CN107339434A

CN107339434A - 密封组件

Info

Publication number: CN107339434A
Application number: CN201710290923.9A
Authority: CN
Inventors: J·J·诺尔蒂
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2016-05-02
Filing date: 2017-04-27
Publication date: 2017-11-10
Also published as: DE102017207155A1; US20170314683A1

Abstract

公开了一种用于相对于主体提供密封的密封组件。该组件包括可弹性变形的密封构件，该可弹性变形的密封构件具有面朝主体的表面的密封表面。该组件还包括形状记忆合金偏置构件。偏置构件配置为：响应于形状记忆合金对热刺激的位移响应来使密封表面偏置至相对于主体的表面的不同位置或者相对于主体的表面具有不同压力的不同位置。主体可以相对于密封构件是动态的，诸如可旋转轴，相对于密封构件是静态的，诸如外壳或者壳体，或者可以响应于SMA位移是静态的或者动态的，诸如缓冲器组件。

Description

密封组件

技术领域

主题发明涉及密封组件，并且更具体地，涉及可调节密封组件。

背景技术

各种部件(包括但不限于旋转轴)设有相对于部件的密封件。例如，密封组件可以用于使诸如灰尘等外部污染物远离敏感部件或者移动部件，或者用于使诸如润滑剂、液压流体等流体、或者其它材料进入部件组件的内部。各种配置和材料可以用于提供相对于被密封的主体的密封件的目标位置，或者用于提供相对于被密封的主体的密封件的目标压力。然而，许多这种配置和材料不能调节密封位置或者压力。

发明内容

在一些实施例中，一种用于相对于主体提供密封的密封组件包括可弹性变形的密封构件，该可弹性变形的密封构件包括面朝主体的表面的密封表面。该组件还包括偏置构件，该偏置构件包括形状记忆合金。偏置构件配置为：响应于形状记忆合金(SMA)对热刺激的位移响应来使密封表面偏置至相对于主体的表面的不同位置或者相对于主体的表面具有不同压力的不同位置。主体可以相对于密封构件是动态的，诸如可旋转轴，相对于密封构件是静态的，诸如外壳或者壳体，或者可以响应于SMA位移是静态的或者动态的，诸如缓冲器组件。

在一些实施例中，一种用于密封主体的方法包括：设置可弹性变形的密封构件，该可弹性变形的密封构件包括面朝主体的表面的密封表面。通过使用包括形状记忆合金的偏置构件来使密封表面响应于形状记忆合金对热刺激的位移响应而偏置至相对于主体的表面的不同位置或者相对于主体的表面具有不同压力的不同位置。

当结合附图来看本发明的如下详细描述时，本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点将显而易见。

附图说明

其它特征、优点、以及细节仅仅通过示例的方式出现在对实施例的如下详细描述中，详细描述参照附图，在附图中：

图1A是在偏置配置中的密封组件的示例实施例的示意图，并且图1B是在不同偏置配置中的密封组件的示意图；

图2是具有盘绕偏置构件的密封组件的示例实施例的示意图；

图3A是在偏置配置中的具有盘绕偏置构件的密封组件的一部分的示例实施例的示意图，并且图3B是在不同偏置配置中的具有盘绕偏置构件的该密封组件部分的示意图；

图4是具有嵌套盘绕偏置构件的密封组件的示例实施例的示意图；

图5A和图5B是配置为提供通风的密封组件的示例实施例的示意图；

图6A和图6B是配置为提供通风的密封组件的另一示例实施例的示意图；

图7A是在偏置配置中的密封组件的另一示例实施例的示意图，并且图7B是在不同偏置配置中的密封组件的示意图；以及

图8A是在偏置配置中的密封组件的另一示例实施例的示意图，并且图8B是在不同偏置配置中的密封组件的示意图。

具体实施方式

如下描述在性质上仅仅是示例性的，并且不意在限制本公开、其应用或者使用。例如，所示出的实施例可适用于车辆部件，但本文所公开的系统可以与任何合适的部件一起使用以提供相配部件和部件应用的固定和保持，这包括：许多工业产品、消费产品(例如，消费电子产品、各种器具等)、运输应用、能源应用、以及航空应用，并且尤其包括许多其它类型的车辆部件和应用，诸如，各种内部、外部、电气、以及引擎盖下的车辆部件和应用。应理解，在附图中，相应的附图标记表示相似或者相应的部件和特征。

