CN109654227A - 具有偏心轨道的密封组件 - Google Patents

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CN109654227A CN201711109137.0A CN201711109137A CN109654227A CN 109654227 A CN109654227 A CN 109654227A CN 201711109137 A CN201711109137 A CN 201711109137A CN 109654227 A CN109654227 A CN 109654227A
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Abstract

一种密封组件，包括：壳体，其与主体联接；和环状的弹性体的密封构件，其具有能够与壳体联接的基部和能够相对于基部沿径向偏转的悬臂部。悬臂部具有与基部连接的端和具有密封唇的自由端。唇具有绕着中心线延伸的密封面并能够与轴接合。环状的刚性轨道构件邻近密封悬臂部的第一端地附接于密封构件并与密封唇在轴向上间隔开。轨道构件具有中心线和轨道面，轨道面能够与轴的外表面接合，使得在轴的转动期间，轨道构件中心线和密封唇中心线均保持与轴的轴线同轴。此外，支撑构件防止密封构件径向移位。

Description

具有偏心轨道的密封组件
技术领域
本发明涉及密封件，更特别的是，涉及用于绕着可转动的轴密封的径向唇密封件。
背景技术
径向唇密封件是已知的，并且总体上包括弹性体密封构件，弹性密封构件具有用于绕着轴的外表面密封的内唇。通常，箍簧或其它施力构件被设置用于保持密封唇与轴之间的接合。另外，密封构件通常设置在包括了一般由金属形成的壳体的组件内。如此，通过壳体外表面与孔的内表面之间的接合(例如，摩擦或干涉)，使密封组件被安装在外壳或其它主体的孔内。
发明内容
在一个方面中，本发明为一种密封组件，其用于在能够绕着中心轴线转动的轴与具有(有中心线的)孔的主体之间密封。所述密封组件包括：大致环状的壳体(casing)，其能够布置在所述主体的孔内；和大致环状的弹性体的密封构件，其具有能够与所述孔联接的靠外的基部和能够相对于所述基部沿径向偏转(deflectable)的靠内的悬臂部。所述悬臂部具有第一端和自由的第二端，所述第一端与所述基部连接，所述第二端具有环状的密封唇。所述密封唇的内密封面绕着中心线沿周向延伸并能够与所述轴密封地接合。此外，大致环状且刚性的轨道构件以与所述密封唇在轴向上间隔开的方式大致邻近所述密封悬臂部的第一端地附接于所述密封构件。所述轨道构件具有中心线和内周轨道面，所述内周轨道面能够与所述轴的外表面接合，使得在所述轴的转动期间，所述轨道构件的中心线和所述密封唇的中心线均保持与所述轴的轴线大致同轴。此外，大致径向的支撑构件与所述壳体联接并被构造成实质上防止所述密封构件沿着所述中心轴线沿第一方向轴向移位。
在另一方面中，本发明还为一种密封组件，其用于在能够绕着中心轴线转动的轴与具有(有中心线的)孔的主体之间密封。所述密封组件包括：大致环状的壳体，其能够布置在所述主体的孔内；和大致环状的弹性体的密封构件。密封构件包括靠外的基部和靠内的悬臂部，所述基部能够与所述壳体联接并具有相对的第一端和第二端，所述悬臂部具有第一端、第二端和从该第二端向内延伸且能够与所述轴的外表面密封接合的环状的密封唇。大致截头锥状的中心部具有与所述基部的第二端连接为一体的外端和与所述悬臂部的第一端连接为一体的内端，使得所述密封构件具有大致S形的轴向截面。大致环状且刚性的轨道构件以与所述密封唇在轴向上间隔开的方式大致邻近所述密封悬臂部的第一端地附接于所述密封构件。所述轨道构件具有内周轨道面，所述内周轨道面能够与所述轴的外表面接合，使得所述轴的径向移位使所述密封构件的中心部相对于所述基部转向(bends)，使得所述密封唇保持与所述轴大致同轴。此外，大致径向的支撑构件与所述壳体联接并被构造成实质上防止所述密封构件沿着所述中心轴线沿第一方向轴向移位。
