CN111173842B - 旋转用密封 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种旋转用密封，在造型为中粗形状的同时，侧唇的壁厚不会变得过厚，在侧唇前端的磨损发展时，表面压力不会降低而密封性不会降低。侧唇(6A)为，确定侧唇(6A)的厚度的内周侧面(8)和外周侧面的形状(9)为，内周侧面(8)为圆锥的侧面状，外周侧面(9)为如下的中粗形状：包括随着从小径侧向大径侧而所述厚度逐渐增加的圆锥的侧面状的第一外周部(B1)和所述厚度逐渐减小的圆锥或圆柱的侧面状的第二外周部(B2)，第一外周部(B1)和第二外周部(B2)的边界的中粗部(C)的厚度最厚。相对于侧唇(6A)的基端部的厚度(T)，侧唇(6A)的前端部厚度(T1)为0.5～0.7T，中粗部(C)的厚度(T2)为1.2～1.5T。侧唇(6A)的前端部的角度(A)为10°～30°。

Description

旋转用密封
技术领域
本发明涉及一种旋转用密封，是对旋转部进行密封的接触密封。
背景技术
作为对旋转部进行密封的接触密封即旋转用密封，例如具有在汽车的车轮支承用的轴承装置等中使用的组合型的旋转用密封(例如，参照专利文献1～3)。
这样的旋转用密封的侧唇(轴向唇)以保持弹性且能够应对紧密结合和磨损的方式，从侧唇的基部扩径突出，并与安装在内侧部件上的甩油环的径向侧周面(向外凸缘的径向周面)倾斜地滑动接触。
作为这种侧唇，有的将其外周侧部造型为唇中途部成为厚度增大的膨胀形状(在以下，称为“中粗形状”)(例如，参照专利文献1的图1、专利文献2的图5和图7以及专利文献3的图1～图4)。
例如，在专利文献1的旋转用密封(图1)中，由侧唇3的所述中粗形状引起的外周部的壁厚部分(膨胀部31)承受而阻止由于过盈量而向外径侧扩径的应力，并将该应力传递到唇基部。
由此，专利文献1的旋转用密封为，不是允许侧唇3本身的形状变形，而是唇基部成为支点而唇角度变化，因此即使位于外前端的接触部的磨损发展，唇角度也不会示出较大的角度变化，而成为不使密封力变化的耐久性良好的密封。
专利文献1：日本实开平4-62966号公报
专利文献2：日本特开2004-11732号公报
专利文献3：日本特开2005-16603号公报
但是，专利文献1的旋转用密封(图1)中的侧唇3，没有考虑到所述接触部的磨损发展了的情况下的接触面压力的变化。
由于唇形密封的密封性依赖于表面压力，所以需要保持即使所述接触部磨损也能够确保密封性的极限的表面压力以上。
另一方面，专利文献2的旋转用密封(图5、图7)中的侧唇2a、2c具有所述中粗形状，但是在表示接触载荷(压迫力)与过盈量之间的关系的表1中用虚线表示的现有形状，压迫力由于过盈量的变化而有较大地变动。
另一方面，专利文献3的旋转用密封(图1～图4)中的侧唇22b、22c为，通过所述中粗形状，使最大壁厚部37的厚度t1为基端部的最小壁厚部36的厚度t2的2倍以上([0034])，由此能够与过盈量的变化无关地抑制接触载荷(压迫力)的变化([0031])。
但是，专利文献3的侧唇22b、22c为，当壁厚变得过厚、并且侧唇22b、22c前端的接触部的磨损发展时，接触面积的变化量变大。当由于磨损而唇前端部的接触面积增加时，表面压力降低而变得无法确保密封性。
发明内容
因此，本发明鉴于所述情况，要解决的课题在于提供一种旋转用密封，在造型为中粗形状的同时，侧唇的壁厚不会变得过厚，在侧唇前端的磨损发展时，表面压力不会降低而密封性不会降低。
为了解决所述课题，本发明的旋转用密封包括：芯棒，包括圆筒状的芯棒圆筒、以及从所述芯棒圆筒的轴向的一端向径向内侧延伸的芯棒凸缘；以及
密封部件，包括与所述芯棒接合的基部以及密封唇部，
在该旋转用密封中，
所述密封唇部包括从所述基部扩径突出的侧唇，
在所述侧唇中，
关于确定所述侧唇的厚度的内周侧面和外周侧面的形状，
所述内周侧面为圆锥的侧面状，
