CN106461087A - 动态径向密封件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于密封内部部件(3)与围绕内部部件同轴安装的外部部件(4)之间的径向间隙的密封装置(1)，其中，内部部件围绕轴线(a)旋转。所述装置包括安装成与内部部件连接的径向密封件，其中，径向密封件具有密封唇(6)，密封唇抵靠着由外部部件的或安装到所述外部部件上的套筒元件(7)的径向内表面形成的配合面(10)。当密封装置静止时，密封唇以初始唇部力抵靠着配合面。根据本发明，密封唇(6)围绕枢转点(8)以径向横截面可枢转地布置，并且与配重连接。所述密封唇和配重布置在与所述枢转点不同的轴向区域中，并且适于使得在径向密封条件的旋转期间，作用在配重(9)上的离心力大于作用在密封唇(6)上的离心力。

Description

动态径向密封件
技术领域
本发明涉及一种用于密封旋转部件和非旋转部件之间的径向间隙的动态密封件，其中该密封件特别适用于高速应用。
背景技术
动态密封件的一种常见应用是密封通过轴承旋转地支撑在壳体内的轴之间的径向间隙。密封件的目的是防止污染物进入壳体并防止泄漏，例如润滑轴承的润滑脂。在许多实例中，密封件包括与弹性体结合的壳元件。壳可以安装到壳体上，并且弹性体包括接触唇，该接触唇抵靠着轴上的配合面或者抵靠在安装到轴的磨损套筒上。接触唇确保静态密封。然而，在动态条件下，特别是在高转速下，在接触唇和对应面之间产生的摩擦可能是不可接受的高。
用于在高速下减小摩擦的一种解决方案是采用非接触迷宫式密封件，比如在US8356941中公开的。描述了一种用于铁路车轴轴承的密封件，其包括安装到车轴的旋转部件和安装到轴承外圈的固定部件。旋转部件包括多个径向间隔开的轴向延伸部，其布置在固定部件的径向间隔开的轴向延伸部之间，以形成迷宫。为了提供有效的迷宫式密封，在密封件的旋转部件和固定部件的相对表面之间需要小的间隙，意味着密封件可以仅容纳部件之间的小的径向和轴向位移。
用于在包括接触唇的密封件中在高速下减小摩擦的另一解决方案是将接触唇安装成与例如旋转轴连接，并且将密封件设计成使得唇在离心力的作用下偏离轴。这种解决方案的示例在US6474653中公开。
仍有改进的余地。
发明内容
本发明涉及一种用于密封内部部件与围绕所述内部部件同轴安装的外部部件之间的径向间隙的密封装置，其中，所述内部部件围绕轴线旋转。所述装置包括安装成与所述内部部件连接的径向密封件，其中，所述径向密封件具有密封唇，所述密封唇抵靠着由外部部件的或安装到所述外部部件上的套筒元件的径向内表面形成的配合面。当密封装置静止时，密封唇以初始唇部力抵靠着配合面。根据本发明，所述密封唇围绕枢转点以径向横截面可枢转地布置，并且与配重连接。所述密封唇和配重布置在与所述枢转点不同的轴向区域中，并且适于使得在径向密封件的旋转期间，作用在配重上的离心力大于作用在密封唇上的离心力。
因此，在一定转速下，所产生的离心力差异将足以导致密封唇和配重围绕枢转点旋转，从而使密封唇沿径向向内的方向远离配合面偏转。这减小了唇部力，意味着所产生的摩擦相对较低。
密封唇和配重优选地由可以由弹性体材料制成的密封体的一部分形成。适当地，密封体被结合或模制到安装到旋转内部部件上的载体元件。载体元件可以具有c形轮廓，包括安装到内部部件的内圆柱形部分和通过载体元件的凸缘部分接合到内圆柱形部分的外圆柱形部分。因此，密封件包括在载体元件的内圆柱形部分和外圆柱形部分之间的腔室，其有利地产生用于容纳润滑剂的附加空间。
密封体在外圆柱形部分的径向外表面处连接到载体元件。密封体因此在与载体元件的外圆柱形部分的界面处包括连接部分。在优选示例中，枢转点由密封体中的细长区域建立，该细长区域将密封唇和配重连接到连接部分。
适当地，密封唇直到枢转点的质量(即惯性)小于配重直到枢转点的质量。密封唇从枢转点的轴向延伸优选地在配重从枢转点的轴向延伸的50％和200％之间。
在一些示例中，密封装置包括安装到外部部件的套筒元件。适当地，套筒元件具有形成用于密封唇的配合面的圆柱形内表面，并且可以由金属制成。