对于本文所描述的偏置构件有用的形状记忆合金(SMA)在本领域中是众所周知的。形状记忆合金是具有至少两个不同的取决于温度的相的合金成分。这些相中最常用的是所谓的马氏体相和奥氏体相。在如下讨论中，马氏体相通常指更加可变形的低温相，而奥氏体相通常指更加刚性的高温相。当形状记忆合金处于马氏体相中并且被加热时，其开始变为奥氏体相。该现象开始的温度通常被称为奥氏体起始温度(A_s)。该现象完成的温度被称为奥氏体结束温度(A_f)。当形状记忆合金处于奥氏体相中并被冷却时，其开始变为马氏体相，并且该现象开始的温度被称为马氏体起始温度(M_s)。奥氏体完成向马氏体转换时的温度被称为马氏体结束温度(M_f)。应注意，上述转变温度是SMA样品所经受的应力的函数。具体地，这些温度随着应力增加而增加。鉴于上述性质，形状记忆合金的变形优选地处于或者低于奥氏体转变温度(处于或者低于A_s)。随后加热至高于奥氏体转变温度使得变形的形状记忆材料样品恢复至其永久形状。因此，适合于与形状记忆合金一起使用的激活信号是具有的大小足以在马氏体相与奥氏体相之间引起转换的热激活信号。

可以通过合金的成分的微小变化以及通过热机械处理来对形状记忆合金记起其在被加热时的高温形式时的温度进行调节。例如，在镍钛形状记忆合金中，其可以从高于约100℃变为低于约-1000℃。形状恢复过程可以在仅仅几度的范围上发生或者表现出更渐变的恢复。可以取决于期望的应用和合金成分将转换的起始或者结束控制在一度或两度内。形状记忆合金的机械性质在跨越其转换的温度范围期间发生极大变化，通常提供形状记忆效应、超弹性效应、以及高阻尼能力。例如，在马氏体相中，观察到比在奥氏体相中低的弹性模数。马氏体相中的形状记忆合金可以通过用所施加的应力重新调整晶体结构布置而经历较大变形。如下文将更加详细的描述的，材料将在移除应力之后保持该形状。

在一些实施例中，偏置构件可以是具有两个“记住”长度的SMA导线或者频带。也可以使用其它配置，诸如，可以在笔直形状与弯曲形状之间转换的、或者从一种弯曲形状变为不同弯曲形状的SMA构件。使SMA构件在不同状态之间转换的热刺激可以是直接外部热刺激，诸如，从热源(比如，红外加热元件、对流加热元件、或者导电加热元件)施加的热量。在许多情况下，可以通过如下方式来施加热刺激：仅仅使电流流过SMA构件以使其变热，并且通过将热量传递至周围冷却器环境来终止电流以便使SMA构件冷却。

适合用于制作本文所描述的偏置构件的形状记忆合金包括，但不意在限于：镍钛基合金、铟钛基合金、镍铝基合金、镍镓基合金、铜基合金(例如，铜锌合金、铜铝合金、铜金合金、以及铜锡合金)、金镉基合金、银镉基合金、铟镉基合金、锰铜基合金、铁铂基合金、铁钯基合金等。合金可以是二元的、三元的、或者任何更多元的。合适的形状记忆合金成分的选择取决于部件将进行操作的温度范围。SMA构件通常必须在不同温度下进行加工或者训练以便记住奥氏体相与马氏体相之间的不同形状，例如，通过结合SMA构件的冷加工进行重复的加热和冷却以在奥氏体相与马氏体相之间转变。SMA构件可以取决于其所意在的应用而表现出单向或者双向形状记忆，并且本文所公开的实施例可以与单向SMA构件或者双向SMA构件一起使用。