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是示出了安装在轴上且布置在孔内的根据本发明的密封组件的局部(/断开的)(break-away)轴向截面图；
图2是示出了与轴和孔分离的图1的密封组件的放大图；
图3是示出了部分轴向截面且从所述组件的第一轴向端选取的密封组件的局部立体图；
图4是示出了部分轴向截面且从所述组件的第二轴向端选取的密封组件的局部立体图；
图5是示出了安装在轴上且布置在孔内的密封组件的另一局部轴向截面图；
图6示出了安装在中心轴线与孔的中心线相错开(/偏移)(offset)的轴上的图5的密封组件的另一图；
图7是密封组件的密封构件和附接好的轨道构件(tracking member)的放大局部轴向截面图；
图8是密封组件的壳体的放大局部轴向截面图；
图9是密封组件的立体图；
图10是从图9截取的轴向截面图。
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(readily)知晓具体(paticular)含义。此外，如本文使用的，词语“连接”和“联接(/连结)”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，以及构件之间的、在构件之间夹着一个或多个其它构件的间接连接。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(words of similar import)。
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，图1-图10示出了用于在轴1与主体3之间进行密封的密封组件10，轴1能够绕着中心轴线2转动，主体3诸如为轴套(/轮毂)(hub)、座(/外壳)(housing)等，主体3具有内表面4，内表面4限定出具有中心线6的孔5。密封组件10基本上(basically)包括：大致环状的壳体(casing)11；大致环状且大致弹性(/柔韧性)(flexible)的密封构件12，其与壳体11联接；大致环状的刚性(的)轨道构件14，其附接于密封构件12；以及大致径向的支撑构件15，其与壳体11联接。壳体11能够布置在主体(的)孔5内，并且如以下所述，优选的是壳体11能够与主体(的)内表面4摩擦接合。密封构件12具有：(位于)外(侧的)基部16，其分别具有相对的第一端16a和第二端16b，并且能够以不能绕着孔(的)中心线6转动的方式与孔5联接；和(位于)内(侧的)悬臂部18，其能够相对于基部16沿径向偏转(/挠曲)(deflectable)。密封(件)悬臂部18具有：第一端18a，其与基部16连接；第二(自由)端18b；和环形密封唇20，其从第二端18b向内延伸。密封唇20具有绕着中心线20a沿周向延伸的内密封面22，并且密封唇20能够与轴(的)外表面1a密封地接合。
此外，刚性轨道构件14附接于密封构件12(大致邻近密封悬臂部18的第一端18a)，使得与密封唇20在轴向上间隔开。轨道构件14具有中心线14a和内周(向)轨道面19，内周(向)轨道面19能够与轴(的)外表面1a接合，使得在轴1的转动期间，轨道构件的中心线14a和密封唇的中心线20a均保持与(轴的)轴线2大致同轴。如此，当将密封组件10安装到具有与孔(的)中心线6间隔开的中心轴线的轴1时，轨道构件14相对于密封(件)基部16的移位会使密封(件)悬臂部18相对于基部16偏转(/挠曲)。因而，当将密封组件10安装到轴-孔错位(/不对中)(即，如图6所示，轴的轴线2与孔的中心线6错开(offset)距离DO)的轴1时，轨道构件14能够使密封唇20在不扭曲(distort)的情况下关于轴1大致对中。此外，当轴的轴线2绕着孔的中心线6转动时，密封悬臂部18相对于密封基部16连续地偏转(/挠曲)，使得密封唇的中心线20a保持与轴的轴线2大致同轴。因而，当将密封组件10安装到动态跳动(run-out)的轴1时，轨道构件14还能够使密封唇20在不扭曲的情况下关于轴1保持大致对中(centered)。