所述外周侧面包括随着从小径侧朝向大径侧、所述厚度逐渐增加的圆锥的侧面状的第一外周部以及所述厚度逐渐减小的圆锥或圆柱的侧面状的第二外周部，
所述第一外周部与所述第二外周部之间的边界的中粗部是厚度最厚的中粗形状，
相对于所述侧唇的基端部的厚度T，所述侧唇的前端部的厚度为0.5～0.7T，所述中粗部的厚度为1.2～1.5T，
所述内周侧面的圆锥的母线与所述第二外周部的圆锥或圆柱的母线所成的角度为10°～30°
在此，更优选的实施方式为，所述内周侧面的圆锥的母线与所述第二外周部的圆锥或圆柱的母线所成的角度为15°～25°。
发明的效果
根据本发明的旋转用密封，将侧唇造型为中粗形状，相对于侧唇的基端部的厚度T，使侧唇的前端部厚度为0.5～0.7T、中粗部的厚度为1.2～1.5T，使侧唇的前端部的角度为10°～30°、更优选为15°～25°。
由此，在造型为中粗形状的同时，侧唇的壁厚不会变得过厚，即使侧唇前端的磨损发展，也不会使初始设定的表面压力大幅度地减少，密封性不会降低。
附图说明
图1是表示将本发明的实施方式的旋转用密封用于汽车的车轮支承用的轴承装置的例子的局部纵剖面示意图。
图2是内侧的旋转用密封周围的主要部分放大纵剖视图。
图3是内侧的旋转用密封单体的主要部分放大纵剖视图。
图4是外侧的旋转用密封周围的主要部分放大纵剖视图。
图5是外侧的旋转用密封单体的主要部分放大纵剖视图。
图6是侧唇为一个的内侧的旋转用密封周围的主要部分放大纵剖视图。
图7是侧唇为一个的内侧的旋转用密封单体的主要部分放大纵剖视图。
图8是表示侧唇的各要素的主要部分放大剖视图。
图9是表示实施例1及比较例的过盈量与反作用力之间的关系的图表。
图10是比较例的内侧的旋转用密封周围的主要部分放大纵剖视图。
图11是比较例的内侧的旋转用密封单体的主要部分放大纵剖视图。
图12A是表示实施例1的旋转用密封磨损了0.2mm的状态的主要部分放大剖视图。
图12B是表示同样磨损了0.3mm的状态的主要部分放大剖视图。
图12C是表示同样磨损了0.4mm的状态的主要部分放大剖视图。
图12D是表示同样磨损了0.5mm的状态的主要部分放大剖视图。
图12E是表示同样磨损了0.6mm的状态的主要部分放大剖视图。
图13是表示实施例1～5及比较例的唇的磨损量与接触面积之间的关系的图表。
符号的说明
1A、1B、1C、1A' 旋转密封
2、3 芯棒
2A、3A 芯棒圆筒
2B、3B 芯棒凸缘
4、5 密封部件
4A、5A 基部
4B、5B 密封唇部
6A、6B 侧唇
7A、7B、7C、7D、7E 径向唇
8 内周侧面
9 外周侧面
10 甩油环
10A 套筒
10B 凸缘
11 轴承装置
12 内圈(径向内侧部件)
12A 轨道面
13 外圈(径向外侧部件)
13A 轨道面
14 滚珠(滚动体)
A 前端部的角度
B1 第一外周部
B2 第二外周部
C 中粗部
D1、D2 密封的厚度
E1、E2 密封的宽度
F 径向面
G 外周面
H 径向面
I 外周面
T 侧唇的基端部的厚度
T1 侧唇的前端部的厚度
T2 中粗部的厚度
具体实施方式
下面，根据附图详细说明本发明的实施方式。
另外，在本说明书中，在汽车的车轮支承用的轴承装置中安装了旋转用密封的状态下，将所述轴承装置的旋转轴的方向称为“轴向”，将与轴向正交的方向称为“径向”。
另外，将从汽车的车身朝向车轮侧的方向称为“外侧”，将其相反方向称为“内侧”。
＜使用了旋转用密封的轴承装置的结构例＞
图1的局部纵剖面示意图表示将本发明的实施方式的旋转用密封1A、1B用于汽车的车轮支承用的轴承装置11的例子。
轴承装置11具备：内圈12，在外周面上形成有内圈轨道面12A，与车轮一起旋转；外圈13，在内周面上形成有外圈轨道面13A，与车身为一体；以及滚珠14、14、…等，是在内圈轨道面12A和外圈轨道面13A之间滚动的滚动体。
另外，轴承装置11在内圈12和外圈13之间的内侧和外侧的端部(比内侧的滚珠14、…更靠内侧以及比外侧的滚珠14、…更靠外侧)，具备防止泥水等浸入并且防止润滑用油脂漏出的旋转用密封1A、1B。
