CN1102204C - 密封的星形齿轮转子用的浮动密封 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有转子齿轮组(15)的转向控制装置，该装置包括一个环形构件(35)和一个在该环中沿轨道运动和转动的星形构件(37)。邻近星形构件(37)的后表面(49)有一个端盖(17)。本发明提供了一个改进的密封星形构件的结构，其中星形构件具有一个环形的槽(51)，其中放有密封环(55)和支持环(57)。根据本发明，支持环(57)的内径(61)小于槽的内表面(59)的直径，从而使支持环(57)承受径向的挤压。密封环(55)和支持环(57)轴向尺寸之和比槽(51)轴向尺寸小，因此环不受到轴向的挤压，从而消除了转子星形机构的粘合这种对于现有的密封星形构件结构常见的故障。

Description

密封的星形齿轮转子用的浮动密封
技术领域
本发明涉及到一种包括齿轮转子排量机构的旋转液压装置，具体地说，涉及到“密封星形”装置。
虽然本发明可以有利地应用于齿轮转子马达或齿轮转子式油泵，但它更适用于液体控制器，比如全液体连接的液体静力学的动力转向系统的转向控制装置(SCU)，而这里也将以其为例对本发明加以介绍。
背景技术
那些熟悉转向控制技术的人多年以来就企图降低“车轮的滑行”，即一种情况，当转向缸到达其行程的终点时，由于转向控制装置中液体的泄漏转向轮仍可以在车辆驾驶员操纵下旋转。具体地说，这种泄漏发生在齿轮转子星形构件的后表面和端盖机构的相邻表面之间。
一个通常用来解决轮的滑行的方法就是减少齿轮转子侧面的间隙并增加将转子齿轮组和端盖固定在转向控制装置的主机座上的螺栓的扭矩。但是，在某些转向控制装置的应用中，不希望增加螺栓的扭矩因为它可能造成齿轮转子星形构件的粘合，而需要以其他的方法来减小轮的滑行。齿轮转子星形构件的粘合是不希望的，因为它将破坏转向控制装置的精密的调节特性，并影响手动转向和跟踪能力。
美国专利No 4,145,167公开了一种由那些熟知转向控制装置的人所采用的技术，该技术被称作“密封的星形构件”，其中密封结构被置于齿轮转子星形构件的后表面，与端盖的邻近的表面以密封的形式相接合。在通常的采用过去技术的密封的星形构件中，该发明是阻止液体通过齿轮转子侧面的间隙泄漏到转向控制装置壳体与系统的油箱相连的排液区，在这种过去技术的结构中，密封是利用对一个密封组件的轴向挤压实现的，即利用在密封槽的底面和端盖的邻近表面间轴向挤压密封组件实现的。
在许多转向控制装置的应用中，这种常规的“轴向挤压”形的密封的星形构件通常即可满足要求。但这种过去技术的密封的星形构件的一个固有的缺点是对密封组件的轴向挤压量的要求是苛刻地，必须加以精密地控制。很明显，对密封组件的轴向挤压不足将可能导致泄漏，从而引起车轮的滑行。而另一方面对密封组件的过度挤压，钭要求在手动旋转转子星形构件时(如手动转向时)输入额外的力矩。
发明内容
相应地，本发明的一个目的就是为具有齿轮转子排量机构的旋转液力装置提供一个改进型的密封的星形构件，其特征在于这种密封的星形构件克服了过去技术的缺点。
本发明的一个更具体的目的就是提供一种不需对密封组件的轴向挤压量提出苛刻要求的改进型的密封星形构件。
本发明的上述与其他目的是利用提供一种包括在阀壳机构上具有液体进出口的旋转液压装置来实现的。齿轮转子排量机构涉及到阀壳，并且包括一个内部有齿的环形构件和一个外部带齿的星形构件，它被偏心地置于环形构件中并相对于其作轨道和旋转运动。该环形构件的齿和星形构件的齿相互啮合，从而构成了若干个相应于轨道和旋转运动其容积膨胀和压缩的液体容腔。一个与阀壳和星形构件相连的可操作的阀机构可使液体由入口流到膨胀的容腔和由压缩的容腔流到出口。环形构件和星形构件各包括一个朝向阀机构的前表面和一个后表面，阀壳机构包括一个端盖，该端盖的设置使其与环形构件和星形构件的后表面密封连接。星形构件的后表面包括一个通常为环状的密封槽并且在该密封槽中装有一个密封机构。
