CN111433494A - 环状防尘密封件 - Google Patents

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CN111433494A CN201980006155.7A CN201980006155A CN111433494A CN 111433494 A CN111433494 A CN 111433494A CN 201980006155 A CN201980006155 A CN 201980006155A CN 111433494 A CN111433494 A CN 111433494A
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Abstract

提供一种环状防尘密封件，该环状防尘密封件在具有优异的防尘密封功能的同时能够使局部磨损、塌垮(变形)、粘滑(鸣响、振动)得以改善。一种环状的防尘密封件，其由弹性材料构成，由壳体支承，并具有圆环状的防尘唇(4)，使所述防尘唇(4)的表面与往复运动轴的外周面接触，该往复运动轴配置于所述壳体内，并使前端侧向大气侧突出，在所述防尘唇(4)的纵剖面中，该防尘唇(4)的比顶部靠所述壳体内部侧的具有凸曲率的表面(4b)的平均曲率半径比该防尘唇(4)的比顶部靠大气侧的具有凸曲率的表面(4a)的平均曲率半径大。

Description

环状防尘密封件
技术领域
本发明涉及环状防尘密封件，具体而言，涉及在具有优异的防尘密封功能的同时不产生局部磨损、塌垮(变形)、粘滑(鸣响、振动)的环状防尘密封件。
背景技术
以往，关于在工程机械的液压缸、悬架以及机动车的减震器等中用于杆密封部的防尘密封件，有如图8所示以能够滑动的方式与往复运动轴(杆)200的外周面密封接触的环状防尘密封件300(专利文献1)。
往复运动轴200配置于未图示的壳体内，如图8中箭头A所示，能够沿轴向往复运动。关于该往复运动轴200，基端侧(图8中左方)位于壳体内，前端侧(图8中右方)比壳体的开口端部更向轴向外侧(以下称为“大气侧。)突出。在壳体内填充有油，在液压缸等中，在防尘密封件的壳体内部侧(以下称为“液压侧”)多将防止油向外部泄漏的唇形密封垫和以缓冲高负荷时的液压及阻断高温油为目的的缓冲圈并用，对防尘密封件供给在唇形密封垫和轴间通过的油膜。
环状防尘密封件300由橡胶状弹性材料一体地形成为圆环状，并在外周侧安装有金属环310。环状防尘密封件300配置于形成在壳体的环状槽内。环状槽以包围往复运动轴200的外周面的方式形成。
环状防尘密封件300在液压侧具有抵接于往复运动轴200的周面的、圆环状的防油唇320。另外，环状防尘密封件300在大气侧具有抵接于往复运动轴200的周面的、圆环状的防尘唇330。
环状防尘密封件300通过橡胶状弹性材料的弹力而使防油唇320压接于往复运动轴200的外周面。另外，环状防尘密封件300通过橡胶状弹性材料的弹力而使防尘唇330压接于往复运动轴200的外周面。由于这些防油唇320和防尘唇330压接于往复运动轴200的外周面，所以壳体内被密封。
环状防尘密封件300通过防油唇320将壳体内的油密封。另外，环状防尘密封件300通过防尘唇330来阻止砂土等侵入壳体内。该环状防尘密封件300能够长期维持比防尘唇330靠液压侧的液压保持部件、轴承、齿轮等滑动部件的良好的润滑状态，由此对延长设备的寿命作出贡献。另外，防尘唇330能够在往复运动轴200的外周面形成适度的油膜。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-214769号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
环状防尘密封件300为了通过防尘唇330防止外部异物侵入壳体内，作为能够将环状防尘密封件300与往复运动轴200的外周面之间的间隙密封的弹性材料，通过各种橡胶、聚氨酯、PTFE等形成。另外，环状防尘密封件300由于还需要将固着于往复运动轴200的外周面的外部异物刮落，所以要求有刚性，由高硬度的橡胶、聚氨酯等合成树脂形成。
另外，环状防尘密封件300通过提高对往复运动轴200的外周面的密封接触压力，从而使相对于固着于往复运动轴200的外周面的外部异物的密封性提高，由此能够对延长设备的寿命作出贡献。
但是，关于环状防尘密封件300，若提高对往复运动轴200的外周面的密封接触压力，则面压梯度变高，因此当轴向壳体内部侧行进时，存在通过防尘唇的油膜变薄、刮出泄漏变多的担心。另外，环状防尘密封件300在为了提高密封接触压力而使紧固力提高时，存在发生局部磨损、塌垮(变形)、粘滑(鸣响、振动)等的担心。
因此，本发明的课题在于提供一种环状防尘密封件，该环状防尘密封件在具有优异的防尘密封功能的同时使局部磨损、塌垮(变形)、粘滑(鸣响、振动)得以改善。
本发明的其他课题通过以下的记载而变得明确。
用于解决技术问题的手段
上述课题通过以下的各发明而被解决。
1.
