CN109139917B - 具有优化的唇缘定向的十字轴式万向接头密封件 - Google Patents

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Abstract

一种用于在接头构件的耳轴和轴承杯之间进行密封的密封件包括环形主体。多个环形唇缘从主体径向向内延伸。唇缘被配置为接合耳轴的外轴承表面。第一唇缘和第二唇缘在相对于耳轴的外轴承表面的第一方向上倾斜，并且第三唇缘在相对于耳轴的外轴承表面的第二方向上倾斜。

Description

具有优化的唇缘定向的十字轴式万向接头密封件
相关申请的引用
本专利申请要求于2017年6月19日提交的美国临时专利申请系列号62/521,630的权益。上述专利申请的全部公开内容通过引用结合于此。
技术领域
本发明涉及万向接头，并且更具体地，涉及定位在万向接头的轴承杯内的密封件的密封几何形状。
背景技术
接头组件(诸如万向接头)是用于需要传输扭矩的应用的在机动车辆中的常见部件。接头组件通常包括主体部分，多个耳轴从该主体部分径向向外延伸。中空的圆柱形轴承杯可旋转地设置在每个耳轴的远端周围。滚柱轴承设置在轴承杯内并允许轴承杯围绕耳轴旋转。耳轴可具有中央孔，其中，在组装期间设置流体(诸如润滑剂)以在操作期间使滚柱轴承润滑。
众所周知，密封件通常定位在耳轴的外表面与轴承杯的内表面之间，以在其间形成密封。为了提供有效的密封，密封件必须防止污染物进入轴承杯并限制流体流出轴承杯的其中滚柱轴承所在的区域。通常采用唇封来实现有效密封。
唇封包括多个唇缘，该多个唇缘在远离滚柱轴承的方向上朝着耳轴的外表面径向向内延伸。密封件的几何形状防止污染物进入轴承杯。密封件的几何形状的另一优点在于，在高温操作期间，随着接头内的压力增大，唇缘与耳轴的接触压力被释放。压力的释放允许微量流体在密封件的唇缘下流动，从而改进唇缘的润滑并且将对密封件的磨损最小化。然而，已经发现，暴露于非常高的底部温度的万向接头可能允许过多的流体在唇缘下流动，导致可能不期望的可见流体痕迹。
在美国专利第5,716,277号中示出和描述了接头组件和密封件的示例，该专利的全部公开内容通过引用结合于此。美国专利第5,716,277号中的密封件包括朝向滚柱轴承延伸的内唇缘和远离滚柱轴承延伸的两个额外唇缘。唇缘的几何形状和布置方式有效地防止通过内唇缘的流体损失，但是在所有三个密封唇缘上产生加速磨损的可能性，这归因于用于润滑外部密封唇缘的流体的向外流动受到最内唇缘(即，最接近滚柱轴承的唇缘)的限制。
期望包括一种用于万向接头的密封件，该万向接头维持流体流到密封件的期望的一个唇缘，使磨损最小化，并且有效地防止在高温操作期间的流体损失。
发明内容
根据本发明且从本发明理解的，出人意料地发现了一种万向接头，该万向接头维持流体流到密封件的期望的一个唇缘，使磨损最小化，并且有效地防止在高温操作期间的流体损失。
根据本公开的实施例，公开了一种用于在接头构件的耳轴和轴承杯之间进行密封的密封件。该密封件包括环形主体。多个环形唇缘从主体径向向内延伸并且接合耳轴的外轴承表面。第一唇缘和第二唇缘在相对于耳轴的外轴承表面的第一方向上倾斜，并且第三唇缘在相对于耳轴的外轴承表面的第二方向上倾斜。
根据本公开的另一实施例，公开了一种接头构件，该接头构件包括多个耳轴和多个滚柱轴承。每个滚柱轴承围绕每个耳轴设置。包括多个轴承杯，每个轴承杯围绕每个耳轴和每个滚柱轴承设置。轴承杯具有封闭端和敞开端。包括多个环形密封组件。每个密封组件设置在每个轴承杯中并且围绕每个耳轴被同轴地接收，并且每个密封组件设置在每个滚柱轴承与每个轴承杯的敞开端的中间。每个密封组件包括具有密封体和从密封体径向向内延伸的一对唇缘的密封件。第一唇缘设置为邻近于每个滚柱轴承并在从密封体朝向每个轴承杯的敞开端的方向上倾斜。第二唇缘设置在每个轴承杯的敞开端与第一唇缘的中间并在从密封体朝向每个轴承杯的封闭端的方向上倾斜。
