CN107461496B

CN107461496B - 密封件及转动组件

Info

Publication number: CN107461496B
Application number: CN201610390934.XA
Authority: CN
Inventors: 刘鑫; 张岳林; 乌维·尼伯林; 吉尔森·阿瑞玛
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-06-06
Filing date: 2016-06-06
Publication date: 2021-01-29
Anticipated expiration: 2036-06-06
Also published as: CN107461496A

Abstract

本发明涉及密封领域，更具体地涉及用于能够相对转动的组件之间的密封的密封件以及采用该密封件的转动组件。该密封件用于能够相对转动的第一组件和第二组件的密封并且整体呈环状。该密封件包括：骨架；以及密封唇部，其固定于骨架，并且密封唇部具有轴向自由端，该轴向自由端具有密封面。密封面具有沿周向分布的多个泵气槽，泵气槽的宽度在轴向上越靠近轴向自由端的轴向端缘越小。另外，本发明还提供了一种包括上述密封件的转动组件。这样，本发明提供了一种接近零泄漏、零摩擦的非接触式流体动压型密封件以及采用上述密封件的轴组件和轴承。

Description

密封件及转动组件

技术领域

本发明涉及密封领域，更具体地涉及用于能够相对转动的组件之间的密封的密封件以及采用该密封件的转动组件。

背景技术

在现有技术中，用于轴组件(包括能够相对转动的轴和外壳)中油介质密封的典型的密封件为接触式密封件，其通常具有环形形状并且通常与轴过盈装配在一起。如图1所示，该密封件包括骨架10、橡胶部20、密封唇部30和弹簧40。骨架10包括沿轴向A延伸的骨架轴向部分101和沿径向R延伸的骨架径向部分102，骨架轴向部分101用于与轴组件的外壳(未示出)固定。而橡胶部20附着于整个骨架10。密封唇部30从骨架10的骨架径向部分102的径向内侧端起向轴组件中的轴(未示出)延伸，并且密封唇部30的延伸出的一端和轴之间实现过盈装配，使得密封唇部30的一端与轴紧密地抵接在一起。进一步地，通过弹簧40对密封唇部30的与轴抵接的一端施加径向作用力，使得密封唇部30与轴能够更紧密地抵接在一起。这样，通过密封唇部30和轴之间的过盈力和弹簧40的作用力一起防止油介质的泄漏。

但是，由于上述现有技术的密封件的密封效果取决于密封唇部30与轴之间的接触力，为了较佳的密封效果，该密封件中的密封唇部30与轴之间的接触力通常设计的比较大。因而这种典型的油介质密封件通常具有非常大的摩擦力矩并且在工作过程中产生了非常大的磨耗量。

发明内容

基于上述现有技术中的密封件会产生非常大的摩擦力和磨耗量的缺陷而做出了本发明。为此，本发明采用了如下的技术方案。

本发明提供了一种如下的密封件，其用于能够相对转动的第一组件和第二组件的密封，所述密封件整体呈环状，其特征在于，所述密封件包括：骨架；以及密封唇部，所述密封唇部固定于所述骨架，并且所述密封唇部具有轴向自由端，该轴向自由端具有密封面，所述密封面具有沿周向分布的多个泵气槽，所述泵气槽的宽度在轴向上越靠近所述轴向自由端的轴向端缘越小。

优选地，所述多个泵气槽均相对于轴向倾斜地延伸，所述多个泵气槽相对于轴向的倾斜方向相同。

优选地，所述密封唇部具有彼此间隔开地设置的多个第一泵气槽和多个第二泵气槽，所述第一泵气槽和所述第二泵气槽均相对于轴向倾斜地延伸，所述第一泵气槽和所述第二泵气槽相对于轴向的倾斜方向彼此相反。

