CN110621922A - 密封构造 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够提高密封件的寿命的密封构造。密封件(10)配置于轴(20)与壳体(30)之间的滑动间隙中的密封槽(31)中。密封件(10)包含外周面(40)、弯曲形状的内周面(41)、设置面(42)以及上侧面(43)。设置面(42)具有朝向上侧面(43)凹陷的形状。上侧面(43)具有朝向设置面(42)凹陷的形状。在与同密封件(10)的径向正交的方向平行且通过密封件的中心线的假想平面中的密封件(10)的剖面中，在将在密封件的中心线延伸的方向上的、设置面(42)与上侧面(43)之间的长度中的最长的长度设为H[mm]、且将设置面(42)与上侧面(43)之间的长度中的最短的长度设为h[mm]的情况下，满足0.755≤h/H≤0.769。

Description

密封构造

技术领域

本发明涉及一种在挖掘机中的钻头安装轴与钻头之间设置的密封构造。

背景技术

在挖掘机中提高钻头用的密封件的寿命的技术被公开在例如美国专利申请公开第2008/011518号说明书(专利文献1)、美国专利申请公开第2012/312602号说明书(专利文献2)、中国专利申请公开第101629475号说明书(专利文献3)、中国专利申请公开第102747961号说明书(专利文献4)、中国专利申请公开第102747962号说明书(专利文献5)和中国实用新型公告第201786262号说明书(专利文献6)中。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利申请公开第2008/011518号说明书

专利文献2：美国专利申请公开第2012/312602号说明书

专利文献3：中国专利申请公开第101629475号说明书

专利文献4：中国专利申请公开第102747961号说明书

专利文献5：中国专利申请公开第102747962号说明书

专利文献6：中国实用新型公告第201786262号说明书

发明内容

发明要解决的问题

在上述各文献所公开的密封构造中，提高了润滑性和耐磨损性等而谋求密封件的寿命提高，但要求密封件的进一步的高寿命化。

本发明的目的在于，提供一种能够提高密封件的寿命的密封构造。

用于解决问题的方案

本发明的密封构造具备环状的密封件。密封件在轴与壳体之间的滑动间隙中配置于在壳体设置的密封槽中。密封件将高压侧和低压侧隔开。设于壳体的密封槽具有低压侧面部、槽底部、以及高压侧面部。低压侧面部构成密封槽的靠低压侧的侧面。低压侧面部在与轴的轴向平行且通过轴的中心线的假想平面中的密封构造的剖面中，沿着与轴向正交的方向延伸。槽底部构成密封槽的底面。槽底部在上述密封槽的剖面中沿着轴向延伸。高压侧面部构成密封槽的靠高压侧的侧面。高压侧面部在上述密封槽的剖面中沿着与轴向正交的方向延伸。密封件包含：外周面，其与槽底部相对；弯曲形状的内周面，其与轴相对且朝向轴突出；设置面，其与低压侧面部相对；以及上侧面，其与高压侧面部相对。设置面具有朝向上侧面凹陷的形状。上侧面具有朝向设置面凹陷的形状。在与同密封件的径向正交的方向平行且通过密封件的中心线的假想平面中的密封件的剖面中，在将在密封件的中心线延伸的方向上的、设置面与上侧面之间的长度中的最长的长度设为H[mm]、且将密封件的中心线延伸的方向上的、设置面与上侧面之间的长度中的最短的长度设为h[mm]的情况下，满足0.755≤h/H≤0.769。

采用上述密封构造，能够抑制轴与密封件之间的滑动热。由此，能够提高密封件的寿命。

在上述密封构造中，使用H和h计算的H－h满足0.9≤H－h≤1.2。由此，能够抑制轴与密封件之间的滑动热。

在上述密封构造中，H满足3.9≤H≤4.9。由此，能够抑制轴与密封件之间的滑动热。

在上述密封构造中，在将上述密封件的剖面中的内周面与外周面之间的长度中的最长的长度设为W1[mm]、且将在上述密封构造的剖面中的自槽底部起到轴为止的长度设为W[mm]的情况下，满足0.877≤W/W1≤0.880。由此，能够提高密封性。