根据本公开的又一实施例，公开了一种接头构件。接头构件包括中央主体和多个耳轴。每个耳轴从所述中央主体径向向外延伸。还包括多个轴承杯。每个轴承杯具有敞开端和封闭端。每个轴承杯的敞开端接收一个耳轴。还包括多个滚针轴承。每个滚柱轴承设置在每个轴承杯中并围绕相应的一个耳轴被接收。包括多个环形密封件，每个密封件设置在一个轴承杯中并围绕相应的一个耳轴设置。每个密封件相对于每个轴承杯的轴向方向设置在相应的一个轴承杯的敞开端与相应的一个滚柱轴承的中间。接头构件还包括多个唇缘，多个唇缘从每个密封件径向向内延伸。多个唇缘中的第一唇缘、第二唇缘和第三唇缘在相对于相应的一个轴承杯的轴向方向的第一方向上倾斜，并且多个唇缘中的第四唇缘在相对于相应的一个轴承杯的轴向方向的第二方向上倾斜。
附图说明
通过参照附图阅读本发明的实施例的以下详细描述，本发明的以上优点对于本领域的技术人员将变得显而易见，附图中：
图1是根据本发明的实施例的接头构件的前视图；
图2是图1的接头构件的沿着延伸穿过接头构件的中心的水平线截取的截面前视图；以及
图3是由圆圈3突出的图2的接头构件的放大的不连续的截面正视图，其示出了耳轴、轴承杯、滚针轴承和密封组件的一部分。
具体实施方式
以下具体实施方式和附图描述和示出了本发明的各种示例性实施例。说明书和附图用于使本领域的技术人员能够制造和使用本发明，而并非旨在以任何方式限制本发明的范围。就所公开的方法而言，所呈现的步骤本质上是示例性的，并因此，步骤的顺序不是必需的或关键的。如本文所使用的，术语“基本上”表示“大部分，但并非完全”或“大致”，如本领域的技术人员根据说明书和附图将认识到的。
例如，图1示出了接头组件(诸如万向节组件)的接头构件10。接头组件被配置为便于在车辆的部件之间传输旋转力和扭矩。在美国专利第5,716,277号中公开了一种接头组件的示例，其全部公开内容通过引用结合于此。接头构件10包括中央主体11，该中央主体包括多个圆柱形交叉轴颈或耳轴12以及多个轴承杯14。耳轴12从主体11径向向外延伸并且与主体11一体形成。虽然在其他实施例中，耳轴12可以与主体11分开形成并耦接到主体11。轴承杯14围绕耳轴12的远端15可旋转地设置。在所示的实施例中，接头构件10被配置为包括四个耳轴12和四个轴承杯14的基本上十字形构件。然而，应该理解的是，在不脱离本公开的范围的情况下，接头构件10可包括多于或少于四个耳轴和轴承杯。
如图2至图3所示，每个轴承杯14基本上为圆柱形，其具有封闭端14a和敞开端14b。敞开端14b接收对应的一个耳轴12的远端15，其中，轴承杯14围绕耳轴12同轴地设置。多个滚针轴承16(关于每个耳轴12示出仅两个)围绕每个耳轴12环形地设置，并且设置在每个轴承杯14内且在耳轴12的外轴承表面13与轴承杯14的内轴承表面17的中间。轴承16允许轴承杯14围绕耳轴12的外轴承表面13旋转。
环形密封组件18定位成邻近于轴承杯14的敞开端14b且在耳轴12的外轴承表面13与轴承杯14的内轴承表面17的中间。密封组件18也被定位成邻近于轴承16，其中，轴承16相对于轴承杯14的轴向方向设置在轴承杯14的封闭端14a与密封组件18的中间。密封组件18包括支撑环20和密封件22。支撑环20具有大体S形的截面，其具有基本上径向向内延伸的部分20a、基本上圆柱形中央部分20b和基本上径向向外延伸的部分20c。例如，密封件22通过任何传统方式(诸如，粘接、摩擦配合等)耦接至支撑环20。在所示的实施例中，支撑环20是金属的并且密封件22是弹性的。尽管应该理解的是，如果需要，支撑环20和密封件22可以由替代材料形成。