一种环状防尘密封件，其特征在于，所述环状防尘密封件由弹性材料构成，由壳体支承，并具有圆环状的防尘唇，使所述防尘唇的表面与往复运动轴的外周面接触，所述往复运动轴配置于所述壳体内并使前端侧向大气侧突出，
在所述防尘唇的纵剖面中，所述防尘唇的比顶部靠所述壳体内部侧的具有凸曲率的表面的平均曲率半径比所述防尘唇的比顶部靠大气侧的具有凸曲率的表面的平均曲率半径大。
2.
根据上述1所述的环状防尘密封件，其特征在于，所述防尘唇的比顶部靠所述壳体内部侧的具有凸曲率的表面的平均曲率半径是所述防尘唇的比顶部靠大气侧的具有凸曲率的表面的平均曲率半径的1.5倍～4倍。
3.
根据上述1或2所述的环状防尘密封件，其特征在于，
所述防尘唇的比顶部靠所述壳体内部侧的具有凸曲率的表面的平均曲率半径是所述防尘唇的比顶部靠大气侧的具有凸曲率的表面的平均曲率半径的2倍～3倍。
4.
根据上述1、2或3所述的环状防尘密封件，其特征在于，
在所述防尘唇的表面与所述往复运动轴的外周面接触时，
面向大气侧的端面中的、至少位于所述往复运动轴的外周面附近的部位相对于所述外周面的母线所成的角度为90°以上。
5.
根据上述1～4中任一项所述的环状防尘密封件，其特征在于，
在所述防尘唇的表面与所述往复运动轴的外周面接触时，
面向大气侧的端面形成为越是靠近所述往复运动轴的外周面侧越向大气侧突出的锥形形状。
发明效果
根据本发明，能够提供一种环状防尘密封件，该环状防尘密封件在具有优异的防尘密封功能的同时使局部磨损、塌垮(变形)、粘滑(鸣响、振动)得以改善。
附图说明
图1是示出本发明的环状防尘密封件的第一实施方式(安装状态)的纵剖视图。
图2是示出图1所示的环状防尘密封件(未安装状态)的纵剖视图。
图3是示出图1所示的环状防尘密封件的主要部分的主要部分放大纵剖视图。
图4是示出图1所示的环状防尘密封件对往复运动轴的接触压力的曲线图。
图5是示出本发明的环状防尘密封件的第二实施方式(未安装状态)的纵剖视图。
图6是示出图5所示的环状防尘密封件的主要部分的主要部分放大纵剖视图。
图7是示出图5所示的环状防尘密封件对往复运动轴的接触压力的曲线图。
图8是示出现有的环状防尘密封件的纵剖视图。
具体实施方式
以下，针对用于实施本发明的方式进行说明。
[第一实施方式]
图1是示出本发明的环状防尘密封件的第一实施方式(安装状态)的纵剖视图。
该环状防尘密封件1的第一实施方式在工程机械的液压缸、悬架以及机动车的减震器等中用于杆密封件。本实施方式是关于液压缸(未图示整体)所采用的杆密封系统的应用例，所述液压缸被用作工程机械、土木机械、运输车辆等的致动器。
如图1所示，杆密封系统设于作为进行往复直线运动的可动部的活塞杆102和作为收纳该活塞杆102的固定部的缸壳体101之间。杆密封系统由壳体101支承。壳体101的大气侧(图1中右方)为开口部101a，壳体101的未图示的液压侧(图1中左方、内部侧)被盖封闭。
在壳体101内配置有往复运动轴(杆)102。该往复运动轴102的一前端侧位于壳体101内的液压侧，该往复运动轴102的另一前端侧从壳体101的开口部101a突出。往复运动轴102如图1中箭头A所示，能够沿轴向进行往复运动。往复运动轴102由于壳体101内的流体，从而沿轴向的往复运动的速度被限制。
杆密封系统包括杆密封垫(未图示)、配置于杆密封垫的液压侧的缓冲圈(未图示)和配置于杆密封垫的大气侧的防尘密封件1。因此，从液压侧朝向大气侧，依次排列着缓冲圈、杆密封垫、防尘密封件1。
