CN111981046A - 轴承用密封装置 - Google Patents

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刘鑫
吴丽娟
石晓义
李世晶
贺思传
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Abstract

本发明提供一种轴承用密封装置，其包括内密封组件(20)，内密封组件(20)包括骨架(21)和位于骨架(21)的径向内侧的主唇(221)，主唇(221)用于抵靠到轴承的内圈(32)以阻挡异物进入轴承，主唇(221)包括彼此相交的均呈环形的第一面(223)和第二面(224)，第一面(223)位于第二面(224)的轴向外侧，第一面(223)与轴向垂直，或越往径向内侧去、第一面(223)越向轴向外侧倾斜；越往径向内侧去，第二面(224)越向轴向外侧倾斜；在轴承工作过程中，主唇(221)整体上能够将液体从第二面的轴向内侧泵送到第一面的轴向外侧。根据本发明的密封装置，其主唇的结构能帮助例如冷却液等液态异物排出密封装置，主唇不容易磨损，密封效果好。

Description

轴承用密封装置
技术领域
本发明涉及密封领域，且特别涉及轴承用密封装置。
背景技术
图1至图3示出了一种已知的用于冷轧机的四列圆锥滚子轴承(TRB)的密封装置。该密封装置包括盖10和内密封组件20。
盖10呈环形，其包括位于外周部分的盖主体11和位于内周部分的挡环12。挡环12位于盖主体11的轴向端部的径向内侧(挡环12所在的盖10的轴向一端比另一端更靠近轴向外侧)。挡环12的轴向厚度小于盖主体11的轴向厚度，从而使盖10限定出位于挡环12的轴向内侧和盖主体11的径向内侧的内腔，该内腔用于固定下述的内密封组件20。盖主体11的外周壁向径向内侧凹进限定出用于容纳O型密封圈(图中未示出)的环形槽111。安装有O型密封圈和内密封组件20的盖10将被过盈配合地装配到用于容纳轴承的轴承腔(图中未示出)，用于在轴承的轴向端部阻挡周围环境中的异物(例如冷却剂或金属碎屑)进入轴承内部。
内密封组件20呈环形，内密封组件20通过过盈配合的连接方式安装到盖10的内腔。内密封组件20包括骨架21、密封部件22和弹簧23，骨架21由环形的金属板冲压而成，密封部件22附着于骨架21的表面、并在骨架21的径向内侧形成唇部。唇部具有变形量地与轴承的内圈32接触。
参照图2，唇部包括主唇221和副唇222，主唇221具有朝向内圈32的两个倾斜的内周面，分别为第一面223和第二面224。第一面223倾斜地朝向径向内侧和轴向外侧，第二面224倾斜地朝向径向内侧和轴向内侧，第一面223和第二面224相交处构成主唇221的朝径向内侧的最凸出的环形的脊部225。当轴承工作时，内圈32相对于外圈31转动，由于密封装置相对于外圈31是静止的，因此内圈32相对于主唇221转动。
在上述相对转动过程中，摩擦力使得主唇221的内周面变形而产生褶皱。图3示意性地示出了沿径向朝外观察到的第一面223和第二面224的褶皱情况，图中的虚线表示内周面变形后向径向内侧凸起的凸痕226。在第一面223和第二面224均有周向分布的沿轴向延伸的凸痕226，相邻的凸痕226之间构成向径向外侧凹进的凹陷227。
凹陷227为环境中的异物(尤其是液体)的流通提供了通道，以下以冷却剂为例进行说明。以脊部225为轴向的界限，第一面223所在的一侧为空气侧，第二面224所在的一侧为润滑油脂侧，流动到密封装置周围的冷却剂通过凹陷227分别从空气侧和润滑油脂侧被挤压到脊部225，图3中的空心箭头示出了冷却剂的流动方向，在主唇221的位于脊部225附近的区域的润滑油脂被冷却剂稀释。缺少足够的润滑油脂保护的主唇221的磨损加快，而在主唇221发生一定程度的磨损后，冷却剂便能轻易地进入轴承内部。
