CN108351029B - 用于销接头的圆周碎屑密封件 - Google Patents

Abstract

一个用于密封接头(22)的自调节密封件(34、134)。所述接头包括支撑构件(26)，可错位部件(24)，以及在所述支撑构件和所述可错位部件之间的可变间隙。所述密封件包括第一部分(36)，所述第一部分具有由弹性可压扁材料形成的大体环形构造并且限定静态地密封到所述支撑构件的平面外密封面(48)以及延伸通过其中的第一密封部分开口(40)。第二密封部分(38)轴向邻接所述第一部分。所述第二密封部分具有由刚性材料形成的大体环形构造以及延伸通过其中与所述第一密封部分开口轴向对准的第二密封部分开口(60)。所述第一密封部分开口和所述第二密封部分开口限定防止所述密封件在所述支撑构件上旋转的非旋转特征(42)，所述第二密封部分限定平面内密封面(56)，所述平面内密封面构造成与所述可错位部件动态地且密封地接口。

Description

用于销接头的圆周碎屑密封件

技术领域

本公开总体上涉及密封件，并且更特别地涉及用于诸如销接头的接头的碎屑密封件。

背景技术

在多尘的环境中操作机器可能会带来挑战。一种这样的挑战是保护机器轴承免受灰尘和碎屑的影响。例如，非公路卡车由于卡车的工作环境中存在高浓度的污垢，水和其它污染物而特别容易受到轴承污染。

一种易受污染的轴承类型是位于将支柱和类似部件附接到卡车框架的销接头中的轴承布置。该脆弱性的一个原因在于，支柱用允许支柱在接头中移动的开放结构连接到框架。一种这样的结构包括球型轴承。

球型轴承或接头通常在悬挂系统中使用以将减震器或支柱以允许减震器或支柱围绕一个或多个轴线相对于控制臂枢转或旋转的方式联接到机器的一部分，如控制臂。为了在其使用寿命中正常工作，可以对球形轴承进行润滑并且尽力最小化进入轴承并收集在内表面(特别是当轴承操作时彼此摩擦的那些内部轴承表面)上的碎屑的量。一些球形轴承类型不需要润滑。在那些轴承类型中，防止碎屑与内部轴承和接头表面接触变得更加重要，原因是没有流体来包含和去除碎屑。

为了保持轴承的操作状态并最小化进入轴承的碎屑的量，过去已进行各种尝试来密封轴承。一些过去的解决方案包括轴承密封件，其需要将相对较小的唇形密封件安置在轴承的外座圈中，使得当轴承操作时密封件骑乘在滚珠或内座圈上。然而，为了安置在外座圈内，唇形密封件必须相对较小，这倾向于减小密封件的有效性。而且，当轴承的销移动到最大旋转位置时，这样的密封件倾向于从滚珠或内座圈的边缘脱落并被压扁。

其它过去的解决方案在整个轴承上提供一种挠性覆盖物或套靴。尽管这样的覆盖物可以减少进入轴承的碎屑的量，但它通常确实有效地保持轴承的内部结构内的润滑。而且，这样的覆盖物可能不适合于某些应用，并且可能使轴承的视觉检查，维修和日常维护更困难。另外，为了适当地密封轴承，这样的覆盖物或套靴通常紧紧围绕轴承的一个或多个部分和/或联接到轴承的部件组装。如果套靴所连接的不同部件相对于彼此移动，特别是如果它们相对于彼此旋转，则套靴紧靠每个部件的紧密配合导致套靴的不同部分相对于彼此移动，这可能导致套靴扭转或裹起并损坏。

在具有球型轴承的销接头中，支柱可以沿着俯仰方向在接头中移动，其中支柱在垂直于销轴线的平面内枢转。除了俯仰之外，支柱也可以在偏航和翻滚方向上移动。特别是在偏航和翻滚方向上的移动所产生的部件的错位需要在支柱和其所附接的支撑结构之间提供可变间隙。可能难以防止污染物通过间隙进入接头并进入支撑框架上的支柱的轴承。

应当领会，该背景描述由发明人创建以帮助读者，并且不认为指示任何指出的问题本身在本领域中被了解。尽管描述的原理在一些方面和实施例中可以缓解其它系统中固有的问题，但是应当领会，受保护的创新的范围由附带的权利要求限定，而不是由任何公开的特征解决本文中提到的任何具体问题的能力限定。

