CN1101406A - 轴的密封装置 - Google Patents

Abstract

一个密封装置组件以密封关系安装在一根轴上 以便在一个外壳内提供一个密封的腔室，轴就是从这 腔室中穿过。密封装置包括一个单件的环形密封体 附接一个环形保持器上。密封体包括三个接合在轴 上的径向密封唇片。一个主要唇片靠近密封腔室提 供主要的液密封。一个辅助唇片位于主要唇片的后 面使主要唇片对准轴。一个后唇片阻挡外界污染物 使其不能进入密封腔室。

Description

本发明涉及挠性唇形密封装置。特别是涉及能调节严重的轴-孔不对准或动力偏心的唇形密封装置。

唇形密封装置是由一种弹性体的或聚合物的材料模制而成，其以密封关系包绕着一根转动的轴从而在一个该轴从其上延伸出来的外壳内提供一个液密或气密的腔室。这种密封装置包括的构件或元件有一个保持器用以帮助密封体相对于外壳的安装、退出和定位;和一个或多个弹性体的或聚四氟乙烯的密封唇片。

本发明唇形密封装置特别适用于，但并不局限于，与汽车的空调压缩机的结合应用。这种类型的运用特别严格。受到密封的冷冻剂对弹性体材料和其它的密封材料常常具有恶化效应。其从真空至高压的压力范围及温度的范围是极限的。

此外，汽车的生产在经济上要求不断努力减小重量和降低成本。设备的设计趋向于重量轻或轻负载。结果是密封装置必须在轴与孔之间的可容许的不对准以及动力偏心方面适应更为极端的规格。

本发明密封装置使用了一个具有多个密封唇片的单一密封体。先前的唇形密封装置使用要求组装的分开的密封体构件。这种先前的设计形成许多潜在的问题，包括密封构件不合适的安装，丢失密封构件，密封构件的不适当轴向压缩和一个固定的内衬垫压缩。一个或多个这样的问题常常结合在一起造成通过组装密封装置的内部泄漏。

本发明密封装置提供了解决这些问题的办法。

根据本发明设置了一个限定三个径向密封唇片的单一弹性体主体。第一个是主要密封唇片，其靠近装有压缩液的外壳的一个腔室。一个辅助密封唇片用作主要密封唇片的一个对准件。最后的密封唇片当密封装置装配时从腔室朝着外界偏转，阻挡外界的污染进入外壳腔室内。

密封体是一个单件的环形弹性体元件，其模制成一个刚性环形保持器。在密封装置于装配期间偏转的辅助唇片与主要唇片的基部相接触。这一偏转与位于主要唇片基部之上的下切口相结合可促进主要唇片与转动轴的对准。这个对准对于调节轴与外壳之间的偏心和保持一个液密密封特别重要。

下面将结合附图对本发明的实施例予以描述，附图中

图1是一幅外壳和转动轴的截面图，显示出本发明的密封装置组件放置在一个装配工具上但尚未安装就位;

图2是一幅放大的截面图，显示已装配就位的密封装置组件;

图3是本发明密封装置组件的截面图;

图4是本发明密封装置组件的透视图;和

图5是一幅放大的截面图，显示在操作状态下的密封装置组件带有显著的轴-孔不对准。

这里首先描述一下使用本发明密封装置的场合。图1中标号10表示一根如汽车空调压缩机之类装置的转动轴。轴10绕着中央轴心12转动并从一个固定的外壳14穿过一个圆筒形镗孔16。外壳14内限定有一个环形密封表面17。一个径内延伸的台肩18形成在密封表面17的一端，而在相对的一端则形成有一个卡环槽19。

密封装置20以与轴10和与外壳14成密封关系包绕着轴10。图1中显示其处在一个装配工具11上的中间未装配位置。图2显示出密封装置20处于其已装配好的位置。当装配好后，密封装置20将处于密封装置一侧的内外壳腔室24与处于密封装置相对一侧的外壳以外处的大气或外界26分开。

密封装置20的细节显示在图3和4中。参看图3，密封装置20包括一个结合在一个刚性保持器32上的环形密封体30。保持器32是一个环形像圈一样的结构，其最好用如钢之类的金属制成。它包括一个中央环形壁60，一个结合凸缘62和一个退除凸缘64。凸缘64只是在密封体和保持器结合在一起之后才向内模锻，其目的在下文中可以明了。

密封体30是一个单件的弹性体元件或聚合物元件。它包括一个结合在保持器壁60上的环形圈部分34。圈部份34包括一对形成在外表面35上的轴向间隔开的圆周肋条36。肋条36是梯形截面。当密封装置20处于装配好的位置时，肋条36密封地接合在外壳14的环形密封表面17上。因此，当密封装置20在未装配好时肋条32的外径应当大于密封壁17的内径。

圈部份34的存在虽然是可取的但并不是绝对必需的。一个液密与气密的密封装置同样可以建立在密封体30和镗孔16内的径向表面之间而不需要圈部份34，这在下文中将予以说明。