密封件22包括从轴承杯14的封闭端14a向轴承杯14的敞开端14b逐渐倾斜的基本上环形的主密封体23、基本上环形的第一唇缘24、基本上环形的第二唇缘26、基本上环形的第三唇缘28和基本上环形的第四唇缘30。当组装接头构件10时，第一唇缘24、第二唇缘26和第三唇缘28均直接从主密封体23朝向耳轴12的外轴承表面13基本上径向向内延伸。当组装接头构件10时，第四唇缘30从第三唇缘28朝向耳轴12的外轴承表面13基本上径向向内延伸。然而，应该理解的是，第四唇缘30可以直接从密封体23延伸。第一唇缘24设置为邻近于轴承16，第二唇缘26设置在第一唇缘24与第三唇缘28的中间，并且第四唇缘30设置在第二唇缘26与第三唇缘28的中间。
唇缘24、26、28、30中的每个大体上沿着相对于密封件22的轴向方向形成锐角的线24a、26a、28a、30a定向，这些锐角分别称为与耳轴12的外轴承表面13的第一唇缘角α1、第二唇缘角α2、第三唇缘角α3和第四唇缘角α4。第一唇缘24、第二唇缘26和第三唇缘28在从密封体23朝向轴承杯14的敞开端14b或远离轴承16的方向上倾斜或延伸。第四唇缘30在从密封体23朝向轴承16或远离轴承杯14的敞开端14b的方向倾斜或延伸。
支撑环20的径向向内延伸的部分20a设置在主密封体23与轴承16的中间。支撑环20的圆柱形中央部分20b设置在主密封体23与轴承杯14的内轴承表面17的中间。径向向外延伸的部分20c设置为邻近于轴承杯14的敞开端14b。在某些实施例中，如图所示，在轴承杯14的敞开端14b的径向内边缘处形成有倒角32。根据该实施例，支撑环20的径向向外延伸的部分20c叠盖倒角32，但不与倒角32接合。
应该理解的是，接头构件10可以包括通常包括在接头构件10(诸如，用于万向接头的接头构件)中的其他部件。例如，接头构件10可以包括垫圈或垫片34、额外的密封件(未示出)、夹子(未示出)或防尘罩(未示出)。
有利地，作为相对于轴承杯14的封闭端14a的最内侧唇缘的第一唇缘24和第二唇缘26的方向防止向内的污染物流动，同时还允许流体(诸如润滑剂)流过第一唇缘24和第二唇缘26。因为第一唇缘24和第二唇缘26不限制流体的流动，所以第一唇缘24和第二唇缘26不会因为流体的存在而受到磨损。
有利地，第四唇缘30防止流体从轴承杯14向外流动，而第三唇缘28有利地在影响内部温度或压降的操作期间防止向内污染。第四唇缘30的方向指向滚柱轴承16，使得在高温操作期间，当第一唇缘24、第二唇缘26和第三唇缘28的接触压力由于轴承杯14内的压力的增加而可能减小时，第四唇缘30仍然防止污染和流体泄漏。
根据以上描述，本领域的普通技术人员可以容易地确定本发明的基本特征，并且在不背离其精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种变化和修改，以使其适应各种用途和状况。

Claims (17)

1.一种用于在接头构件的耳轴和轴承杯之间进行密封的密封件，包括：
环形主体；
多个环形唇缘，从所述环形主体径向向内延伸并且接合所述耳轴的外轴承表面，所述多个环形唇缘中的第一唇缘和第二唇缘在相对于所述耳轴的所述外轴承表面的第一方向上倾斜，并且所述多个环形唇缘中的第三唇缘在相对于所述耳轴的所述外轴承表面的第二方向上倾斜，其中所述第一方向为从所述环形主体朝向所述轴承杯的敞开端的方向，并且所述第二方向为从所述环形主体朝向所述轴承杯的封闭端的方向，并且其中所述第一唇缘相对于所述第二唇缘更靠近所述轴承杯的所述封闭端，并且所述第三唇缘位于所述第一唇缘与所述第二唇缘之间，其中，所述第三唇缘从所述第二唇缘延伸，
其中，所述第三唇缘在第一位置处从所述第二唇缘分支出来，并且所述第二唇缘在第二位置处从所述环形主体分支出来，其中所述第一位置与所述第二位置间隔开，并且所述第一位置径向地设置在所述第二位置的内部。
2.根据权利要求1所述的密封件，其中，所述密封件由弹性材料形成。
3.一种接头构件，包括：
多个耳轴；
