CN109322999B - 密封装置及其制造方法 - Google Patents

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密封装置及其制造方法。所述密封装置包括具有密封唇的橡胶部以及与所述密封唇接触的密封唇接触构件，所述橡胶部和所述密封唇接触构件均为环状，其特征在于，所述密封唇的与所述密封唇接触构件接触的接触表面和/或所述密封唇接触构件的与所述密封唇接触的接触表面中的至少部分表面为波状表面。

Description

密封装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种密封装置及其制造方法，尤其涉及一种低摩擦流体动力学密封装置及其制造方法。
背景技术
图1是示出了传统密封装置的结构的截面图。如图1所示，该传统密封装置10包括橡胶部1、骨架2和防尘盖3。其中，防尘盖3包括彼此大致垂直地延伸的轴向延伸部31和径向延伸部32。橡胶部1包括与防尘盖3的轴向延伸部31接触的主唇4和防尘唇6，以及与防尘盖3的径向延伸部32接触的离心唇5。以下，主唇4、离心唇5和防尘唇6有时被统称为密封唇。
如图1所示，在传统密封装置10中，密封唇(主唇4、离心唇5和防尘唇6)与防尘盖3直接接触。在一些情况下，密封唇也可以与轴承的内圈、外圈或者轴套等接触。然而，无论密封唇与谁接触，与密封唇接触的密封唇接触构件的接触表面都是非常光滑且平坦的。
为了获得优异的密封性能，需要在密封唇的接触表面与密封唇接触构件的接触表面之间设计大的干涉接触，或者需要设计更多的密封唇以防止外部污物侵入。因此，这种传统的接触密封会在密封唇的接触表面与密封唇接触构件的接触表面之间产生非常大的摩擦力矩，将浪费大量能量并容易造成密封唇磨损。
发明内容
鉴于上述情况，本发明旨在提供一种低摩擦流体动力学密封装置及其制造方法，其能够极大地减小密封装置的密封唇的接触表面与密封唇接触构件的接触表面之间的摩擦力矩、节约能源并延长密封装置的使用寿命。
为了实现上述发明目的，本发明可以采用如下的技术方案。
一种密封装置，其包括具有密封唇的橡胶部以及与所述密封唇接触的密封唇接触构件，所述橡胶部和所述密封唇接触构件均为环状，其特征在于，所述密封唇的与所述密封唇接触构件接触的接触表面和/或所述密封唇接触构件的与所述密封唇接触的接触表面中的至少部分表面为波状表面。
优选地，所述波状表面包括沿所述密封唇和/或所述密封唇接触构件的周向交替设置的多个凸部和多个凹部。
优选地，交替设置的所述凸部和所述凹部构成大致正弦波形状。
优选地，所述凹部的深度遍及所述凹部的延伸方向一致，或者所述凹部的深度在所述凹部的延伸方向上从一端侧朝向另一端侧逐渐减小；和/或所述凸部的高度遍及所述凸部的延伸方向一致。
优选地，所述波状表面包括一列或多列沿所述密封唇和/或所述密封唇接触构件的周向交替设置的所述凸部和所述凹部。
优选地，所述密封唇接触构件为防尘盖，所述防尘盖包括轴向延伸部和径向延伸部，所述轴向延伸部和/或所述径向延伸部的与所述密封唇接触的接触表面为所述波状表面。
一种密封装置的制造方法，其用于制造如下密封装置：所述密封装置包括具有密封唇的橡胶部以及与所述密封唇接触的密封唇接触构件，所述橡胶部和所述密封唇接触构件均为环状，所述密封唇接触构件的与所述密封唇接触的接触表面中的至少部分表面为波状表面，所述制造方法包括：组装步骤，将多个加压辊组装到加压构件并将用于形成所述密封唇接触构件的板材载置于支撑构件；和加压步骤，施加压力以将所述加压构件压到所述板材上，从而通过所述多个加压辊在所述板材上形成与所述多个加压辊的形状对应的波状形状，以将所述板材的待与所述密封唇接触的接触表面中的至少部分表面形成为所述波状表面。