更优选地，所述第一泵气槽的尺寸大于所述第二泵气槽的尺寸；或者所述第一泵气槽和所述第二泵气槽的尺寸彼此相同。

优选地，所述泵气槽为弧形槽，所述弧形槽的弧形凸起向所述轴向自由端凸出。

优选地，所述密封面具有沿周向分布的多个泵油槽，所述泵油槽与所述泵气槽分隔开地设置，并且各所述泵油槽在所述轴向自由端的轴向端缘开口。

更优选地，所述泵油槽为半环槽；或者所述泵油槽为半圆槽，所述半圆槽为在所述轴向自由端的轴向端缘处的半圆形缺口。

优选地，所述轴向自由端具有与所述密封面相反的相反面，所述相反面设置有至少一个收缩槽，并且各所述收缩槽沿着整个周向延伸。

本发明还提供了一种如下的转动组件，所述转动组件包括：能够相对转动的第一组件和第二组件；以及根据如上的技术方案中任意一项技术方案所述的密封件。

优选地，所述骨架固定于所述第一组件，所述密封唇部朝向所述第二组件延伸并且所述轴向自由端的密封面用于与所述第二组件实现密封。

优选地，所述转动组件为轴组件，所述第一组件为外壳和轴中的一方，所述第二组件为外壳和轴中的另一方；或者所述转动组件为轴承，所述第一组件为轴承外圈和轴承内圈中的一方，所述第二组件为轴承外圈和轴承内圈中的另一方。

通过采用上述技术方案，本发明提供了一种接近零泄漏、零摩擦的非接触式流体动压型密封件以及采用上述密封件的转动组件。

附图说明

图1是示出了现有技术的接触式密封件的局部剖视示意图。

图2是示出了根据本发明的第一实施方式的密封件的局部剖视示意图。

图3是示出了根据本发明的第一实施方式的密封件的密封唇部的径向内侧面的局部示意图。

图4是示出了根据本发明的第二实施方式的密封件的局部剖视示意图。

图5是示出了根据本发明的第二实施方式的密封件的密封唇部的径向内侧面的局部示意图。

附图标记说明

10 骨架 101 骨架轴向部分 102 骨架径向部分 20 橡胶部 30 密封唇部40 弹簧

1 骨架 11 骨架轴向部分 12 骨架径向部分 2 橡胶部 3 密封唇部 3a 轴向自由端 3a1 密封面 3a2 相反面 31 泵气槽 311 第一泵气槽 312 第二泵气槽32 泵油槽 33 收缩槽

A 轴向 R 径向 C 周向

具体实施方式

以下参照说明书附图来说明本发明的具体实施方式。在附图中，标记A所表示的“轴向”为轴组件中的轴的中心轴线的方向；标记R所表示的“径向”为轴组件中的轴的径向R；标记C所表示的“周向”为轴组件中的轴的圆周方向。

根据本发明的密封件可以用于能够相对转动的两个组件之间的密封(例如可以用于包括能够相对转动的外壳和轴的轴组件中的油介质的密封)，以下以轴组件作为根据本发明的密封件的密封对象来说明本发明的具体实施方式。

(第一实施方式)

根据本发明的密封件整体具有环状结构。如图2所示，根据本发明的第一实施方式的密封件包括骨架1、橡胶部2和密封唇部3。

骨架1包括沿轴向A延伸的骨架轴向部分11和沿径向R延伸的骨架径向部分12，骨架轴向部分11用于固定于轴组件的外壳(未示出)。而橡胶部2主要附着于骨架径向部分12。密封唇部3从骨架1的骨架径向部分12的径向内侧端起向轴组件中的轴(未示出)延伸，并且密封唇部3的延伸出的轴向自由端3a和轴之间实现过盈装配，使得在轴组件处于静止状态(轴和外壳不进行相对转动)时密封唇部3的轴向自由端与轴紧密地抵接在一起。在本实施方式中，该轴向自由端3a具有与轴接触的密封面3a1和与该密封面3a1相反的相反面3a2。在本实施方式中，优选地，密封唇部3与橡胶部2形成为一体。