参照图1-图4，径向支撑构件15被构造成实质上防止密封构件12沿着中心轴线2沿第一方向D1轴向移位。也就是，支撑构件15具有大致径向的表面15a，并且密封构件悬臂部18(特别是第一端18a)和/或轨道构件14抵靠支撑构件(的)径向表面15a地布置。如此，当轨道构件14相对于孔中心线6移位时，密封悬臂部18和/或轨道构件14抵靠支撑构件表面15a地沿径向滑动。归因于密封悬臂部第一端18a和轨道构件14大致抵靠支撑构件径向表面15a地布置，防止了当如图1所示有相对高的流体压力P作用于密封悬臂部第二自由端18b时密封悬臂部18的轴向移位。因而，通过(设置)有支撑构件15，密封组件10具有在相对较高的压力应用中工作而不失效(failure)的能力。换言之，支撑构件15防止了流体压力使密封构件12沿轴向D1移位，直到密封唇20与轴1脱离为止(这将能够使流体经过密封构件12泄漏)。
参照图1-图7，密封构件12优选被形成为使得在外部16与内部18之间还包括大致沿轴向和径向延伸的中心部26，使得密封构件12具有大致S形状的轴向截面。更具体地说，密封构件中心部26优选呈大致截头锥形状并具有外端26b和内端26a，外端26b与基部第二端16b连接为一体以使得形成外铰接部(hinge)28，内端26a与悬臂部第一端18a连接为一体以使得形成内铰接部30。利用该中心部26，密封构件12具有大致环状的内腔32和大致环状的外腔34，内腔32从密封构件第二轴向端12b大致沿轴向向内延伸并位于基部16与悬臂部18之间，外腔34从(密封)构件第一轴向端12a大致沿轴向向内延伸并与第一腔32在径向上向外间隔开。因而，密封中心部26在两个腔32、34之间延伸或被限定在两个腔32、34之间，并且如下所述，能够使基部16和悬臂部18以类似波纹(管)(bellows-like)的方式移动。
更具体地说，密封悬臂部18能够绕着内铰接部30转向(/弯曲)(bendable)，以使密封唇20相对于唇中心线20a沿径向移位，密封中心部26能够绕着外铰接部28转向，以使轨道构件14和密封悬臂部18相对于基部16沿径向移位。换言之，密封悬臂部18能够在内腔32内大致沿径向偏转(deflectable)，以使密封唇20相对于唇中心线20a沿径向移位。另外，如图6中的箭头B所示，密封中心部26能够在外腔34内大致沿径向偏转，以使得密封悬臂部18和轨道构件14两者相对于密封基部16沿径向移位。因而，轴1的径向移位会使轨道构件14移位，并且会使密封构件中心部26(以在外腔34内大致偏转/转向的方式)绕着外铰接部28相对于基部16转向(/弯曲)(bends)，使得在轴转动期间，密封唇20保持与轴1大致同轴，并且密封唇20不会扭曲(distort)。
优选的是，密封构件12由弹性体材料形成，诸如天然橡胶或合成橡胶等，此外还可以由任意其它适当的材料形成，诸如另外的热固性聚合物、如聚四氟乙烯(“PTFE”)的热塑性聚合物等。轨道构件14优选由硬度比轴1的硬度低的金属材料形成，诸如黄铜、青铜等。然而，作为一种选择，轨道构件14可以由足够刚性的非金属材料形成，诸如刚性适当的聚合物、陶瓷、石墨等。
再次参照图1-图7，轨道构件14优选包括大致平坦的环40，如图7所示，环40提供内周轨道面19并还具有相反的外周面41和大致平坦的侧表面42A、42B，使得轨道构件14具有大致矩形的轴向截面。然而，轨道构件14可以以任意其它适当的方式形成或成形，例如轨道构件14可以具有大致正方形(square)或大致锥形的截面或者甚至可以具有复杂的形状。轨道构件14优选具有内径IDT(图7)略大于轴1的外径(未示出)的尺寸，使得轨道构件14以松配合(loose running fit)或以类似量的相对最小间隙绕着轴1配合。此外，轨道构件14优选布置在(形成在悬臂部18的第一端18a与中心部26的第一端26a的交叉为一体处的)开口的环状容纳部(pocket)29内，并且最优选是成型在容纳部29内，此外轨道构件14可以通过任意其它适当的手段固定，诸如通过粘接剂、紧固件等。