在上述密封构造中，使用W1和W计算的W1－W满足0.75≤W1－W≤0.80。由此，能够提高密封性。

在上述密封构造中，上述密封件的剖面中的密封件具有相对于沿着径向延伸的第2中心线对称的形状。由此，能够提高生产率。

发明的效果

采用本发明，能够实现一种能够提高密封件的寿命的密封构造。

附图说明

图1是表示挖掘机中的钻头和钻头安装轴的剖视图。

图2是基于实施方式的设于密封槽的密封件的俯视图。

图3是图2所示的密封件的侧视图。

图4是沿着图2所示的A－A线剖切而得到的密封件的剖视图。

图5是表示密封构造的剖面的概略图。

图6是表示压力自高压侧作用于密封件的状态的概略图。

图7是表示实施方式的密封槽和轴的各尺寸的概略图。

图8是表示实施方式的密封件的各尺寸的概略图。

图9是表示对于各种密封件的评价结果的表。

具体实施方式

以下，根据附图来说明实施方式中的密封构造。在以下所示的实施方式中，对于相同或实质上相同的结构，标注相同的附图标记，不进行重复的说明。

(钻头2)

参照图1来说明采用有本实施方式的密封构造1的、在挖掘机的顶端设置的钻头2和钻头安装轴3A。图1是表示挖掘机中的钻头2和钻头安装轴3A的剖视图。钻头2能够高速旋转地安装于在钻头安装基部3设置的钻头安装轴3A。在钻头2设有筒状的插入孔9。在插入孔9中设有球状轴承6。钻头安装轴3A被插入到球状轴承6中。在插入孔9与钻头安装轴3A之间保持有润滑油4、5。

在钻头安装轴3A的根部附近区域中设有密封槽31，该密封槽31呈环状设于钻头2的插入孔9的内周面，供密封件10配置。

对于钻头2，采用以泥水的流力为动力使钻头2以旋转中心轴线CL1为中心轴旋转的、所谓的井下马达(泥浆马达)机构。

例如在钻头安装轴3A的直径为左右的情况下，钻头2的旋转区域能够分为低速旋转区域(100rpm～200rpm)、中速旋转区域(200rpm～500rpm)和高速旋转区域(500rpm以上)。在本实施方式中，设想了采用有中速旋转区域用(200rpm～500rpm)的结构的情况。

(密封构造1)

图2是基于实施方式的设于密封槽31的密封件10的俯视图。图3是图2所示的密封件10的侧视图。图4是沿着图2所示的A－A线剖切而得到的密封件10的剖视图。参照图2～图4来说明密封件10。

密封件10具有环状的形状。密封件10在厚度方向DR3上具有预定的厚度。图4所示的A－A剖视图是与同密封件10的径向DR2正交的方向(厚度方向DR3)平行且通过密封件10的中心线C1的假想平面中的剖视图。

沿着A－A线剖切而得到的密封件10的剖面是相对于沿着径向DR2延伸的第2中心线C2对称的形状。由于密封件10为相对于第2中心线C2对称的形状，因而不会弄错向密封槽31组装的组装朝向，能够提高生产率。因而，能够抑制制造成本。

密封件10包含外周面40、内周面41、设置面42以及上侧面43。外周面40构成环状的密封件10的外周面。外周面40和内周面41相对。外周面40向远离内周面41的方向突出。外周面40是弯曲形状。图4所示的沿着A－A线剖切而得到的外周面40的剖面是圆弧状。

