CN108027069B - 轴封总成 - Google Patents

Abstract

轴封总成可以包括定子和转子。转子配置为可随机轴一起转动，定子可以与轴承座接触。定子和转子可以采用具有径向和/或轴向槽和/或径向和/或轴向凸起的结构；这些特征可以配置为使定子和转子配合形成环形腔。配合环可以位于环形腔内，配合环可以配置为能够沿周向膨胀，使配合环的尺寸和/或形状在转动时与不转动时可以相反变化。

Description

轴封总成

相关申请的交叉引用

本发明主张2015年6月18日提交的美国临时专利申请(申请号：62/181,644)的优先权，本发明引用上述申请的全文。

技术领域

本发明涉及一种轴封总成和/或轴承隔离器及其多种实施例。在某些实施例中，轴封总成可能在内部使用了动环。

背景技术

轴承和轴承座密封可能是大多数转动设备故障的症结所在。这两类关键零件的寿命紧密相关。轴承座密封故障会导致轴承故障，而轴承状况不良会缩短转动设备的寿命。估计少量轴承可实现其最短设计寿命，在24,000到40,000小时之间(3到5年)。如果雨水、产品泄漏、碎片和清洗水进入轴承座，会污染轴承润滑剂，对轴承寿命产生灾难性后果。极少量的水即可危害轴承寿命。润滑油中的水污染水平为0.002％即可使轴承寿命缩短达 48％。据报道，低至0.10％的水分即可使轴承寿命缩短90％。

辅助机械设备轴封-有时称作轴承隔离器或密封环，在现代机械设备中变得日益重要，特别是在恶劣应用中的设备。例如，采石场中使用的机械动力传输装置经常受到强磨损性粉尘颗粒的影响。弹性唇(elastomeric lip)或O型圈轴封会快速磨损，导致在此类环境中发生故障。如果标准密封装置失效，则无法避免粉尘和外部污染物进入变速箱轴承座内部。无法避免传动装置的磨损唇型密封处泄露油或其它流体。

为避免腐蚀物侵入和润滑液泄漏，人们已经采用各种辅助或改进的主密封方式和装置。这些密封装置有的与机轴实现物理接触，机轴工作时实现滑动接触。还有其它装置会在密封件之间产生相互接触和滑动接触。但这两种方式都无法避免摩擦，导致零件磨损。

例如，通常称作油封的唇型密封是一种很成熟的轴承座保护方法，可避免水、粉尘、化学或蒸汽污染。唇型密封通常使用静态弹性唇或接触旋转轴或轴套的唇刷，按一定角度接触，从而避免污染物进入轴承座。尽管唇型密封初始成本低，但由于弹性材料或机轴自身磨损，会导致唇型密封的保护寿命较短，约为3000小时。

另一类密封为迷宫式装置，其采用弯曲通道，使得污染物难于进入轴承座，从而避免损害润滑剂效果。迷宫式密封装置的功能优点是无磨损和自通气。

在这些成功应用的密封装置中，有的不需要密封件之间有任何物理接触。美国专利 4,706,968、4,466,620、4,175,752、4,114,902、4,022,479和4,832,350发明的产品即属于此类产品，这类产品已被广泛接受和应用。

附图说明

作为本发明说明书的一部分，结合附图提供实施例图示及说明，可介绍方法和装置的工作原理。

图1是典型机械轴承座、轴承和伸出轴的剖视图，其中静止时的伸出轴安装了本发明的新型密封。

图2是类似图1的剖视图，进一步详细显示轴封。

图3是本发明轴封的爆炸图。

图4是显示伸出轴静止时的密封件放大剖视图。

图5是类似图4的放大剖视图，显示伸出轴以工作速度转动时的轴封零件状态。

图6是显示轴封总成不同特征的轴向截面图。

图7是显示轴封总成其它特征的轴向截面图。

图7A是图7所示轴封顶部的详图。

图8A是显示轴封总成更多特征的轴向截面图。

图8B是轴封总成外观示意图。

图9是转子顶部的轴向截面图和转子顶部轴向截面图。

图10是轴封总成顶部的轴向截面图。

具体实施方式

在公开和介绍本发明方法和装置前，首先要明确这些方法和装置不限于任何特定方法、特定零件或特定实施方式。还要明确此处所用术语仅用于描述特定实施例，并非用于限定范围。

本发明说明书和权利要求书中，除非上下文明确规定不同含义，否则所用单数“一(a)”、“一(an)”和“该(the)”涵盖复数含义。范围在文中可能采用从“大约(about)”特定值和/或到“大约(about)”另一特定值的表达。采用此类范围表达时，另一实施例包括从某一特定值和/或到另一特定值。类似地，使用先行词“大约(about)”将数值表达为近似值时，要将其理解为其它特定值可形成另一实施例。而且还要明确：各范围端点之间存在重要关联但又相互独立。

“可选(Optional或optionally)”表示后续描述事件或情况可能出现、也可能不出现，描述包括所述事件或情况出现时的实例和不出现时的实例。

在本发明说明书的描述和权利要求书中，单词“包括(comprise)”及其各种变形(如comprising和comprises)都表示“包括但不限于”，不用于排除其它零件、整数或步骤等。“示例(Exemplary)”表示“举例(an example of)”，并非表示优选或理想实施例。“例如(Such as)”并无限制性，仅用于说明。

公开的是可用于实现公开方法和装置的零件。本文公开的这些零件和其它零件表示当公开这些零件的组合、子集、相互作用和群组等，但可能未明确公开其不同个体、组合和排列的特指时，每个零件都经过特定的周密考虑并在此处描述，适用于所有方法和装置。这适用于本申请的所有特征，包括但不限于公开方法中的步骤。因此，如果有可以实施的不同附加步骤，要将其理解为这些步骤都可在公开方法的任一特定实施例或实施例组合中实施。

