CN108278367B - 用于轴的能够径向移位的密封组件 - Google Patents

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CN108278367B CN201711450350.8A CN201711450350A CN108278367B CN 108278367 B CN108278367 B CN 108278367B CN 201711450350 A CN201711450350 A CN 201711450350A CN 108278367 B CN108278367 B CN 108278367B
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Abstract

本发明涉及用于密封外构件的内表面与位于外构件内的轴的外表面之间的空间的密封组件。所述密封组件包括：环形的密封主体，其具有第一轴向端、第二轴向端、内周面和外周面；和密封唇，其从所述密封主体沿径向向内延伸，并具有能够与所述轴的外表面密封接合的内表面。所述密封主体的尺寸被设计成使得在所述密封主体的外表面与所述外构件的内表面之间限定出余隙空间，并且被设计成使得所述密封主体的内表面的一部分能够与所述轴接合，使得所述密封主体能够在所述轴沿径向移位时在所述余隙空间内沿径向移位。与外构件联接的保持件具有径向表面，施力构件朝向保持件的径向表面或径向止挡面对密封主体施力。

Description

用于轴的能够径向移位的密封组件
技术领域
本发明涉及密封件，更特别的是，涉及用于密封位于能角移位的轴与外构件之间的环形空间的密封件。
背景技术
已知用于密封(位于)内部的轴与外(部的)构件(例如凸台)之间的空间的密封件，该密封件通常包括大致环形的主体，所述主体固定地设置在外构件或凸台内，并具有能够与轴的外周面密封接合的内周面。在某些应用中，例如在建筑车辆(例如前端装载机)上使用的升降机构的连接装置组件(linkage assemblies)中，理想的是提供自润滑轴承以在凸台内支撑轴，所述轴承例如为绕丝轴承(filament-wound bearings)。然而，这样的轴承趋向于允许轴相对于外构件/凸台有一定的径向移位量，进而允许相对于密封件有一定的径向移位量，这可能导致污染物侵入接头内。
发明内容
在一个方面，本发明涉及一种密封组件，用于密封以下三者之间的环形空间：外构件的内周面；设置在所述外构件内的轴的外周面；大致在所述外构件的内周面与所述轴的外周面之间延伸的径向止挡面。所述外构件具有孔，该孔具有中心线，所述轴至少部分地设置在所述孔内，并且能够绕着中心轴线角移位(/有角位移)或者能够沿着中心轴线直线移位。所述密封组件包括：大致环形的密封主体，其具有第一轴向端、第二轴向端、内周面和外周面；和密封唇，其从所述密封主体的剩余部分大致沿径向向内延伸。所述密封唇具有能够与所述轴的外周面密封接合的内周面。所述密封主体的尺寸被设计成使得在所述密封主体的外周面与所述外构件的内周面之间限定出余隙空间。所述密封主体的内周面的至少一部分能够与所述轴接合，使得所述密封主体能够在所述轴相对于所述孔的中心线而言沿径向移位时在所述余隙空间内大致沿径向移位。
在另一方面，本发明还涉及一种密封组件，用于密封以下三者之间的环形空间：外构件的内周面(/内表面)；设置在所述外构件内的轴的外周面(/外表面)；大致在所述外构件的内周面与所述轴的外周面之间延伸的径向止挡面。所述外构件具有孔，该孔具有中心线，所述轴至少部分地设置在所述孔内，并且能够绕着中心轴线角移位或者能够沿着中心轴线直线移位。所述密封组件包括：大致环形的密封主体，其具有第一轴向端、第二轴向端、内周面(/内表面)和外周面(/外表面)；和密封唇，其从所述密封主体的剩余部分大致沿径向向内延伸。所述密封唇具有能够与所述轴的外周面密封接合的内周面。所述密封主体的尺寸被设计成使得在所述密封主体的外周面与所述外构件的内周面之间限定出余隙空间。所述密封主体的内周面的至少一部分能够与所述轴接合，使得所述密封主体能够在所述轴相对于所述孔的中心线而言沿径向移位时在所述余隙空间内大致沿径向移位。此外，保持件被固定地设置在外构件的孔内，并具有径向表面，施力构件被构造成大致沿轴向朝向保持件的径向表面对密封主体施力。如此，密封主体的第一轴向端与保持件的(径向)表面密封地接合。