从圈部份34径向向内延伸的是径向体部份38。径向体部份38位于密封装置20的机内轴向端，该轴向端就是当密封装置20装配好时朝对着内外壳腔室24的一端。相对的一端，也就是密封装置20的机外轴向端面朝着外界或大气26。

径向体部份38限定径向面40。在密封装置20处于装配好的位置时，径向面40接触在外壳14的径向台肩18上提供一个液密密封。这个密封可以用作在外壳14和密封体30之间的唯一静态密封（例如在没有圈部份34的情况下）。一个环形下切口或凹口42形成在径向面40上靠近径向体部份38的径向最内界限。

从径向体部份38延伸的是主要唇片44，对准唇片46和机外唇片48。当密封装置20处于其装配好位置时，每个唇片与轴10成圆周接触。因此，在密封装置20处于未装配好位置时，每个唇片构件的内径应当大大地小于轴10的外径。

圆锥形主要唇片44由环形基部部份50连接并支承在径向体部份38上。环形基部部份50从径向面40向机内延伸一个大致等于径向体部份38轴向厚度的轴向距离。它基本上与圈部份34同轴并限定一个靠近下切口42的外圆筒形表面45，和一个内圆筒形表面51。下切口42调节基部部份50的径向偏转或弯曲，其目的在下文中可以明了。唇片44在一个斜坡上径向向内延伸，并从基部部份50朝着一个轴向机内方向延伸。

对准唇片46放置在主要唇片44和机外唇片48的中间位置。它在基部部份50与径向体部份38相连处下面的径向部份38的一个径向内部末端处连接并支承在径向体部份38上。在未装配好的位置上，唇片46以径向向内和轴向朝机内的方向倾斜，限定一个基本上与圆锥形主要唇片44同轴的圆锥形。唇片46限定圆筒形外表面49，圆筒形内表面52和环形尖端47。

一个锐角56限定在基部部份50的内表面51与唇片46的外表面49之间。唇片46的厚度是这样的，即当装入到一个其中轴10和镗孔16是同轴的装置内的时候，角56即被减小至几乎是零度。唇片46即从一个圆锥形变形成为一个圆筒形，其外表面49与基部部份50的内圆筒形表面51同轴并相接触，而其内表面52与轴10同轴并相接触。因此，唇片46的厚度被选定成能配合基部50的内表面51与轴10之间的标称间隔（当轴与镗孔同轴时）。唇片46的长度是这样的即环形尖端47接触在基部部份50的内表面51上在径向面40的机内处于基部部份50至径向体部份38和至主要唇片44的连接点之间的大约中间部位处。这种关系表示在图2中。

机外唇片48也是连接并支承在径向体部份38上。它是以一个机外轴向的方向倾斜（与唇片44和46的倾斜方向相反）。轴向凹口58形成在唇片48和径向体部份38之间。

装配好的位置上，密封装置20包绕在轴10上而密封体30的径向面40接触到外壳14的径向台阶18上。密封体30的肋条36密封地接合外壳14的环形密封表面17。密封装置20由卡环70固定在这位置上，卡环由弹力装入在卡环槽19内靠近保持器32的向后退除凸缘64处。密封装置20可以通过使卡环70弯曲或卷折并将其退除的方式使其改换为未装配位置。然后，一个适当的工具被用来咬住保持器32的退除凸缘64并将密封装置20从外壳14内拉出。

唇片44，46和48与轴10形成圆周接触。主要唇片44以轴向机内方向延伸，并靠近内外壳腔室24处与轴10的圆周面相接触，在内外壳腔室和外界之间形成主要密封。

机外唇片48以轴向机外方向延伸并在靠近外界或大气26处与轴10的圆周面相接触。唇片48将外界污染物挡在外壳腔室24之外，并且如果在外壳腔室24内形成真空时，将该装置密封。发生这种事态的一个例子为当一个汽车空调装置进行装料工序时。凹口58为后唇片48提供大范围的弯曲。

对准唇片46，根据其名称的提示，为一个用于主要唇片44的对准件，也就是它使唇片44与轴10始终维持同轴的关系。在一个像汽车空调压缩机这样的装置中，一根直径为半英寸的轴容易发生在任何径向方向上的多至0.025英寸的轴-孔不对准。这种不对准可以归诸许多因系，其中包括抽的支承轴承的不对准，使用了重量轻或小数量的支承承和其它部件，或者是在轴与支承轴承之间的过量的容隙。

如果由于轴-孔不对准而造成轴10与主要唇片14的不对准则可能引起液漏，这是因为唇片44是内外壳腔室24和外界之间主要的液密封装置。因此，唇片44与轴10成为同圆心，也就是对准，是很重要的，即使在轴10和镗孔16成偏心状态时也是如此。对准唇片46就是达成这一目的的。

假如发生了轴-孔不对准，则唇片46就产生位移，位移的大小和方向等于轴和镗孔轴心之间的位移（由于轴10和唇片46的内表面52之间的同轴接触）。这个位移又使基部部份50位移一个相应的量，这是由于唇片46的外表面49和基部部位50的内表面51之间的同轴接触。基部部份50的位移转化成唇片44的径向位置的调整以便使其维持与轴10的同轴。以这种方式，对准唇片46行使不断促使主要唇片44与轴10在其整个圆周面上的均匀接触的作用。