在进一步的改进中，密封体包括相对于密封唇在轴向外部位置处的非接触唇。非接触唇沿径向向外的方向延伸，并且朝向配合面建立小的径向间隙，该间隙用作迷宫式密封件。此外，非接触唇的径向延伸在动态条件期间用作抛油环，其有效地排斥湿气和污染物。非接触唇因此保护密封唇，从而增强了装置整体的密封效果。
根据本发明的密封装置特别适用于铁路轴承单元。外部部件可以是轴承的外圈或外圈安装到其上的壳体。内部部件可以是轴承的内圈或内圈安装到其上的车轴。轴承可以以超过200km/hr的速度运行，这对密封装置提出了很高的要求。
如上所述，配重、密封唇和枢转点的设计意味着由密封唇施加在配合面上的接触力随着速度的增加而减小。结果，摩擦不会变得过高。在一个示例中，配重、密封唇和枢转点被设计成使得密封唇以例如150km/hr的预定旋转速度从表面升起。然后，密封唇实际上形成迷宫式密封件的一部分，这将在如此高的转速下提供有效的密封，当然不会产生摩擦。
在低于“升起”速度的速度下，由于密封唇与配合面之间的滑动接触，摩擦和热量产生是不可避免的。根据本发明的密封装置的另一个优点是改进的散热。在传统的径向唇形密封件中，其中密封唇与连接到旋转内部部件或形成旋转内部部件的一部分的配合面滑动接触，所产生的热量被传递到内部部件。特别是在锥形滚子轴承的情况下，这是不期望的。锥形滚子轴承的内圈具有凸缘，该凸缘具有用于锥形滚子的轴向外端面的轴向接触表面。结果，在滚子与内圈之间产生的摩擦比在滚子与外圈之间更大。因此，来自密封摩擦的额外热量是不期望的。
在根据本发明的密封装置中，滑动接触发生在弹性密封唇与外部部件(例如轴承外圈)或金属套筒上的配合面之间。因此，产生的热传导到金属配合面和相对较冷的外部部件，从这里可以更容易地散热。
根据下面的详细描述和附图，密封装置的其它优点将变得显而易见。
附图说明
附图示出了本发明的实施例。单个图示出了穿过根据本发明的密封装置的径向横截面，其安装在铁路轴承单元中。
具体实施方式
密封装置1安装在铁路轴承单元中并且密封抵抗环境E的轴承装置2(未详细示出)。轴承装置2将旋转轴3支撑在固定壳体4中(壳体也可以是外部轴承圈)。轴3围绕轴线a旋转。
密封装置包括安装到固定壳体4上的套筒元件7。套筒元件由金属制成并且具有圆柱形内表面10。密封装置还包括具有连接到载体元件11的弹性密封体5的径向密封件，该载体元件安装到轴3。径向密封件因此随着轴旋转。
在所示的实施例中，载体元件具有C形轮廓，并且包括安装到轴3上的内圆柱形部分11'。在密封装置的环境侧E，载体元件还包括径向凸缘部分11”，载体元件的外圆柱形部分11”'从其朝向密封装置1的轴承侧延伸。弹性密封体5在外圆柱形部分11”'的径向外表面处连接到载体元件11。
弹性体5包括密封唇6，其在轴的旋转期间与套筒元件的内圆柱表面10滑动接触，该表面将被称为配合面10。
当密封装置静止时，即在静态密封条件下，密封唇在配合面10上施加一定的接触力。在动态密封条件下，作用在径向密封件上的离心力将倾向于增加接触力，这显然在增加在滑动接触处产生的摩擦方面是有害的。
为了避免这个缺点，提出了以下结构：
密封唇6围绕枢转点8(在图中，枢转轴线因此垂直于图面)以径向横截面可枢转地布置。此外，弹性密封体5包括与密封唇6连接的配重9。从图中可以看出，密封唇6和配重9分别布置在与枢转点8不同的轴向区域a1和a2中。弹性密封体5还包括连接部分12，其接合到载体元件的外圆柱形部分11”'。弹性密封体5可以通过硫化、粘合剂粘结或任何其它合适的接合方法接合到载体元件11。
枢转点8由密封体5的相对细长区域形成，其将配重9和密封唇6接合到连接部分12。密封唇6与连接部分12一起围绕枢转轴线的弯曲刚度比密封唇连通配重9的弯曲刚度更高(至少两倍高)。因此，配重9和密封唇6可以围绕枢转点8枢转。
这种枢转动作在轴3和径向密封件的旋转期间实现，因为配重和密封唇被设计成使得作用在配重9上的离心力高于作用在密封唇6上的离心力。适当地，配重的质量大于密封唇的质量。由于配重8上的较高的离心力，发生枢转运动，其由图中的两个没有附图标记的箭头表示。因此，由密封唇6施加在配合面10上的接触力随着转速增加而减小，从而使相关联的滑动摩擦增加最小化。此外，在高转速下，密封唇将从配合面10上抬起，由此消除滑动摩擦。密封装置1因此适用于以超过200km/hr的速度旋转的铁路轴承单元。