发明内容

在实施例中，本公开描述了一种用于密封接头的自调节密封件。所述接头包括支撑构件，可错位部件，以及在所述支撑构件和所述可错位部件之间的可变间隙。所述密封件包括第一部分，所述第一部分具有由弹性可压扁材料形成的大体环形构造并且限定静态地密封到所述支撑构件的平面外密封面以及延伸通过其中的第一密封部分开口。第二密封部分轴向邻接所述第一部分。所述第二密封部分具有由刚材料形成的大体环形构造以及延伸通过其中与所述第一密封部分开口轴向对准的第二密封部分开口。所述第一密封部分开口和所述第二密封部分开口限定防止所述密封件在所述支撑构件上旋转的非旋转特征，所述第二密封部分限定平面内密封面，所述平面内密封面构造成与所述可错位部件动态地且密封地接口。

本公开的另一方面提供了一种用于机器的接头，其包括形成于所述机器上的支撑结构。所述支撑结构包括凸起。销具有纵向轴线并且布置在所述支撑结构上。球形轴承组件围绕所述销布置。可错位部件可移动地布置在所述球形轴承上，所述可错位部件与所述支撑结构限定至少一个可变间隙，并且自调节密封件在所述支撑结构上并围绕所述凸起安装以密封所述可变间隙。所述密封件包括第一部分，所述第一部分具有由弹性可压扁材料形成的大体环形构造并且限定静态地密封到所述支撑构件的平面外密封面以及延伸通过其中的第一密封部分开口。第二密封部分轴向邻接所述第一部分。所述第二密封部分具有由刚性材料形成的大体环形构造以及延伸通过其中与所述第一密封部分开口轴向对准的第二密封部分开口。所述第一密封部分开口和所述第二密封部分开口限定防止所述密封件在所述支撑构件上旋转的非旋转特征，所述第二密封部分限定平面内密封面，所述平面内密封面构造成与所述可错位部件动态地且密封地接口。

本公开的其它方面提供了其中所述第一密封部分可以由开孔聚氨酯形成。所述第二密封部分可以由金属材料形成。所述第二密封部分的内密封面可以包括低摩擦材料。所述低摩擦材料可以是PTFE。所述第二密封部分可以包括刚性材料的内层和轴向邻接所述内层的PTFE的外层。所述第二密封部分可以由复合材料形成。所述复合材料可以是纤维增强塑料。PTFE可以是低摩擦材料层或嵌入复合材料中的一种。所述非旋转特征可以包括圆形部分和从所述圆形部分径向延伸的矩形部分。所述第一密封部分和所述第二密封部分均可以包括外周边和形成于所述外周边上的平坦部，其中所述第一密封部分的平坦部与所述第二密封部分的平坦部对准。所述自调节密封件可以在压缩状态下布置在所述支撑结构和所述可错位部件之间，从而当所述可变间隙变宽时允许所述密封件膨胀以填充所述可变间隙。所述自调节密封件可以轴向压缩约5％至约20％。

从下面的详细描述和附图将领会所公开的原理的另外的和替代的方面和特征。应当领会，如本文中公开的与用于销接头的密封件相关的原理能够在其它和不同的实施例中实施，并且能够在各个方面进行修改。因此，应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述仅仅是示例性和解释性的，并不限制附带的权利要求的范围。

附图说明

图1是具有销接头的示例性机器的透视图的一部分，其中支柱附接到机器框架的支撑结构。

图2A是图1的销接头的密封件的第一实施例的透视图。

图2B是图2A的密封件的横截面图。

图3A是图1的销接头的密封件的第二实施例的透视图。

图3B是图3A的密封件的横截面图。

图4是布置在机器框架的支撑结构上的密封件的透视图。

图5是图1的销接头和图2的密封件的横截面，其中支柱与接头的销对准。

图6是图1的销接头和图2的密封件的仰视图，其中支柱与接头的销错位，示出了密封件对错位的顺应性。

具体实施方式

图1是示例性机器20的一部分，其包括具有附接到机器的支撑结构26的支柱24或类似装置的销接头22。支撑结构26可以形成于机器框架(未示出)或机器的部分28上。在所示的实施例中，本文中所示的机器的部分28容纳机器的运行机构部分，但是本文所示的密封布置在机器的不同部分或不同机器中具有附加应用。