优选地，所述密封唇接触构件为防尘盖，所述制造方法在所述加压步骤之前或者之后还包括：冲压步骤，对所述板材进行冲压加工，从而得到具有轴向延伸部和径向延伸部的所述防尘盖。
优选地，在所述组装步骤中，将由保持架保持成至少两列的同心圆环的所述多个加压辊组装到所述加压构件。
优选地，通过改变所述加压辊的形状和所述压力的大小来改变所述波状表面的形状以及凹凸的深度和高度。
一种密封装置的制造方法，其用于制造如下密封装置：所述密封装置包括具有密封唇的橡胶部以及与所述密封唇接触的密封唇接触构件，所述橡胶部和所述密封唇接触构件均为环状，所述密封唇接触构件的与所述密封唇接触的接触表面中的至少部分表面为波状表面，所述制造方法包括：组装步骤，将用于形成所述密封唇接触构件的板材固定到支撑构件；和加压步骤，在使所述板材绕着其轴线转动的同时，利用加压头对所述板材施加随时间周期性变化的压力，从而在所述板材上形成波状形状，以将所述板材的待与所述密封唇接触的接触表面中的至少部分表面形成为所述波状表面。
优选地，所述密封唇接触构件为防尘盖，所述制造方法在所述加压步骤之前或者之后还包括：冲压步骤，对所述板材进行冲压加工，从而得到具有轴向延伸部和径向延伸部的所述防尘盖。
优选地，在所述组装步骤中，将所述加压头以能够转动的方式安装到加压杆；在所述加压步骤中，通过对所述加压杆施力来利用所述加压头对所述板材施加随时间周期性变化的压力。
优选地，通过改变所述加压头的形状和所述压力随时间变化的曲线来改变所述波状表面的形状以及凹凸的深度和高度。
在根据本发明的低摩擦流体动力学密封装置中，将密封唇的与密封唇接触构件接触的接触表面和/或密封唇接触构件的与密封唇接触的接触表面制成波状，该波状表面能够储存润滑剂以润滑密封唇。另外，在转动时，通过该波状表面还能够在密封唇接触构件的接触表面和密封唇的接触表面之间产生流体动力学效果。因此，密封唇接触构件的接触表面和密封唇的接触表面能够被润滑剂和流体动力学力略微分开，这能够显著的减小摩擦力矩并且延长密封装置的使用寿命。
附图说明
图1是示出了传统密封装置的结构的截面图。
图2是示出了根据本发明实施方式的密封装置的结构的截面图。
图3a是示出了图2中的具有波状表面的防尘盖的第一实施例的立体图，图3b是图3a的部分放大图。
图4a是示出了防尘盖的波状表面的第二实施例的立体图，图4b是图4a的部分放大图。
图5a是示出了防尘盖的波状表面的第三实施例的立体图，图5b是图5a的部分放大图。
图6a-图6d是示出了防尘盖的波状表面的加工过程的一实施方式的示意图。
图7a-图7d是示出了防尘盖的波状表面的加工过程的另一实施方式的示意图。
附图标记说明
1橡胶部；2骨架；3防尘盖；31轴向延伸部；32径向延伸部；4主唇；5离心唇；6防尘唇；10传统密封装置；20密封装置；7波状表面；72凸部；74凹部；8材料残留部；11加压构件；12保持架；13加压辊；14原料板；15支撑板；21加压杆；22加压头；23原始防尘盖；24支撑杆；25推板；241通孔；251第一板；252第二板；253杆件
具体实施方式
下面参照附图描述本发明的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不用于穷举本发明的所有可行的方式，也不用于限制本发明的范围。
图2是示出根据本发明实施方式的密封装置20的结构的截面图。如图2所示，与传统密封装置10一样，该密封装置20包括橡胶部1、骨架2和防尘盖3。橡胶部1硫化固定在骨架2上。橡胶部1、骨架2和防尘盖3均呈环状。防尘盖3包括彼此大致垂直地延伸的轴向延伸部31和径向延伸部32。橡胶部1包括与防尘盖3的轴向延伸部31接触的主唇4和防尘唇6，以及与防尘盖3的径向延伸部32接触的离心唇5。