在另一方面，本发明涉及一种机械组件，包括：外构件，其具有内周面和带有中心线的孔；和轴，其至少部分地设置在外构件的孔内、具有外表面并且能够绕着中心轴线角移位或者能够沿着中心轴线直线移位。一种密封组件，用于密封以下三者之间的环形空间：外构件的内表面；设置在所述外构件内的轴的外表面；和大致在所述外构件的内表面与所述轴的外表面之间延伸的径向止挡面。所述密封组件包括：大致环形的密封主体，其具有第一轴向端、第二轴向端、内周面和外周面；和密封唇，其从所述密封主体的剩余部分大致沿径向向内延伸。所述密封唇具有能够与所述轴的外周面密封接合的内周面。所述密封主体的尺寸被设计成使得在所述密封主体的外周面与所述外构件的内周面之间限定出余隙空间。此外，所述密封主体的内周面的至少一部分能够与所述轴接合，使得所述密封主体能够在所述轴相对于所述孔的中心线而言沿径向移位时在所述余隙空间内大致沿径向移位。此外，保持件被固定地设置在外构件的孔内并具有径向表面，施力构件被构造成大致沿轴向朝向保持件的径向表面对密封主体施力。如此，密封主体的第一轴向端与保持件的(径向)表面密封地接合。
附图说明
当结合附图进行阅读时，将更好地理解本发明的前述内容以及优选实施方式的详细说明。出于图示本发明的目的，在概略的图中示出了当前优选的实施方式。然而，应当理解，本发明不限于所示的确切配置和机构。在图中：
图1是示出了安装在外构件内的且绕着轴安装的根据本发明的密封组件的局部(broken-away)轴向截面图；
图2A和图2B(统称为图2)分别是安装(好)的密封组件的轴向截面图，图2A示出了以孔的中心线为中心的密封主体，而图2B示出了从孔的中心线(发生)径向移位的密封主体；
图3是被示出处于与轴和与外构件分离的未安装状态下的密封组件的部分轴向截面的局部立体图；
图4是被示出处于未安装状态的密封组件的轴向截面图；
图5是被示出具有作为另一种选择的保持件结构的密封组件的局部轴向截面图；
图6是显示出抵着垫圈和轴承安装的密封组件的局部轴向截面图；
图7是示出了安装在外构件内的且绕着轴安装的根据本发明的密封组件的作为另一种选择的结构的局部轴向截面图；以及
图8是被示出处于未安装状态的密封组件的作为另一种选择的结构的轴向截面图。
具体实施方式
在以下说明中使用的特定术语仅是为了方便，而非限制。词语“内”、“向内”和“外”、“向外”分别是指朝向和远离正在说明的元件的指定中心线或几何中心的方向，从说明书的上下文中容易知晓具体含义。此外，如本文使用的，词语“连接”和“联接”均意在包括：两个构件之间的、在这两个构件之间不夹着任何其它构件的直接连接；构件之间的、在构件之间夹着一个或多个其它构件的间接连接；以及两个或更多个构件之间的有效连接(operative connections)。术语包括以上具体提及的词语、该词语的派生词和类似的外来词。
现在详细参照附图，在附图中始终使用相同的附图标记表示相同的元件，在图1-图8中示出了用于密封位于以下三者之间的大致环形空间SA的密封组件10：外构件1的内周面1a(优选为如下述的接头组件的凸台)；设置在外构件1内的销或轴2的外周面2a；和大致在所述内周面(/内表面)1a与所述外周面(/外表面)2a之间延伸的径向止挡面(radialstop surface)3a。外构件1具有带有中心线LB的孔5，孔5可以至少部分地由内表面1a限定。轴2至少部分地设置在孔5内，能够绕着中心轴线AC发生角移位(/角位移)(angulardisplaceable)或者能够沿着中心轴线AC直线移位，并具有外表面2a。密封组件10基本上包括密封主体(seal body)12，并且优选还包括保持件14和施力构件16。密封主体12具有第一轴向端12a和第二轴向端12b以及内周面13和外周面15以及大致悬臂状的密封唇18。密封唇18从(密封)主体12的剩余部分大致沿径向向内延伸，优选还大致沿轴向延伸，并具有能够与轴(的)外表面2a密封接合的内周面19。