在详细说明本发明的不同实施例前，首先要明确本发明不限于以下描述或附图所示零件的详细结构和布局申请。本发明可用于其它实施例、可采用不同方式操作或运行。另外还要明确的是：文中用于装置或元件方位参考(包括例如“前”、“后”、“上”、“下”、“顶部”和“顶部”等)的措辞和术语仅用于简要描述本发明，自身不表示或暗示参考装置或元件必须采用特定取向。另外，本文和附带权利要求书使用的“首先”、“其次”和“第三”等词语仅用作描述，并非表示或暗示相关重要度或显著性。另外，本文列举或采用的所有尺寸都仅用作举例说明，除非在权利要求书中提出，否则不用于限定发明范围。

元件列表(图1-5)

本发明公开通常上涉及一种机械设备轴封装置，特别是当机轴静止时可有效密封的轴封总成10，其结构经过修改，在机轴以工作速度转动时，可以无摩擦地有效密封。

本发明公开的某些实施例为装有轴承座的机械提供改进的静态和动态密封，其中旋转轴从轴承座伸出，机轴静止时提供有效的零件间接触静态密封作用，机轴以工作速度转动时提供有效的非接触动态密封作用。

本发明公开的某些实施例还提供机轴静止时固态O型圈密封元件与密封定子和密封转子同时接触的机械密封，但机轴以正常工作速度转动时，密封元件会周向膨胀从而脱离定子。

尽管将结合一种或多种说明性特征介绍本发明公开的不同特征，但除非后面的权利要求明确提出，否则这并非限制本发明公开的范围。相反地，其用于涵盖所有本发明公开精神和范围可能包括的所有方案和改进等。

首先看图1，其中不同附图中的相同数字表示类似或相应元件，其中有已安装和在轴承座12中的密封或轴承隔离器10。旋转轴可以从此密封10和轴承座12中伸出。因功能需要，轴承14可按已知方式插至固定轴承座12和旋转轴13之间。

如图1、2和3所示，密封10的一种说明性特征通常可包括可固定至轴承座12的环状定子20和可固定至机轴13的配合转子环22，从而使转子环22随机轴13转动。转子和定子20、22可使用任何合适的材料制成，包括但不限于青铜、钢材、其它金属及其合金、聚合物等合成材料和/或上述材料的组合。

定子20的设计和尺寸要可通过轴承座12中的凹槽24内产生的轻度金属-金属过盈配合牢固配合。已知类型的O型圈密封26可在定子20和轴承座12之间产生有效且永久的密封，从而避免来自外部环境E的粉尘和其它污染物侵入，抑制或避免轴承座内部I的油或其它流体泄漏。可采用各种合适的结构和/或方法将定子20固定至轴承座12，包括但不限于机械紧固件、化学粘合剂和/或上述方式的组合。因此，本发明公开的范围不受限于定子20和轴承座12的接触方法和/或结构，除非后面的权利要求明确规定。

特别是，如图3所示，定子20通常可采用环形，但可以采用特定形状，从而使其内表面28通常呈圆柱形，可以采用特定尺寸，从而可在内表面28和相邻的机轴13外表面之间形成适度间隙。因此，可以将定子20牢固固定到轴承座12上，但同时不会接触机轴 13。

为了汇集润滑液和避免其沿机轴13流动，可在定子20的内部加工环形集液槽30。图示集液槽30上可加工第一或下游面32，其中下游面32通常可以与机轴13的A轴垂直。集液槽30上可以加工第二对侧面34，形状可以采用锥形。集液槽30采用这种结构后，可有效汇集可能沿机轴13表面从轴承座12的内部I向外部环境E方向流动的油或其它流体。可在定子20底部设置回流或排液槽36，该槽可向机轴轴线倾斜，从而汇集累积的油或其它流体，促使其返回轴承座12的内部底侧。

转子22可以固定至机轴13并随其转动。因此，转子22上可以加工O型圈限位槽42，该限位槽内可安装O型圈44。O型圈44尺寸可调或者可以在限位槽内适度压紧，从而与机轴13以适度的压紧力度接触，其压紧方式可以任选。可采用任何合适的结构和/或方法将转子30固定至机轴13，包括但不限于机械紧固件、化学粘合剂和/或上述方式的组合。因此，本发明公开的范围不受限于转子22和机轴13的接触方法和/或结构，除非后面的权利要求明确规定。

为在定子和静止转子22之间实现静态密封，转子22上可以形成轴向延伸的法兰50，定子20上可以形成配合槽52。在其径向内部，转子法兰50可以配置为限定一个轴向延伸的圆柱形凹面54，定子20结构可以配置为具有一个配合、对向、下置的轴向延伸面56。表面54和56之间可以插入固态的可伸缩O型圈类密封件60，当机轴13和转子22静止时，该密封件可与定子和转子22同时接触。

在图示特征中，该可伸缩密封件60可以插入转子法兰50内形成的密封件凹槽62中，密封件60可以采用特定尺寸和形状，从而在转子22和机轴13不运动时可以实现对面和相邻的定子凸面56与凹槽62的对面侧壁63的接触。为了改进密封件10和转子22静止时的密封件-定子间接触和密封接触，可在定子表面56上加工凹槽64，该细槽可以相对于凹槽62轴向对中。该凹槽64配置为限定两个相对的肩部66、68。肩部66和68可配置为在转子22不运动时能够沿两条相对的环形接触线接触弹性密封件60。因此，密封件60和定子20之间可以实现沿两个相对的环形肩部66、68的正向物理密封接触，密封件60和转子22之间可以实现一直沿密封件60和凹槽62的侧壁63之间的环形接触线69的正向物理接触。转子静止时，密封件60和凹槽62的底壁65之间可以存在间隙。密封件的这种静态结构如图4所示。

