CN110454505A - 密封装置和轴承组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种密封装置和轴承组件，所述密封装置用于在第一构件(10；60)和第二构件(20；70)之间进行密封，以防止流体从流体区溢出，该密封装置固定于第一构件，并且密封装置包括弹性密封部(31；41；51)，弹性密封部具有至少一个与第二构件相抵靠且形成密封的密封唇，其中，弹性密封部由导电弹性体构成，并且密封装置在第一构件和第二构件之间形成导电通路；该轴承组件包括轴承和上述的密封装置。

Description

密封装置和轴承组件

技术领域

本发明涉及密封技术。本发明尤其涉及一种密封装置。本发明还涉及一种具有该密封装置的轴承组件。

背景技术

对于一些应用于电机轴上轴承，尤其滚动轴承，例如经常应用于铁路领域的牵引电机的电机轴上的深沟球轴承，当电机工作时，可能会由变频器等因素引发轴承电流。具体地说，由于在轴承内部通过润滑油或润滑脂进行润滑，由此在滚动元件和内滚道或外滚道之间形成润滑膜。因此当收集足够电荷，电压非常大时，才能传导电流。这种高压会产生火花放电，燃烧润滑油或润滑脂，并在滚道上引起点蚀和类似搓板状的隆起损坏，这将极大地影响轴承的质量，导致高噪音并缩短轴承的使用寿命。在某些情况下，除轴承损坏或故障外，电流还会影响与轴承相关联的设备，例如其他设备可能会受到杂散电流或甚至少量静电的负面影响。由于机器故障，可能会产生大量成本和收入损失。除了与机器故障相关的维修成本之外，成本还因维修期间机器停机时间的收入损失和由此导致的生产损失而增加。

因此，这种轴承电流是应当避免的。为此针对变频器设置的滤波器可能无法完全滤波，残余电压依然会影响轴承。因此，在轴承上的电流难以消除的情况下，可通过采取预防措施来防止或至少显着地减少对轴承的损坏。已知的预防措施包括几类方法：

一类方法是使轴承与外部残余电压隔离。例如采用陶瓷滚动元件来防止电流通过的轴承。由于陶瓷具有非常高的电阻，因此相比于标准轴承，电流更难通过这些具有陶瓷滚动元件的轴承。但是，陶瓷滚动元件一方面非常昂贵，另一方面不能完全确保电流不会导致轴承失效。又例如采用陶瓷涂层的外圈来防止电流通过的轴承。然而，将绝缘陶瓷涂层施加到外圈的过程是非常昂贵的并且涂层可能会磨损。此外，绝缘仅限于外圈，而不是整个轴承。

另一类方法是在轴承上建立一个利用滚动元件的电流通路，其能够容易地释放电荷。例如采用填充有导电油脂的轴承，如在专利文件CN100347460C中所公开的。然而，当导电油脂用作润滑剂时，其润滑性能具有不利的一面，从而会干扰轴承功能并且形成污染物。此外，在大多数情况下，导电油脂不能提供令人满意的电流传导。

还有一类方法是在轴承上建立一个不同于第二类方法所述的替代的电流通路，以引导大部分电流通过该电流通路，因此润滑膜和滚道之间没有电压，轴承可以得到保护，例如采用特殊的导电环或在密封时喷涂导电涂层。然而特殊导电环也很昂贵，并且需要更多的轴承空间来固定它。而对于在密封时喷涂导电涂层的方案，如在专利文件DE102010018270A1中所公开的，在密封件上的导电涂层昂贵且易于磨损。

发明内容

基于上述问题，本发明所要解决的技术问题是：提供一种轴承组件，其能防止轴承因火花放电而损坏，同时具有较低的成本。

上述技术问题通过一种密封装置解决。该密封装置用于在第一构件和第二构件之间进行密封，以防止流体从流体区溢出，密封装置固定于第一构件，并且密封装置包括弹性密封部，并且弹性密封部具有至少一个与第二构件相抵靠且形成密封的密封唇。根据本发明，弹性密封部由导电弹性体构成，并且密封装置在第一构件和第二构件之间形成导电通路。