改进型的旋转液压装置的特征在于该密封槽具有一个径向的内表面和一个径向的外表面。密封机构包括一个环状的密封环，该环放置于密封槽中并且与端盖相连接，密封槽中在密封环之前置有一个环状的合成橡胶的支持环。在该支持环的结构上其内径比密封槽的内表面的直径要小，而密封环和支持环的轴向尺寸之和小于密封槽的槽向尺寸。换句话说，密封组件不受到轴向的挤压，但是当密封环浮动时支持环将受到径向的挤压。
以下将结合附图和具体实施例对本发明作详细地说明。
附图说明
图1为局部视图，部分为轴向剖面图，部分为剖面的示意图，用以说明本发明可采用的转向控制装置的类型。
图2为放大的，局部轴向剖面图，说明本发明的密封的星形构件。
图3为分解状态下的简图，该图与图2相似，但用以说明作为本发明的一个重要方面的不同尺寸之间的关系。
具体实施方式
现在我们参考附图进行说明，但应指出本发明并不局限于附图的形式。图1为局部视图，部分是这种类型的液力控制器或转向控制装置(SCU)的轴向剖面图，其中可以应用本发明的密封星形构件。
转向控制装置可采用如美国专利NO.Re.25,126中所公开的一般的类型，或更具体地如在美国专利NO.4,958,493中介绍的类型，二者均被转让给本发明的受委托人并在这里结合一起作为参考。注意到上述结合，这里将仅对转向控制装置作十分简短地介绍，因为本发明不涉及或要求对转向控制装置的其他部分作任何重要的修改，或改变它的一般操作。
转向控制装置包括几个部分，包括阀壳部分11，一个侧板13，一个一般标为15的齿轮转子排量机构，和端盖17。这些部分利用若干个螺栓19以密封接合的形式结合在一起，螺栓与阀壳11之间以螺纹连接。阀壳11有一个液体进口21，一个液体回流孔23和一对液体控制(圆筒形)口。
阀壳11具有阀腔29，其中装有可旋转的控制器阀门装置，它包括一个主要的，可旋转的阀构件(卷轴)31和与之相配合的可相对旋转的随动阀构件(套筒)33。
齿轮转子排量机构15可以采用在此类技术中所熟知的形式，并包括一个内部有齿的环形构件35和一个外部有齿的星形构件37。星形构件37以偏心的形式安装于环形构件35中用于在那里沿轨道运行并转动。星形构件37具有一组内花键39，花键与主传动轴41相啮合；其前端(图1中没有示出)以一种方式与随动阀构件33作传动啮合，并且其目的是广为熟知此项技术的人所知的。环形构件35和星形构件37的齿相互啮合从而限定若干个液体容腔43(图1中仅表示1个)，每个容腔43均通过侧板13上的一个相邻的孔45与转向控制装置相连。虽然这里本发明是相对于一种具有固定的环形构件35，而星形构件37绕轨道运动并旋转的结构的转向控制进行介绍的，但这并不是本发明的本质。本发明的本质是在环形构件和星形构件之间具有相对的沿轨道的和旋转的运动。
如熟知转向控制装置技术的人所熟知的，当车辆驾驶员操纵方向盘(图中没有示出)时，主阀31相对于随动阀33旋转并且打开适当的孔。因此，液体由进口21通过位于阀构件31和32上的口产生流动，液体流过某个容腔43，导致星形构件37的轨道和旋转运动。由其他容腔43流出的液体流回到阀门装置，根据方向盘旋转的方向由控制口25或27中的一个流出。由转向助力缸通过另一个控制口流回的液体，然后流经阀门装置并且最后流出回流口23回到系统油箱(图中没有示出)。
如熟知此项技术的人所周知的，具体地说环形构件35的轴向长度略大于星形构件37的轴向长度，这样环形构件35就真正地在侧板13和端盖17之间被密封结合，而星形构件37却可以自由地在环形构件35中沿轨道运动和转动，在星形构件37的端面和侧板13相邻的表面及端盖17之间具有一些端隙。但在星形构件37端部的端隙非常小，以至于环形构件和星形构件均可以看作是与侧板13和端盖17处在密封结合的状态。