当转子22和机轴13以工作速度转动时，固态密封件60可以从其与定子20的接触状态被甩开，具体如图5所示。凹槽62可加工成径向深度过盈，从而可以使密封件60在转动时可以向轴向膨胀或延伸，从而使密封件60与定子20的表面56分开。由于密封件60 可能被施加和/或受到离心力，从而可以发生这种脱离或密封件60分离，使密封件60其沿凹槽62的壁面63滑动并脱离下面的定子凹面56时可以沿径向伸缩，具体如图5所示。在此类情况下，密封件60以及轴承隔离器10的相应元件可以配置为使得当机轴13以工作速度转动时，轴承隔离器10的所有静止部分与所有转动部分可以没有物理接触。因此，密封件60可以有效地动态抑制污染物侵入或流体泄漏，而且不产生摩擦和运行时无磨损。

如图4和图5所示，无论在静止和转动时，密封件60都基本上可以呈现圆形截面。机轴静止时，密封件60和凹槽62的底壁65之间有大约0.010英寸的间隙。该间隙可以使密封件60与定子表面56之间形成0.010英寸的脱离距离，相应地在密封件60周向增加0.020英寸。

凹槽64内可以使用油脂等润滑油，在升至足够高的工作速度从而使密封件60脱离定子20前，可以降低机轴13开始转动时的密封件60和定子20间摩擦力。密封件60可采用丁腈或氟橡胶制成的固态环形结构，氟橡胶可使用例如杜邦生产的Viton氟橡胶。密封件60可加工成低硬度，邵氏A硬度范围为40-70，从而使密封件60具有弹性变形性。正如业内一般技术人员所了解的，密封件60可以配置为使得当在离心力增加时自己能够增加形变并脱离与下面定子20的接触。这些离心力与移动密封件60线性速度的平方呈正比性增加。

轴承隔离器10的某些特征可以包括在定子凹槽52和配合转子法兰50内的附加的表面形态，这可能有助于抑制污染物侵入和流体泄漏，特别是在机轴13转动时。特别是，转子法兰50上可以形成一组肩部或角位70-79以及环形汇集槽80、82。类似地，定子凹槽52上可以形成配合凸起84和角位90-94。这些同心的定子20和转子22环可以配置为使得形成延伸长度和不同尺寸或厚度的环形、回旋、迷宫式通道96。这类通道最薄部位的半径或厚度在0.007英寸到0.150英寸之间。因此，转子22可以在定子20内旋转或转动，各表面间的摩擦力实际为零。迷宫式通道96可以有效地避免润滑油从轴承座内部I向外部E的流动，而且还可以避免污染物从外部E向内部I的侵入。

可在定子22底部加工径向向内的钻孔100，钻孔100可与汇集槽96连通。钻孔100可以配置为使得通向机器轴承座12的外部E，将汇集槽96中积聚的污染物和其它材料排出轴承隔离器10。将会发现使用已知方法就可以快速简单地制造定子20、转子22和密封件60。定子20和转子22在装配好以后的结构可以避免两者产生物理接触，从而在结构上和动态工作时互不干扰。

此处公开的轴承隔离器10的各种特征可以配置为使得提供可用于轴承座12及伸出轴承座12的旋转轴13的隔离器机构。此说明性实施例通常可以由用于接触轴承座12的定子20和用于接触机轴13的的转子构成。定子20和转子22可以采用特定形状，从而使得定子20包括圆柱形凸面结构部分，转子22形状可以包括位于定子凸面径向向外的圆柱形凹面结构的部分。密封件60可以位于转子凹面附近，当转子22和密封件60静止时，其与定子凸面接触。但是，密封件60可以配置为使得在转子22和密封件60以工作速度转动时能够被离心力伸展至脱离与定子20的接触。只要不违反本发明公开的精神和范围，轴承隔离器10的其它特征可以包括特性和/或功能的不同组合，但后面的权利要求有明确要求者除外。

元件列表(图6-10)

轴封总成10的各种说明性特征如图6-10所示，其中提供了四种轴封总成10的轴向截面图。此处介绍的说明性轴承总成10可以根据机械设备的用途进行特定调整，可以采用特定的结构，从而在机轴静止以及以工作速度转动时能够有效地密封设备部分(说明性轴封总成10可实现无摩擦)。轴封总成10可以改变部分结构，从而在机轴静止时与机轴转动的功能相反。

图6-10所示轴封总成10可以包括定子20和转子30。定子20可采用与轴承座接触的结构，其中轴承有伸出轴承座并可绕其转动的机轴。定子20部分可伸入轴承座内，可伸入轴承座内的定子部分长度受到肩部(和/或径向凸起28)的限制，该肩部可加工在定子 20的径向外表面上。定子20可通过1个或多个O型圈18与轴承座接触，其中各O型圈 18对应定子O型圈槽，可加工在使用过程中靠近轴承座的定子主体22的表面上。但是，可采用任何合适结构和/或方法将定子20固定到轴承座上，包括但不限于机械紧固件、化学粘合剂、焊接、过盈配合和/或上述方式的组合。因此，本发明公开的范围不受限于定子20和轴承座的接触方法和/或结构，除非后面的权利要求明确规定。

转子30可配置为与机轴接触，从而使转子30可绕机轴转动。转子30可以通过一个或多个O型圈18与机轴接触，其中各O型圈18可对应转子O型圈槽。但是，可采用任何合适的结构和/或方法使转子30和机轴接触，包括但不限于机械紧固件、化学粘合剂、焊接、过盈配合和/或上述方式的组合。因此，本发明公开的范围不受限于转子和机轴的接触方法和/或结构，除非后面的权利要求明确规定。