也就是说，密封装置布置在第一构件和第二构件之间。第一构件能够设置为固定的构件。特别地，第二构件能够相对于第一构件运动，例如转动、平移或者既转动又平移。

在一种实施方式中，第二构件能够相对于第一构件转动或既转动又平移。第二构件能够布置在第一构件的径向内侧。在这种情况下，第一构件能够是轴承的外圈，第二构件能够是轴承的内圈。备选地，第一构件能够是固持轴承外圈的壳体，第二构件能够是借助轴承能转动地布置在壳体中的轴件。备选地，第一构件能够是轴承外圈，第二构件能够是借助轴承能转动地布置在壳体中的轴件。备选地，第一构件能够是固持轴承外圈的壳体，第二构件能够是轴承的内圈。也能够将第一构件布置在第二构件的径向内侧。在这种情况下，能够对应于第二构件布置在第一构件的径向内侧的情况分别设置第一构件和第二构件。在另外的实施方式中，第二构件能够相对于第一构件平移，尤其进行往复运动。

上述流体例如是润滑剂和/或冷却剂，流体例如是油液、油脂。在这种情况下，流体区则是润滑区和/或冷却区。流体区能形成在轴承的内部。

导电弹性体例如是具有导电能力的橡胶，即例如是均匀分布有导电颗粒的导电橡胶。导电橡胶在尤其受压情况下能够实现良好的导电性能。导电弹性体中的导电颗粒例如是碳粒或者其他具有导电颗粒。弹性密封部能够被导电地固持在第一构件上。由此，能够通过密封装置在第一构件和第二构件之间形成导电通路。

在一种有利的实施方式中，弹性密封部能够直接抵靠在第一构件上，从而通过弹性密封部自身形成导电通路。在这种情况下，弹性密封部例如借助过盈配合被固持在第一构件。必要时，也可以借助其他连接构件增强固持的稳定性。

在另一种有利的实施方式中，密封装置还能够包括导电环件，其中，导电环件连接弹性密封部和第一构件，从而通过导电环件和弹性密封部共同形成导电通路。导电环件例如是金属环件，优选是由不锈钢制成的环件。导电环件也能够是由其他导电材料制成的环件。导电环件例如通过冲压成形。在这种实施方式中，电荷能够依次流经第一构件、导电环件、弹性密封部和第二构件。由此，借助导电环件不仅可以实现导电通路，还可以实现弹性密封部在第一构件上可靠固持。例如，在轴承的外圈没有安装弹性密封部的位置时，能够借助导电环件将弹性密封部安装在固持该外圈的壳体或者轴承座上。

由此，借助由导电弹性体制成的弹性密封部，密封装置能够在第一构件和第二构件之间构建导电通路，从而密封装置不仅实现密封功能，还可以及时清除电荷，避免火花放电造成的轴承损坏。另外由于导电弹性体和导电环件的成本较低，使得密封装置整体的成本较低。

在一种优选的实施方式中，至少一个密封唇具有凹部。与现有技术相比，能够设置至少一个密封唇与第二构件具有较大的干涉量，以通过压力实现弹性密封部的良好的导电性能。在这种情况下，能够借助设置至少一个凹部，在保证密封唇与第二构件良好接触的情况下，增加密封唇的柔性，从而减小密封唇与第二构件之间的摩擦，因此密封唇与第二构件在整个工作寿命期间磨损也非常小，密封装置的使用寿命较长。

特别优选地，至少一个密封唇能够具有沿周向分布的指唇。在这种情况下，凹部从密封唇的自由端沿径向和/或轴向凹陷。凹部优选沿密封唇的周向均匀分布，指唇因此优选沿周向均匀分布在密封唇的自由端。指唇与第二构件的干涉能够非常大，因此指唇可以很好地与第二构件接触，并且由于各个指唇的非常纤薄的形状，由指唇引起的摩擦力矩可以非常小，因此在整个工作寿命期间磨损也非常小。由此可以确保密封装置，尤其弹性密封部在整个使用寿命期间与第二构件的良好密封性能和导电性能。

特别优选地，至少一个密封唇具有沿周向延伸的环形槽。环形槽能够设置在密封唇的贴靠在第二构件的一侧上。能够设置至少两个环形槽，在这种情况下，至少两个环形槽能够沿轴向并列布置，并且至少两个环形槽能够同心布置。通过这种设计，在密封唇与第二构件的干涉可以非常大，由此很好地与第二构件接触的情况下，密封唇的摩擦力矩可以非常小，因此在整个工作寿命期间磨损也非常小。由此可以确保密封装置，尤其弹性密封部在整个使用寿命期间与第二构件的良好密封性能和导电性能。