仍然参照图1-图7，密封组件10优选还包括大致环状的施力构件(biasingmember)50，施力构件50绕着密封构件悬臂部18布置，并且被构造成对密封唇20沿径向向内施力、使密封唇20抵靠轴1。更具体地说，悬臂部18具有相反的内周面18c和外周面18d以及从外周面18d径向向内延伸的环状凹部19，其中施力构件50是布置在凹部19内的传统箍簧(garter spring)。然而，施力构件50可以是诸如实心弹性聚合物环(solid elasticpolymeric ring)等的任意其它适当类型的施力构件，和/或施力构件50可以绕着没有凹部的悬臂部18布置，等等。
此外，密封组件10优选还进一步包括刚性的外支撑构件54，其中密封构件基部16与支撑构件54联接，以对基部16提供刚性。优选的是，支撑构件54呈大致L形状，并且具有延伸到弹性体密封构件12的基部16中的轴向延伸部56和径向向内延伸部58。然而，支撑构件54可以以任意其它适当的方式形成，或者密封组件10可以被制造成没有任何额外的支撑构件。
现在参照图1-图6和图8-图10，大致环状的壳体11被设置成包含密封构件12、轨道构件14和如本文所述的其它组成部件，并且被设置成使密封构件12与主体3联接。壳体11具有外周面62和相反的内周面64，外周面62能够(优选通过干涉配合或摩擦配合)与主体的孔5的内表面4接合，以使密封组件10与主体3能够可拆装地联接。壳体内表面64限定出壳体孔65，弹性体(的)密封构件12和刚性的轨道构件14大致布置在壳体孔65内。优选的是，壳体11包括大致环状的主体66，主体66具有：外轴向部70，其具有相对的第一端70a和第二端70b并提供壳体内表面64和壳体外表面62；第一径向部71，其从轴向部第一端70a向内延伸；和第二径向部72，其从轴向部第二端70b向内延伸。
仍然参照图1-图6和图8-图10，支撑构件15实质上相对于主体3固定、呈大致垫圈状(washer-like)并优选包括大致环状的盘68。支撑构件(的)盘68具有：内径向端68a，其限定了中心开口69，轴1延伸穿过开口69；相对的外径向端68b；和径向延伸的内表面67A和径向延伸的外表面67B，内表面67A提供了支撑表面15a。外径向端68b与壳体11联接，使得支撑构件15将密封构件12和轨道构件14保持在壳体孔65内。
更具体地说，外径向端68b布置在壳体第一径向部71与密封构件基部16之间，以使得使支撑构件15与壳体11可拆装地联接。由此，密封构件12和轨道构件14被大致保持在支撑构件15与壳体第二径向部72之间。尽管壳体11和支撑构件15优选是分体(separately)形成的组成部件(以利于密封构件12和轨道构件14的组装)，但是，在本发明的范围内，如果某些应用需要的话，可以将壳体11和支撑构件15一体形成为一件式部件(例如，利用冲压操作)。
参照图1-图6、图9和图10，密封组件10优选还进一步包括大致环状的封隔体构件(excluder member)80(封隔体构件80具有与密封构件12联接的外端80a和能够与轴1接合的内端80b)，并且优选由PTFE形成。更具体地说，封隔体内端80b具有与密封唇20在轴向上间隔开且能够与轴(的)外表面1a接合的内周面82，封隔体80被构造成实质上(substantially)防止固体与密封唇20接触。封隔体构件外端80a大致沿径向延伸并被大致保持在密封构件基部16与壳体径向部72之间，封隔体内端80b部分地沿轴向远离密封唇20地延伸。如在图4、图9和图10中最佳示出的，封隔体构件80优选分别由内环84、外环86和多个(在内环84与外环86之间延伸的在周向上间隔开的弯曲或弧形(arcuate)的)肋88形成，然而封隔体构件80可以以任何其它适当的方式形成。另外，密封组件10优选还包括衬垫(gasket)90，衬垫90布置在(优选被压在(compressed))封隔体构件外端80a与壳体径向部72之间，并且用于确保密封组件10的组成部件上的合适的轴向载荷(/压载)(loading)。