定子20可以采用特定形状，从而形成从定子本体21伸出的至少一个轴向凸起26和/ 或至少一个径向凸起28和/或采用一个或多个轴向和/或径向槽的结构。轴向和/或径向槽可以加工在定子本体21、轴向凸起26和/或径向凸起28内。各凹槽可以环绕上面形成凹槽的整个特征延伸，从而使凹槽呈现环状。类似地，各凸起26、28可以环绕整个定子20 延伸，从而使凸起26和28也呈现环状。除此之外，轴向和/或径向凸起26和28可以从定子本体21、轴向凸起26、径向凸起28、轴向槽和/或径向槽延伸。各示意图清楚显示：凸起28、28可以配合形成凹槽，反之亦然。

类似地，定子30可以形成从定子本体31伸出的至少一个转子轴向凸起36和/或至少一个转子径向凸起38和/或采用一个或多个转子轴向和/或径向槽的结构。转子轴向和/或径向槽可以加工在转子本体31、转子轴向凸起36和/或转子径向凸起 38内。各转子凹槽可以环绕上面形成转子凹槽的整个特征延伸，从而使转子凹槽呈现环状。类似地，各转子凸起36、38可以环绕整个转子30延伸，从而使转子凸起36和38也呈现环状。除此之外，转子轴向和/或转子径向凸起36和38可以从转子本体31、转子轴向凸起36、转子径向凸起38、转子轴向槽和/或转子径向槽延伸。各示意图清楚显示：转子凸起36、38可配合形成转子凹槽，反之亦然。

定子20和转子30可以配置为使定子20内的至少一个凸起26、28对应至少一个转子凹槽和/或使至少一个转子凸起36、38对应定子20内形成的至少一个凹槽。因此，定子20和转子30可以配置为使定子20的各凹槽和/或凸起26、28与各转子凹槽和/或转子凸起36、38配合，在定子20和转子30之间形成迷宫式密封和/或通道。经过精心设计，定子20和转子30之间的迷宫式通道可以有助于减轻/避免轴承座内的润滑剂从轴封总成10 处泄漏，同时还有助于减轻/避免外部污染物通过轴封总成10侵入轴承座内。

图6-10所示的轴封总成10可以配置为，实现图1-5所示的轴承隔离器10实施例的各种优点，因此，轴封总成10可按图1-5所示的轴承隔离器10的类似方式工作。但是，此处介绍的所有轴承隔离器10的不同元件、功能和描述都不会限制轴封总成10的范围，反之亦然。

一般情况下，图1-5所示的轴承隔离器10内的环形腔50(即容纳密封件60的部分轴承隔离器10)包括与机轴的旋转轴平行或垂直的表面(更具体为与其垂直的2个表面和与其平行的1个表面)，如图6-10所示的轴封总成10的实施例可以包括环形腔50和至少通常方向不与机轴旋转轴垂直或垂直的的表面，其中环形腔50可以有下面详细介绍的3个以上表面。

如图6-10所示，轴封总成可以在内部加工环形腔50，其中部分环形腔50在工作时被配合环52占据。经过精心设计，轴封总成10的一种特征中，配合环52可以采用与密封件60基本类似的形状和/或结构，其中后者已在图1-5所示的上述轴承隔离器10中介绍过。即配合环52可以使用固态的可伸缩材料制成，从而在受到预定大小的离心力时，配合环52可以径向向外膨胀。配合环52可以配置为使得当机轴(以及从而转子30和配合环52)与轴承座和定子20静止时，使定子20和/或转子在环形腔50的一个或多个表面 56b、56c(通常可以在定子20和/或转子30内形成径向向内的表面)上实现接触。

当机轴(以及从而转子30)开始以预定速度转动时，产生的离心力可以使配合环52被该离心力伸缩，从而使配合环52离开1个或多个表面56b、56c。配合环52可以配置为使得能够径向膨胀(该离心力作用)，直至与图6-10所示的轴封总成10内的转子30中形成的凹槽斜面54和/或凹槽外表面55、凹槽斜面54和凹槽外表面55接触。但是，除非后面的权利要求明确规定，否则凹槽斜面54和/或凹槽外表面55可采用不同结构。

通常如图6-7A所示，其中提供图6所示轴封总成的各种轴向截面图，转子30和定子20可配置为在中间形成环形腔50。结合部分转子30内形成的配合凹槽51,部分定子20内形成的配合凸起56可以产生环形腔50的各个边界。

通常如图6-7A所示，配合凸起56可形成径向面56a、斜角面56a和轴向面56c。如图所示，定子20可包括三个明显的斜角面56b，其中第一斜角面56b位于径向面56a的附近，第三表面56b位于轴向面56c的附近，第二斜角面56b位于第一和第三斜角面56b之间。三个斜角面56b还可以配置为，提供从径向面56a到轴向面56c的平滑梯度过渡，其中第一斜角面56b与径向面56a形成相对较小的角度，第二斜角面56b与径向面56a形成先对较大的角度，第三斜角面56b与径向面56a形成相对较大的角度(轴向面56c反之亦然)。另外，从径向面56a到斜角面56b、从斜角面56b到斜角面56b以及从斜角面到斜角面56c的各种过渡可以光滑和/或圆角化。如下所述，经过精心设计，当机轴静止时，这种从径向面56a到轴向面56c的相对平滑过渡，可以有助于正确放置配合环52。

配合凸起56可以在端面56d处终止。端面56d可以径向对准，从而通常与轴向面56c垂直。但是，除非后面的权利要求明确规定，其它轴封总成10可以采用不同结构的端面56d，不会受到限制。在某种特征设计下，档机轴静止时，至少部分配合环52可以与定子 20内形成的至少一个斜角面56b和/或轴向面56c接触，并同时与至少凹槽斜面54和/或转子径向凸起38的通常轴向的内表面接触。通过该方式，通过位于端面56d和通常轴向的转子30内表面之间的配合界面57，配合环可以避免环形腔50内的污染物穿过配合环 52移向机轴。