机器20可以是包括支柱24等的任何机器，如卡车，所述支柱在一个端部处连接到支撑结构26并且在另一端部处连接到机器的框架(未示出)。支柱24是动态部件，即，在操作期间相对于支撑结构26可移动的部件。

接头22包括可以是具有双耳的U形接头的支撑结构26，以及也可以是任何可错位、动态部件的附接支柱24。支柱24可以是常规的支柱或减震器。尽管支柱示出为接头22的结构和与接头关联的部件提供背景，但是应当理解，任何可错位部件可以替代它，如控制臂，悬挂部件，转向机构部件，稳定器，杆等。

根据本公开的实施例，一对密封件34设在接头22中。一对密封件的每个密封件相应地布置在支柱24的相对侧以密封在支撑结构26和支柱24之间。接头22示出为支柱24的下部分30连接到支撑结构26。应当理解，支柱24的上部分(未示出)可以以类似的方式附接到机器20。支柱24通过销32保持在支撑结构26中。销32具有沿着销32的纵向尺度延伸的销轴线“A”。

接头的构造允许支柱24和支撑结构26之间的运动。具体地，支柱24可枢转地安装在球形轴承(参见图5)上，所述球形轴承围绕销32布置以允许支柱围绕轴线A旋转。围绕销轴线A的球形轴承的旋转轴线表示为“X”轴线。沿着支柱的纵向尺度的轴线表示为“B”轴线，如图1中所示。围绕X轴线的运动可以被认为是俯仰运动，其在垂直于X轴线的平面中。支柱24也可以围绕支柱轴线“B”扭转或从其偏离以产生围绕B轴线的翻滚运动或偏离俯仰运动平面的偏航运动。当支柱24围绕B轴线旋转或从其偏离时，支柱24的下部分30的孔(未示出)的轴线变为与销32的轴线A错位。错位导致对准的差异以及支柱下部分30和接头22的支撑结构26之间的间隙。密封件34适应或自调节错位以在错位状态下拒绝污染物进入。

图2示出了密封件34的第一实施例，其适应支柱下部分30和接头22的支撑结构26的错位以保持支柱下部分和支撑结构之间的密封接合。密封件34包括两个主要部分：弹性的、可压缩的和大体环形的第一密封部分36，和附接到第一密封部分的第二密封部分38。第二密封部分38比第一密封部分36的可压缩性小，并且形状与第一密封部分相似。第一密封部分36静态地操作，即，第一密封部分36呈现非动态接口。第二密封部分38设计成动态操作，这在本文中意味着指示密封部分的操作状态，其中第二密封部分38呈现动态接口，所述动态接口允许与第二密封部分38接触的部分的相对移动。

密封件34的第一密封部分36大体上为环形并且包括轴向通过其中形成的具有非旋转特征42的第一密封部分开口40。非旋转特征42可以具有带圆形部分44的钥孔构造，其一侧形成圆形部分的矩形延伸部46。

第一密封部分36由弹性可压扁材料形成。弹性可压扁材料可以是可压缩弹性体材料，其可以是开孔泡沫材料或半开孔泡沫材料。合适的可压缩弹性体材料的一个示例是具有约300至650kg/m³的密度的聚氨酯。

第一密封部分36的外面48是平坦的或平面的，并且可以包括埋头孔50，所述埋头孔具有类似于非旋转特征42的形状，但具有更大直径。第一密封部分36的外周边52可以包括平坦部54，所述平坦部与非旋转特征42协作以通过与支撑结构26上的对应结构(参见图4)的协作接合来定向密封件34。

