。第二唇166从轴向延伸的外部壁130大致径向地向外部延伸并且并不接触毂32(从而再一次降低主密封件120对毂的阻力)，但是紧密接近于毂的孔162。第二唇166的外部径向取向以及它紧密接近于毂的孔162使第二唇能够延续所述外部非接触式迷宫，并充当防止可能经过第一唇160的污染物进入主密封件120的另外的外部屏障。在车辆运行期间，第一和第二唇160、166分别充当形成毛细管密封元件的系统，由于第一和第二唇为固定的并且毂围绕这些密封元件旋转，所述毛细管密封元件在孔162处将毂32用作紧密-接近(close-proximity)密封表面。
在第一唇160与第二唇166之间形成有通道168。在车辆运行期间，通道168接近于旋转的毂32，配合第一唇160的外部径向延伸部和内侧角度，促进水和其它污染物向内侧行进并且被“抛出”并离开主密封件120。另外，当车辆停止时，通道168充当水滴通道，使可能包含于第一唇160与第二唇166之间的水能够围绕所述通道朝向地面行进，通过重力作用在第一唇与毂32之间滴落并离开主密封件120。
弹性体154沿轴向延伸的外部壁130的径向外部表面并围绕所述壁的外侧端部延续，形成外侧部分170，其包括多个呈环形布置的凸起或缓冲器200。更具体地，如以下将描述的，缓冲器200为与动态密封部分124合作的一系列相间隔的、向外侧延伸的特征。弹性体154接着延续至C形构件126的轴向延伸的外部壁130的径向内部表面，以形成曲形轮廓172，所述曲形轮廓172继而与形成于动态密封部分124上的配合特征合作，以形成内部迷宫174(如以下同样将描述的)。静态部分122上的弹性体154沿C形构件126的径向延伸的壁128的外侧表面延续至终止于轴向地向外侧延伸的凸起176中，如以下将描述的，所述轴向地向外侧延伸的凸起176与形成于动态密封部分124上的配合特征合作。
主密封件120的动态部分124包括单一的大致轴向延伸的支架构件178，其优选地由比如金属的刚性材料形成。支架构件178继而包括轴向延伸的壁180，其包括邻近内侧部分182所形成的第一弯道184、第二弯道186、以及第三弯道188，以形成蛇形形状。弯道184、186、以及188增加主密封件120的结构完整性并且提供用于待形成的密封特征的区域。如以下将详细地描述的，为了提供密封特征以及动态排出表面，如现有技术中已知的，将弹性体或聚合体154结合至支架构件178的部分。
更特别地，如现有技术中已知的，将弹性体154结合至轴向延伸的壁180的外侧端部192以及径向外部表面以形成毂界面190。弹性体154优选地形成有比如凸起194的特征，以使得能够在毂的孔162中实现牢固地配合而不使密封件120变形。在第一弯道184处，弹性体154形成轴向向内侧延伸的动态凸起196，其与第二外部唇166合作以形成外部通道198。
弹性体154沿壁180的径向外部表面及轴向内侧表面延续刚好超过第一弯道184然后终止，从而提供分别在第一弯道184与第二弯道186之间的所述壁的段226，该段226直接地接触静态密封部分122的环形缓冲器200。缓冲器200与壁的段226的接触形成坝(dam)202，其为静态密封部分122与动态密封部分124之间的、具有最小的表面面积的接触区域。更特别地，环形缓冲器200为相间隔的并因此在它们之间包括空间或间隙(未示出)，这减小了缓冲器与壁的段226之间的接触。按这种方式，坝202限制可能分别经过第一和第二外部唇160、166以及动态凸起196的污染物进入至密封件120中，同时在密封件内形成最小的阻力。