在另一方面，配合凸起56还可以包括或多或少的表面56a、56b、56c和/或多个径向面56a、斜角面56b和/或轴向面56c和/或由多个结构不限的斜角面56c，除非后面的权利要求明确规定。在使用过程中，部分径向面56a可以位于部分转子30的附近。靠近径向面56a的部分转子30还可以是转子凸起36、38等，这些凸起可加工成径向面，补偿至少图10 所示的径向面56a。但是，除非后续权利要求有明确规定，否则转子30任一特征和配合凸起56任一特征之间的界面结构将不受限制，可以采用其它结构。配合凹槽 51和配合凸起56可以形成全部或部分环形腔50，详细情况介绍如下。

通常可以在转子轴向凸起36内形成配合凹槽51。可在配合凹槽的径向向外末端形成径向顶位51a，此处的径向顶位51a可以采用相对平滑的结构。但是，除非后面的权利要求明确规定，否则径向顶位51a不受限制，可采用不同结构。转子30上可加工1个或多个径向钻孔(未显示)，从部分配合凹槽51开始径向延伸并穿过转子轴向凸起36，提供从环形腔50到通常位于转子30和定子20之间的径向外表面的径向通道。

凹槽外表面55可在径向顶位51a的任一侧上加工，每个凹槽外表面可从径向顶位51a 开始沿与机轴旋转轴成夹角并与该机轴垂直的方向延伸，其中方向分量通常可以径向向内 (即向机轴)。另外，凹槽外表面55与机轴旋转轴形成的夹角可以在5到90度之间，除非后面的权利要求明确规定，否则一个凹槽外表面55可采用不同夹角。另外，一个凹槽外表面55可从径向顶位51a开始沿通常径向和轴向向内的方向延伸(例如图6-10左侧的凹槽外表面55)，另一个凹槽外表面55可从径向顶位51a开始沿通常径向向内和轴向向外的方向延伸(例如图6-10右侧的凹槽外表面55)。同样，除非后面的权利要求明确规定，否则凹槽外表面55的结构不受限制，可采用不同结构。

通常仍然如图6-7A所示，配合凹槽51上可加工轴向顶位51b，从而使径向顶位51a可在第一末端形成至少一个凹槽外表面55，轴向顶位51b在第二末端形成至少一个凹槽外表面55。轴向顶位51b可采用相对平滑的结构。但是，除非后面的权利要求明确规定，否则轴向顶位51b不受限制，可采用不同结构。可通过径向顶位51a在第一末端和通过凹槽唇55a在第二末端形成另一凹槽外表面55。凹槽唇55a可与凹槽外表面55形成夹角，从而使凹槽外表面55和机轴的旋转轴之间的夹角大于凹槽唇55a和机轴的旋转轴之间的夹角。但是，除非后面的权利要求明确规定，否则凹槽唇55a不受限制，可采用不同结构。

如前所述，在径向表面56a上，部分转子30可位于径向表面56a附近。另外，径向面56a附近的部分转子30可以是转子轴向凸起36的通常轴向内表面，其中通常轴向的内表面可能与径向面56a以及可能形成部分配合凹槽51的其它表面平行。但是，如上所述，除非后面的权利要求明确规定，否则径向面56a不受限制，只要其必须垂直机轴的旋转轴，因此径向面56a附近的转子30表面不受限制。另外，如果径向面56a与机轴的旋转轴不垂直，则径向面56a附近的转子30表面可以采用类似角度，从而可以与径向面56a平行。但是，除非后续权利要求规定，否则转子30任一特征和配合凸起56任一特征之间的界面结构不受限制，可以采用其它结构。

凹槽斜面54可从轴向顶位51b开始伸展，通常沿径向向内和轴向向内的方向。凹槽斜面54可与机轴径向形成3到70度的夹角。凹槽斜面54和未停止于轴向顶位51b的凹槽外表面55可以互相平行。但是，除非后面的权利要求明确规定，本发明公开不限制凹槽斜面54、顶位51a、51b和/或外凹槽表面55的特定结构。

可通过轴向顶位51b在第一末端和通过拐点54a在第二末端形成凹槽斜面54。转子径向凸起38可从拐点54a沿通常径向向内的方向延伸。本转子径向凸起38的轴向内表面可配置为使其通常与机轴径向平行。随着机轴(以及因此转子30)开始转动，凹槽斜面54 和/或径向凸起38可以接触配合环52，从而损耗转动能量，可以驱动配合环52转动。配合环52转动产生的离心力可以推动配合环52沿径向向外伸展，从而使其部分从拐点54a 附近的凹槽斜面54区域移开，移向轴线顶位51b，从轴向顶位51b移开和移向径向顶位 51a。另外，当机轴以工作速度转动时，部分配合环52可以进入径向顶位51a。另外，配合环52和环形腔50可以配置为使得当机轴以工作速度转动时，所有配合环52都不会与定子20产生物理接触。配合凸起56中的各个表面56a、56b和56c可以配置为使得当机轴转动以及配合环52接触56a、56b和56c中的一个表面时，这些表面56a、56b和56c 可以帮助将配合环52压向转子30，从而当机轴转动时的定子20和配合环52之间的任何接触都呈现标称值。

现在参考图10，凹槽斜面54可配置为使其与对侧凹槽外表面55不平行(即凹槽外表面55未位于径向顶位51a和轴向顶位51b之间)。更具体地，凹槽斜面54和对侧凹槽外表面55可配置为使配合环52被压向径向顶位51a时，可将配合环52压至凹槽斜面54和部分对侧凹槽外表面55之间，这是因为机轴(以及因此转子30)转动产生了离心力。仍然参考附图，两个凹槽外表面55可以形成大于90度的夹角，凹槽斜面54附近的凹槽外表面55和凹槽斜面54之间也类似。另外，径向顶位51a和轴向顶位51b之间的凹槽外表面55的长度可能短于凹槽斜面54与凹槽外表面55之间的长度。很显然，只要不违反本发明公开的精神和范围，环形腔50的各表面可采用其它结构。

