CN112610609A - 特别用于滚动轴承的具有动态作用的密封装置 - Google Patents

特别用于滚动轴承的具有动态作用的密封装置 Download PDF

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Abstract

密封装置(8)包括可以联接到第一固定机械构件(6)的第一环形元件(9)和可以联接到第二旋转机械构件(5)的第二环形元件(13)，用于保护在构件之间界定的环形隔室(7)；第一元件设置有被构造为与第二元件相互作用的至少一个环形密封唇(18)，第二元件具有配置在第一元件的套筒部(10)的边缘(23)处的凸缘部(15)的径向边缘(22)，从而与第一元件的套筒部形成被构造为迷宫式密封的径向间隙(24)；第二环形元件的凸缘部的径向间隙承载多个凹部(25)，多个凹部配置在冠部中，在径向间隙处彼此相邻地间隔开并且被构造为由于第二元件的旋转而产生动力效应(F)，以用于排斥朝向所述径向间隙推的任何污染物。

Description

特别用于滚动轴承的具有动态作用的密封装置
技术领域
本发明涉及一种具有动态作用的密封装置，特别适用于插入相对于彼此旋转的第一机械构件与第二机械构件之间的滚动轴承(例如包括滚动轴承的内圈和外圈)或存在于所述滚动轴承中，用于保护轴承和/或轴承的滚动体免受外部污染物影响的目的，同时将任何润滑脂保持在内部。
背景技术
众所周知，目前在工业中要求密封装置应当具有比过去大的密封能力和低的摩擦扭矩，该密封装置被称为“填充密封(pack seal)”型，例如，用于插入相对旋转的两个构件之间。对于具有低摩擦性而不降低其流体密封性的密封件的需求也在增加。
存在许多已知的减小摩擦的方式：最简单的是减少与相对旋转的两个构件中的一个滑动接触的密封唇的数量，或者形成被构造为提供非滑动迷宫式密封的一个或多个唇，但是这通常导致密封装置的密封能力降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种没有现有技术的缺点同时是可靠的且经济的密封装置，并且特别是一种如下的密封装置：通过减少密封唇的数量而允许减小由密封装置在使用中产生的摩擦，并因此减小摩擦扭矩及其随之而来的能量消耗，密封唇被构造为在使用中滑动地联接至相对运动的两个构件中的一个，但不损失密封能力，或者相反地，一种如下的密封装置：允许在不增大摩擦扭矩的情况下或者在存在仅被构造用于迷宫式密封的唇的情况下增大密封能力。
因此，根据本发明，提供了一种可插入相对旋转的第一机械构件与第二机械构件之间(例如，在滚动轴承的圈之间)的密封装置，以及相关联的密封系统，其特征在所附权利要求中公开。
附图说明
现在将参照附图描述本发明，附图示出了本发明的实施方式的一些非限制性示例，在附图中：
图1示意性地示出了根据本发明的密封装置的四分之三(/大部分)(three-quarter)前透视图和径向截面图；以及
图2至图7示意性地示出了本发明的密封装置的各个实施方式的相同的四分之三前透视图、径向截面图和为简单起见被截断的视图。
具体实施方式
参照图1，标号8表示整个密封装置，该密封装置通常可插入第一环形机械构件5与第二环形机械构件6(单纯示意性地示出并且仅以虚线部分地示出)之间，这些构件以已知的方式(为简化起见未示出)以相对旋转的方式装配，构件5是绕着其自身对称轴线旋转的构件且构件6是固定构件；例如，构件5和6分别可以是滚动轴承的旋转内圈和固定外圈，或者可以是通过介于其间的滚动轴承而进行相对旋转的两个机械构件。
为了保护界定在可相对旋转的构件5与构件6之间的环形隔室(annularcompartment)7免受任何外部污染物影响，和/或为了将任何润滑流体保持在例如滚动轴承内部的环形隔室7中，密封装置8与这些构件同轴地插入构件5与构件6之间，如以非限制性的方式所示。