此外，副唇222作为位于主唇221的轴向内侧的第二道屏障，其对异物的阻挡能力较弱。
另外，在例如对轴承或密封装置进行检修时，需要将密封装置从轴承腔取出，通常的做法是敲击盖10，使盖10与轴承腔的径向发生倾斜、盖10与轴承腔的连接松动，从而能将盖10连同内密封组件20所构成的密封装置从轴承腔中取出。由于希望对盖10的敲击位置尽量位于密封装置的径向中部区域，因此敲击位置通常位于挡环12处，而由于挡环12的轴向厚度小、结构强度小，挡环12很容易被敲坏、甚至内密封组件20一同被敲坏。
发明内容
本发明的目的在于克服或至少减轻上述现有技术存在的不足，提供一种不容易磨损的密封装置。
本发明提供一种轴承用密封装置，其包括内密封组件，所述内密封组件包括骨架和位于所述骨架的径向内侧的主唇，所述主唇用于抵靠到所述轴承的内圈以阻挡异物进入所述轴承，所述主唇包括彼此相交的均呈环形的第一面和第二面，所述第一面位于所述第二面的轴向外侧，其中，
所述第一面与轴向垂直，或越往径向内侧去、所述第一面越向轴向外侧倾斜；
越往径向内侧去，所述第二面越向轴向外侧倾斜；
在轴承工作过程中，所述主唇整体上能够将液体从所述第二面的轴向内侧泵送到所述第一面的轴向外侧。
在至少一个实施方式中，所述第二面与轴向的夹角大于0度、小于或等于45度。
在至少一个实施方式中，所述内密封组件还包括防尘唇，所述防尘唇设置于所述主唇的轴向外侧，所述防尘唇的厚度小于所述主唇的厚度，和/或
所述内密封组件还包括第一副唇和第二副唇，所述第一副唇和所述第二副唇设置在所述主唇的轴向内侧。
在至少一个实施方式中，所述密封装置还包括环形的盖，
所述盖包括盖主体和挡环，所述挡环位于所述盖主体的轴向外侧端部的内周侧，所述内密封组件过盈配合地安装到所述盖主体的内周面并抵靠到所述挡环的轴向内侧端面，
所述盖用于固定到容纳所述轴承的轴承腔内、并使所述盖主体抵靠到所述轴承的外圈，所述盖主体的内周壁在径向内侧凸出于所述外圈。
在至少一个实施方式中，所述挡环向径向内侧延伸到所述主唇的外周部分所在的径向区域。
在至少一个实施方式中，所述挡环具有轴向贯通所述挡环的泄水孔。
在至少一个实施方式中，所述泄水孔的周壁倾斜地设置，越往轴向外侧去，所述泄水孔的周壁越向径向外侧倾斜。
在至少一个实施方式中，所述内密封组件具有朝向所述挡环的倾斜端面，所述泄水孔的周壁与所述倾斜端面在轴向上部分地衔接。
在至少一个实施方式中，所述骨架由机加工制成。
根据本发明的密封装置，其主唇的结构能帮助例如冷却液等液态异物排出密封装置，主唇不容易磨损，密封效果好。
附图说明
图1是一种已知的用于四列圆锥滚子轴承用密封装置的轴向剖视图的一半。
图2是图1中的内密封组件的放大的示意图。
图3是由径向内侧向径向外侧观察图2中的主唇在工作时的表面褶皱的示意图。
图4是根据本发明的一个实施方式的密封装置的轴向剖视图的一半。
图5是图4中的内密封组件的放大的示意图。
图6是由径向内侧向径向外侧观察图5中的主唇在工作时的表面褶皱的示意图。
图7是图4所对应的密封装置利用泄水孔排水的示意图。
附图标记说明
10盖；11盖主体；111环形槽；112内周壁；12挡环；121泄水孔；
20内密封组件；21骨架；22密封部件；221主唇；222副唇；223第一面；224第二面；225脊部；226凸痕；227凹陷；228第一副唇；229第二副唇；220防尘唇；22F倾斜端面；