仍然参考图10，配合凸起56可配置为使得不需要轴向面56c。配合凸起56可配置为使斜角面56b靠近端面56d。因此，除非后面的权利要求明确规定，本发明公开的范围不限定于有轴向面56c的轴封总成10。

现在参考图6-10，定子20和转子30可配置为使转子30内形成的拐点54a可以处于与机轴的旋转轴大约相同的半径距离，与端面56a和轴向表面56c或斜角面56b之间的过渡一样。但是，除非后面的权利要求明确规定，否则可以采用其它结构。

现在参考图6-10，轴封总成10可配置为使定子20可包括斜向凸起以及使转子30可以包括转子斜向凸起。斜向凸起和转子斜向凸起可以配置为互相配合，使定子20和转子 30之间形成卡紧功能，该功能在美国专利第7,052,014号中有详细介绍。为简要起见，在此不再赘述。

现在参考图6-10，轴封总成10可配置为使定子20和转子30之间的第一外部界面位于径向凸起28和转子径向凸起38的通常径向取向的平面上，其中径向凸起28和转子径向凸起38都可以有外表面。从界面沿大致轴向内向的方向移动，径向凸起28和转子径向凸起38之间的距离可能增加。即定子20和转子30之间的第一外部界面的径向尺寸可以在通常轴向向内的方向内增加。因此，径向槽和/或转子径向槽内的所有材料都可以受到轴封总成10从内到外的漏斗作用影响，因此轴封总成10内部的污染物容易向外排出。另外，如果在本界面附近的轴封总成10外部喷洒污染物(如水)，该界面将从外部向内开口，从而可以使喷洒的污染物按扇形方式扩散，可以阻止污染物进入轴封总成10。

轴封总成可以配置为使转子30明显包括两个不同部分，即转子底座和转子本体31。定子和/或转子相对于机轴和/或轴承座轴向移动时，可以利用定子20和转子30减轻和/或避免转子30脱离定子20。

转子底座可以配置为与机轴接触，从而使转子底座可以绕机轴转动。转子本体31可以配置为与转子底座接触，从而使转子本体31可以绕转子底座转动。另外，转子底座可以通过一个或多个O型圈18与机轴接触，其中各O型圈18可以对应转子底座内形成的转子O型圈槽。转子本体31可以通过一个或多个O型圈18与转子底座接触，其中各O型圈 18可对应转子底座和/或转子本体31内形成的转子O型圈槽。但是，可采用任何合适的结构和/或方法使转子底座和机轴和/或转子底座与转子本体31接触，包括但不限于机械紧固件、化学粘合剂、焊接、过盈配合和/或上述方式的组合。因此，本发明公开的范围不受限于转子底座和机轴采用的接触方法和/或结构和/或转子底座与转子本体31采用的接触方法和/或结构，除非后面的权利要求明确规定。

转子底座上可以加工从转子底座1伸出的至少一个转子轴向凸起36和/或至少一个转子径向凸起38和/或采用一个或多个转子轴向和/或径向槽的结构。转子轴向和/或径向槽可以加工在转子底座、转子轴向凸起36和/或转子径向凸起38内。各转子凹槽可以环绕上面形成转子凹槽39、39a的整个特征延伸，从而使转子凹槽呈现环状。类似地，各转子凸起36、38可以环绕整个转子底座延伸，从而形成环形的转子凸起36和38。除此之外，转子轴向和/或转子径向凸起36和38可以从转子底座、转子轴向凸起36、转子径向凸起 38、转子轴向槽和/或转子径向槽开始伸展。各示意图清楚显示：转子凸起36、38可以配合形成转子凹槽，反之亦然。

另外，轴封总成10可以配置为，从而使定子20内形成的径向槽可以对应在轴封总成10 的通常轴向内部的转子底座内形成的转子径向槽。轴封总成10还可以配置为，从而使定子20内形成的另一径向槽可以对应在轴封总成10 的轴向和径向内部的转子本体31内形成的转子径向槽。但是，除非后面的权利要求明确规定，否则转子本体31、转子底座和定子20a不受限制，可以采用其它结构。

定子20上可加工定子O型圈槽，从而可以容纳滑轨。经过精心设计，滑轨、定子20、转子底座可以配置为使滑轨的底部切线与滑轨附近的转子底座的外表面共线。顺贴的滑轨可以允许径向机轴移动一定的距离和/或其它偏位，并同时保持定子20和部分轴封总成10附近转子底座的最小间隙。这一最小间隙可帮助润滑盐雾恢复液体状态，还可减少过多油脂(或其它润滑剂)进入定子20和转子30之间的界面。滑轨可采用自然润滑以及相对较软和相对顺贴的材料制成，包括但不限于PTFE。

如图6-10所示的轴封总成10说明性特征具有多种优点，有助于图1-5所示的轴承隔离器10的各种应用。例如，在图6-10所示的轴封总成10中，因为凹槽斜面54可与机轴的旋转轴形成非垂直角度，配合凹槽51的凹槽斜面54和凹槽外表面55与配合环52的界面直径之间的特定间距不如其对轴承隔离器10的实施例那么关键。即，图6-10所示轴封总成10内的环形腔50的结构可以提高转子30通过凹槽斜面54影响配合环52转动能量的能力，不需要在配合环52边缘和环形腔50各表面之间极其关键的公差。在轴封总成10 的某些说明性特征中，转子30可以使配合环52通过自身的弹性张力而转动，而不是依靠转子30内形成的尺寸公差，其与配合环52的截面宽度相关。