杆密封垫为防止工作油向外部泄漏的主密封件，是以圆环状的U型密封垫为主体、使平垫圈状的支承环与该U型密封垫邻接而成的结构。这些U型密封垫和支承环均收纳于设在缸壳体101的内周面的安装槽。
缓冲环缓冲高负荷时的冲击压力、变动压力，或是抑制高温的工作油向杆密封垫侧流入的情况，从而起到维持杆密封垫的耐久性的作用。这种缓冲环是以圆环状的U型密封垫为主体、将支承环嵌入于该U型密封垫的底根(heel)部而成的结构。这些U型密封垫和支承环均收纳于设在缸壳体101的内周面的安装槽。
图2是示出图1所示的环状防尘密封件(未安装状态)的纵剖视图。
环状防尘密封件1如图2所示，由弹性材料一体地形成为圆环状。作为形成环状防尘密封件1的材料，作为能够将环状防尘密封件1与往复运动轴102的外周面102a之间的间隙密封的弹性材料，优选各种橡胶、聚氨酯、PTFE等合成树脂材料。
环状防尘密封件1在外周侧安装有金属环2。金属环2具有圆环板部2a和将该圆环板部2a的外周部分弯曲而形成的圆筒部2b。通过使圆筒部2b沿着环状防尘密封件1的外周面，并将圆环板部2a埋设于环状防尘密封件1，由此将金属环2安装于环状防尘密封件1。
如图1所示，环状防尘密封件1配置于形成在壳体101的环状槽103内。环状槽103位于壳体101的开口部101a的附近，并包围往复运动轴102的外周面102a且与往复运动轴102形成为同轴。
如图1和图2所示，环状防尘密封件1在液压侧(内部侧)具有与往复运动轴102的外周面接触的圆环状的防油唇3。另外，环状防尘密封件1在大气侧具有与往复运动轴102的外周面接触的圆环状的防尘唇4。
环状防尘密封件1通过弹性材料的弹力而使防油唇3的表面压接于往复运动轴102的外周面102a。另外，环状防尘密封件1通过弹性材料的弹力而使防尘唇4的表面压接于往复运动轴102的外周面102a。由于这些防油唇3和防尘唇4压接于往复运动轴102的外周面102a，所以壳体101内可被密封。
图3是示出图1所示的环状防尘密封件的主要部分的主要部分放大纵剖视图。
防尘唇4的表面形成为环形形状，如图3所示，纵剖面为圆弧状。在防尘唇4的纵剖面中，防尘唇4的比顶部4c靠液压侧的具有凸曲率的表面4b的平均曲率半径(≒(R1+R2)/2)大于防尘唇4的比顶部4c靠大气侧的具有凸曲率的表面4a的平均曲率半径(＝R2)。
优选的是，在防尘唇4的纵剖面中，防尘唇4的比顶部4c靠液压侧的具有凸曲率的表面4b的平均曲率半径(≒(R1+R2)/2)为防尘唇4的比顶部4c靠大气侧的具有凸曲率的表面4a的平均曲率半径(R2)的1.5倍～4倍。
进一步优选的是，在防尘唇4的纵剖面中，防尘唇4的比顶部4c靠液压侧的具有凸曲率的表面4b的平均曲率半径(≒(R1+R2)/2)是防尘唇4的比顶部4c靠大气侧的具有凸曲率的表面4a的平均曲率半径(R2)的2倍～3倍。
如该实施方式所示，对于在用于工程机械的液压缸、悬架以及机动车的减震器中的杆密封件的情况下的一般的材质、温度条件和灰尘的种类，优选液压侧的曲率半径R1为0.4mm～0.5mm左右，大气侧的曲率半径R2为0.15mm～0.2mm左右。但是，这些具体的数值的最佳值根据形成环状防尘密封件1的材质、温度条件、灰尘的种类等而变动。
图4是示出图1所示的环状防尘密封件对往复运动轴的接触压力的曲线图。
在图4中，接触压力为正的区域是防尘唇4弹性变形压扁而与往复运动轴102的外周面102a接触的区域。该接触区域的大气侧为横轴右端，横轴左侧表示往液压侧的距离。