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 (20)

1.一种密封组件，其用于在能够绕着中心轴线转动的轴与具有带有中心线的孔的主体之间密封，所述密封组件包括：
大致环状的壳体，其能够布置在所述主体的孔内；
大致环状的弹性体的密封构件，其具有与所述壳体联接的靠外的基部和能够相对于所述基部沿径向偏转的靠内的悬臂部，所述悬臂部具有第一端和自由的第二端，所述第一端与所述基部连接，所述第二端具有环状的密封唇，所述密封唇的内密封面绕着中心线沿周向延伸并能够与所述轴密封地接合；
大致环状且刚性的轨道构件，其以与所述密封唇在轴向上间隔开的方式大致邻近所述密封悬臂部的第一端地附接于所述密封构件，所述轨道构件具有中心线和内周轨道面，所述内周轨道面能够与所述轴的外表面接合，使得在所述轴的转动期间，所述轨道构件的中心线和所述密封唇的中心线均保持与所述轴的轴线大致同轴；和
大致径向的支撑构件，其与所述壳体联接并被构造成实质上防止所述密封构件沿着所述中心轴线沿第一方向轴向移位。
2.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，当将所述密封组件安装在具有与所述孔的中心线间隔开的中心轴线的轴上时，所述轨道构件相对于所述密封基部的移位使所述密封悬臂部相对于所述基部偏转。
3.根据权利要求2所述的密封组件，其特征在于，当所述轴的轴线绕着所述孔的中心线转动时，所述密封悬臂部相对于所述密封基部连续偏转，使得所述密封唇的中心线保持与所述轴的轴线大致同轴。
4.根据权利要求3所述的密封组件，其特征在于，所述支撑构件具有大致径向的表面，当所述轨道构件相对于所述孔的中心线移位时，所述密封悬臂部和所述轨道构件中的至少一者抵靠所述支撑构件的该表面沿径向滑动。
5.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述支撑构件具有大致径向的表面，所述密封构件的悬臂部和所述轨道构件中的至少一者抵靠所述支撑构件的所述径向的表面布置。
6.根据权利要求5所述的密封组件，其特征在于，当所述轨道构件相对于所述孔的中心线移位时，所述密封悬臂部和所述轨道构件中的至少一者抵靠所述支撑构件的表面沿径向滑动。
7.根据权利要求5所述的密封组件，其特征在于，所述密封悬臂部具有与所述基部连接的轴向的第一端和设置有所述密封唇的相对的第二端，所述密封悬臂部的第一端和所述轨道构件中的至少一者大致抵靠所述支撑构件的所述径向的表面布置，使得实质上防止当相对高的流体压力施加于所述密封悬臂部的第二端时所述密封悬臂部的轴向移位。
8.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述弹性体的密封构件具有相对的第一轴向端和第二轴向端，并且还包括在所述基部的第二端与所述悬臂部的第一端之间延伸的中心部，使得所述密封构件具有大致S形的轴向截面。
9.根据权利要求8所述的密封组件，其特征在于，所述密封构件的中心部具有内端和外端，所述内端与所述密封悬臂部连接为一体以使得形成内铰接部，所述外端与所述密封基部连接为一体以使得形成外铰接部，所述密封悬臂部能够绕着所述内铰接部转向，以使所述密封唇相对于该唇的中心线沿径向移位，所述密封中心部能够绕着所述外铰接部转向，以使所述轨道构件和所述密封悬臂部相对于所述基部沿径向移位。
10.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述密封构件具有相对的第一轴向端和第二轴向端、大致环状的内腔以及大致环状的外腔，所述内腔从所述第一轴向端大致沿轴向向内延伸、位于所述基部与所述悬臂部之间，所述外腔从所述构件的第一轴向端大致沿轴向向内延伸并与所述第一腔在径向上向外间隔开，使得所述密封中心部被限定在这两个腔之间，所述密封悬臂部能够在所述内腔内沿径向偏转，以使所述密封唇相对于该唇的中心线沿径向移位，所述密封中心部能够在所述外腔内沿径向偏转，以使所述密封悬臂部和所述轨道构件两者相对于所述密封基部沿径向移位。