如图6-10所示的轴封总成10另一优点可能是：机轴不转动时，配合环52可以接触多个表面。配合环52可以至少同时接触凹槽斜面54、轴向面56c和斜角面56b。

机轴转动会使转子30也转动，配合凹槽51中形成的凹槽斜面可以影响配合环52的转动能量，这可以使配合环52周向膨胀而进入配合凹槽51，可以使配合环52与配合凹槽 51的一个或多个表面接触(例如一个或两个凹槽外表面55、顶位51a、51b、凹槽斜面54 等和/或上述方式的组合)。这种膨胀还可以使配合环52离开凹槽斜面54、轴向表面56c 和/或斜角面56b。

轴封总成10的功能有时对转子30和定子20之间的相对轴向移动和/或偏位不如以前的设计那么灵敏。即使转子30沿对侧的定子轴向向外的方向移动时，配合环52仍可以保持与一个凹槽外表面55、配合凸起56内形成的凹槽斜面54、斜角面56b和/或轴向面56c 的接触。但是，除非后面的权利要求明确规定，否则可以采用其它结构。

另外，与现有设计相比，轴封总成10的设计更易于组装。因为环形腔50的各表面结构可以使配合环52受到比转子30与定子接触时更小的剪切力，因此这是可以实现的。

最后，对于给定的轴向尺寸，轴封总成10可以采用功能更多的特定结构，从而比现有设计减轻污染物侵入和/或润滑剂泄漏。这种潜在优势可能是轴封总成10的说明性特征使得至少部分环形腔50位于定子20和/或30区域内，而这些区域在轴承隔离器10中并不使用。

用于制造轴封总成10和各种元件和/或零件的材料将根据特定应用变化，但聚合物、金属、合金、天然材料、纤维材料和/或上述材料的组合可能在某些应用中特别有用。因此，可使用业内人员所熟知的任何材料或后续开发的材料制造，只要材料适合本发明公开的特定用途并且不违反该发明公开的精神和范围，但后续权利要求有规定者除外。另外， O型圈18和/或滑轨可以使用适于轴封总成10特定应用的任何材料制成，这些材料包括但不限于内嵌金属功能的聚合物、合成材料、弹性体、天然材料和/或上述材料的组合，但后续权利要求有规定者除外。

配合环52可以采用丁腈或氟橡胶制成固态环形结构，氟橡胶可采用例如杜邦生产的 Viton。配合环52可加工成低硬度，邵氏A硬度范围为40-70，从而使配合环52具有弹性变形性。但是，除非后面的权利要求明确规定，否则可以使用其它材料生产配合环52。配合环52可以配置为，从而随着离心力的增加，使其能够逐渐变形以与定子20分开。这些离心力与移动配合环52的线性速度的平方呈正比性增加。

介绍完各种优选特征的方法和装置后，业内人员将会很自然地想到本发明公开的其它特征以及根据本文介绍的实施例的各种改进和修改，只要不违反本发明公开的精神和范围，这些方案都可以实现。因此，本文介绍和图示的方法和实施例仅用于说明，除非后面的权利要求有明确规定，否则本发明公开范围将扩展至具备轴封总成各种优点和/或功能的所有方法和/或结构。另外，除非后续权利要求有固定，本文图示介绍的方法和实施例不限制轴承隔离器10和/或防爆电流转移装置10'的范围。

所有尺寸都仅供说明用，不对本发明公开产生任何限制。应该注意：轴封总成10及其各种元件不限定于本文图示介绍的特定实施例，而可以是适于减轻和/或避免污染物侵入和/或润滑剂泄漏的所有类似装置和方法，或者具备轴封总成10的其它优点或功能的类似装置和方法和/或零件。只要不违反轴封总成10发明的精神和范围，对上述实施例的改进和修改对于业内人员是理所当然的。

本发明公开的轴封总成10的所有特性、零件、功能、优点、特征和结构都可以单独使用或组合使用，这取决于功能的相容性。因此，存在无限数量的轴封总成的变体。除非后续权利要求有规定，否则对某种特性、零件、功能、特征和结构的改进和/或替代不会限制本轴封总成10的发明范围。

本文公开的轴封总成涵盖文中提及的、文本和/或图纸显示的和/或自身所示的一种或多种具体特征的所有组合方案。所有这些不同组合都构成轴封总成10和/或其零件的各种可选方面。本文描述的实施例阐述了实现轴封总成10和/或其零件的已知最佳模式，将有助于本领域其他技术人员使用。权利要求将包括背景技术可允许的其它实施例。

尽管已结合优选特征和特定示例对轴封总成10及其零件进行了描述，但这并非表示范围限定于本文提出的特定实施例，因为本文中的实施例仅用作说明而非限制。

除非另有说明，本文提出的所有方法都不得视为需要按特定顺序执行其步骤。因此，如果方法的权利要求实际未规定步骤执行顺序或者权利要求或描述未特定声明步骤限定于某特定顺序，则不需断定其按任何特定步骤实施。该要求适用于可能的未明确说明，包括但不限于步骤排序或操作流程相关的逻辑、从语法组织或标点符号推导普通含义以及本发明说明书描述的实施例的数量和类型。

Claims (20)

1.一种轴封总成，其包括：

a.定子，配置为用于接触设备轴承座，所述定子包括：

i.定子本体；

ii. 从所述定子本体伸出的配合凸起；

b.转子，配置为用于接触具有旋转轴并从所述设备轴承座伸出和绕其转动的机轴，所述转子包括：

i.转子本体；

ii. 配合凹槽，其中所述配合凹槽和所述配合凸起形成环形腔；

c.位于所述环形腔内的配合环，所述环形腔包括：

i.位于所述配合凹槽径向向外点的径向顶位；

ii. 从所述径向顶位在大致轴向向内和径向向内的方向延伸的第一凹槽外表面，其中所述第一凹槽外表面的取向使其与所述机轴的所述旋转轴以及所述机轴的所述旋转轴的法向平面存在夹角，以及

iii.从所述径向顶位在大致径向向内和轴向向外的方向延伸的第二凹槽外表面，其中所述第二凹槽外表面的取向使其与所述机轴的所述旋转轴以及所述机轴的所述旋转轴的法向平面存在夹角，其中所述环形腔进一步包括斜角面，其中所述斜角面位于所述配合凸起上。