上面所介绍的器件为常规的且对于那些熟知此项技术的人来说也是人知共知的。现在主要参见图2，对本发明进行一些详细地说明。端盖17包括一个紧邻星形构件37的后表面49的前表面。星形构件37包括一个环形的槽51，作为典型，其放置的位置与星形构件37的轴同心。本发明的一个优点是槽51轴向的深度要求并不像现有技术“轴向挤压”的密封结构那样苛刻。在环形槽51中放有一个密封组件，通常标为53，包括一个钢的密封环55，及一个放于上述密封环55下面或前部的合成橡胶的支持环57。那些熟知此项技术的人可以了解密封环51和支持环57所用的特定的材料并不是本发明本质的特性，环55和57可以利用为此目的通常所采用的材料中的任何材料制成。
从图2也可以弄清楚，密封组件53并不承受轴向挤压，即密封环55和支持环57的轴向尺寸之和不大于密封槽51的轴向尺寸，并且在此实施例中，密封组件53的轴向尺寸基本上小于槽51的轴向尺寸。
仍主要参照图2，并结合图3可以看到，环形密封槽51包括一个径向的外表面58和一个径向的内表面59。图3中，密封组件53是处于在组装进密封槽51之前的松开的状态。图3的主要目的是用来说明各种尺寸关系，这些关系是本发明的一个重要方面。
主要参见图3，径向的外表面58确定了一个直径D1，而密封环55和支持环57确定了一个外径D2，D2小于D1。图3中环55和57的外径近似相等，但这并不是本发明的一个本质特性。这样，如可从图2中看到的，在外表面58和环55与57的外圆周之间至少有一些径向间隙，其作用将随后加以说明。
槽51的径向内表面59确定了直径D3。支持环57包括一个内径61，它确定了一个直径D4，而密封环55包括一个确定了直径D5的内径63。本发明的一个重要方面是直径D4小于直径D3，这样在将合成橡胶的支持环57组装到图2的位置时该环受到径向挤压；而直径D5大于直径D3，这样密封环55在组装后可以自由地在密封槽51中浮动。
再参照图2，对本发明的密封的星形构件的运作进行说明。在运行中，特别是在助力筒行程的终点，一小部分在容腔43中的受压的液体在相邻的表面47和49之间径向的向内泄漏。当泄漏的液体达到密封槽51时，它进入槽中并且在径向的外表面58和环55与57的外圆周之间流动。泄漏的液体最终充满槽51的底面和支持环57的前面(图2中左侧表面)之间的空间。这样在内表面59和支持环57的内径61之间的挤压作用下，液体被阻挡在支持环57的前面并且产生压力，使支持环57和密封环55与端盖17的相邻的前表面47之间密封接合，这样将不会发出由容腔43通过密封环55产生显著的液体泄漏。因此，采用本发明将不会出现显著的车轮滑行。
一旦容腔43中的压力被释放，比如由于阀构件31和33回到中立位置，支持环57前面的压力也被释放，并且加在密封组件53上的偏压力也相应地释放。防止了由密封相对于端盖过量的阻力(密封阻力)，从而使齿轮转子星形构件可以自由移动，从而增进了好的转向特性。
在手动转向时，不像现有技术这样具有轴向的挤压，仅有的“磨擦”是密封环55的偏压的结果。但是如那些熟悉此技术的人所熟知，手动转向通常产生的压力在200到400磅/平方英寸之间，当施加到密封环55时不足以引起任何对手动转向所不希望的阻力。这样，本发明基本上消除了车轮的打滑，除了具有磨擦阻力，该阻力近似正比于密封的要求，即泄漏液体的压力。
如前所述，本发明并不要求对用于密封环55和支持环57的具体材料有任何限制，任何适当可以满意作用的材料均可以加以使用。比如，在有些应用中密封环55可以由适当的塑料材料制成。此外，虽然本发明是结合均具有矩形截面的密封环55和支持环57加以说明的，但本发明对此也没有限制。比如，支持环57可能由O形环构成，只要其“内径”相对于内表面51具有径向的挤压。据信，对于熟知本技术的人可以将各种其他材料和形状用于不同的应用。