内周面41构成环状的密封件10的内周面。内周面41向远离外周面40的方向突出。内周面41是弯曲形状。图4所示的沿着A－A线剖切而得到的内周面41的剖面是圆弧状。

设置面42和上侧面43相对。设置面42具有朝向上侧面43凹陷的形状。上侧面43具有朝向设置面42凹陷的形状。通过使设置面42和上侧面43凹陷，由此，在图4所示的径向DR2上，越靠近沿着A－A线剖切而得到的密封件10的剖面的中心C，密封件10的厚度方向DR3上的厚度越小。

密封件10例如由氢化丁腈橡胶(HNBR)构成。对于密封件10，除了HNBR以外，也可以使用在弹性体材料中混合纳米材料而使弹性体自身的特性提高的材料。密封件10的肖氏A硬度例如是90。

实施方式中的密封件10在后述的轴20与壳体30之间的滑动间隙中，配置于在壳体30设置的密封槽31中。

图5是表示密封构造1的剖面的概略图。图5所示的剖面是与轴向DR1平行且通过轴20的中心线C3的假想平面中的密封构造1的剖面。在实施方式中，轴20是钻头安装轴3A。在实施方式中，壳体30是钻头2。轴向DR1是轴20延伸的方向，且是图5的纸面上的上下方向。

在轴20与壳体30之间的滑动间隙中，比密封槽31靠上侧的位置是泥水和沙子等要进入的高压侧，比密封槽31靠下侧的位置是配置有球状轴承6的低压侧。密封件10将高压侧和低压侧隔开。密封件10抑制来自高压侧的泥水和沙子等的进入，抑制球状轴承6的破损。

设于壳体30的密封槽31具有低压侧面部32、高压侧面部34和槽底部33。低压侧面部32构成密封槽31的靠低压侧的侧面。低压侧面部32在上述密封构造1的剖面中沿着与轴向DR1正交的方向延伸。高压侧面部34构成密封槽31的靠高压侧的侧面。高压侧面部34在上述密封构造1的剖面中沿着与轴向DR1正交的方向延伸。

槽底部33构成密封槽31的底面。槽底部33沿着轴向DR1延伸。槽底部33在槽底部33的一个端部与高压侧面部34相连。槽底部33在槽底部33的另一个端部与低压侧面部32相连。

密封件10配置成被轴20与密封槽31围在它们之间。在密封件10配置于密封槽31的状态下，设置面42与低压侧面部32相对。上侧面43与高压侧面部34相对。

外周面40与槽底部33相对。外周面40被槽底部33按压。内周面41与轴20相对。内周面41被轴20按压。内周面41具有与轴20相接触的接触区域S。接触区域S是通过内周面41被轴20按压而形成的。

接触区域S在接触区域S的在轴向DR1上最接近高压侧的位置具有上端接触部16。接触区域S在接触区域S的在轴向DR1上最接近低压侧的位置具有下端接触部17。

图6是表示压力自高压侧作用于密封件10的状态的概略图。由于压力作用于上侧面43(图6中的空心箭头)，因此，整个密封件10发生变形使得设置面42的凹陷部分接触于低压侧面部32。

与此相伴，如图6中的箭头A所示那样在内周面41产生弯曲变形。通过内周面41的变形，与被作用有压力之前的状态即图5相比，接触区域S变小。通过接触区域S变小，从而轴20与密封件10之间的接触面积变小，因此能够抑制轴20与密封件10之间的滑动热。由此，能够提高密封件10的寿命。

并且，通过如图6中的箭头A所示那样使内周面41弯曲变形，从而上端接触部16附近的内周面41欲远离轴20，因此上端接触部16附近的接触压力变小。由此，泥水会从高压侧进入上端接触部16附近。

另一方面，通过内周面41的弯曲变形，下端接触部17附近的内周面41会被轴20按压，因此，下端接触部17附近的、轴20与密封件10之间的接触压力变大。在图6的纸面上的下方向上的距上端接触部16的距离为一定值以上时，在该一定值的位置以后，能够抑制泥水等的进入。