特别有利地，弹性密封部具有至少两个密封唇，其中，在远离流体区的密封唇上设有上述凹部。也就是说，在弹性密封部具有至少两个密封唇的情况下，能够设置例如布置在轴承外侧的密封唇具有上述凹部。在这种情况下，靠近流体区的密封唇能够有效防止流体接近远离流体区的密封唇，因此，远离流体区的密封唇与第二构件之间的流体膜(例如润滑膜)能够更薄或者几乎不形成流体膜(例如润滑膜)，从而有利于增强由导电弹性体制成的密封唇与第二构件之间的导电性能。

在一种附加的优选的实施方式中，密封装置还包括骨架，弹性密封部至少部分地包覆骨架。骨架例如由金属制成。弹性密封部可以通过硫化或挤压成形粘附在骨架上。从而能够利用骨架支承弹性密封部。

在一种备选的实施方式中，流体是导电流体。导电流体是指能够导电的流体。导电流体例如是含有导电颗粒的流体。尤其在未设置多个密封唇或者靠近流体区的密封唇不能有效防止流体接近远离流体区的密封唇时，可以借助导电流体实现由导电弹性体制成的密封唇与第二构件之间的良好的导电性能。

上述技术问题还通过一种轴承组件解决，该轴承组件包括轴承和上述密封装置。轴承例如是滚动轴承，其包括位于径向外侧的外圈、位于径向内侧的内圈和布置在外圈和内圈之间的滚动元件。必要时，轴承还包括保持架等其他部件。

在这种情况下，用于该轴承的密封装置在径向外侧布置在轴承的外圈上或布置在固持该外圈的壳体上，并且密封装置在径向内侧布置在轴承的内圈上或布置在由该内圈支承的轴件上。

由此，密封装置能够在外圈或壳体以及内圈或轴件之间构建导电通路。从而密封装置不仅实现密封功能，还可以及时清除电荷，避免火花放电造成的轴承损坏。另外由于导电弹性体和导电环件的成本较低，使得密封装置整体的成本较低。此外，由于密封唇的凹部设计，使得密封装置的使用寿命较长。由此，轴承组件不易损坏并且在整个使用寿命期间也能够具有较低的总成本。

附图说明

下面结合附图来示意性地阐述本发明的优选实施方式。附图为：

图1是根据本发明的第一实施例的密封装置的半剖视图，

图2是图1的局部放大图，

图3是根据本发明的第一实施例的密封装置的局部的剖视立体图，

图4是根据本发明的第二实施例的密封装置的半剖视图，

图5是根据本发明的第二实施例的密封装置的局部的剖视立体图，

图6是图5的局部放大图，以及

图7是根据本发明的第三实施例的密封装置的局部剖视图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的第一实施例的密封装置的半剖视图。在本实施例中，密封装置用于密封被实施为深沟球轴承的轴承。在图1仅示出轴承的外圈10和内圈20，而未示出轴承的其他必要构件。

如图1所示，密封装置布置在轴承的外圈10和内圈20之间，从而防止轴承内部的润滑脂泄露至轴承外部。在此，外圈10和内圈20是导电的，例如由金属制成。在外圈10的轴向端侧以及在内圈20的相应的轴向端侧分别设置有沿径向彼此相对地凹陷的径向沟槽。

密封装置整体呈环状并且包括弹性密封部31和骨架32。弹性密封部31由导电橡胶制成并且部分地包覆例如由金属制成的骨架32。弹性密封部31可以通过硫化或挤压成形粘附在骨架32上。

密封装置在径向外侧通过弹性密封部31抵靠在外圈10的径向沟槽内，弹性密封部31与外圈10形成过盈配合，由此弹性密封部31以导电的方式被固持在外圈10的径向沟槽内。

在第一实施例中，密封装置的弹性密封部31在径向内侧设置有三个密封唇，即油脂唇311、主密封唇312和防尘唇313。油脂唇311从弹性密封部31的主体基本沿轴向朝向轴承内部地延伸，并且油脂唇311设计为非接触式的密封唇。主密封唇312和防尘唇313均设计为接触式密封唇，二者分别抵靠内圈20。主密封唇312从弹性密封部31的主体基本沿轴向朝向轴承内部地延伸且抵靠在内圈20的径向沟槽的侧壁上。防尘唇313主要用于防止外部污染物进入轴承内部，防尘唇313从弹性密封部31的主体基本沿轴向远离轴承内部地延伸，且在远离轴承内部的一侧形成自由端，即在远离油脂区的一侧形成自由端。