在前面的说明书中对本发明作了十分详细的说明，大家相信对于那些熟知本技术的人通过阅读和理解本说明书对本发明可以进行各种改变和修改变得十分明显。所有这些改变和修改均包括在本发明和在附录的权利要求书的范围中。

Claims (8)

1.一种旋转液压装置，包括具有一个液体进口(21)和一个液体出口(23)的阀壳机构(11)；一个与上述阀壳机构(11)相连的齿轮转子排量机构(15)，并且包括一个内部有齿的环形构件(35)和一个偏心地安装于上述环形构件(35)中的外部带齿的星形构件(37)，该星形构件可以相对于环形构件作轨道的和旋转的运动，上述环形构件(35)和上述星形构件(37)的齿相互啮合从而在进行上述轨道的和旋转的运动时构成若干个膨胀的和压缩的液体容腔(43)；阀门装置(31，33)可与上述阀壳机构(11)和上述星形构件一起操作以将液体由上述进口(21)传送到上述膨胀容腔(43)，并由上述压缩容腔(43)传送到上述出口(23)；上述环形构件(35)和上述星形构件(37)各有一个面向上述阀门装置(31，33)的前表面，和一个后表面(49)，上述阀壳机构(11)包括一个端盖(17)，该端盖与上述环形构件和上述星形构件的上述后表面(49)之间以密封形式接合；上述星形构件(37)的上述后表面(49)具有一个通常为环形的密封槽，和一个置于上述密封槽中的密封机构；其特征在于：
(a)上述密封槽(51)具有一个径向的内表面(59)和一个径向的外表面(58)；
(b)上述密封机构包括一个置于上述密封槽(51)中并且与上述端盖(17)接合的环形的密封环(55)，并且在上述密封槽(51)中还放有一个合成橡胶的支持环(57)，该支持环放在上述密封环(55)的前面；
(c)上述支持环(57)的结构上，其内径(61)比上述密封槽(51)的上述径向的内表面(59)的直径小，并且上述密封环(55)和上述支持环的轴向尺寸之和不大于上述密封槽(51)的轴向尺寸。
2.根据权利要求1所述的旋转液压装置，其特征在于：所述旋转液压装置是一种液体控制器，上述阀壳机构(11)具有与液压控制装置相连的第一(25)和第二(27)两个液体控制口，而上述阀门装置包括一个可旋转的主阀构件(31)，和一个可相对旋转的随动阀构件(33)。
3.根据权利要求2所述的旋转液压装置，其特征在于利用机构(41)可将上述星形构件(37)的旋转运动传递为上述随动阀构件(33)的随动运动。
4.根据权利要求1所述的旋转液压装置，其特征在于上述支持环(57)的结构为其外径小于上述密封槽(51)径向的外表面(58)的直径，这样由上述压缩液体容腔(43)泄漏的液体沿上述星形构件(37)的后表面(49)径向向内流动，并且进入上述密封槽(51)。
5.根据权利要求4所述的旋转液压装置，其特征在于上述密封环(55)和上述支持环(57)轴向尺寸之和比上述密封槽(51)的轴向尺寸要小，这样在上述密封槽(51)中的上述泄漏的液体流到上述支持环(57)前面的腔中，使上述支持环(57)和上述密封环(55)受到偏压而与上述端盖(17)进入密封接合。
6.根据权利要求1所述的旋转液压装置，其特征在于上述密封环(55)的结构为其内径(63)比上述密封槽(51)的上述径向内表面(59)的直径要大，而其外径(D2)比上述密封槽(51)的上述径向外表面(58)的直径要小，这样上述密封环(55)在上述密封槽中浮动。
7.根据权利要求1所述的旋转液压装置，其特征在于上述密封环(55)具有基本呈矩形的截面并且包括一个钢构件。
8.根据权利要求1所述的旋转液压装置，其特征在于上述支持环(57)具有基本呈矩形的截面。
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