在图4中的现有产品中，接触压力最大的部位是防尘唇的顶部。在本实施方式的环状防尘密封件1中，虽然顶部4c的位置与现有产品相同，但是由于防尘唇4的表面的曲率半径的不同，所以有时在顶部4c接触压力不成为最大。
如图4所示，防尘唇4对往复运动轴102的外周面102a的接触压力与上述的现有产品相比较，峰值变低，另外，取得峰值的部分的轴向长度在液压侧变长。接触压力超过必要面压p的必要面压宽度w1比现有产品宽。这是因为增大了液压侧的曲率半径R1。图4所示的现有产品和本实施方式的环状防尘密封件1是材质、整体形状、温度条件等相同的产品。
关于防尘唇4，由于其液压侧的曲率半径R1大，所以对往复运动轴102的外周面102a的接触压力下降，能够防止局部磨损、塌垮(变形)、粘滑(鸣响、振动)，能够防止液体(油)的刮出泄漏。另外，附着于往复运动轴102外周面102a的液体膜(油膜等)成为适当的厚度。而且，防尘唇4由于其大气侧的曲率半径R2小，所以对往复运动轴102的外周面102a施加充分的接触压力，因此具有优异的防尘密封功能。
即，该环状防尘密封件1阻止外部异物(砂土、矿石、油、水、冰、树液等)侵入壳体101内的防尘密封功能优异，并且使比环状防尘密封件1靠液压侧的液压保持部件、轴承、齿轮等滑动部件成为良好的润滑状态。该环状防尘密封件1能够长期维持优异的防尘密封功能，能够对延长设备的寿命作出贡献。
[第二实施方式]
图5是示出本发明的环状防尘密封件的第二实施方式(未安装状态)的纵剖视图，图6是示出图5所示的环状防尘密封件的主要部分的主要部分放大纵剖视图。在图5和图6中，与图1～图3相同的附图标记的部位是相同结构的部位，因此关于这些部位的说明，援引上述实施方式的说明，在此省略。
如图5和图6所示，环状防尘密封件1优选面向大气侧的大气侧端面1a在安装状态下成为越靠近往复运动轴102的外周面102a侧越向大气侧突出的锥形(taper)形状。
这样，由于大气侧端面1a的形状为越靠近往复运动轴102的外周面102a侧越向大气侧突出的锥形(taper)形状，所以通过大气侧端面1a能够良好地将附着于外周面102a的异物刮落。
另外，环状防尘密封件1的大气侧端面1a无需为圆锥面(纵剖面为直线)，在安装状态中，至少位于往复运动轴102的外周面102a附近的部位相对于外周面102a的母线所成的角度为90°以上即可。
环状防尘密封件1由于大气侧端面1a的位于外周面102a附近的部位相对于外周面102a的母线形成90°以上的角度，所以能够良好地将附着于外周面102a的异物刮落。在大气侧端面1a的位于外周面102a附近的部位相对于外周面102a的母线所成的角度小于90°的情况下，附着于外周面102a的异物伴随着往复运动轴102的往复运动有可能无法被良好地刮落而侵入往复运动轴102和环状防尘密封件1之间。
需要说明的是，也可以如图5所示，环状防尘密封件1在未安装于往复运动轴102的周围的状态下，大气侧端面1a相对于待安装的往复运动轴102的外周面102a的母线所成的角度小于90°且形成为越远离外周面102a侧越向大气侧突出的锥形形状。即，如图6所示，环状防尘密封件1在安装在了往复运动轴102的周围时，被往复运动轴102的外周面102a推压而产生位移，相对于大气侧端面1a的外周面102a的母线所成的角度变为90°以上，成为越靠近外周面102a侧越向大气侧突出的锥形形状。此时的环状防尘密封件1的位移量为过盈量。
图7是示出图5所示的环状防尘密封件对往复运动轴的接触压力的曲线图。