密封件34的第二密封部分38由比组成第一密封部分36的材料相对挠性更小且可压缩性更小的更硬材料形成。例如，第二密封部分38可以由诸如钢的金属或类似材料，或诸如纤维玻璃，玻璃填充尼龙，碳增强塑料等的复合材料形成。第二密封部分38包括内面56，所述内面是平坦的或平面的并且至少部分地由低摩擦材料制成，包括低摩擦涂层，或成形有光滑的表面光洁度以提供相对低的摩擦性质。可以通过在内面上形成诸如PTFE的低摩擦材料的层或涂层或为第二密封部分38提供有效量的嵌入P TFE提供具有低摩擦性质的内面56的一个实施例。嵌入PTFE可以在添加到复合型式的布基质中提供，例如一层稀松布。任何合适的低摩擦物质被预期。

第二密封部分38的形状与第一密封部分36的相似之处在于，其大体上为环形，具有大体圆形的周边58，所述周边具有与第一密封部分的外周边52共同的范围或边界。第二密封部分38具有与第一密封部分36的非旋转特征42类似的钥孔形状的第二密封部分中心开口60。第二密封部分38形成中心开口60，所述中心开口可以具有比第一密封部分的对应非旋转特征42更大的直径。在安装构造中，每个密封件34定向成使得第一密封部分的外面48与支撑结构相邻，并且第二密封部分38的内面56与支柱24相邻。

在操作中，在由支柱24相对于支撑结构26变为错位导致的部分上的压力增加时，尤其是在具有相对较小间隙的区域中，即在变为收缩的区域中，其包括在图6中所示的结构的取向上的左上和右下的区域，密封件34的第一密封部分36压缩。相反地，密封件34响应于在较大间隙的区域或被拉开的区域中来自支柱的压力减小而膨胀，也如图6中所示。密封件34的第二密封部分38倾向于与支柱24保持对准并接触，而与支柱和可变间隙的对准无关，并且允许支柱容易地围绕销32枢转，这是由于在这些部件之间提供的低摩擦力，如上所述。

在操作期间，当其在预压缩状态下被安装时密封件34可以压缩和膨胀。例如，当密封件被压缩或预压扁九(9)或更多毫米(mm)时可以安装密封件34。弹性体或弹性密封材料的预压缩允许密封材料弹性地膨胀并且适应约7毫米的支柱24和支撑结构26之间的空间的变化。换句话说，密封件34可以压缩约百分之30-40(％)被安装，因此它可以弹性地适应支撑结构26中的支柱24的对准的变化。

图3A和3B提供了类似于图2A和2B中所述的密封件34的密封件134，但是具有添加到密封件的双层、第二密封部分138。特别地，密封件134包括两个主要部分：弹性的、可压缩的和大体环形的第一密封部分136，和附接到第一密封部分的第二密封部分138。第二密封部分138可压缩性小于并且形状类似于第一密封部分136。

密封件134的第一密封部分136大体上为环形并且包括通过其中形成的具有非旋转特征142的第一密封部分开口140。非旋转特征142可以具有带圆形部分144的钥孔构造，其一侧是圆形部分的矩形延伸部146，但也可以使用其它形状。

第一密封部分136由可压缩弹性体材料形成，其可以是开孔泡沫或半开孔泡沫材料。合适的可压缩弹性体材料的一个示例是具有约300至650kg/m³的密度的聚氨酯。

第一密封部分136的外面148可以包括埋头孔150，所述埋头孔具有与非旋转特征142类似的形状，并且具有比对应内部开口更大的直径。第一密封部分136的外周边152可以包括平坦部154，所述平坦部与非旋转特征142协作以通过与支撑结构126上的对应结构(参见图4)的协作接合来定向密封件134。

密封件134的第二密封部分138由两个材料层形成。内层162由比第一密封部分136挠性更小的更硬材料制成或形成。例如，第二密封部分138的内层或支撑部分162可以由诸如钢的金属或类似材料，或诸如纤维玻璃，玻璃填充尼龙，碳增强塑料等的复合材料形成。第二密封部分38的外层164包括内面156，所述内面可以由使用低摩擦材料形成的部分或涂层形成或至少包括所述部分或涂层。内面156的一个实施例包括低摩擦材料，如PTFE。任何合适的低摩擦物质被预期。

第二密封部分138的形状与第一密封部分136的形状的相似之处在于，其大体上为环形，具有大体圆形周边158，所述周边具有与第一密封部分136的外周边152共同的范围或边界。第二密封部分138具有第二密封部分中心开口160，所述第二密封部分中心开口形成与第一密封部分136的非旋转特征142的形状对应的钥孔形状。第二密封部分中心开口160可以直径大于第一密封部分的非旋转特征142的直径。在安装构造中，每个密封件134定向成使得第一密封部分的外面148与支撑结构相邻并且第二密封部分138的内面156与支柱24相邻。