在本实施方式的密封装置20中，防尘盖3的与密封唇接触的接触表面不再是平坦的，而是波状表面7。波状表面7不仅可以存在于与主唇4和防尘唇6接触的轴向延伸部31，还可以存在于与离心唇5接触的径向延伸部32。该波状表面7可以通过压制等方法制得。在轴向延伸部31和径向延伸部32相交的角部为材料残留部8。
以下具体举例说明防尘盖3的波状表面7的具体形状和分布规律。
在如图3a和图3b所示的第一实施例中，轴向延伸部31上的波状表面7包括沿轴向延伸部31的整周交替设置的多个凸部72和多个凹部74。在本实施例中，凸部72和凹部74构成大致正弦波形状。各凸部72均沿密封装置20的轴向(即凸部的延伸方向)延伸到材料残留部8，各凹部74也都沿密封装置20的轴向(即凹部的延伸方向)延伸到材料残留部8。注意，由于各凸部72与各凹部74之间平滑过渡，因此在图3a和图3b中的波状表面7上的凸部72与凹部74之间的过渡线未示出(类似的情况出现在后述的图6c、图6d和图7d中)。各凸部72的径向尺寸(即高度)在密封装置20的轴向(即凸部的延伸方向)上的各点处保持不变，且各凹部74的径向尺寸(即深度)在密封装置20的轴向(即凹部的延伸方向)上的各点处也保持不变。
另外，在如图3a和图3b所示的第一实施例中，与轴向延伸部31类似地，径向延伸部32也具有波状表面7。径向延伸部32的波状表面7包括沿径向延伸部32的整周交替设置的多个凸部72和多个凹部74。径向延伸部32的凸部72和凹部74构成大致正弦波形状。径向延伸部32的各凸部72均沿密封装置20的径向(即凸部的延伸方向)延伸到材料残留部8，各凹部74也都沿密封装置20的径向(即凹部的延伸方向)延伸到材料残留部8。径向延伸部32的各凸部72的轴向尺寸(即高度)在密封装置20的径向(即凸部的延伸方向)上的各点处保持不变，且各凹部74的轴向尺寸(即深度)在密封装置20的径向(即凹部的延伸方向)上的各点处也保持不变。
防尘盖3的波状表面7的形状和分布规律不限于图3a和图3b所示的示例。图4a和图4b以及图5a和图5b分别示出了波状表面7的形状和分布规律的第二和第三实施例。
如图4a和图4b所示，在第二实施例中，轴向延伸部31上的波状表面7包括沿轴向延伸部31的整周交替设置的多个凸部72和多个凹部74。各凸部72和各凹部74都沿密封装置20的轴向延伸到材料残留部8。但是与上述第一实施例不同的是，虽然各凸部72的径向尺寸(即高度)在密封装置20的轴向(即凸部的延伸方向)上的各点处保持不变，但是各凹部74的径向尺寸(即深度)在密封装置20的轴向(即凹部的延伸方向)上从末端(自由端)朝向材料残留部8逐渐变浅。
另外，第二实施例中的径向延伸部32上的波状表面7的形状和分布规律与上述的轴向延伸部31上的波状表面7的形状和分布规律类似，即与上述第一实施例不同的是，虽然径向延伸部32的各凸部72的轴向尺寸(即高度)在密封装置20的径向(即凸部的延伸方向)上的各点处保持不变，但是各凹部74的轴向尺寸(即深度)在密封装置20的径向(即凹部的延伸方向)上从末端(自由端)朝向材料残留部8逐渐变浅。
如图5a和图5b所示，在第三实施例中，径向延伸部32上的波状表面7的形状和分布规律与第二实施例中的径向延伸部32上的波状表面7的形状和分布规律相同。
但是，第三实施例的轴向延伸部31的接触表面(即波状表面)上形成有分别与主唇4和防尘唇6接触的两列凹凸。各列凹凸的形状均分别与第二实施例的轴向延伸部31上的波状表面7的形状相同，且两列凹凸沿密封装置20的轴向排列，彼此之间相位相差180度。