在图7中，接触压力为正的区域是防尘唇4弹性变形压扁而与往复运动轴102的外周面102a接触的区域。该接触区域的大气侧为横轴右端，横轴左侧表示向液压侧的距离。
在图7中的现有产品中，接触压力最大的部位是防尘唇的顶部。在本实施方式的环状防尘密封件1中，虽然顶部4c的位置与现有产品相同，但是由于防尘唇4的表面的曲率半径的不同，所以有时在顶部4c接触压力不成为最大。
在该实施方式中同样地，如图7所示，防尘唇4对往复运动轴102的外周面102a的接触压力与上述的现有产品相比较，峰值变低，另外，取得峰值附近的部分的轴向长度在液压侧变长。接触压力超过必要面压p的必要面压宽度w2比现有产品宽。这是因为增大了液压侧的曲率半径R1。图7所示的现有产品和本实施方式的环状防尘密封件1是材质、整体形状、温度条件等相同的产品。
因此，该环状防尘密封件1的防尘密封功能优异，另外，能够长期维持优异的防尘密封功能，并能够对延长设备的寿命作出贡献。另外，本实施方式的环状防尘密封件1通过大气侧端面1a能够良好地将附着于往复运动轴102的外周面102a的异物刮落。
以上各实施方式的说明中的具体的结构、形状、材质、动作和数值等只不过是用于说明本发明的例示，不应由这些对本发明进行限定地解释。
另外，虽然以上说明的环状防尘密封件是作为工程机械、土木机械、运输车辆等的致动器来使用的液压缸的杆密封系统，但是该环状防尘密封件不限于液压缸的杆密封系统，只要是需要在轴的周围将壳体内部相对于大气进行密封的装置，就能够适用于所有的装置。
附图标记说明
1 环状防尘密封件
1a 大气侧端面
2 金属环
3 防油唇
4 防尘唇
4a 防尘唇的比顶部靠大气侧的具有凸曲率的表面
4b 防尘唇的比顶部靠液压侧的具有凸曲率的表面
R1 液压侧的曲率半径
R2 大气侧的曲率半径
101 壳体
101a 开口部
102 往复运动轴(杆)
102a 外周面
103 环状槽

Claims (5)

1.一种环状防尘密封件，其特征在于，
所述环状防尘密封件由弹性材料构成，由壳体支承，并具有圆环状的防尘唇，使所述防尘唇的表面与往复运动轴的外周面接触，所述往复运动轴配置于所述壳体内并使前端侧向大气侧突出，
在所述防尘唇的纵剖面中，所述防尘唇的比顶部靠所述壳体内部侧的具有凸曲率的表面的平均曲率半径比所述防尘唇的比顶部靠大气侧的具有凸曲率的表面的平均曲率半径大。
2.根据权利要求1所述的环状防尘密封件，其特征在于，
所述防尘唇的比顶部靠所述壳体内部侧的具有凸曲率的表面的平均曲率半径是所述防尘唇的比顶部靠大气侧的具有凸曲率的表面的平均曲率半径的1.5倍～4倍。
3.根据权利要求1或2所述的环状防尘密封件，其特征在于，
所述防尘唇的比顶部靠所述壳体内部侧的具有凸曲率的表面的平均曲率半径是所述防尘唇的比顶部靠大气侧的具有凸曲率的表面的平均曲率半径的2倍～3倍。
4.根据权利要求1、2或3所述的环状防尘密封件，其特征在于，
在所述防尘唇的表面与所述往复运动轴的外周面接触时，
面向大气侧的端面中的、至少位于所述往复运动轴的外周面附近的部位相对于所述外周面的母线所成的角度为90°以上。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的环状防尘密封件，其特征在于，
在所述防尘唇的表面与所述往复运动轴的外周面接触时，
面向大气侧的端面形成为越是靠近所述往复运动轴的外周面侧越向大气侧突出的锥形形状。
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