在本实施方式中，密封唇部3在密封面(径向内侧面)3a1的靠近轴向自由端3a的轴向端缘的部分处设置有一组泵气槽31，该一组泵气槽31包括在轴向A上设置于相同位置且沿着周向C均匀分布的多个泵气槽31。多个泵气槽31的尺寸和形状彼此相同。各泵气槽31均相对于轴向A倾斜地延伸且倾斜方向相同，泵气槽31的宽度越靠近轴向自由端3a的轴向端缘越小。

在本实施方式中，各泵气槽31相对于轴向的倾斜方向与该密封件组装的轴或外壳的旋转方向需要适配，泵气槽31的倾斜方向与轴的转动方向相同，与外壳的旋转方向相反(即泵气槽31越趋向于轴向自由端3a的轴向端缘越趋向于与外壳的转动方向相反的一侧)。这样，在密封唇部3相对于轴转动的情况下，空气在密封唇部3中从宽度较大的一端向宽度较小的另一端流动，从而产生使得密封唇部3的轴向自由端3a与轴在径向R上分离的分离力。

另外，在本实施方式中，泵气槽31为弧形槽，该弧形槽的弧形凸起在轴向A上向轴向自由端3a凸出。

密封唇部3在密封面(径向内侧面)3a1的与轴向自由端3a邻接的部分处设置有一组泵油槽32，该一组泵油槽32包括在轴向A上设置于相同位置且沿着周向C均匀分布的多个泵油槽32。多个泵油槽32的尺寸和形状彼此相同。各泵油槽32在轴向自由端3a的轴向端缘处开口，使得随着密封唇部3和轴相对转动的过程中油介质能够在该泵油槽32中流动。在本实施方式中，泵油槽32为半环槽(C形槽)，该半环槽具有在轴向自由端3a的轴向端缘处的两个开口，使得密封唇部3和轴相对转动的过程中，油介质能够在泵油槽32内流动。

另外，在本实施方式中，泵气槽31与泵油槽32的数量相等，并且成对设置泵气槽31与泵油槽32。每对泵气槽31与泵油槽32在轴向A上间隔开。这样，油介质在泵油槽32中流动有利于被密封的油介质不泄漏。

密封唇部3在相反面(径向外侧面)3a2的靠近轴向自由端的部分处设置有多个(在本实施方式中为四个)收缩槽33，每个收缩槽33均为环状且沿着整个周向C延伸。该多个收缩槽33在轴向A上等间隔地设置。通过在密封唇部3的相反面3a2上设置收缩槽33，方便密封唇部3的靠近轴向自由端3a的轴向端缘的部分能够适当地弯曲。这样，能够使得在密封唇部3和轴处于相对静止状态时，密封唇部3的密封面(径向内侧面)3a1的包括泵气槽31和泵油槽32的部分与轴之间能够实现面接触，从而保证了静态密封性以及当密封唇部3相对于轴转动过程中泵气槽31和泵油槽32能够正常起作用。另外，优选地，各收缩槽33的尺寸相同，并且收缩槽33的径向深度小于轴向自由端的径向厚度的1/4，以防止由于设置有收缩槽33而导致密封唇部3的强度过度减小。

以下说明根据本发明的第一实施方式的密封件的工作过程。如图3所示，当密封唇部3相对于轴朝向图中左侧的箭头所示的方向转动时，空气会随着上述转动进入密封唇部3的泵气槽31。当转动速度增大到一定程度之后，空气在泵气槽31中产生使密封唇部3与轴径向彼此分离的气流(分离力)，使得密封唇部3与轴之间产生非常微小的间隙(该间隙为微米级)。同时，通过上述转动，油介质从轴向自由端侧进入泵油槽32，并在泵油槽32中流动，进一步流出泵油槽32。在油介质在泵油槽32中流动的过程中，使得密封唇部3与轴之间实现了流体动压型密封。

需要说明的是，在本发明的密封件的密封唇部3与轴之间相对静止时，密封唇部3与轴是接触在一起的从而进行接触式密封。随着密封唇部3相对于轴的转速逐渐增大，使得密封唇部3与轴逐渐脱离接触，从而逐渐变成非接触式密封。这样，当密封唇部3与轴产生相对高速转动时，密封唇部3与轴之间是非接触的，并且通过油介质自身产生密封作用，从而实现了接近零泄漏、零摩擦的非接触式流体动压型密封。