现在看附图，其中，在各个附图中携带的编号表示相同或者相似的部件，不会重复对相同编号的描述，描绘了密封组件的各种示例实施例。图1A和图1B示意性地描绘了用于相对于壳体14中的主体进行密封的密封组件10的示例实施例的截面图，在本示例中，主体是可旋转轴12。密封组件10包括可弹性变形的密封构件16，该可弹性变形的密封构件16可以由已知密封材料(诸如，橡胶或者其它柔性或弹性聚合物)、或者适合用于形成密封件的任何其它可弹性变形的材料形成。可变形的密封构件包括唇口部分18，唇口部分18用于与可旋转轴12可滑动地密封接触，以便将油20密封到密封构件16的一侧上(例如)。密封构件16附接至外壳22，外壳22又附接至壳体14。可选的外护罩23被示出为附接至外壳22，其与密封构件16和外壳22一起为偏置构件提供环形凹腔，并且可以保护密封部件使其远离外部污染物和杂质。

图1A和图1B还描绘了作为形状记忆合金的频带24的偏置构件，其围绕密封构件16的外表面周向地延伸。SMA频带24可以配置有两个记住长度，其中一个记住长度是如图1A中描绘的马氏体相较长长度以便相对于可旋转轴12提供密封唇口部分18的较低压力。如在图1B中示出的(例如，在轴旋转期间)，SMA频带24响应于旋转轴的升高温度或者响应于来自控制器(未示出)的电流而被加热至高于转变温度，从而使得SMA频带24恢复如图1B中描绘的较短记住长度(例如，奥氏体相)。该较短频带长度使得SMA频带24如图1B中示出的那样在密封构件16周围绷紧，从而通过可弹性变形的构件16来传递应力以便相对于可旋转轴12提供密封唇口部分18的较高压力。

图2中描绘了另一示例实施例，其中，使用SMA线盘24′来代替频带24。图3A和图3B中示出了密封组件10的一部分的放大图。如在图3A中示出的，SMA导线配置在较长记住长度下(例如，在马氏体相中)，从而导致线圈24′具有较松线圈和较长总线圈长度。在图3A中描绘的配置中，密封唇口部分18不与可旋转轴12接触，并且在密封唇口部分与可旋转轴12之间具有间隙26。如在图3B中示出的(例如，在轴旋转期间)，SMA线盘24′响应于旋转轴的升高温度或者响应于来自控制器(未示出)的电流而被加热至高于转变温度，从而使得线盘24′中的SMA导线恢复如图3B中描绘的较短记住长度(例如，奥氏体相)。该较短导线长度使得SMA线盘24′收缩为较紧线盘配置并且如图3B中示出的那样在密封构件16周围绷紧，从而通过可弹性变形的构件16来传递应力以便使密封唇口部分18相对于可旋转轴12偏置。应注意，所描绘的任何实施例均可以用于使与旋转轴12接触的密封构件16偏置以便相对于轴提供不同的密封压力(例如，图1A和图1B)，或者用于使密封构件16偏置至相对于轴的不同位置中(例如，图3A和图3B)。

SMA频带24和SMA线盘24′是偏置构件的特定实施例的示例，并且也可以使用其它配置。例如，SMA频带24和SMA线盘24′均配置为在密封构件16的表面区域上分配应力。在替代配置中，单个SMA线束可以结合非SMA可弹性变形的金属带(例如，配置为呈如图1和图2中示出的SMA频带24的形状)被周向地设置在密封构件16的外表面周围，该非SMA可弹性变形的金属带可以响应于SMA导线而变形并且沿着密封构件16的表面区域分配应力。SMA线盘24′基于盘簧结构的应力吸收和管理特性来提供用于产生与笔直频带或者笔直导线SMA偏置构件相比不同的变形响应特性的设计选项。可以通过任何上述或者其它结构的组合来获得对偏置构件变形响应的附加调整。例如，可以将多个偏置构件布置在各种配置中，包括但不限于堆叠配置(例如，平行SMA偏置线盘或者频带、或者SMA线盘或者频带与非SMA偏置线盘或者频带的组合(沿着可旋转轴周围的密封件的圆周)、堆叠SMA片簧、或者SMA片簧与非SMA片簧的组合、嵌套线盘等)。图4中描绘了偏置构件的嵌套线盘配置的示例。图4类似于图2以及图3A和图3B进行配置，但线盘24′内嵌套有第二线盘24″。线盘24′和24″中的任一个或者两个可以由SMA导线形成，并且两条SMA导线的变形响应可以是互补的，或者可以在相反方向上工作，或者可以在不同转变温度下提供变形响应。在一些实施例中，线盘24′和24″中的一个可以是对密封组件中的环境温度作出响应的SMA线盘，并且线盘24′和24″中的另一个可以是对来自控制信号的电阻加热作出响应的SMA线盘。