密封主体12的尺寸被设计成和/或密封主体12被构造成使得在密封主体外表面15与外构件内表面1a之间限定出外余隙空间(/外游隙空间)(outer clearance space)CS。换言之，如图1所示，位于外表面15处的密封主体外(直)径ODS充分小于外构件内表面1a的内径IDM，以提供余隙空间CS。此外，密封主体12的尺寸还被设计成和/或密封主体12还被构造成使得密封主体内表面13的至少一部分13能够与轴2接合，从而使密封主体12与轴2松联接(loosely couple)。如此，如图2所示，当轴2相对于孔中心线LB径向移位时，密封主体12能够在余隙空间CS内大致径向移位。具体地说，如果轴2相对于孔中心线LB移位了径向距离d1(或者轴2被安装成相对于孔中心线LB有径向距离d1)，则密封主体12能够在余隙空间CS内移位相等的径向距离d2以适应这种轴(的)移位或偏移。因此，通过设置有能够径向移位的密封主体12，密封组件10能够在确保使轴2与外构件1之间的空间SA密封的同时补偿轴2的径向移位(这可能会在被绕丝衬套(wound-filament bushing)或类似的轴承支撑时发生)。
优选的是，保持件14与外构件1联接并具有径向表面17，施力构件16被构造成大致沿轴向朝向保持件径向表面17或者朝向径向止挡面3对密封主体12施力。更具体地说，在图1至图6所示的当前优选的第一结构中，施力构件16设置在径向止挡面3与密封主体第二轴向端12b之间的轴向间隙GA1中，并且大致沿轴向朝保持件径向表面17对密封主体12施力。如此，密封主体第一轴向端12a与保持件径向表面17密封地接合，从而密封了外余隙空间CS，并且施力构件16被构造成实质上密封轴向间隙GA1。在图7和图8所示的作为另一种选择的结构中，施力构件16设置在保持件径向表面17与密封主体第一轴向端12a之间的轴向间隙GA2中，并大致沿轴向朝向径向止挡面3对密封主体12施力。如此，密封主体第二轴向端12b与径向止挡面3密封地接合，以密封了外余隙空间CS，并且施力构件16实质上密封轴向间隙GA2。
特别参照图1，密封主体12的尺寸优选被设计成使得密封(主体)内表面13的能够与轴外表面2a接合的部分具有第一内径ID1并且密封唇18具有第二内径ID2。优选的是，第一内径ID1大于第二内径ID2且小于轴(的)外径ODS。如此，密封主体内表面部分13和唇密封(表)面19两者以干涉配合的方式与轴外表面2a接合，但是对于密封唇18来说，被更“紧”地抵靠轴1密封。此外，密封主体内表面部分13b与轴外表面2a的接合使得密封主体12能够“跟踪(track)”轴1的径向运动。此外，密封主体12优选具有从密封主体第二端12b沿轴向向内延伸的大致半圆形的环形槽27，槽27被构造成容纳施力构件16的一部分。
在图1至图6所示的当前优选的结构中，密封主体12采用两件式结构，并且包括由第一材料形成的外主体部分22和设置在外主体部分22内并由第二材料形成的内主体部分24。更具体地说，外主体部分22具有大致环形的容腔26，容腔26从第一轴向端12a沿轴向向内延伸并从密封主体内周面13沿径向向内延伸。外主体部分22提供了密封主体外表面15、第二轴向端12b、第一轴向端12a的第一部分22a和密封主体内表面13的第一部分22b。
此外，内主体部分24提供了密封唇18、第一轴向端12a的第二部分24a和密封主体内表面13的第二部分24b。形成外主体22的第一材料的硬度大于形成内主体24的第二材料的硬度，并且第二材料的柔韧性大于第一材料的柔韧性，第二材料提供了比第一材料好的密封性能。因此，外主体22主要用于跟踪轴1并承载(/支持)(carry)内主体部分24，而内主体部分24提供了围绕轴2的主要密封。优选的是，第一材料为缩醛(Acetal)，第二材料为聚氨酯(Urethane)，但也可以另外选择使用任何其它合适的材料。
在图7和图8示出的作为另一种选择的结构中，密封主体12采用单件式结构，并优选由聚氨酯形成，但是也可以由能够起到大致如本文所述的作用的任何其它合适的材料形成。
再次参照图1-图8，保持件14优选包括：轴向部分32，其与外构件1联接；和径向部分34，其从轴向部分32沿大致径向向内延伸并提供了径向表面17。保持件轴向部分32具有内周面(/内表面)33A和外周面(/外表面)33B，外周面33B优选能够与外构件内表面1a摩擦接合，从而使保持件14与外构件1固定连接。此外，保持件轴向部分内表面33A的尺寸被设计成使得外余隙空间CS被至少部分地限定在保持件内表面33A与密封主体外表面15之间，由此减小了余隙空间CS的体积(volume)。然而，作为另一种选择，保持件14可以通过另一机构(例如通过保持件轴向部分内表面33B与外构件1的外表面部分(未示出)之间的摩擦接合)而与外构件1联接，使得余隙空间CS为外构件内表面1a与密封主体外表面15之间的整个体积。