(第二实施方式)

如图4所示，根据本发明的第二实施方式的密封唇部3与根据本发明的第一实施方式的密封唇部3的结构不同之处在于：在本实施方式中，密封唇部3的密封面3a1具有相对于轴向A倾斜的方向彼此相反的两组泵气槽31(第一泵气槽311和第二泵气槽312)，并且密封唇部3上的泵油槽32为半圆槽。

在上述第一实施方式中，由于密封唇部3相对于轴的相对转动方向是不变的，因此仅设置一组泵气槽31就足够了。但是，如果密封唇部3相对于轴的相对转动方向可以改变，则应该如本实施方式中那样，设置两组泵气槽31。

如图5所示，优选地，在密封唇部3相对于轴沿一个方向转动时的速度大于密封唇部3相对于轴沿另一个方向转动时的速度的情况下(如图所示密封唇部3向下转动时的速度大于向上转动时的速度)，与沿一个方向转动对应设置的第一泵气槽311的尺寸大于与沿另一个方向转动对应设置的第二泵气槽312的尺寸，这里的尺寸主要指泵气槽31的长度和宽度。另外，在其它实施方式中，在密封唇部3相对于轴沿两个方向转动时的速度相同的情况下，第一泵气槽311和第二泵气槽312的尺寸可以相同。

在本实施方式中，第一泵气槽311、第二泵气槽312与泵油槽32的数量相同，并且成组地设置第一泵气槽311、第二泵气槽312与泵油槽32。每组中的第一泵气槽311和第二泵气槽312在周向C上间隔开地设置，并且第一泵气槽311、第二泵气槽312与泵油槽32在轴向A上间隔开地设置。第一泵气槽311和第二泵气槽312的延伸方向与油介质在泵油槽32的油出口附近的流出方向大致相同。这样，来自第一泵气槽311和第二泵气槽312的气流有利于泵油槽32中的油介质的流动。

另外，不仅第一实施方式中的环状槽能够实现泵油槽32所应具有的作用，该泵油槽32还可以具有其它的形状。例如，在本实施方式中，泵油槽32为半圆槽，该半圆槽为在轴向自由端3a的轴向端缘处的半圆形缺口，该半圆槽的圆弧部设置于轴向自由端的轴向内侧。当密封唇部3相对于轴转动时，油介质从半圆槽的周向一侧流入、顺着圆弧部流动、然后从半圆槽的周向另一侧流出。

另外，根据本实施方式的密封唇部3的工作过程与根据本发明的第一实施方式的密封唇部3的工作过程是相同的，因此在这里不进行赘述了。

虽然以上对本发明的具体实施方式进行了详细的阐述，但是还需要说明的是：

1.虽然在上述具体实施方式中没有进行明确地说明，但是可以理解根据本发明的密封件实现了相对转动的两个组件之间的动态密封。

2.虽然上述具体实施方式中仅说明了根据本发明的密封件用于轴组件的密封，但是本发明不限于此，根据本发明的密封件还可以用于其它的能够相对转动的两个组件之间的密封，例如用于轴承的密封。

3.虽然在上述实施方式中将密封件的骨架1固定于轴组件的外壳，但是本发明不限于此。可以将密封件的骨架1固定于轴组件的轴，这样密封唇部3的轴向自由端的径向外侧面作为与轴组件的外壳接触的密封面，而径向内侧面作为与轴组件的外壳相对的相反面。

4.虽然在上述实施方式中均同时设置了泵气槽31、泵油槽32和收缩槽33，但是本发明不限于此。只要设置泵气槽31就可以实现相对转动的两个组件之间的非接触式密封。当然，在设置有泵油槽32和收缩槽33的情况下，能够提高根据本发明的密封件的密封效果，实现接近零泄漏、零摩擦的非接触式流体动压型密封。