23弹簧；
31外圈；32内圈；
R径向；A轴向；W轴向外侧。
具体实施方式
下面参照附图描述本发明的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不用于穷举本发明的所有可行的方式，也不用于限制本发明的范围。
参照图4至图7介绍根据本发明的密封装置的具体结构。以图5中的指向为例，A表示密封装置的轴向，该轴向A与轴承的轴向一致；R表示密封装置的径向，该径向R与轴承的径向一致；箭头W指向轴向外侧。此外，本发明所称的周向与轴承的周向一致。
根据本实施方式的密封装置包括盖10和内密封组件20，内密封组件20与盖10过盈配合地装配。在本实施方式中，轴承的外圈31与容纳轴承的轴承腔过盈配合地装配，盖10用于与轴承腔过盈配合地装配。当轴承工作时，轴承的内圈32相对于外圈31转动，内密封组件20相对于外圈31静止，因此同时有内圈32相对于内密封组件20转动。应当理解，图中示出的密封部件22与轴承的其它部件重叠的部分并不表示密封部件22进入到轴承的其它部件，仅表示密封部件22具有变形量地与相关部件接触。
首先参照图4至图6介绍本发明对内密封组件20的改进。
内密封组件20包括骨架21、密封部件22和弹簧23。骨架21可以由金属件通过机加工工艺制成。密封部件22例如为橡胶，其例如通过硫化工艺附着于骨架21的表面、并在骨架21的径向内侧形成唇部。唇部具有变形量地与轴承的内圈32接触。参照图5，唇部包括主唇221、防尘唇220和由第一副唇228以及第二副唇229构成的副唇。弹簧23安装在主唇221的径向外侧，弹簧23对主唇221施加朝向径向内侧的弹簧力，以保证主唇221与内圈32良好地接触。
主唇221的沿轴向A的剖面在与内圈32接触的部分呈楔形，楔形的主唇221包括两个斜面，分别为第一面223和第二面224。楔形的尖部，即第一面223和第二面224的相交处，构成主唇221的向径向内侧最凸出的脊部225。当密封装置未与轴承安装时，第一面223与轴向垂直，或越往径向内侧去、第一面223越向轴向外侧W轻微地倾斜，简称第一面223与轴向垂直或轻微地右倾。越往径向内侧去，第二面224越向轴向外侧W倾斜，简称第二面224右倾。优选地，第二面224与轴向A的夹角大于0度、小于或等于45度，第一面223与轴向A的夹角大于第二面224与轴向A的夹角、小于或等于90度。当密封装置安装到轴承时，为实现良好的密封性，主唇221具有较大过盈量地抵靠到内圈32。应当理解，图4只是示意性地表示出主唇221与内圈32之间具有较大的过盈量，实际上当密封装置安装到轴承后，第一面223的未变形的部分仍然与轴向垂直或轻微地右倾，第二面224的未变形的部分仍然右倾。
当轴承工作时，内圈32相对于内密封组件20转动，第一面223不接触内圈32，第二面224在靠近脊部225处小面积地接触内圈32。内圈32与第二面224之间的摩擦力使得第二面224变形而产生褶皱，而第一面223几乎不会产生褶皱。图6示意性地示出了沿径向朝外观察到的第一面223和第二面224的表面状态，图中的虚线表示第二面224变形后向径向内侧凸起的凸痕226，多个凸痕226周向地分布并沿轴向延伸，相邻的凸痕226之间构成向径向外侧凹进的凹陷227。