弹性体154在第二弯道186处重新开始，并且沿壁180的径向外部表面及轴向内侧表面延续，以在第二弯道与第三弯道188之间形成曲形轮廓204，该曲形轮廓204与静态部分122的曲形轮廓172合作以形成内部迷宫174。迷宫174为薄的毛细管区域，其遵循主密封件120的动态部分或旋转部分124的曲形特征的轮廓，以形成动态排出表面的一部分，如以下将更详细地描述的，所述动态排出表面捕集污染物并动态地将污染物径向地向外部推动以及推动离开轴承18、20以及腔24(图1)。
在第三弯道188处，弹性体154形成轴向向内侧延伸的凸起206，其与静态部分122的向外侧延伸的凸起176合作。向内侧延伸的凸起206和向外侧延伸的凸起176为非接触的、重叠的凸起，其并不产生阻力，同时形成用于可能经过第一唇160、第二唇166、动态凸起196、坝202、以及难以穿过的迷宫174的污染物的受阻路径208。
在第三弯道188之后，壁180包括径向向内部延伸的终端端部210。邻近壁180的终端端部210，弹性体154形成第一内部唇212，其径向地向外部延伸并且向内侧与所述壁成一定的角度，轻微地接触C形构件126的径向延伸的壁128的外侧表面。第一内部唇212因此并不施加显著的阻力，而提供另外的屏障来防止可能经过第一唇160、第二唇166、动态凸起196、坝202、迷宫174、以及受阻路径208的污染物进入轴承18、20以及腔24。在第一内部唇212的径向内部，弹性体154形成第二内部唇214，其径向地向内部延伸并且向内侧与壁180成一定的角度。第二内部唇214并不接触C形构件126，因此不产生阻力，而提供防止污染物穿过主密封件120的另外的屏障。
弹性体154围绕壁180的终端端部210延续，沿所述壁的外侧表面从所述壁的终端端部延伸至第三弯道188的外侧表面。邻近弹性体154的终端部分216，曲形动态密封唇218在第二和第三弯道186、188之间从壁180径向向内部延伸。密封唇218包括径向外部端部220，其通过现有技术中已知的方式结合至弹性体154的终端部分216的外侧表面。当该密封唇径向地向内部延伸时，所述密封唇接触C形构件126的轴向延伸的内部壁134的径向外部表面，这致使密封唇的径向内部端部222沿外侧方向弯曲。通过该结构，密封唇218的内部端部222依靠轴向延伸的内部壁134，以形成防止污染物进入的主密封件以及以将润滑剂保存于车轮端部组件16(图1)中。为了使阻力最小化，密封唇218优选地由具有低摩擦系数的聚合物(比如聚四氟乙烯(PTFE))形成。另外，密封唇218可形成有比如槽口或狭缝224的特征，以提高所述唇密封车轮端部组件16及将润滑剂保存于车轮端部组件16中的能力。
现在参考图4，示出本发明的主密封件120的动态排出表面的方面。更特别地，如果污染物穿过了第一唇160、第二唇166、动态凸起196、坝202、迷宫174、以及受阻路径208，主密封件120的某些特征形成动态排出表面，以在车辆运行期间使污染物运动离开密封件或将污染物泵送离开密封件。所述动态排出表面包括通过L表示的毛细管表面，其与通过P表示的传送或泵送表面合作。
毛细管表面L从点A径向地向内部延伸至点B，所述点A为与点D邻近的毂的斜面161上的点，所述点D为第一外部唇160的径向外部、轴向内侧的点。所述点B为第一内部唇212与C形构件126的径向壁128的接触区域。毛细管表面L由受阻路径208、迷宫174、坝202和外部通道198的紧密-接近特征以及毂的孔162相对于第二外部唇166、通道168和第一外部唇160的紧密-接近特征形成。毛细管表面L为薄的毛细管区域，该薄的毛细管区域具有的径向部段捕集污染物，并且由于毂32在车辆运行期间旋转而动态地使污染物径向地向外部运动或将污染物径向地向外部推动。一旦污染物径向地向外部运动至毂的孔162，动态力就使它们沿毂的孔和毂的斜面161向内侧运动越过第一外部唇160，并因此离开轴承18、20以及腔24(图1)。优选地，如现有技术中已知的，在轴承18、20上使用轻微的预加负荷，其限制毂32在车辆运行期间的轴向运动，继而维持形成毛细管表面L的特征的紧密接近以使毛细管表面的性能最优化。