<旋转用密封的结构例>
(内侧的旋转用密封)
如图2和图3的主要部分放大纵剖视图所示，本发明的实施方式的内侧的旋转用密封1A具有：芯棒2，由圆筒状的芯棒圆筒2A和从芯棒圆筒2A的轴向的一端(外侧端)向径向内侧延伸的芯棒凸缘2B构成；以及密封部件4，由与芯棒2接合的基部4A和密封唇部4B构成。
旋转用密封1A还具备甩油环10，该甩油环10由圆筒状的套筒10A和从套筒10A的轴向的一端(内侧端)向径向外侧延伸的凸缘10B构成。
芯棒2和甩油环10为金属制，密封部件4为橡胶等弹性体制。
在旋转用密封1A中，将芯棒圆筒2A安装在作为径向外侧部件的外圈13上，将套筒10A安装在作为径向内侧部件的内圈12上。
密封部件4的密封唇部4B具有：从基部4A向内侧扩径突出的外径侧和内径侧的两个侧唇6A和6B；以及从基部4A向径向内侧突出的径向唇7A。
侧唇6A和6B的前端与甩油环10的凸缘10B的径向面F滑动接触，径向唇7A的前端与甩油环10的套筒10A的外周面G滑动接触。
侧唇6A、6B的最大过盈量为1.0mm以下。
在图2的主要部分放大纵剖视图所示的旋转用密封1A中，密封的厚度(轴向长度)D1为3.5mm≤D1≤7mm，密封的宽度(径向长度)E1为5mm≤E1≤9mm。
另外，在将编码器接合于甩油环10的凸缘10B的构成的情况下，密封的厚度(轴向长度)D也包括编码器的厚度。
(外侧的旋转用密封)
如图4和图5的主要部分放大纵剖视图所示，本发明的实施方式的外侧的旋转用密封1B具备：芯棒3，由圆筒状的芯棒圆筒3A和从芯棒圆筒3A的轴向的一端(外侧端)向径向内侧延伸的芯棒凸缘3B构成；以及密封部件5，由与芯棒筒3接合的基部5A和密封唇部5B构成。
芯棒3为金属制，密封部件5为橡胶等弹性体制。
在旋转用密封1B中，将芯棒圆筒3A安装在作为径向外侧部件的外圈13上。
密封部件5的密封唇部5B具有：从基部5A向外侧扩径突出的侧唇6A；以及从基部5A向径向内方突出的径向唇7B和7C。
侧唇6A的前端与作为径向内侧部件的内圈12的径向面H滑动接触，径向唇7B、7C的前端与内圈12的外周面I滑动接触。
侧唇6A的最大过盈量为1.0mm以下。
在图4的主要部分放大纵剖视图所示的旋转用密封1B中，密封的厚度(轴向长度)D2为5mm≤D2≤10mm，密封的宽度(径向长度)E2为5mm≤E2≤9mm。
(内侧的旋转用密封的变形例)
也可以使用图6及图7的主要部分放大纵剖视图所示的旋转用密封1C来代替内侧的旋转用密封1A。
在旋转用密封1C中，与图2和图3的旋转用密封1A相同的符号表示相同或相当的部分或零件。
旋转密封1C不像旋转密封1A那样具备两个侧唇6A、6B，而具备一个侧唇6A。
密封部件4的密封唇部4B具有：从基部4A向内侧扩径突出的侧唇6A；以及从基部4A向径向内侧突出的径向唇7D和7E。
侧唇6A的前端与甩油环10的凸缘10B的径向面F滑动接触，径向唇7D、7E的前端与甩油环10的套筒10A的外周面G滑动接触。
侧唇6A的最大过盈量为1.0mm以下。
在图6的主要部分放大纵剖视图所示的旋转用密封1C中，密封的厚度(轴向长度)D1为3.5mm≤D1≤7mm，密封的宽度(径向长度)E1为5mm≤E1≤9mm。
另外，在将编码器接合于甩油环10的凸缘10B的构成的情况下，密封的厚度(轴向长度)D1也包括编码器的厚度。
<侧唇的形状>
在本发明中，侧唇6A、6B为相同形状，因此以侧唇6A为代表，使用图8的主要部分放大剖视图所示的各要素进行说明。
侧唇6A为，确定其厚度的内周侧面8和外周侧面9的形状如下所述。即，内周侧面8为圆锥的侧面状，外周侧面9由随着从小径侧朝向大径侧而所述厚度逐渐增加的圆锥的侧面状的第一外周部B1、及所述厚度逐渐减小的圆锥或圆柱的侧面状的第二外周部B2构成。
因此，侧唇6A具有第一外周部B1和第二外周部B2的边界的中粗部C的厚度为最厚的中粗形状。