如上所述，本实施方式的密封装置20与传统密封装置10的区别在于防尘盖3与密封唇接触的接触表面不同。在本实施方式的防尘盖3中，接触表面不再是平坦的，而是具有波状形状。该波状表面7储存润滑剂以润滑密封唇。另外，在转动时，通过该波状表面7还能够在防尘盖3的接触表面和密封唇的接触表面之间产生流体动力学效果。因此，防尘盖3的接触表面和密封唇的接触表面能够被润滑剂和流体动力学力略微分开，这能够显著地减小摩擦力矩并且延长密封装置的使用寿命。
以下将参照图6a-图6d和图7a-图7d说明本发明的密封装置的防尘盖的波状表面的制造过程。
图6a-图6d是示出了防尘盖的波状表面的加工过程的一实施方式的示意图。在图6a-图6d所示的一实施方式中：
首先，将图6a中的圆环状的保持架12和由保持架12保持成两列同心圆环的棒状的加压辊13组装在加压构件11中，将圆环状的原料板14载置在支撑板15上。
然后，如图6b所示，施加向下的压力，以将加压构件11压到原料板14上，从而在原料板14上产生与加压辊13的形状对应的如图6c所示的波状表面。通过控制压力的大小可以获得波状表面的凹凸的期望深度和高度，通过选择不同形状(如球状或新月状)的加压辊13可以获得不同形状的波状表面。
最后，对上述步骤中获得的如图6c所示的具有波状表面的原料板14进行冲压加工，从而得到如图6d所示的具有轴向延伸部31和径向延伸部32的防尘盖3的成品。
图7a-图7d是示出了防尘盖的波状表面的加工过程的另一实施方式的示意图。在图7a-图7d所示的另一实施方式中：
首先，通过例如冲压制备具有平坦表面的原始防尘盖23，该原始防尘盖23具有轴向延伸部和径向延伸部。
然后，如图7a所示，将加压头22过盈安装到加压杆21上，使得如同轴承安装在轴上一样，加压头22能够平滑地转动。将推板25安装在支撑杆24上，使得推板25能够沿着支撑杆24的轴向平滑移动。推板25可以以如下方式安装在支撑杆24上：如图7a所示，支撑杆24设置有通孔241，推板25设置有第一板251、第二板252以及与第一板251和第二板252中的一者形成为一体的杆件253，通过使杆件253穿过通孔241并安装到第一板251和第二板252中的另一者，使得推板25以能够沿着支撑杆24的轴向平滑移动的方式安装于支撑杆24。
接着，如图7b所示，在将原始防尘盖23略过盈地安装到支撑杆24上之后，对加压杆21施加力，使得加压头22强力地压抵原始防尘盖23的径向延伸部的表面。调节施力使得其像图7b中所示的正弦曲线，同时缓慢地转动支撑杆24，使支撑杆24转动一圈。从而在原始防尘盖23的径向延伸部上产生波状表面。
然后，以类似的方式，如图7c所示，在原始防尘盖23的轴向延伸部上产生波状表面。
最后，推动推板25，以从支撑杆24移除如图7d所示的具有波状表面的防尘盖3。
在本实施方式中，通过控制对加压杆21施加的力的大小，可以获得波状表面的凹凸的期望深度和高度，通过选择不同形状的加压头22可以获得不同形状的波状表面。
应当理解，上述实施方式仅是示例性的，不用于限制本发明。本领域技术人员可以在本发明的教导下对上述实施方式作出各种变型和改变，而不脱离本发明的范围。
(1)虽然以上以波状表面形成在防尘盖的与密封唇接触的接触表面上为例说明了本发明，但是本发明不限于此，波状表面还可以形成在密封唇的与防尘盖接触的接触表面上，或者形成在这两者上。
(2)虽然以上以防尘盖作为与密封唇接触的密封唇接触构件为例说明了本发明，但是本发明不限于此，轴承内圈、轴承外圈、轴套等也可以作为与密封唇接触的密封唇接触构件，在这种情况下，波状表面可以形成在这些密封唇接触构件的与密封唇接触的接触表面上。