泵送表面P从点C径向地向外部延伸至点B，所述点C为第二内部唇214的径向内部、轴向内侧的点。如果污染物到达点C，由第一和第二内部唇212、214所形成的泵送表面P的构造由于毂32在车辆运行期间的旋转而朝向毛细管表面L径向地向外部传送或泵送污染物。
已经发现的是，主密封件120的多个方面之间的某些关系使动态排出表面(表达为L+P)的有效性最优化。例如，毛细管表面L的长度与径向高度H(其从点C延伸至主密封件120的点D)的关系使动态排出表面的有效性最优化。例如，优选的是，包括大致14.56毫米(mm)的、从点C至点D的径向高度H的主密封件120具有大致21.20mm的毛细管表面L的长度。当将该关系表达为毛细管表面L的长度与从点C至点D的径向密封高度H的比时，值为大致1.46。为了提供有效的污染物限制、以及有效的污染物排出，毛细管表面L的长度与从点C至点D的径向密封高度H的比优选地大于大致1.20。
使动态排出表面的有效性最优化的另一种关系是动态排出表面的长度与径向密封高度H的关系。例如，优选的是，包括大致14.56mm的从点C至点D的径向高度H的主密封件120具有大致28.13mm的动态排出表面的总长度(亦即，毛细管表面L与泵送表面P的长度)。当将该关系表达为动态排出表面(L+P)的长度与径向密封高度H的比时，值为大致1.93。该值表明，当与主密封件120的从点C至点D的笔直的径向高度H相比时，动态排出表面提供多大致93％的表面。为了提供有效的污染物限制、以及有效的污染物排出，动态排出表面(L+P)的长度与从点C至点D的径向密封高度H的比优选地大于大致1.50。
使动态排出表面的有效性最优化的又一种关系是动态排出表面(L+P)的总长度与主密封件120的“包封(envelope)”距离或者总径向密封长度(亦即，从点D至轴颈界面156(图3)的距离)的关系。例如，优选的是，包括大致17.82mm的从点D至轴颈界面156的包封距离的主密封件120具有大致28.13mm的动态排出表面(L+P)的长度。当将该关系表达为动态排出表面(L+P)的长度与包封距离(D至156)的比时，值为大致1.58。为了提供有效的污染物限制、以及有效的污染物排出，动态排出表面(L+P)的长度与包封距离(D至156)的比优选地大于大致1.20。
使密封件抵制污染物的进入的有效性最优化的主密封件120的另一个特征是密封件中的、介于零(0)度至九十(90)度之间的弯道的数量。更特别地，介于零度至九十度之间的角度比大于九十度的角度更可能抵制污染物的进入。主密封件120在点A(其为邻近第一外部唇160的径向外部、轴向内侧的点的毂的斜面161上的点)与点B(其为第一内部唇212与C形构件126的径向壁128的接触区域)之间包括介于零度至九十度之间的至少十二(12)个弯道。优选地，如上述构造和特征中所示，主密封件120在点A和点B之间提供介于零度至九十度之间的大致十六(16)个弯道。通过提供介于零度至九十度之间的、这样大量的弯道，主密封件120从而理想地提供最佳的污染物排除。
按这种方式，本发明的用于重型车辆车轮端部组件的主密封件120提供外部特征和内部特征的增强的组合，所述外部特征和内部特征使对进入车轮端部组件16的污染物的预防最优化并将润滑剂保存于车轮端部组件中，并且提供动态排出表面以排出污染物，同时包括最小的阻力以便保持密封件的寿命并使车辆燃料效率最优化。