确定侧唇6A(6B)的形状的数值范围如后述那样决定，侧唇6A(6B)的前端部的厚度T1的数值范围、侧唇6A(6B)的中粗部C的厚度T2的数值范围、以及在侧唇6A(6B)中内周侧面8的圆锥的母线与第二外周部B2的圆锥或圆柱的母线所成的前端部的角度A的数值范围，如下所述。
即，前端部的厚度T1相对于基端部的厚度T为0.5～0.7T，中粗部C的厚度T2相对于基端部的厚度T为1.2～1.5T，前端部的角度A为10°～30°。
<过盈量与反作用力之间的关系>
对于表1的各要素(将侧唇6A的基端部的厚度T设为1而标准化)所示的侧密封6A的形状为实施例1至5和比较例的情况，通过构造分析软件MARC(注册商标)来求出磨损量为0的情况下的过盈量与反作用力之间的关系。
【表1】
各要素 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 比较例
基端部的厚度T 1 1 1 1 1 1
前端部的厚度T1 0.62 0.71 0.71 0.50 0.50 0.62
中粗部的厚度T2 1.32 1.50 1.50 1.21 1.21 1.41
前端部的角度A(°) 20 30 25 15 10 40
图9是表示对于实施例1及比较例的所述过盈量与反作用力之间的关系的图表，实施例1与比较例相同。对于同样求出的实施例2～5，实施例2和3与比较例相比，反作用力大大约2％，实施例4与比较例相比，反作用力小大约1％，实施例5与比较例相比，反作用力小大约2％。
如上所述，实施例1～5及比较例的过盈量与反作用力之间的关系均大致相同，因此能够根据唇的接触面积(滑动接触面积)来比较表面压力。
在图9的图表中，厚度一定的侧唇的过盈量与反作用力之间的关系的例子也用双点划线表示。
如根据图9的图表可知的那样，相对于厚度一定的侧唇，实施例1至5和比较例那样的中粗形状的侧唇为，即使由于唇磨损而过盈量变小，反作用力减少的量也较小。因此，能够减小由于反作用力减少而对表面压力下降产生的影响。
并且，根据轴承、密封的完成状况而过盈量具有范围，但是中粗形状的侧唇的反作用力不会根据其完成状况而较大地变化。在过盈量增加的方向上振摆的情况下，转矩增大的量较小，在过盈量减少的方向上振摆的情况下，对表面压力下降产生的影响较小。
而且，相对于厚度一定的侧唇，中粗形状的侧唇在整体上为低转矩。
<唇磨损后的接触面积的比较>
对于实施例1至5以及比较例，制作再现了磨损后的接触状态的分析模型，按照每个磨损量来求出甩油环10的凸缘10B与径向面F的接触面积。使密封部件4的材质为丁腈橡胶(NBR)，将过盈量设为0.7mm，使用构造分析软件MARC(注册商标)进行分析。
图2和图3的主要部分放大纵剖视图所示的旋转用密封1A的形状是在实施例1中磨损为0的情况，图10和图11的主要部分放大纵剖视图所示的旋转用密封1A'的形状是比较例中磨损为0的情况。
图12A至图12E的主要部分放大剖视图与再现了实施例1的磨损后的接触状态的分析模型对应，分别表示侧唇6A、6B磨损了0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm的状态。
表2和图13表示实施例1至5和比较例中的侧唇的磨损量与接触面积(将磨损了0.2mm时的接触面积设为1而标准化)之间的关系。
【表2】
Figure BDA0002183464120000091
根据表2和图13可知，比较例与实施例1～5相比，由于磨损量的增加而接触面积增加的比例更大。
因此，在比较例中，可以认为由于磨损而唇前端部的接触面积增加，由此表面压力降低而变得无法确保密封性。
与此相对，实施例1～5与比较例相比，由磨损导致的唇前端部的接触面积的增加率更小，因此表面压力难以降低，因此容易确保密封性。
在本发明实施方式的旋转用密封1A、1B、1C中，如上所述，侧唇的最大过盈量为1.0mm以下。在这样的旋转用密封中，最小过盈量为0.1mm。
因此，在过盈量为0.7mm的实施例1～5及比较例中，到有效的最小过盈量0.1mm为止的磨损量即0.6mm为最大磨损量。