(3)波状表面的凹凸的列数不限于一列或两列，还可以是多于两列，优选凹凸的列数与密封唇的个数对应。
(4)相邻的两列凹凸之间的相位差不限于180度，还可以是其它数值。
(5)在密封唇接触构件的与密封唇接触的接触表面为多个表面的情况下，并非所有多个接触表面均必须形成为波状，还可以是仅部分接触表面形成为波状。
(6)形成为波状的各接触表面并非必须整周均为波状，还可以是周向的一部分(即局部)形成为波状。

Claims (7)

1.一种密封装置，其包括具有密封唇的橡胶部以及与所述密封唇接触的密封唇接触构件，所述橡胶部和所述密封唇接触构件均为环状，其特征在于，所述密封唇的与所述密封唇接触构件接触的接触表面和所述密封唇接触构件的与所述密封唇接触的接触表面中的至少部分表面为波状表面、或者所述密封唇接触构件的与所述密封唇接触的接触表面中的至少部分表面为波状表面，所述密封唇接触构件为防尘盖，所述防尘盖包括轴向延伸部和径向延伸部，
其中，所述橡胶部包括与所述防尘盖的所述轴向延伸部接触的主唇和防尘唇，所述轴向延伸部和所述径向延伸部的与所述密封唇接触的接触表面为所述波状表面，所述轴向延伸部的波状表面上形成有分别与所述主唇和所述防尘唇接触的两列凹凸，所述两列凹凸沿所述密封装置的轴向排列并且彼此之间相位相差180度。
2.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述波状表面包括沿所述密封唇和/或所述密封唇接触构件的周向交替设置的多个凸部和多个凹部。
3.根据权利要求2所述的密封装置，其特征在于，交替设置的所述凸部和所述凹部构成大致正弦波形状。
4.根据权利要求3所述的密封装置，其特征在于，所述凹部的深度遍及所述凹部的延伸方向一致，或者所述凹部的深度在所述凹部的延伸方向上从一端侧朝向另一端侧逐渐减小；和/或
所述凸部的高度遍及所述凸部的延伸方向一致。
5.根据权利要求4所述的密封装置，其特征在于，所述波状表面包括多列沿所述密封唇和/或所述密封唇接触构件的周向交替设置的所述凸部和所述凹部。
6.一种密封装置的制造方法，其用于制造如下密封装置：所述密封装置包括具有密封唇的橡胶部以及与所述密封唇接触的密封唇接触构件，所述橡胶部和所述密封唇接触构件均为环状，所述密封唇接触构件的与所述密封唇接触的接触表面中的至少部分表面为波状表面，所述密封唇接触构件为防尘盖，所述防尘盖包括轴向延伸部和径向延伸部，所述轴向延伸部和所述径向延伸部的与所述密封唇接触的接触表面为所述波状表面，所述制造方法包括：
组装步骤，将多个加压辊组装到加压构件并将用于形成所述密封唇接触构件的板材载置于支撑构件，其中将由保持架保持成至少两列的同心圆环的所述多个加压辊组装到所述加压构件；和
加压步骤，施加压力以将所述加压构件压到所述板材上，从而通过所述多个加压辊在所述板材上形成与所述多个加压辊的形状对应的波状形状，以将所述板材的待与所述密封唇接触的接触表面中的至少部分表面形成为所述波状表面，
所述制造方法在所述加压步骤之后还包括：
冲压步骤，对所述板材进行冲压加工，从而得到具有所述轴向延伸部和所述径向延伸部的所述防尘盖，其中，被保持成至少两列的同心圆环的所述多个加压辊同时形成所述轴向延伸部的所述波状表面和所述径向延伸部的所述波状表面。
7.根据权利要求6所述的密封装置的制造方法，其特征在于，通过改变所述加压辊的形状和所述压力的大小来改变所述波状表面的形状以及凹凸的深度和高度。
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