11.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述密封组件还包括大致环状的施力构件，所述施力构件绕着所述密封构件的悬臂部布置并被构造成对所述密封唇沿径向向内施力、使所述密封唇抵靠所述轴。
12.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述密封组件还包括靠外的刚性支撑构件，所述密封构件的基部与该支撑构件联接。
13.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述轨道构件由硬度比所述轴的硬度低的金属材料形成。
14.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述轨道构件包括大致平坦的环。
15.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述壳体具有外周面和相反的内周面，所述外周面能够与所述主体的孔接合，以使所述密封组件与所述主体可拆装地联接，所述内周面限定了壳体孔，所述弹性体的密封构件和所述轨道构件大致布置在所述壳体孔内。
16.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述壳体包括：外轴向部，所述外轴向部具有相对的第一端和第二端；第一径向部，其从所述轴向部的第一端向内延伸；和第二径向部，其从所述轴向部的第二端向内延伸；并且
所述支撑构件包括大致环状的盘，所述盘具有：内径向端，其限定了中心开口，所述轴延伸穿过所述中心开口；和外径向端，其布置在所述壳体的第一径向部与所述密封构件的基部之间，以使所述支撑构件与所述壳体联接，所述密封构件和所述轨道构件被保持在所述支撑构件与所述壳体的第二径向部之间。
17.根据权利要求1所述的密封组件，其特征在于，所述密封组件还包括大致环状的封隔体构件，所述封隔体构件具有外端和内端，所述外端与所述密封构件联接，所述内端具有与所述密封唇在轴向上间隔开且能够与所述轴的外表面接合的内周面，所述封隔体被构造成实质上防止固体与所述密封唇接触。
18.根据权利要求17所述的密封组件，其特征在于，所述壳体包括限定了孔的轴向部和径向部，所述封隔体构件的外端大致沿径向延伸并被大致保持在所述密封构件的基部与所述壳体的径向部之间，所述封隔体的内端远离所述密封唇地、部分地沿轴向延伸。
19.一种密封组件，其用于在能够绕着中心轴线转动的轴与具有带有中心线的孔的主体之间密封，所述密封组件包括：
大致环状的壳体，其能够布置在所述主体的孔内；
大致环状的弹性体的密封构件，其包括靠外的基部、靠内的悬臂部和大致截头锥状的中心部，所述基部能够与所述壳体联接并具有相对的第一端和第二端，所述悬臂部具有第一端、第二端和从该第二端向内延伸且能够与所述轴的外表面密封接合的环状的密封唇，所述中心部具有与所述基部的第二端连接为一体的外端和与所述悬臂部的第一端连接为一体的内端，使得所述密封构件具有大致S形的轴向截面；
大致环状且刚性的轨道构件，其以与所述密封唇在轴向上间隔开的方式大致邻近所述密封悬臂部的第一端地附接于所述密封构件，所述轨道构件具有内周轨道面，所述内周轨道面能够与所述轴的外表面接合，使得所述轴的径向移位使所述密封构件的中心部相对于所述基部转向，使得所述密封唇保持与所述轴大致同轴；和
大致径向的支撑构件，其与所述壳体联接并被构造成实质上防止所述密封构件沿着所述中心轴线沿第一方向轴向移位。
20.根据权利要求19所述的密封组件，其特征在于，
所述密封唇具有与所述轴的轴线大致同轴的中心线，所述轨道构件被构造成使得在所述轴的转动期间使所述密封唇的中心线保持与所述轴的轴线大致同轴；并且
当将所述密封组件安装在具有与所述孔的中心线间隔开的中心轴线的轴上时，所述轨道构件相对于所述密封基部的移位使所述密封悬臂部相对于所述基部偏转。
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