多个滚柱轴承，每个所述滚柱轴承围绕每个所述耳轴设置；
多个轴承杯，每个所述轴承杯围绕每个所述耳轴和每个所述滚柱轴承设置，所述轴承杯具有封闭端和敞开端；以及
多个环形密封组件，每个所述密封组件设置在每个所述轴承杯中且围绕每个耳轴被同轴地接收，并且每个所述密封组件设置在每个所述滚柱轴承与每个所述轴承杯的所述敞开端的中间，每个所述密封组件包括具有密封体和从所述密封体径向向内延伸的一对唇缘的密封件，所述一对唇缘中的第一唇缘设置为邻近于每个所述滚柱轴承并在从所述密封体朝向每个所述轴承杯的所述敞开端的方向上倾斜，所述一对唇缘中的第二唇缘设置在每个所述轴承杯的所述敞开端与所述第一唇缘的中间并在从所述密封体朝向每个所述轴承杯的所述封闭端的方向上倾斜。
4.根据权利要求3所述的接头构件，其中，每个所述密封组件还包括设置在每个所述轴承杯与所述密封件的中间的支撑环。
5.根据权利要求4所述的接头构件，其中，所述支撑环具有基本上S形的截面，并且所述支撑环包括径向向内延伸的部分、圆柱形中央部分和径向向外延伸的部分。
6.根据权利要求4所述的接头构件，其中，所述支撑环是金属并且所述密封件是弹性体。
7.根据权利要求3所述的接头构件，其中，所述一对唇缘中的每个接合每个所述耳轴的外轴承表面。
8.根据权利要求3所述的接头构件，其中，所述密封件包括三个唇缘，所述三个唇缘中的第三唇缘设置在所述第二唇缘与每个所述轴承杯的所述敞开端的中间。
9.根据权利要求8所述的接头构件，其中，所述密封件包括四个唇缘，所述四个唇缘中的第四唇缘设置在所述第一唇缘与所述第二唇缘的中间。
10.根据权利要求9所述的接头构件，其中，所述第三唇缘和所述第四唇缘在从所述密封体朝向每个所述轴承杯的所述敞开端的方向上倾斜。
11.根据权利要求3所述的接头构件，其中，所述密封体沿着所述轴承杯的轴向方向从每个所述轴承杯的所述封闭端和每个所述轴承杯的所述敞开端成锥形。
12.根据权利要求3所述的接头构件，其中，所述轴承杯的所述敞开端包括形成在所述敞开端的径向内边缘上的倒角。
13.根据权利要求3所述的接头构件，其中，每个所述密封组件设置在每个所述轴承杯的所述敞开端与每个所述滚柱轴承的中间。
14.一种接头构件，包括：
中央主体；
多个耳轴，每个所述耳轴从所述中央主体径向向外延伸；
多个轴承杯，每个所述轴承杯具有敞开端和封闭端，每个所述轴承杯的所述敞开端接收一个所述耳轴；
多个滚针轴承，每个所述滚针轴承设置在每个所述轴承杯中并围绕相应的一个所述耳轴被接收；
多个环形密封件，每个所述密封件设置在一个所述轴承杯中并围绕相应的一个所述耳轴设置，每个所述密封件相对于每个所述轴承杯的轴向方向设置在相应的一个所述轴承杯的所述敞开端与相应的一个所述滚针轴承的中间；以及
多个唇缘，从每个所述密封件径向向内延伸，所述多个唇缘中的第一唇缘、第二唇缘和第三唇缘在相对于相应的一个所述轴承杯的轴向方向的第一方向上倾斜，并且所述多个唇缘中的第四唇缘在相对于相应的一个所述轴承杯的轴向方向的第二方向上倾斜，其中所述第一方向为朝向相应的一个所述轴承杯的所述敞开端的方向，并且所述第二方向为朝向相应的一个所述轴承杯的所述封闭端的方向，
其中，所述第四唇缘从所述第三唇缘分支出来，
其中，所述第三唇缘均设置为邻近于相应的一个所述轴承杯的所述敞开端，并且所述第四唇缘均从相应的一个所述第三唇缘延伸。
15.根据权利要求14所述的接头构件，其中，支撑环耦接到每个所述密封件并且设置在相应的一个所述轴承杯的内轴承表面与相应的一个所述耳轴的外轴承表面的中间。
16.根据权利要求14所述的接头构件，其中，所述第二唇缘均设置在所述第一唇缘与所述第四唇缘的中间。
17.根据权利要求14所述的接头构件，其中，所述多个唇缘中的每个接合相应的一个所述耳轴的外轴承表面。
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