通过使泥水进入到接触区域S中的一定的位置，能够提高密封件10与轴20之间的滑动性。并且，由于密封件10被泥水冷却，因此能够抑制轴20与密封件10之间的滑动热。由此，能够提高密封件10的寿命。

实施例

在研究过程中，本发明人发现密封件10的尺寸与密封槽31的尺寸之间的关系对密封件10的寿命有很大影响。

图7是表示实施方式的密封槽31和轴20的各尺寸的概略图。图7所示的剖面是与轴向DR1平行且通过轴20的中心线C3的假想平面中的密封构造1的剖面。将从槽底部33起到轴20为止的长度设为W[mm]，将槽底部33的在轴向DR1上的长度设为G[mm]，将轴20的直径设为D[mm]。

图8是表示实施方式的密封件10的各尺寸的概略图。图8所示的剖面是与同密封件10的径向DR2正交的方向(厚度方向DR3)平行且通过密封件10的中心线C1的假想平面中的密封件10的剖面。将密封件10的中心线C1延伸的方向(厚度方向DR3)上的、设置面42与上侧面43之间的长度中的最长的长度设为H[mm]，将设置面42与上侧面43之间的长度中的最短的长度设为h[mm]。将内周面41与外周面40之间的长度中的最长的长度设为W1[mm]。

在基于实施方式的密封件10中，针对尺寸不同的各种密封件10(后述的实施例1、实施例2和比较例1)，关于密封件10的发热性、磨损性、密封性和密封寿命实施了评价。将良好级别的密封件10表示为“良”，将容许级别的密封件10表示为“合格”，将不合格级别的密封件10表示为“不合格”。

图9是表示对于各种密封件10的评价结果的表。在实施例1、实施例2、以及比较例1中，关于密封性，均为良好级别。接触区域S的大小与密封性有关。接触区域S越大，轴20与内周面41之间的接触面积越大，因此，密封性良好。

接触区域S的大小与密封件10的尺寸H有关。尺寸H越大，接触区域S越大，因此，密封性提高。在实施例1、实施例2、以及比较例1中，密封性均为良好级别，因此，可以说，与接触区域S的大小有关的尺寸H的大小在实施例1、实施例2、以及比较例1中均得到充分地确保。

着眼于将h除以H得到的h/H，在h/H＝1的情况下(比较例1)，上侧面和设置面均不凹陷，因此密封件没有厚度变小的部分。由此，即使压力作用于上侧面，密封件的内周面也不会如图6的箭头A所示那样变形。

由于密封件的内周面未变形，因此接触区域未变小。由于接触区域未变小，因此无法抑制在轴与密封件之间产生的滑动热，发热性成为“不合格”。其结果，寿命成为“不合格”。

由实施例1和实施例2可知，在h/H处于0.755≤h/H≤0.769的范围内时，既能确保密封件10的密封性又能提高密封件10的寿命。

另外，可知，在使用H和h计算的H－h处于0.9≤H－h≤1.2的范围内时，同样地，即能确保密封件10的密封性又能提高密封件10的寿命。

在对实施例1和实施例2进行比较时，在发热性、磨损性以及寿命的评价结果方面，实施例1更为良好。接触区域S越大，在轴20与密封件10之间产生的滑动热越大，磨损性也变差，其结果，寿命也降低。

由于实施例1中的H小于实施例2中的H，因此，实施例1的接触区域S较小。通过使接触区域S较小，从而轴20与内周面41之间的接触面积变小，因此，实施例1中的密封件10的发热性和磨损性的评价结果成为良好。其结果，实施例1中的密封件10的寿命评价更为良好。

由实施例1和实施例2可知，在H处于3.90≤H≤4.90的范围内时，既能确保密封件10的密封性又能提高密封件10的寿命。

在要将密封件10配置于密封槽31时，由于内周面41被轴20按压且外周面40被槽底部33按压，因此密封件10被压缩地配置于密封槽31。

图9所示的W/W1是表示密封件10被密封槽31和轴20压缩的程度的参数。密封件10越被压缩，轴20与密封件10之间的接触压力越大。当接触压力变大时，密封性提高，另一方面，滑动热会变大，因此，寿命变差。