使对进入车轮端部组件16的污染物的预防最优化的主密封件120外部特征包括第一外部唇160，其与毂的斜面161合作以形成非接触式迷宫，所述非接触式迷宫起这样的作用：将水和其它污染物径向地向外部转移并因此转移离开密封件。该迷宫由第二唇166和动态凸起196延续，所述第二唇166和动态凸起196充当防止可能经过第一唇160的污染物进入主密封件120的另外的外部屏障。另外，在车辆运行期间，第一和第二唇160、166分别充当形成毛细管密封元件的系统，其在孔162处将毂32用作紧密-接近密封表面。
而且，在车辆运行期间，通道168接近于旋转的毂32与第一唇160的外部径向延伸部和内侧角度合作来促进水和其它污染物向内侧行进并且被“抛出”并离开主密封件120。另外，当车辆停止时，通道168充当水滴通道，使可能包含于第一唇160与第二唇166之间的水能够围绕所述通道行进并朝向地面离开主密封件120。
使对进入车轮端部组件16的污染物的预防最优化的主密封件120的内部特征包括坝202，其阻止可能经过第一和第二外部唇160、166以及动态凸起196的污染物进入至密封件中。此外，向内侧延伸的凸起206和向外侧延伸的凸起176合作以形成受阻路径208，其使得可能经过第一唇160、第二唇166、动态凸起196、坝202、以及迷宫174的污染物难以穿过。第一和第二内部唇212、214分别在主密封件120内提供另外的屏障，以防止污染物进入轴承18、20以及腔24。最后，动态密封唇218依靠轴向延伸的内部壁134，以形成防止污染物进入的主密封件以及以将润滑剂保存于车轮端部组件16中。
主密封件120的另一个特征是动态排出表面，以防止污染物运动经过密封件。如果污染物运动经过第一唇160、第二唇166、动态凸起196、坝202、迷宫174、以及受阻路径208，主密封件120的特征形成动态排出表面，其包括毛细管表面L和传送或泵送表面P。毛细管表面L由受阻路径208、迷宫174、坝202、外部通道198的紧密-接近特征以及毂的孔162相对于第二外部唇166、外部通道168和第一外部唇160的紧密-接近特征形成，并且为薄的毛细管区域，该薄的毛细管区域具有的径向节段捕集污染物，并且在车辆运行期间，动态地使污染物径向地向外部运动离开车轮端部组件16或将污染物径向地向外部泵送离开车轮端部组件16。泵送表面P包括由第一和第二内部唇212、214所形成的构造，所述构造在车辆运行期间朝向毛细管表面L径向地向外部传送或泵送污染物。
主密封件120还包括最小的阻力，以便保持密封件的寿命以及使车辆燃料效率最优化。例如，密封件120的很多排除特征为非接触式特征并且因此并不引起阻力。主密封件120中的这样的非接触式特征包括第一外部唇160、第二外部唇166、动态凸起196、迷宫174、向内侧延伸的凸起206、向外侧延伸的凸起176、以及第二内部唇214。另外，主密封件120中的接触式特征被构造成施加最小的阻力。例如，坝202包括最小的接触表面面积，第一内部唇212仅仅轻微地接触径向延伸的壁128，以及密封唇218优选地由低摩擦系数的材料形成。
优选地，如现有技术中已知的，在轴承18、20上使用轻微的预加负荷，其在车辆运行期间限制毂32的轴向运动。如上所述，限制毂32的轴向运动使毛细管表面L的性能最优化，并且提供主密封件120的另外的特征。更特别地，限制毂32的轴向运动限制主密封件120的构件相对于彼此的轴向运动，这理想地降低密封件内的任何不利的泵送作用(亦即，可能促进污染物穿过密封件的排除特征的泵送作用)。
本发明还包括一种用于防止污染物进入利用这样的主密封件的重型车辆车轮端部组件的方法，该主密封件包括外部特征和内部特征的增强的组合，所述外部特征和内部特征使对进入车轮端部组件的污染物的预防最优化并将润滑剂保存于车轮端部组件中，并且提供动态排出表面以排出污染物，同时包括最小的阻力以便保持密封件的寿命并使燃料效率最优化。所述方法包括根据以上所呈现的并示出于图3和4中的描述所述的步骤。