在一些实施例中，偏置构件可以配置为提供非对称变形响应。非对称变形响应可以用于各种目的，诸如，用于提供从密封主体周围的区域进行通风。可以按照多种方式来提供非对称SMA位移响应。例如，由具有不同长度的均匀变形响应的SMA导线形成的线盘可以形成为在沿着线盘的轴线的不同部分处具有不同线盘密度，从而使沿着SMA导线的恒定长度位移变形响应产生线盘的作为整体的非对称响应。可替代地，SMA构件可以从沿着SMA构件的长度的合金成分变化来产生非对称响应，这包括成分(例如，镍钛比率)可变的、或者使偏置构件的一部分由形状记忆合金形成并且一部分由非形状记忆合计形成的形状记忆合金。也可以通过使SMA构件的不同部分经历不同训练方案来产生非对称响应，例如，可以使SMA构件的不同部分在SMA形状训练过程期间的冷加工过程期间经历不同程度的变形。也可以通过使用偏置构件来诱导密封构件16的非对称偏置，该偏置构件仅仅沿着密封构件16的圆周的一部分设置而不是环绕该密封构件。图5A和图5B中描绘了具有非对称变形响应的密封组件的示例实施例。在图5A中，密封构件16对称地设置在可旋转轴12周围并且与可旋转轴12密封接触。偏置构件24设置在密封构件16周围。在图5B中，偏置构件24的非对称变形响应是由热刺激诱导的，从而在密封构件16中引起非对称变形响应。密封构件16的非对称变形响应在密封构件16与可旋转轴12之间留出间隙26，该间隙26允许从密封组件的密封区域进行通风，或者在间隙26的区域中减小密封构件16相对于可旋转轴12的密封压力，从而密封件后面的任何加压气体可以迫使间隙26打开以提供通风。图5B中描绘的非对称变形响应是规律非对称的示例(例如，圆圈变形为椭圆)，但也设想了非规律非对称响应(例如，在沿着密封周界的特定点处的凸出)。

图6A和图6B中示出了提供通风的替代示例实施例。如在图6A和图6B中示出的，SMA偏置构件24″′嵌入在密封构件16内(例如，通过包覆成型)，并且可以通过环境温度变化或者通过来自控制信号的电阻加热来激活。偏置构件24″′的位移响应发起来自缓冲器组件28的动态反应表面的响应，缓冲器组件28在操作上连接至阀门30以使阀门30在如图6A中示出的关闭(即，非通风)位置与如在图6B中示出的打开(即，通风)位置之间移动。缓冲器组件28和阀门30可以配置为：取决于期望的系统设计参数，响应于来自偏置构件24″′的较低偏置压力或者来自偏置构件24″′的较高偏置压力来提供打开位置或者关闭位置，或者反之亦然。同样，尽管偏置构件24″′被描绘为嵌入在密封构件16内并且偏置构件24、24′和24″′被描绘为与密封构件16单独地组装在一起，但应理解，任何偏置构件均可以被嵌入(例如，通过包覆成型)或者单独地与密封组件的其它部件组装在一起。

许多上述示例实施例都使用偏置构件的变形响应，其中，可旋转轴周围的外密封件的SMA构件长度减小变形响应在密封构件与可旋转轴之间提供更紧密的密封。相反配置可以用于内密封构件，其中，设置为相对于密封件径向向内的偏置构件可以通过使用长度延伸变形响应来提供更紧密的密封。在其它示例实施例中，SMA构件长度延伸变形响应可以用于通过使用SMA构件(例如，SMA导线)来使密封件朝着密封主体偏置，该SMA构件配置为在轴向延长上受到约束的波形图案或者线盘图案，从而使SMA导线的长度延伸变形响应产生波幅或者线盘直径的扩张。图7A和图7B中描绘了这种示例实施例。如在图7A和图7B中示出的，波形配置中的SMA导线124设置在壳体119中，该壳体119在左端、右端、以及底端处约束SMA导线。SMA导线124的顶部边缘设置为与可弹性变形的密封构件116相抵，该可弹性变形的密封构件116设置在与密封主体112相抵的相反表面上。响应于诱导受到约束的SMA导线124的长度延伸变形响应的热刺激，波形图案的振幅从图7A的配置增加至图7B的配置，从而产生可变形密封构件116的结果变形响应以便提供相对于密封主体12增加的密封压力。