5.虽然在上述具体实施方式中没有对泵气槽31、泵油槽32和收缩槽33的尺寸进行具体地说明，但是优选地，上述各槽的深度的单位为微米级，而上述各槽的长度和宽度可以是毫米级、甚至是厘米级。

6.虽然在上述具体实施方式中说明了泵气槽31和泵油槽32的具体形状，但是本发明不限于此。根据本发明的泵气槽31和泵油槽32还可以采用其它各种形状来实现上述功能。

7.虽然在上述具体实施方式中说明了泵气槽31和泵油槽32分别在轴向A上位于相同位置且沿着周向均匀分布，但是本发明不限于此。例如泵气槽31和泵油槽32可以在轴向A上位于不同位置(在轴向A上交错地分布)、也可以沿周向C不均匀分布。

8.应当理解，能够相对转动的两个组件可以仅有一个组件转动，也可以两个组件都转动。因此，在提及其中一个组件的转动或相对转动时，既可以表示该组件自身转动，也可以表示该组件相对于另一组件转动。

通过采用上述技术方案，本发明提供了一种接近零泄漏、零摩擦的非接触式流体动压型密封件。本发明还提供了采用上述密封件的轴组件和轴承。

本发明的保护范围不限于上述具体实施方式中的实施例，而是只要满足本发明的权利要求的技术特征的组合就落入了本发明的保护范围中。

Claims

1.一种密封件，其用于能够相对转动的第一组件和第二组件的密封，所述密封件整体呈环状，其特征在于，所述密封件包括：

骨架；以及

密封唇部，所述密封唇部固定于所述骨架，并且所述密封唇部具有轴向自由端，该轴向自由端具有密封面，

所述密封面具有沿周向分布的多个泵气槽，所述泵气槽的宽度在轴向上越靠近所述轴向自由端的轴向端缘越小，所述多个泵气槽之间互不连通。

2.根据权利要求1所述的密封件，其特征在于，所述多个泵气槽均相对于轴向倾斜地延伸，所述多个泵气槽相对于轴向的倾斜方向相同。

3.根据权利要求1所述的密封件，其特征在于，

所述密封唇部具有彼此间隔开地设置的多个第一泵气槽和多个第二泵气槽，所述第一泵气槽和所述第二泵气槽均相对于轴向倾斜地延伸，所述第一泵气槽和所述第二泵气槽相对于轴向的倾斜方向彼此相反。

4.根据权利要求3所述的密封件，其特征在于，

所述第一泵气槽的尺寸大于所述第二泵气槽的尺寸；或者

所述第一泵气槽和所述第二泵气槽的尺寸彼此相同。

5.根据权利要求1所述的密封件，其特征在于，所述泵气槽为弧形槽，所述弧形槽的弧形凸起向所述轴向自由端凸出。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的密封件，其特征在于，所述密封面具有沿周向分布的多个泵油槽，所述泵油槽与所述泵气槽分隔开地设置，并且各所述泵油槽在所述轴向自由端的轴向端缘开口。

7.根据权利要求6所述的密封件，其特征在于，

所述泵油槽为半环槽；或者

所述泵油槽为半圆槽，所述半圆槽为在所述轴向自由端的轴向端缘处的半圆形缺口。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的密封件，其特征在于，所述轴向自由端具有与所述密封面相反的相反面，所述相反面设置有至少一个收缩槽，并且各所述收缩槽沿着整个周向延伸。

9.一种转动组件，其特征在于，所述转动组件包括：能够相对转动的第一组件和第二组件；以及根据权利要求1至8中任一项所述的密封件。

10.根据权利要求9所述的转动组件，其特征在于，所述骨架固定于所述第一组件，所述密封唇部朝向所述第二组件延伸并且所述轴向自由端的密封面用于与所述第二组件实现密封。

11.根据权利要求9或10所述的转动组件，其特征在于，

所述转动组件为轴组件，所述第一组件为外壳和轴中的一方，所述第二组件为外壳和轴中的另一方；或者

所述转动组件为轴承，所述第一组件为轴承外圈和轴承内圈中的一方，所述第二组件为轴承外圈和轴承内圈中的另一方。