在如图5所示的某些结构中，保持件径向部分34为第一径向部分35A，并且保持件还包括第二径向部分35B，其中第二径向部分35B从轴向部分32大致沿径向向内延伸，并与第一径向部分35A以及与密封主体第二端12b在轴向上间隔开。利用这种构造，施力构件16被至少部分地设置在密封主体第二端12b与保持件第二径向部分35B之间，使得径向部分35B提供了径向止挡面3。
此外，保持件14优选包括大致环形的环38，环38具有大致L形的轴向截面(图1-图4和图6-图8)或者大致U形的轴向截面(图5)，使得保持件轴向部分32和径向部分34形成一体。然而，与形成一体的环的情况相反，保持件14可以由单独连接或附接的组成部件形成，和/或可以具有任何其它合适的形状。此外，环38优选由金属材料形成，但是也可以由任何其它合适的材料形成，例如聚合物材料或陶瓷材料。
再次参照图1-图8，施力构件(biasing member)16优选包括设置在密封主体12的第二轴向端12b与径向止挡面3之间的大致环形的弹性体环40，弹性体环40优选在处于“未压缩状态”的情况下具有大致圆形的截面。在如图1-图6所示以及如上述的某些结构中，弹性体环40优选被在密封主体第二端12b与止挡面3之间压缩，使得被压缩的环40在密封主体12上施加(偏压)力(exerts a biasing force)，该力将密封主体第一端12a(尤其是径向密封表面20)偏压(biases)成使得其与保持件径向表面17密封接合。在如图7和图8所示的其它结构中，弹性体环40优选被在密封主体第一端12a与保持件径向表面17之间压缩，使得被压缩的环40在密封主体12上施加(偏压)力，该力将密封主体第二端12b(尤其是径向密封表面21)偏压成使得与径向止挡面3密封接合。此外，通过形成为被压缩的弹性体环40，施力构件16还被构造成密封大致轴向间隙GA1或GA2，如上所述。因此，施力构件16还用作补充或“后备”密封件，即，对于设置在密封主体径向表面20与保持件表面17之间或者主体径向表面21与止挡面3之间的密封件而言的补充或“后备”密封件。
参照图1-图3和图7，优选的是，止挡面3由外构件1的从内表面1a向内延伸的部分来提供。如此，密封组件10被设置在外构件1的沉孔(counter-bore)中。然而，作为另一种选择，止挡面3可以由保持件14的第二径向部分35B(图5)来提供、或者由设置在外构件孔5内的轴承7或垫圈8(图6)来提供。
在一个优选的应用中，密封组件10与(未示出结构的)包括了第一连杆(link)和至少一个第二连杆的连接装置(linkage)的接头(joint)内的机械组件6一起使用。在该应用中，优选的是，外构件1为与第一连杆联接的大致圆柱形的凸台(boss)，轴2与至少一个第二连杆联接。最优选的是，所述至少一个第二连杆包括沿着轴的轴线AC间隔开的一对第二连杆，轴2具有相对的轴向端，每个轴向端与所述一对第二连杆中的单独的一个(第二连杆)联接，而所述凸台设置在所述一对连杆之间。此外，凸台具有相对的轴向端，并且优选使用两个密封组件10来分别密封两个凸台端(部)中单独的一个(端部)。此外，接头组件优选包括至少一个(优选为两个)轴承，每个轴承均为绕丝型式(wound-filament type)的轴承，使得每个轴承均为“自润滑的”。由于这种轴承能够具有一定的偏转(/挠曲)(deflection)或压缩量，因此轴2能够相对于外构件或凸台1而言径向移动。然而，利用本密封组件10，密封主体12能够在保持与轴外表面2a和保持件径向表面17(或径向止挡面3)两者密封接合的同时(并且还优选与优选的弹性体施力构件16密封接合)，在余隙空间CS内移动。
本领域技术人员将会理解，可以在不脱离上述实施方式的宽泛发明构思情况下对上述实施方式做出变化。因此，应当理解的是，本发明不限于所公开的具体实施方式，而是旨在覆盖落在如一般在所附权利要求书中限定的本发明的精神和范围内的变型。

Claims (11)

1.一种密封组件，用于密封以下三者之间的环形空间：外构件的内周面；设置在所述外构件内的轴的外周面；和大致在所述外构件的内周面与所述轴的外周面之间延伸的径向止挡面，所述外构件具有孔，该孔具有中心线，所述轴至少部分地设置在所述孔内，并且能够绕着中心轴线角移位或者能够沿着中心轴线直线移位，所述密封组件包括：