由图9可知，在W/W1处于0.877≤W/W1≤0.880的范围内时，既能确保密封件10的密封性又能提高密封件10的寿命。

另外，可知，在使用W1和W计算的W1－W处于0.75≤W1－W≤0.80的范围内时，既能确保密封件10的密封性又能提高密封件10的寿命。

通过适当地设定密封件10的尺寸和密封槽31的尺寸，能够实现既能确保密封性又能提高密封件10的寿命的密封构造1。

在实施方式中，密封件10为相对于第2中心线C2对称的形状，但密封件10也可以不对称。另外，设置面42和上侧面43的凹陷也可以是凹陷成圆弧状等的形状。

应当理解为：本次所公开的实施方式和实施例在所有方面均是例示，并不具有限制的含义。本发明的范围不是由上述的说明体现，而是由权利要求书体现，且意图在于：在与权利要求书等同的意思及范围内进行的所有变更都被包含在本发明中。

附图标记说明

1、密封构造；10、密封件；16、上端接触部；17、下端接触部；20、轴；30、壳体；31、密封槽；32、低压侧面部；33、槽底部；34、高压侧面部；40、外周面；41、内周面；42、设置面；43、上侧面；DR1、轴向；DR2、径向；DR3、厚度方向；C、中心；C1、C3、中心线；C2、第2中心线。

Claims (6)

1.一种密封构造，其具备环状的密封件，该密封件在轴与壳体之间的滑动间隙中配置于在所述壳体设置的密封槽中，将高压侧和低压侧隔开，其中，

在与所述轴的轴向平行且通过所述轴的中心线的假想平面中的所述密封构造的剖面中，设于所述壳体的所述密封槽具有：低压侧面部，其构成所述密封槽的靠所述低压侧的侧面且沿着与所述轴向正交的方向延伸；槽底部，其构成所述密封槽的底面且在所述剖面中沿着所述轴向延伸；及高压侧面部，其构成所述密封槽的靠所述高压侧的侧面且沿着与所述轴向正交的方向延伸，

所述密封件包含：外周面，其与所述槽底部相对；弯曲形状的内周面，其与所述轴相对且朝向所述轴突出；设置面，其与所述低压侧面部相对；以及上侧面，其与所述高压侧面部相对，

所述设置面具有朝向所述上侧面凹陷的形状，

所述上侧面具有朝向所述设置面凹陷的形状，

在与同所述密封件的径向正交的方向平行且通过所述密封件的中心线的假想平面中的所述密封件的剖面中，在将在所述密封件的中心线延伸的方向上的、所述设置面与所述上侧面之间的长度中的最长的长度设为H[mm]、且将所述密封件的中心线延伸的方向上的、所述设置面与所述上侧面之间的长度中的最短的长度设为h[mm]的情况下，满足0.755≤h/H≤0.769。

2.根据权利要求1所述的密封构造，其中，

使用所述H和所述h计算的H－h满足0.9≤H－h≤1.2。

3.根据权利要求1或2所述的密封构造，其中，

所述H满足3.9≤H≤4.9。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的密封构造，其中，

将在所述密封件的剖面中所述内周面与所述外周面之间的长度中的最长的长度设为W1[mm]、且将在所述密封构造的剖面中自所述槽底部起到所述轴为止的长度设为W[mm]的情况下，满足0.877≤W/W1≤0.880。

5.根据权利要求4所述的密封构造，其中，

使用所述W1和所述W计算的W1－W满足0.75≤W1－W≤0.80。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的密封构造，其中，

在所述密封件的剖面中，所述密封件具有相对于沿着所述径向延伸的第2中心线对称的形状。