为了提供对来自环境E的湿气和微粒污染物的额外保护，密封装置1还包括在装置的轴向外侧的迷宫式密封件13。迷宫式密封件由配合面10和沿着径向方向从弹性密封体的连接部分12延伸的非接触唇14之间的小径向间隙形成。在动态密封期间，非接触唇14的径向延伸用作主动排斥污染物的抛油环。非接触唇14因此有助于防止污染物到达密封唇6和配合面10之间的界面，使得来自环境E的污染物更加难以进入轴承装置2。
本发明不限于所描绘的实施例，而是将解释在所附权利要求的范围内。
附图标记列表
1 密封装置
2 轴承装置
3 内部部件(轴)
4 外部部件(轴承壳体)
5 径向密封件的弹性体
6 径向密封件的密封唇
7 套筒元件
8 枢转点
9 配重
10 配合面
11 径向密封件的载体元件
11' 载体元件的内圆柱形部分
11” 载体元件的径向凸缘部分
11”'载体元件的外圆柱形部分
12 弹性密封体的连接部分
13 迷宫式密封件
14 非接触唇
15 间隙(迷宫式密封件)
E 环境
A 轴线
a1 密封唇相对于枢转点的轴向区域
a2 配重相对于枢转点的轴向区域

Claims (11)

1.一种用于密封内部部件(3)与外部部件(4)之间的径向间隙的密封装置，其中，所述内部部件围绕轴线(a)旋转，并且所述外部部件是不旋转的且围绕所述内部部件同轴安装，所述装置(1)包括安装到所述内部部件(3)的径向密封件，其中，所述径向密封件包括密封唇(6)，所述密封唇在静态密封条件下抵靠着由外部部件(4)的或安装到所述外部部件上的套筒元件(7)的径向内表面形成的配合面(10)；
其特征在于：
●所述密封唇(6)围绕枢转点(8)以径向横截面可枢转地布置，该枢转点位于所述配合面(10)的径向内侧；
●所述径向密封件还包括与所述密封唇(6)连接的配重(9)；以及
●所述密封唇(6)和所述配重(9)布置在与所述枢转点(8)不同的轴向区域(a1、a2)中，并且适于使得在动态密封条件下，作用在所述配重(9)上的离心力大于作用在所述密封唇(6)上的离心力。
2.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述密封唇(6)直到所述枢转点(8)的质量小于所述配重(9)直到所述枢转点(8)的质量。
3.根据权利要求1或2所述的密封装置，其特征在于，所述密封唇(6)和所述配重(9)形成所述径向密封件的弹性密封体(5)的一部分。
4.根据权利要求3所述的密封装置，其特征在于，所述径向密封件包括安装到所述内部部件(3)上的载体元件(11)，所述载体元件包括内圆柱形部分(11')和外圆柱形部分(11”')，它们由径向延伸的凸缘部分(11”)接合。
5.根据权利要求4所述的密封装置，其特征在于，所述弹性密封体(5)包括连接部分(12)，所述连接部分在所述外圆柱形部分(11”')的径向外表面处接合到所述载体元件(11)。
6.根据权利要求5所述的密封装置，其特征在于，所述弹性体(5)还包括在所述连接部分(12)与所述密封唇(6)和配重(9)之间的细长区域，其中，所述枢转点(8)由所述细长区域建立。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的密封装置，还包括布置在相对于所述密封唇(6)的轴向外部位置处的迷宫式密封件(13)。
8.根据从属于权利要求5的权利要求7所述的密封装置，其特征在于，所述弹性密封体(5)还包括非接触唇(14)，其从所述连接部分(12)沿径向向外的方向朝向配合面(10)延伸，所述迷宫式密封件(13)由所述配合面(10)与所述非接触唇(14)之间的径向间隙形成。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的密封装置，其特征在于，所述内部部件(3)是轴或轴承内圈，并且所述外部部件(4)是壳体或轴承外圈。
10.一种包括根据权利要求1至9中任一项所述的密封装置的轴承单元。
11.根据权利要求10所述的轴承单元，其特征在于，所述轴承单元是包括双列圆锥滚子轴承的铁路轴承单元。
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