大致环形的密封主体，其具有第一轴向端、第二轴向端、内周面和外周面；和密封唇，其从所述密封主体的剩余部分大致沿径向向内延伸，并具有能够与所述轴的外周面密封接合的内周面，所述密封主体的尺寸被设计成使得在所述密封主体的外周面与所述外构件的内周面之间限定出余隙空间，并且被设计成使得所述密封主体的内周面的至少一部分能够与所述轴接合，使得所述密封主体能够在所述轴相对于所述孔的中心线而言沿径向移位时在所述余隙空间内大致沿径向移位。
2.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，还包括：
保持件，其与所述外构件联接并具有径向表面；和
施力构件，其被构造成大致沿轴向朝向所述保持件的径向表面对所述密封主体施力，使得所述密封主体的第一轴向端与所述保持件的径向表面密封地接合，或者被构造成大致沿轴向朝向所述径向止挡面对所述密封主体施力，使得所述密封主体的第二轴向端与所述径向止挡面密封地接合。
3.根据权利要求2所述的密封组件，其特征在于，以下情况之一：
所述施力构件设置在所述径向止挡面与所述密封主体的第二轴向端之间的轴向间隙中，所述施力构件大致沿轴向朝向所述保持件的径向表面对所述密封主体施力，并且被构造成实质上密封所述轴向间隙；和
所述施力构件设置在所述保持件的径向表面与所述密封主体的第一轴向端之间的轴向间隙中，所述施力构件大致沿轴向朝向所述径向止挡面对所述密封主体施力，并且被构造成实质上密封所述轴向间隙。
4.根据权利要求2所述的密封组件，其特征在于，所述保持件包括：轴向部分，其与所述外构件联接；和径向部分，其从所述保持件的轴向部分大致沿径向向内延伸并且提供了所述径向表面。
5.根据权利要求4所述的密封组件，其特征在于，所述保持件的轴向部分具有内周面和外周面，所述保持件的轴向部分的外周面能够与所述外构件的内周面摩擦接合，所述余隙空间被至少部分地限定在所述保持件的内周面与所述密封主体的外周面之间。
6.根据权利要求4所述的密封组件，其特征在于，所述保持件的径向部分为第一径向部分，所述保持件还包括第二径向部分，所述第二径向部分从所述保持件的轴向部分大致沿径向向内延伸并与所述第一径向部分以及与所述密封主体的第二端在轴向上间隔开，所述施力构件被至少部分地设置在所述密封主体的第二端与所述保持件的第二径向部分之间。
7.根据权利要求2所述的密封组件，其特征在于，所述施力构件包括具有大致圆形的轴向截面的大致环形的弹性体环。
8.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述密封主体的内周面的能够与所述轴的外周面接合的部分具有第一内径，所述密封唇具有第二内径，所述第一内径大于所述第二内径且小于所述轴的外径，使得所述密封主体的内周面的所述部分和所述唇的密封面中的每一者以干涉配合的方式与所述轴的外周面接合。
9.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述密封主体包括：
外主体部分，其由第一材料形成，并具有从所述密封主体的第一轴向端沿轴向向内延伸且从所述密封主体的第二轴向端沿径向向内延伸的大致环形的容腔，所述外主体部分提供了所述密封主体的外周面、所述第二轴向端，所述第一轴向端的第一部分和所述密封主体的内周面的第一部分；和
内主体部分，其由第二材料形成，并至少部分地设置在所述外主体部分的容腔内，并且提供了所述密封唇、所述密封主体的第一轴向端的第二部分和所述密封主体的内周面的第二部分。
10.根据权利要求9所述的密封组件，其特征在于，以下情况中的至少一者：
所述第一材料的硬度大于所述第二材料的硬度，所述第二材料的柔韧性大于所述第一材料的柔韧性；和
所述外主体部分的内周面的第一部分的内径小于所述轴的外径，使得所述外主体部分以干涉配合的方式与所述轴接合。
11.根据权利要求2所述的密封组件，其特征在于，所述止挡面通过以下之一来提供：所述外构件的一部分、所述保持件的另一径向部分、设置在所述外构件的孔内的轴承构件和设置在所述外构件的孔内的垫圈。
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