以冷却剂为例说明主唇221的表面状态对密封性能的影响。凹陷227为冷却剂的流动提供了通道，又由于第二面224右倾，越往轴向内侧去，第二面224与内圈32之间容纳的流体的压力越大，因此冷却剂将顺着凹陷227向轴向外侧W流动。换言之，以脊部225为轴向上的界限，进入到密封装置内的冷却剂将会从位于脊部225的轴向内侧的润滑油脂侧被单向地泵送到位于脊部225的轴向外侧W的空气侧。简言之，主唇221整体上能够将冷却剂从第二面224的轴向内侧泵送到第一面223的轴向外侧；其中“整体上”是指主唇221将液体从脊部225的轴向内侧泵送到脊部225的轴向外侧的能力大于将液体从脊部225的轴向外侧泵送到脊部225的轴向内侧的能力。即使冷却剂在不期望的情况下从脊部225的轴向外侧流到轴向内侧，主唇221也能将冷却剂从脊部225的轴向内侧泵送到脊部225的轴向外侧去。于是，减少了冷却剂从脊部225的轴向外侧向脊部225的轴向内侧流动而造成的脊部225的磨损，脊部225仍能接触到足够的润滑油脂，主唇221不容易磨损。
为了增强唇部的密封效果，在主唇221的轴向外侧W设置防尘唇220，防尘唇220作为唇部在轴向上的第一道屏障，能阻挡一部分大尺寸的异物进入密封装置。防尘唇220的厚度小于主唇221的厚度，使得经由凹陷227被泵送到主唇221和防尘唇220之间的冷却剂能够较容易地冲过防尘唇220而流出密封装置。在主唇221的轴向内侧设置的两道副唇，即第一副唇228和第二副唇229，作为唇部在轴向上的另两道屏障，能够阻挡颗粒或液体进一步进入轴承内部。
接下来参考图4、图5和图7介绍本发明对盖10的改进。
根据本发明的盖10的盖主体11具有更大的径向厚度，在盖主体11的外径不变的情况下，盖主体11的内周壁112的直径较小，具体地，内周壁112的直径小于外圈31的内径。由于盖主体11的径向厚度变大，当需要拆卸密封装置时，可以敲击盖主体11而不是位于盖主体11的内周侧的比盖主体11的轴向厚度小的挡环12。优选地，敲击区域是盖主体11的对应于外圈31在径向R上所覆盖的区域，由于盖主体11在径向内侧凸出于外圈31，经由上述敲击区域传递开的振动不容易损坏外圈31，也不容易损坏挡环12或内密封组件20。
由于盖主体11的径向厚度的增加，挡环12在径向上与唇部部分地交叠，即挡环12向径向内侧延伸到主唇221的外周部分所在的径向区域，这使得挡环12不仅起到了给内密封组件20安装定位的作用，而且能够在轴向外侧W为唇部抵挡一部分的来自外界的例如冷却剂的冲击力，使得冷却剂不容易以较大的冲击力冲击唇部、甚至是冲过唇部而进入密封装置的内部。
挡环12还具有泄水孔121，泄水孔121在轴向A上贯通挡环12。参照图7，在将盖10安装到轴承腔时，将盖10旋转到使泄水孔121在周向上位于水平最低处。泄水孔121的周壁倾斜地设置，越往轴向外侧W去，泄水孔121的周壁越向径向外侧倾斜。
优选地，骨架21限定出倾斜地朝向挡环12的端面，由于骨架21的表面附着有密封部件22，表现为整个内密封组件20具有朝向挡环12的倾斜端面22F。泄水孔121的周壁与倾斜端面22F在轴向上部分地衔接，使得位于内密封组件20和挡环12之间的冷却剂能够更容易地通过泄水孔121被排放到盖10的轴向外侧。
本发明至少具有以下优点中的一个优点：
主唇221的第一面223与轴向垂直或轻微地右倾、第二面224右倾，当轴承工作时，第二面224将产生褶皱而第一面223不容易产生褶皱，褶皱的凹陷227使得流动到脊部225的轴向内侧的液体能够被单向地泵送到脊部225的轴向外侧W去，主唇221能接触足够的润滑油脂而不容易磨损。
盖主体11在径向R上覆盖的区域较大，内周壁112的直径小于轴承的外圈31的内径，在拆卸密封装置时，对盖10的敲击部位于盖主体11，使得挡环12、内密封组件20和外圈31都不容易受到损坏。此外，盖主体11的内周壁112的直径变小，相应的内密封组件20的径向尺寸就减小，节约了制作内密封组件20的骨架21和密封部件22的材料。