图2是图1的局部放大图，其中放大地示出了防尘唇313。图3是根据本发明的第一实施例的密封装置的局部的剖视立体图，其中立体地示出了弹性密封部31在径向内侧的各个密封唇311、312、313。结合图2和图3，可以看到，在防尘唇313的自由端设置有基本沿径向和轴向延伸的凹槽，即形成沿周向分布的指唇314。指唇314在周向上均匀分布。指唇314与内圈20的干涉能够非常大，因此指唇314可以很好地与内圈20接触。此外，由于各个指唇314的非常纤薄的形状，由指唇314引起的摩擦力矩可以非常小，因此防尘唇313在整个工作寿命期间磨损也非常小。由此可以确保密封装置，尤其弹性密封部31在整个使用寿命期间与内圈20的良好接触，进而弹性密封部31自身形成外圈10和内圈20之间良好的导电通路。因此，可以及时将外圈10上积聚的电荷通过导电通路传导至内圈20，进而传导至由内圈20支承的轴件(未示出)上，避免火花放电造成的轴承损坏。

图4示出根据本发明的第二实施例的密封装置的半剖视图。密封装置用于密封被实施为深沟球轴承的轴承。在图4示出轴承的外圈10、内圈20、布置在外圈10和内圈20之间的滚珠80以及引导滚珠80的保持架90。

图5示出了根据本发明的第二实施例的密封装置的局部的剖视立体图。如图4和图5所示，在第二实施例中，密封装置整体呈环状并且包括弹性密封部41、骨架42和导电环件43。弹性密封部41由导电橡胶制成并且部分地包覆例如由金属制成的骨架42。弹性密封部41可以通过硫化或挤压成形粘附在骨架42上。由于在硫化或挤压成形之前，骨架42必须进行表面浸胶处理，因此骨架42和弹性密封部41之间不导电。导电环件43是由不锈钢制成的冲压件。导电环件43与弹性密封部41在形状上局部地相互匹配，并且导电环件43与弹性密封部41借助过盈配合相互固定连接，从而还同时实现导电环件43与弹性密封部41之间的导电式连接。由此弹性密封部31以导电的方式被固持在外圈10的沟槽内。

如图4所示，弹性密封部41的顶部411抵靠在外圈10的径向沟槽内，顶部411与外圈10形成过盈配合。与此同时，导电环件43与外圈10在轴向端侧处的径向内表面也形成过盈配合。从而密封装置在径向外侧能够牢固地且导电地安装在轴承的外圈10上。

如图5和图5的局部放大图(即图6)所示，弹性密封部41在径向内侧设置有两个密封唇，即靠近轴承内部的副密封唇412和远离轴承内部的主密封唇413。副密封唇412从弹性密封部41的主体基本沿轴向朝向轴承内部地延伸，并且副密封唇412设计为非接触式的密封唇。主密封唇413设计为接触式密封唇，其从弹性密封部41的主体基本沿轴向远离轴承内部地延伸并且贴靠在内圈20上。在主密封唇413的贴靠在内圈20的一侧上设置有两个沿轴向并排布置环形槽414。在这种情况下，两个环形槽414分别朝向径向外侧凹陷形成沟槽，并且沟槽分别沿周向延伸，由此两个环形槽414同心布置。在其他实施例中，还能设置其他数量的环形槽414，例如一个、三个或四个。

能通过这种环形槽的设计，在主密封唇413与内圈20的干涉可以非常大。由此在密封唇413与内圈20接触良好的情况下，主密封唇413的摩擦力矩可以非常小，因此在整个工作寿命期间磨损也非常小。由此可以确保密封装置，尤其弹性密封部41在整个使用寿命期间与内圈20的良好密封性能。此外，由于例如导电橡胶的导电弹性体的导电性能比例如不锈钢的金属的导电性能差，电流优选通过导电环件43。从而通过导电环件43和弹性密封部41共同构建外圈10和内圈20之间良好的导电通路。因此，在外圈10上积聚的电荷可以即时地依次通过导电环件43和弹性密封部41传导至内圈20，进而传导至内圈20支承的轴件(未示出)上，避免火花放电造成的轴承损坏。

图7示出了根据本发明的第三实施例的密封装置的半剖视图。根据第三实施例的密封装置与第二实施例的密封装置具有类似的设计，其弹性密封部均具有设置有环形槽的主密封唇。两个实施例的区别在于密封装置的安装结构以及安装位置不同，由此导电环件相应地具有不同的设计。

在图7中示出了轴承、固持轴承的壳体60和由轴承支承的轴件70。轴承包括外圈10、内圈20、布置在外圈10和内圈20之间的滚珠80以及引导滚珠80的保持架90。轴件70在第三实施例中例如是铁路领域中的牵引电机的电机轴。