磨损到有效的最小过盈量(磨损量0.6mm)时的唇前端部的接触面积的增加率，相对于磨损了0.2mm时的唇前端部的接触面积，比较例是44％，实施例1是14％，实施例2是32％，实施例3是25％，实施例4是9％，实施例5是-18％。
因此，磨损到有效的最小过盈量时的唇前端部的接触面积的增加率，相对于磨损了0.2mm时的唇前端部的接触面积，根据实施例2优选设为32％以下，根据实施例3更优选设为25％以下。
<数值范围的研究>
(侧唇的前端部的厚度T1的上限值)
根据表1中的实施例2和3的各要素，侧唇的前端部的厚度T1相对于侧唇的基端部的厚度T为0.7T以下。
(侧唇的前端部的厚度T1的下限值)
根据表1中的实施例4和5的各要素，侧唇的前端部的厚度T1相对于侧唇的基端部的厚度T为0.5T以上。
(侧唇的中粗部的厚度T2的上限值)
根据表1中的实施例2和3的各要素，侧唇的中粗部C的厚度T2相对于侧唇的基端部的厚度T为1.5T以下。
(侧唇的中粗部的厚度T2的下限值)
根据表1中的实施例4和5的各要素，侧唇的中粗部C的厚度T2相对于侧唇的基端部的厚度T为1.2T以上。
(侧唇的前端部的角度A的上限值)
根据表1中的实施例2的各要素，侧唇的前端部的角度A为30°以下。
(侧唇的前端部的角度A的下限值)
根据表1中的实施例5的各要素，侧唇的前端部的角度A为10°以上。
根据以上的数值范围，将磨损了0.2mm时的接触面积设为1，在进一步磨损时，其磨损后的接触面积的变化较小(例如，即使在实施例2的磨损了0.6mm时，接触面积也为1.32)，在磨损后也不会使初始设定的表面压力大幅度减少，因此在磨损后也能够确保密封性。
根据表2和图13，由磨损导致的唇前端部的接触面积的增加率为，实施例3(A＝25°)比实施例2(A＝30°)小。因此，侧唇的前端部的角度A为25°以下是更优选的实施方式。
在实施例5中A＝10°，因此中粗部C的位置接近侧唇的基端部。由此，如根据表2及图13可知的那样，实施例5(A＝10°)的接触面积在磨损后减小。因此，初始设定的表面压力在磨损后上升。
在实施例5(A＝10°)中，虽然能够实现在磨损后不减小表面压力这样的目的，但是优选表面压力的变化较小。
如根据表2及图13可知的那样，在实施例4(A＝15°)中，磨损后的接触面积的变化较小。因此，侧唇的前端部的角度A为15°以上是更优选的实施方式。
以上的实施方式的记载全部是例示，并不限定于此。在不脱离本发明的范围的情况下，能够实施各种改进和变更。

Claims (2)

1.一种旋转用密封，包括：
芯棒，包括圆筒状的芯棒圆筒、以及从所述芯棒圆筒的轴向的一端向径向内侧延伸的芯棒凸缘；以及
密封部件，包括与所述芯棒接合的基部以及密封唇部，
在该旋转用密封中，
所述密封唇部包括从所述基部扩径突出的侧唇，
在所述侧唇中，
关于确定所述侧唇的厚度的内周侧面和外周侧面的形状，
所述内周侧面为圆锥的侧面状，
所述外周侧面包括随着从小径侧朝向大径侧、所述厚度逐渐增加的圆锥的侧面状的第一外周部以及所述厚度逐渐减小的圆锥或圆柱的侧面状的第二外周部，
所述第一外周部与所述第二外周部之间的边界的中粗部是厚度最厚的中粗形状，
相对于所述侧唇的基端部的厚度T，所述侧唇的前端部的厚度为0.5～0.7T，所述中粗部的厚度为1.2～1.5T，
所述内周侧面的圆锥的母线与所述第二外周部的圆锥或圆柱的母线所成的角度为10°～30°，
所述侧唇的最大过盈量为1.0mm以下，
在该旋转用密封中，最小过盈量为0.1mm，
磨损到最小过盈量时的唇前端部的接触面积的增加率，相对于磨损了0.2mm时的唇前端部的接触面积，设为25％以下。
2.如根据权利要求1所述的旋转用密封，其中，
所述内周侧面的圆锥的母线与所述第二外周部的圆锥或圆柱的母线所成的角度为15°～25°。
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