挡环12的下部具有泄水孔121，能够将进入内密封组件20和挡环12之间的液体排放到盖10的轴向外侧。
骨架21可以由机加工工艺制成，相比于冲压工艺，节约了模具的制作成本，尤其是当产品批量较小时，骨架21的制造成本较低。
当然，本发明不限于上述实施方式，本领域技术人员在本发明的教导下可以对本发明的上述实施方式做出各种变型，而不脱离本发明的范围。例如：
根据本发明的密封装置不仅适用于前述的圆锥滚子轴承，还适用于其它的轴承。

Claims (9)

1.一种轴承用密封装置，其包括内密封组件(20)，所述内密封组件(20)包括骨架(21)和位于所述骨架(21)的径向内侧的主唇(221)，所述主唇(221)用于抵靠到所述轴承的内圈(32)以阻挡异物进入所述轴承，所述主唇(221)包括彼此相交的均呈环形的第一面(223)和第二面(224)，所述第一面(223)位于所述第二面(224)的轴向外侧，其中，
所述第一面(223)与轴向垂直，或越往径向内侧去、所述第一面(223)越向轴向外侧倾斜；
越往径向内侧去，所述第二面(224)越向轴向外侧倾斜；
在轴承工作过程中，所述主唇(221)整体上能够将液体从所述第二面(224)的轴向内侧泵送到所述第一面(223)的轴向外侧。
2.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述第二面(224)与轴向的夹角大于0度、小于或等于45度。
3.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述内密封组件(20)还包括防尘唇(220)，所述防尘唇(220)设置于所述主唇(221)的轴向外侧，所述防尘唇(220)的厚度小于所述主唇(221)的厚度，和/或
所述内密封组件(20)还包括第一副唇(228)和第二副唇(229)，所述第一副唇(228)和所述第二副唇(229)设置在所述主唇(221)的轴向内侧。
4.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环形的盖(10)，
所述盖(10)包括盖主体(11)和挡环(12)，所述挡环(12)位于所述盖主体(11)的轴向外侧端部的内周侧，所述内密封组件(20)过盈配合地安装到所述盖主体(11)的内周面并抵靠到所述挡环(12)的轴向内侧端面，
所述盖(10)用于固定到容纳所述轴承的轴承腔内、并使所述盖主体(11)抵靠到所述轴承的外圈(31)，所述盖主体(11)的内周壁(112)在径向内侧凸出于所述外圈(31)。
5.根据权利要求4所述的密封装置，其特征在于，所述挡环(12)向径向内侧延伸到所述主唇(221)的外周部分所在的径向区域。
6.根据权利要求5所述的密封装置，其特征在于，所述挡环(12)具有轴向贯通所述挡环(12)的泄水孔(121)。
7.根据权利要求6所述的密封装置，其特征在于，所述泄水孔(121)的周壁倾斜地设置，越往轴向外侧去，所述泄水孔(121)的周壁越向径向外侧倾斜。
8.根据权利要求7所述的密封装置，其特征在于，所述内密封组件(20)具有朝向所述挡环(12)的倾斜端面(22F)，所述泄水孔(121)的周壁与所述倾斜端面(22F)在轴向上部分地衔接。
9.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述骨架(21)由机加工制成。
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