在第三实施例中，导电环件53同样是由不锈钢制成的冲压件。导电环件53与弹性密封部51过盈配合，从而导电环件53与弹性密封部51导电地相互固定连接。导电环件53与壳体60的径向外表面过盈配合，从而导电环件53与壳体60也导电地相互固定连接。

在第三实施例中，弹性密封部51在径向内侧的两个密封唇(即靠近轴承内部的副密封唇和远离轴承内部的主密封唇)均布置在轴件70上并且与轴件70形成旋转式的动态密封。主密封唇与轴件70相互抵靠，并且在主密封唇的贴靠在轴件70的一侧上设置有两个沿轴向并排布置环形槽。在这种情况下，副密封唇可以有效防止润滑脂接近主密封唇，主密封唇与轴件70之间不存在润滑膜。因此，通过导电环件53和弹性密封部51构建在壳体60和轴件70之间的导电通路，电荷可以即时从壳体60依次经过导电环件53、弹性密封部51传递至轴件70上，可防止轴承因火花放电而损坏。

在另外的实施例中，副密封唇可能无法有效防止润滑脂接近主密封唇。因此考虑使用例如导电润滑脂的导电流体。在这种情况下，主密封唇与轴件70或内圈之间存在润滑膜，由于润滑脂导电，电流可以顺利通过润滑膜。由于每个滚动元件和内圈和外圈的滚道之间的接触面积远小于主密封唇和轴件或轴承内圈之间的接触面积，因此电流不会通过前者的面积。由此通过导电环件、弹性密封部和导电流体(导电润滑脂)形成导电通路，电荷可以即时从壳体或外圈依次经过导电环件、弹性密封部和导电流体传递至轴件或内圈上，可防止轴承因火花放电而损坏。由于导电环件和导电弹性体(例如导电橡胶)的材料不昂贵，密封装置以及包括密封装置的轴承组件可以具有较低的成本。

虽然在上述说明中示例性地描述了可能的实施例，但是应该理解到，仍然通过所有已知的和此外技术人员容易想到的技术特征和实施方式的组合存在大量实施例的变化。此外还应该理解到，示例性的实施方式仅仅作为一个例子，这种实施例绝不以任何形式限制本发明的保护范围、应用和构造。通过前述说明更多地是向技术人员提供一种用于转化至少一个示例性实施方式的技术指导，其中，只要不脱离权利要求书的保护范围，便可以进行各种改变，尤其是关于所述部件的功能和结构方面的改变。

附图标记列表

10 外圈

20 内圈

31 弹性密封部

311 油脂唇

312 主密封唇

313 防尘唇

314 指唇

32 骨架

41 弹性密封部

411 顶部

412 副密封唇

413 主密封唇

414 环形槽

42 骨架

43 导电环件

60 壳体

70 轴件

80 滚动元件

90 保持架

Claims (10)

1.一种密封装置，用于在第一构件(10；60)和第二构件(20；70)之间进行密封，以防止流体从流体区溢出，所述密封装置固定于所述第一构件，并且所述密封装置包括弹性密封部(31；41；51)，所述弹性密封部具有至少一个与所述第二构件相抵靠且形成密封的密封唇，

其特征在于，所述弹性密封部由导电弹性体构成，并且所述密封装置在所述第一构件和所述第二构件之间形成导电通路。

2.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述弹性密封部(31)抵靠在所述第一构件(10)上，从而通过所述弹性密封部直接形成所述导电通路。

3.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述密封装置还包括导电环件(43；53)，其中，所述导电环件连接所述弹性密封部(41；51)和所述第一构件(10；60)，从而通过所述导电环件和所述弹性密封部共同形成所述导电通路。

4.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述至少一个密封唇具有凹部。

5.根据权利要求4所述的密封装置，其特征在于，所述至少一个密封唇(313)具有沿周向分布的指唇(314)。

6.根据权利要求4所述的密封装置，其特征在于，所述至少一个密封唇(413)具有沿周向延伸的环形槽(414)。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的密封装置，其特征在于，所述弹性密封部具有至少两个密封唇，其中，在远离所述流体区的密封唇(313；413)上设有所述凹部。

8.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述密封装置还包括骨架(32；42；52)，所述弹性密封部至少部分地包覆所述骨架。

9.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述流体是导电流体。

10.一种轴承组件，其特征在于，所述轴承组件包括轴承和根据权利要求1至9中任一项所述的密封装置。