2.根据权利要求1所述的轴封总成，其中所述环形腔进一步包括位于所述径向顶位对侧的所述第二凹槽外表面终点处的轴向顶位。

3.根据权利要求2所述的轴封总成，其中所述环形腔进一步包括从所述轴向顶位在大致径向向内和轴向向内方向延伸的凹槽斜面。

4.根据权利要求3所述的轴封总成，其中所述环形腔进一步包括位于所述轴向顶位对侧的所述凹槽斜面终点处的拐点。

5.根据权利要求4所述的轴封总成，其中所述环形腔进一步包括位于所述径向顶位对侧的所述第一凹槽外表面终点处的凹槽唇。

6.根据权利要求5所述的轴封总成，其中所述环形腔进一步包括第二斜角面，其中所述第二斜角面位于所述配合凸起上。

7.根据权利要求6所述的轴封总成，其中所述配合凸起进一步包括径向表面，其中所述径向表面邻近所述斜角面。

8.根据权利要求7所述的轴封总成，其中所述配合凸起进一步包括端面，其中所述端面邻近所述转子。

9.根据权利要求8所述的轴封总成，其中所述环形腔进一步包括轴向面，其中所述轴向面位于所述第二斜角面和所述端面之间，其中所述轴向面在所述配合凸起上。

10.根据权利要求9所述的轴封总成，其中所述凹槽斜面被进一步限定为与所述机轴的所述旋转轴以及所述机轴的所述旋转轴的所述法向表面存在夹角。

11.根据权利要求10所述的轴封总成，进一步包括所述定子和所述转子之间的配合界面，所述配合界面关于所述环形腔径向向内。

12.根据权利要求11所述的轴封总成，其中所述配合界面被进一步限定为位于所述端面和沿径向向内方向延伸越过所述拐点的转子径向凸起之间。

13.根据权利要求12所述的轴封总成，其中所述转子进一步包括转子轴向凸起，所述配合凹槽被进一步限定为位于部分所述转子轴向凸起内。

14.根据权利要求13所述的轴封总成，其中所述转子轴向凸起的轴向向内表面被进一步限定为位于邻近所述配合凸起的所述径向表面。

15.根据权利要求14所述的轴封总成，其中所述径向顶位和所述轴向顶位被进一步限定要光滑。

16.根据权利要求15所述的轴封总成，其中所述第一和第二凹槽外表面被进一步限定为相互形成大于90度的夹角。

17.根据权利要求15所述的轴封总成，其中所述第二凹槽外表面和所述凹槽斜面被进一步限定为相互形成大于90度的夹角。

18.根据权利要求15所述的轴封总成，其中所述凹槽斜面被进一步限定为与所述机轴的所述旋转轴的法向表面形成45度夹角。

19.一种轴封总成，其包括：

a.定子，配置为用于接触设备轴承座，所述定子包括：

i.定子本体；

ii. 从所述定子本体伸出的配合凸起；

b.转子，配置为用于接触具有旋转轴并从所述设备轴承座伸出和绕其转动的机轴，所述转子包括：

i.转子本体；

ii. 配合凹槽，其中所述配合凹槽和所述配合凸起形成环形腔；

c.位于所述环形腔内的配合环，所述环形腔包括：

i.位于所述配合凹槽的轴向向外点的轴向顶位；

ii. 从所述轴向顶位在大致轴向向内和径向向外的方向延伸的第一凹槽外表面，其中所述第一凹槽外表面的取向使其与所述机轴的所述旋转轴以及所述机轴的所述旋转轴的法向平面存在夹角；以及

iii.从所述轴向顶位在大致径向向内和轴向向内的方向延伸的凹槽斜面，其中所述凹槽斜面的取向使其与所述机轴的所述旋转轴以及所述机轴的所述旋转轴的法向平面存在夹角，

所述环形腔进一步包括斜角面，其中所述斜角面位于所述配合凸起上。

20.一种定子和转子之间配合界面的正向密封方法，所述方法包括：

a.配置定子接触设备轴承座，所述定子包括：

i.定子本体；

ii. 从所述定子本体伸出的配合凸起；

b.配置转子接触具有旋转轴并从所述设备轴承座伸出和绕其转动的机轴，所述转子包括：

i.转子本体；

ii. 配合凹槽，其中所述配合凹槽和所述配合凸起形成环形腔；

c.将一配合环置于所述环形腔内，所述环形腔包括：

i.位于所述配合凹槽的轴向向外点处的轴向顶位，其中所述配合界面从所述环形腔在大致径向向内方向延伸；

ii. 从所述轴向顶位在大致轴向向内和径向向外的方向延伸的第一凹槽外表面，其中所述第一凹槽外表面的取向使其与所述机轴的所述旋转轴以及所述机轴的所述旋转轴的法向平面存在夹角；以及

iii.从所述轴向顶位在大致径向向内和轴向向内的方向延伸的凹槽斜面，其中所述凹槽斜面的取向使其与所述机轴的所述旋转轴以及所述机轴的所述旋转轴的法向平面存在夹角；

d.使所述配合环盖住邻近所述环形腔的所述配合界面；以及，

e.使所述配合环沿大致径向向外的方向延伸，当所述机轴以预定速度转动时，使所述配合环不会盖住所述配合界面，

所述环形腔进一步包括斜角面，其中所述斜角面位于所述配合凸起上。

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