许多上述配置已经使用SMA长度变更变形响应来使密封构件偏置至相对于密封主体的表面的不同位置或者相对于密封主体的表面具有不同压力的不同位置。然而，也可以使用其它变形响应，诸如，响应于热刺激的SMA偏置构件的不同形状或者角度。图8A和图8B中示出了这种实施例的示例。如在图8A和图8B中示出的，SMA构件124′设置在壳体119中的片簧配置中，该壳体119在左端和右端处约束SMA构件。SMA构件124′的顶部边缘设置为与可弹性变形的密封构件116相抵，该可弹性变形的密封构件116设置在与密封主体112相抵的相反表面上。响应于诱导SMA构件124′的形状改变变形响应的热刺激，相对于密封构件116传递偏置力，并且密封构件116的结果偏置响应提供相对于密封主体112增加的密封压力。

尽管已经参照示例性实施例描述了本发明，但本领域的技术人员将理解，在不背离本发明的范围的情况下，可以作出各种改变并且可以用等效物来替代其元件。此外，在不背离其基本范围的情况下，可以作出许多修改以便使特定材料情形适应于本发明的教导。因此，本发明不意在限制于所公开的特定实施例，本发明将包括落在申请范围内的所有实施例。

Claims

1.一种用于提供相对于主体的密封的密封组件，所述密封组件包括：

可弹性变形的密封构件，所述可弹性变形的密封构件包括面朝所述主体的表面的密封表面；以及

偏置构件，所述偏置构件包括形状记忆合金，所述偏置构件配置为：响应于所述形状记忆合金对热刺激的位移响应来使所述密封表面偏置至相对于所述主体的所述表面的不同位置或者相对于所述主体的所述表面具有不同压力的不同位置。

2.根据权利要求1所述的密封组件，其中，所述偏置构件配置为：响应于所述形状记忆合金对热刺激的位移响应来使所述密封表面偏置至与所述主体的所述表面接触的第一位置或者偏置至不与所述主体的所述表面接触的第二位置。

3.根据权利要求1所述的组件，其中，所述主体包括圆柱形轴，并且所述密封构件包括环形凹腔，其中，所述偏置构件设置在所述环形凹腔中，并且所述形状记忆合金配置为响应于所述热刺激提供所述位移响应，所述位移响应提供所述偏置构件的不同周向长度。

4.根据权利要求1所述的组件，其中，所述偏置构件包括在具有受限轴向长度的线盘或者波形配置中的形状记忆合金导线，并且所述形状记忆合金导线配置为响应于热刺激提供不同导线长度的位移响应以便产生不同线盘直径或者波幅。

5.根据权利要求1所述的组件，其中，所述偏置构件进一步包括第一偏置构件和第二偏置构件，所述第一偏置构件包括配置为在第一激活温度下产生位移响应的形状记忆合金，并且所述第二偏置构件包括配置为在第二激活温度下产生位移响应的形状记忆合金导线。

6.根据权利要求1所述的组件，进一步包括控制器，所述控制器配置为提供通过所述形状记忆合金的电流以便提供用于产生所述位移响应的受控热刺激。

7.根据权利要求1所述的组件，其中，所述偏置构件配置为：响应于所述形状记忆合金对热刺激的位移响应而在所述密封表面与所述主体之间提供通风。

8.一种用于密封主体的方法，包括：

设置可弹性变形的密封构件，所述可弹性变形的密封构件包括面朝所述主体的表面的密封表面；

通过使用包括形状记忆合金的偏置构件来使所述密封表面响应于所述形状记忆合金对热刺激的位移响应而偏置至相对于所述主体的所述表面的不同位置或者相对于所述主体的所述表面具有不同压力的不同位置。

9.根据权利要求8所述的方法，包括：通过使用包括形状记忆合金的偏置构件来使所述密封表面响应于所述形状记忆合金对热刺激的位移响应而偏置至相对于所述主体的所述表面的不同压力处。

10.根据权利要求8所述的方法系统，进一步包括：使电流通过所述形状记忆合金以便提供所述热刺激。