应当理解的是，在不影响本发明的整体概念或操作的情况下，可改变或重新布置本发明的用于重型车辆车轮端部组件的上述主密封件或毂密封件的结构，或者省略或添加某些构件和/或特征。例如，虽然将主密封件120显示并描述为毂-安装式密封件，但是在不影响本发明的整体概念或操作的情况下，可将本发明的上述方面应用至轴颈-安装式密封件。另外，在不影响本发明的整体概念或操作的情况下，主密封件120可形成有除以上所示出并描述的那些构造、尺寸、形状、和/或特征之外的构造、尺寸、形状、和/或特征并由除以上所示出并描述的材料之外的材料形成。还应当理解的是，本发明适用于所属领域的技术人员已知的所有类型的重型车轮端部组件，包括除本文中所示出并描述的之外的且所属领域的技术人员已知的其它类型的车轮端部组件，而不影响本发明的整体概念或操作。
相应地，用于重型车辆车轮端部组件的改进的主密封件被简化，提供实现所列举的所有目的的有效的、安全的、便宜的、以及高效的结构，提供消除现有技术的主密封件所遇到的困难，以及解决问题并在技术领域获得新成果。
在上述描述中，为了简洁、清晰以及理解，已经使用了某些术语；但是其并不暗示超过现有技术的要求的不必要的限制，因为这样的术语用于描述性目的并且要被广泛地理解。而且，已经参考示例性实施例描述了本发明。应当理解的是，该说明为举例且并非为限制本发明，因为本发明的范围并不限于所示出或描述的精确的细节。在阅读和理解本发明时，其他人将想到潜在的修改和替代，并且应当理解的是，本发明包括所有的这样的修改和替代以及其等同形式。
现在已经描述了本发明的特征、发现以及原理，构造、布置以及使用所述用于重型车辆车轮端部组件的改进的主密封件的方式，构造和布置的特征，以及所获得的有利的、新的及有用的结果；在所附权利要求中阐述了新的且有用的结构、装置、元件、布置、部件以及组合。

Claims (25)

1.一种用于重型车辆车轮端部组件的主密封件，所述车轮端部组件包括车轴轴颈以及可旋转地安装于所述车轴轴颈上的毂，所述主密封件在所述车轴轴颈与所述毂之间径向地延伸，并且包括：
安置于形成在车轮毂中的孔中的动态部分；以及
安置于所述车轴轴颈上的静态部分，所述静态部分包括：
刚性支架；以及
结合至所述支架的弹性体，所述弹性体形成第一外部唇，所述第一外部唇大致平行于形成在所述毂的内侧端部中的斜面延伸，由此所述第一外部唇大致防止污染物进入所述车轮端部组件。
2.根据权利要求1所述的用于重型车辆车轮端部组件的主密封件，其特征在于，所述毂的斜面被形成为与所述车轴轴颈的纵向中心线成大致三十度的角度。
3.根据权利要求1所述的用于重型车辆车轮端部组件的主密封件，其特征在于，结合至所述支架的所述弹性体形成在所述第一外部唇的外侧的并且与所述第一外部唇相邻的第二外部唇，由此所述第一外部唇和第二外部唇与所述毂一同形成毛细管密封元件。
4.根据权利要求3所述的用于重型车辆车轮端部组件的主密封件，其特征在于，结合至所述支架的所述弹性体在所述第一外部唇和第二外部唇之间形成通道，所述通道将经过第一外部唇的污染物向内侧推动离开所述主密封件。
5.根据权利要求1所述的用于重型车辆车轮端部组件的主密封件，其特征在于，所述支架包括为大致C形的第一构件以及刚性地附接至所述第一构件且为大致L形的第二构件，所述弹性体结合至所述第一构件。
6.根据权利要求1所述的用于重型车辆车轮端部组件的主密封件，其特征在于，结合至所述支架的所述弹性体形成包括相间隔的、呈环形布置的多个凸起的外侧部分。
7.根据权利要求1所述的用于重型车辆车轮端部组件的主密封件，其特征在于，所述动态部分包括刚性支架以及结合至所述动态部分的支架的弹性体。
8.根据权利要求7所述的用于重型车辆车轮端部组件的主密封件，进一步包括附接至结合到所述动态部分的支架的所述弹性体的密封唇。