图5显示在轴-孔不对准情况下的密封操作。轴10的轴心12和外壳镗孔16的轴心13发生偏移，也就是它们没有对准。轴10在径向上朝着外壳镗孔的“上面”部份位移一个距离D（此外D是轴的轴心12和镗孔的轴心13之间的距离），如图5中所示。

由于当轴10与镗孔16同轴时对准唇片46接触在轴10的外表面和基部部份50的内表面51上，这个不对准造成唇片46位移一个相等于轴10的位移的距离D。依次，基部部份50也位移一个距离D。基部部份50的位移转化成主要唇片44位置的径向调整，其量额（D）相当于轴的位移。因此，轴的轴心的径向偏移或挪动紧接着跟随以相应的主要唇片的径向偏移。尽管轴10和外壳镗孔16之间有偏心，轴10和唇片44之间始终能维持一个恒定的同心接触面。

下切口42对主要唇片44的对难是一个重要的辅助手段，这是因为它能根据由轴-孔不对准造成的对准唇片46的位移调节基部部份50的位移。因此，在图5中，下切口42的上面部份具有一个减小的，或压缩的径向宽度，而下切口42的下面部份具有一个扩大的径向宽度，以便根据轴10的位移调节基部部份50的“向上”偏移（如图5中所示）。

本发明的各种不同特点已结合在实施例的显示和描述中予以说明。但必须明确，各种改进可以做出而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (13)

1、在一个限定一个绕着一条镗孔轴心作为中心的镗孔并具有一根绕着一条轴的轴心作为中心的转动轴的外壳内，一个环形密封装置以密封关系安装在所述轴的四周以便在所述外壳内提供一个密封的腔室，所述密封装置包括一个单一的密封体，密封体限定一个在内端和外端之间径自延伸和在机内端和机外端之间的轴向延伸的主体部份，其中所述机内端比所述机外端更为靠近所述密封腔室，所述密封体包括：

一个圆筒形基部部份轴向地从所述主体部份延伸并限定一个内基部表面；

一个主要唇片径向地从所述基部部份向内延伸并以密封关系接合所述轴；和

一个对准唇片连接在所述主体部份的所述径向内端并限定一个内对准表面和一个外对准表面，当所述轴的轴心与所述镗孔的轴心对准时，所述内对准表面接触所述轴而所述外对准表面接触所述内基部表面。

2、如权利要求1中所述的密封装置，其特征在于其中所述对准唇片的厚度等于所述轴的外表面与所述内基部表面之间的径向距离，因而所述轴的轴心从所述镗孔轴心的位移造成所述基部部份和所述主要唇片的相应的径向位移以维持所述主要唇片绕着所述轴的轴心的同轴心。

3、如权利要求2中所述的密封装置，其特征在于其中一个径向面形成在所述主体部份的所述机内端处，所述基部部份轴向地在所述径向面的机内侧延伸，一个下切口形成在所述径向面上径向地在所述基部部份的外面，所述下切口调节所述基部部份的径向位移。

4、如权利要求1中所述的密封装置，其特征在于其中所述对准唇片具有这样一个长度以致所述对准唇片的轴向延伸部分在一个轴向位置接触所述内基部表面，该位置位于所述主体部份的所述径向面和所述主要唇片与所述基部部份连接处之间的中间部位。

5、如权利要求1中所述的密封装置，其特征在于其中所述基部部份的长度大约相等于所述主体部份的所述机内端和机外端之间的距离。

6、如权利要求1中所述的密封装置，其特征在于其中所述密封体还包括一个机外唇片靠近所述主体部份的所述机外端并径向地内和轴向地朝机外延伸以便接触所述轴，从而将外界的污染物排除在所述密封腔室之外。

7、如权利要求1中所述的密封装置，其特征在于它还包括一个结合在所述密封体上的保持器。

8、如权利要求1中所述的密封装置，其特征在于所述密封体是由弹性体材料或聚合物材料制成的。

9、如权利要求3中所述的密封装置，其特征在于其中所述主体部份的所述径向面紧靠在形成在所述外壳内的一个环形台肩上。

10、如权利要求1中所述的密封装置，其特征在于其中所述密封体限定一个环形部份，该环形部分靠近所述主体部份的所述径向外端，所述环形部份相对于所述基部部份同轴地延伸。

11、如权利要求10中所述的密封装置，其特征在于其中所述环形部份的外表面包括多个形成在其上的轴和轴向间隔开的圆周肋条，所述的肋条以密封关系接合在所述外壳的一个内环形密封表面上。

12、如权利要求6中所述的密封装置，其特征在于其中一个凹口形成在所述主体部份上径向地在所述机外唇片的外面以调节所述机外唇片的径向位移。

13、如权利要求1中所述的密封装置，其特征在于其中所述外壳限定一条环形凹槽，一个卡环设置在所述凹槽内使所述密封装置固定在所述外壳内。

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