图4示出了支撑结构26的一部分，即U形结构的一个耳部，其中密封件34就位。具体地，支撑结构26包括附接到支撑结构的凸起66。凸起66包括通过其中形成的孔68。孔68尺寸确定成和定向成接收销32(参见图1和图5)。凸起66包括凸耳70。凸耳70可以构造成限制支柱24的最大错位。

密封件34围绕凸起66和凸耳70配合，其中第一密封部分开口40的圆形部分44围绕凸起定位并且非旋转特征件42定位在凸耳70上方。密封件34的第一密封部分36邻近支撑结构26定位并且密封件的第二密封部分38定位成使得其可以与支柱24接触。应当理解，密封件34的厚度可以大于凸起的厚度66，并且因此，高出凸起预定的距离或高度。本文中示出的支撑结构26的结构需要设有对应密封件34的U形结构的对应的、匹配的第二耳部以提供对整个接头22(参见图5)的密封。

图5在横截面中示出了接头22，具有密封件34，支柱24，支撑结构26和关联元件。接头22包括布置在支柱24的下部分30内的球形轴承组件72，并且围绕销32安装以可移动地支撑支柱并将其保持在支撑结构26内的中心位置，并且也与支撑结构处于接合关系。球形轴承组件72包括布置在销32上的凸部分74，和围绕凸部分并邻近支柱下部分30可移动布置的凹部分76。

密封件34密封地介于支撑结构26和支柱下部分30之间。密封件34保持与球形轴承组件72邻接、密封接触。每个密封件34的第一密封部分36与支撑结构26相邻以提供其间的静态接口。每个密封件34的第二密封部分38与支柱24相邻以提供其间的动态接口。

支柱下部分30和销32两者共用图5中的相同轴线A。当支柱的轴线变为与销32的轴线错位时，密封件34可以对接头22中的支柱24的错位做出反应。在销32保持俘获在支撑结构26中时，支柱24可以相对于销32移动。在图6中示出了错位的一个示例。

在图6中，也是销接头22的轴线的销(未示出)的轴线由线AP表示。支柱24的下端30的轴线由线AS表示。在所示的状态下，轴线AS与轴线AP错位以示出一个示例性操作状态。所以，在该操作状态下，密封件34A、34B具有改变的构造以适应并保持支柱24的下端30和支撑结构26之间的密封接合，使得它们继续阻止污染物进入接头22的内部，不管支柱24的错位。特别地，支柱24的下部分30在逆时针方向上扭转(在图中)。因此，与接头22中的支柱24的对准状态相比，密封件34A的顶部(在图中)相对较多地被压缩并且密封件34A的底部相对较少地被压缩。另外，与接头22中的支柱24的对准状态相比，密封件34B的顶部(在图中)相对较少地被压缩并且密封件34B的底部相对较多地被压缩。

工业实用性

本公开适用于许多机器，例如非公路卡车，其通常用于建筑工地，矿山和采石场。典型地，这样的机器采用附接到包括机器上的支撑结构的接头的一组支柱或减震器。接头设计成允许支柱的一些移动。本文中公开的密封件适用于密封接头并且保护接头的内部元件(如未润滑的轴承)免受污染物的影响。

尽管已参考具有支柱的机器描述了公开的实施例，但是公开的实施例适用于具有与其附接的可错位部件的任何机器，并且需要从支撑可错位部件的轴承或衬套排除碎屑。

应当领会，前面的描述提供了公开的装置的示例。然而，预期本公开的其它实现方式可以在细节上与前述示例不同。对本公开或其示例的所有引用旨在引用在该处讨论的特定示例，而不是旨在更一般地暗示对本公开的范围的任何限制。关于某些特征的区别和贬低的所有语言旨在指示对那些特征缺乏偏好，但不将其从本发明的范围完全排除，除非另有说明。