9.根据权利要求8所述的用于重型车辆车轮端部组件的主密封件，其特征在于，所述密封唇由包括低摩擦系数的聚合物形成。
10.根据权利要求8所述的用于重型车辆车轮端部组件的主密封件，其特征在于，所述密封唇形成有一定的特征。
11.根据权利要求1所述的用于重型车辆车轮端部组件的主密封件，其特征在于，所述静态部分和所述动态部分合作以形成外部通道。
12.根据权利要求1所述的用于重型车辆车轮端部组件的主密封件，其特征在于，所述动态部分包括支架，并且结合至所述静态部分的所述支架的所述弹性体形成包括相间隔的、呈环形布置的多个凸起的外侧部分，所述凸起接触所述动态部分的支架的壁部分以形成坝。
13.根据权利要求1所述的用于重型车辆车轮端部组件的主密封件，其特征在于，所述静态部分和所述动态部分合作以形成内部迷宫。
14.根据权利要求1所述的用于重型车辆车轮端部组件的主密封件，其特征在于，结合至所述动态部分的支架的所述弹性体形成接触所述静态部分的所述支架的第一内部唇。
15.根据权利要求14所述的用于重型车辆车轮端部组件的主密封件，其特征在于，结合至所述动态部分的支架的所述弹性体形成在所述第一内部唇的径向内部的第二内部唇。
16.根据权利要求1所述的用于重型车辆车轮端部组件的主密封件，其特征在于，结合至所述动态部分的支架的所述弹性体形成第一内部唇，并且所述主密封件包括动态排出表面，所述动态排出表面包括毛细管表面，所述毛细管表面从所述毂的斜面上的点径向地向内部延伸至所述第一内部唇与所述静态部分的支架的径向壁的接触区域，所述毂的斜面上的点邻近所述第一外部唇的径向外部、轴向内侧的点。
17.根据权利要求16所述的用于重型车辆车轮端部组件的主密封件，其特征在于，所述毛细管表面的长度与径向密封高度的比大于大致1.20。
18.根据权利要求17所述的用于重型车辆车轮端部组件的主密封件，其特征在于，所述毛细管表面的长度与径向密封高度的比为大致1.46。
19.根据权利要求16所述的用于重型车辆车轮端部组件的主密封件，其特征在于，所述主密封件在邻近所述第一外部唇的径向外部、轴向内侧的点的所述毂的斜面上的点和所述第一内部唇与所述静态部分的支架的径向壁的所述接触区域之间包括介于零度至九十度之间的至少十二个弯道。
20.根据权利要求19所述的用于重型车辆车轮端部组件的主密封件，其特征在于，所述主密封件在邻近所述第一外部唇的径向外部、轴向内侧的点的所述毂的斜面上的点和所述第一内部唇与所述静态部分的支架的径向壁的所述接触区域之间包括介于零度至九十度之间的大致十六个弯道。
21.根据权利要求16所述的用于重型车辆车轮端部组件的主密封件，其特征在于，结合至所述动态部分的支架的所述弹性体形成在所述第一内部唇的径向内部的第二内部唇，并且所述毛细管表面与传送表面合作，所述传送表面从所述第二内部唇的径向内部、轴向内侧的点径向地向外部延伸至所述第一内部唇与所述静态部分的支架的所述径向壁的所述接触区域。
22.根据权利要求21所述的用于重型车辆车轮端部组件的主密封件，其特征在于，所述毛细管表面和所述传送表面的长度与径向密封高度的比大于大致1.50。
23.根据权利要求22所述的用于重型车辆车轮端部组件的主密封件，其特征在于，所述毛细管表面和所述传送表面的长度与径向密封高度的所述比为大致1.93。
24.根据权利要求21所述的用于重型车辆车轮端部组件的主密封件，其特征在于，所述毛细管表面和所述传送表面的长度与所述主密封件的包封距离的比大于大致1.20。
25.根据权利要求24所述的用于重型车辆车轮端部组件的主密封件，其特征在于，所述毛细管表面和所述传送表面的长度与所述包封距离的所述比为大致1.58。
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