本文中的值范围的叙述仅仅旨在用作单独引用落入该范围内的每个单独值的速记方法，除非在本文中另有说明，并且每个单独值被合并到说明书中，如同其在本文中单独叙述。在本文中描述的所有方法可以以任何合适的顺序被执行，除非在本文中另有说明或者与上下文明显矛盾。

因此，如适用法律所允许的，本公开包括在后附权利要求中叙述的主题的所有修改和等效物。而且，本公开涵盖其所有可能变型中的上述元件的任何组合，除非在本文中另有说明或者与上下文明显矛盾。

Claims (10)

1.一种密封接头(22)的自调节密封件(34)，所述接头包括支撑构件(26)、可错位部件(24)、以及在所述支撑构件和所述可错位部件之间限定的可变间隙，所述支撑构件包括轴向延伸的凸起，所述轴向延伸的凸起包括用于接收枢转销的孔，所述可错位部件包括能够围绕所述枢转销枢转地连接至所述支撑构件的孔，所述密封件包括：

第一密封部分(36)，所述第一密封部分具有由弹性可压扁材料形成的平坦的大体环形构造并且限定平面外密封面(48)和平面内密封面，平面外密封面构造成静态地密封到所述支撑构件，并且所述第一密封部分还限定沿着纵向轴线延伸通过其中的非圆形的第一密封部分开口(40)，所述第一密封部分开口具有第一直径；以及

第二密封部分(38)，所述第二密封部分具有平面内密封面和平面外密封面，所述第二密封部分的平面外密封面邻近所述第一密封部分的平面内密封面布置，所述第二密封部分由刚性材料形成，所述第二密封部分具有平坦的大体环形构造并且限定沿着纵向轴线延伸通过其中与所述第一密封部分开口对准的非圆形的第二密封部分开口(60)，所述第二密封部分开口具有第二直径，所述第二直径大于所述第一直径，所述第一密封部分开口和所述第二密封部分开口限定构造成非旋转地配合在所述凸起上并且防止所述密封件在所述支撑构件上旋转的钥孔形的非旋转特征(42)，其中所述非旋转特征包括圆形部分和从所述圆形部分径向延伸的矩形部分，限定所述第一密封部分开口和所述第二密封部分开口，所述第二密封部分的平面内密封面(56)构造成与所述可错位部件动态地且密封地接口。

2.根据权利要求1所述的密封件(34)，其中所述第一密封部分(36)由开孔聚氨酯形成。

3.根据权利要求1所述的密封件(34)，其中所述第二密封部分(38)由金属材料形成。

4.根据权利要求1所述的密封件(134)，其中所述第二密封部分(138)包括刚性材料的内层(162)和轴向邻接所述内层的PTFE的外层(164)。

5.根据权利要求1所述的密封件(34)，其中所述第二密封部分(38)由复合材料形成。

6.根据权利要求5所述的密封件(34)，其中所述第二密封部分的平面内密封面(56)包括低摩擦材料。

7.根据权利要求1所述的密封件(34)，其中所述第一密封部分(36)和所述第二密封部分(38)均包括外周边(52)和形成于所述外周边上的平坦部(54)，其中所述第一密封部分的平坦部与所述第二密封部分的平坦部对准。

8.根据前述权利要求中任一项所述的密封件(34、134)，其与机器(20)组合，所述机器包括：

支撑构件(26)，所述支撑构件包括轴向延伸的凸起(66)，所述轴向延伸的凸起包括用于接收枢转销的孔；

布置在所述支撑构件上且延伸穿过所述孔的具有纵向轴线的枢转销(32)；

围绕所述销布置的球形轴承组件(72)；以及

可移动地布置在所述球形轴承组件上且枢转地连接至所述支撑构件的包括孔的可错位部件(24)，所述可错位部件与所述支撑构件(26)限定至少一个可变间隙，其中所述自调节密封件在所述支撑构件上并围绕所述凸起安装以密封所述可变间隙。

9.根据权利要求8所述的密封件(34、134)，其中所述自调节密封件在压缩状态下布置在所述支撑构件(26)和所述可错位部件(24)之间，从而当所述可变间隙变宽时允许所述密封件膨胀以填充所述可变间隙。

10.根据权利要求9所述的密封件(34、134)，其中所述自调节密封件在安装时轴向压缩30％至40％。

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