事实上，密封装置8可以插入任何两个可相对旋转的环形构件之间，因此以下的描述单纯地通过示例的方式提及机械构件5和6，而不因此失去其一般性。
密封装置8包括第一环形元件9，第一环形元件9具有第一套筒部(/第一衬套部)(sleeve portion)10和第一凸缘部(/第一轮缘部)(flange portion)11，第一套筒部10在所示示例中是径向外部分，被构造为在使用中以成角度固定的方式联接到在使用中静止的构件6，第一凸缘部11从套筒部10的第一边缘12以悬臂的方式沿第一径向方向延伸，第一径向方向在所示示例中在套筒部10的内部径向地延长。
密封装置8还包括第二环形元件13，第二环形元件13与第一环形元件9同轴地定位并且包括第二套筒部14和第二凸缘部15，第二套筒部14在所示示例中是径向内部分，被构造为在使用中以成角度固定的方式联接到在使用中旋转的构件5，第二凸缘部15从第二套筒部14的与边缘12相对的第一边缘16突出；凸缘部15沿与凸缘部11以突出方式延伸的径向方向相反的径向方向以突出方式延伸；在所示示例中，该第二径向方向在套筒部14的外部径向地延长。
第二凸缘部15面对第一凸缘部11，并且更通常的是，第二环形元件13插入第一环形元件9内，在第一环形元件9的径向内部并且与第一环形元件9同轴。
第一元件9设置有至少一个可弹性变形的环形密封唇18，在所示的非限制性优选示例中，环形密封唇18被构造为与第二元件13的面向第一元件9的正表面(/正向表面/前表面)(frontal surface)19滑动地相互作用。作为另一种选择，环形密封唇18可以被构造为非滑动的，但是用于与前表面19形成迷宫式密封。
显然，如将看到的，可能并且通常优选的是，存在多个环形密封唇18，所述多个环形密封唇18被构造为形成径向滑动或轴向滑动密封件或者迷宫式密封件，根据构造，径向滑动或轴向滑动密封件或者迷宫式密封件被已知为整体，因此为了简单起见未示出。
在所示的非限制性示例中，环形元件9由环形密封元件20和环形加强元件或支撑件21形成，环形加强元件或支撑件21优选地由金属制成，优选地通过在硫化过程中的结合(bonding)而固定到环形密封元件20。
在所示的示例中，元件9设置有在所示的示例中由已知类型和构造的三个环形密封唇18组成的多个环形密封唇，所述环形密封唇以悬臂的方式从凸缘部11径向地和/或轴向地延伸。
唇18形成为环形密封元件20的一体部分，并且优选地被构造为在环形元件或遮蔽件(shield)9和13上滑动地相互作用且具有轻微的干涉，环形元件或遮蔽件9和13通过两个径向内唇18联接到凸缘部14并且通过径向外唇18联接到套筒部15，所有这些都在正表面19上。作为另一种选择，唇18中的一个或多个可以被构造为与凸缘部14和/或与套筒部15相互作用而不滑动，但是与这些部分相紧密地互作用以形成迷宫式密封。在这两种情况下，环形元件13因此用作附加组件，该附加组件用作环形密封元件20的对立面(counter-face)。
根据已知但形成本发明的一体部分的配置，结合上文已经描述的内容，第二环形元件13被构造为与第一环形元件9相互作用，元件9和13同轴地联接(此外，在所示的非限制性示例中，如上所述，第二环形元件在第一环形元件内部)，使得第二凸缘部15的径向边缘22位于第一套筒部10的第二边缘23处，如此与第二边缘23形成环形径向间隙24，该环形径向间隙24被构造为在第一环形元件9与第二环形元件13之间形成迷宫式密封(labyrinthseal)。
根据本发明的第一方面，凸缘部15的径向边缘22具有多个凹部25，所述多个凹部25配置在冠部(/顶部)(crown)中，沿着整个径向边缘22顺次彼此相邻地间隔开并且位于径向间隙24处，直接面向并且邻近于元件9的套筒部10的边缘23。另外，凹部25面向与元件9的凸缘部11相反的方向，并且尤其地，凹部25形成在元件13的与正表面19相反(/相对)并且属于凸缘部15的正表面26上。
凹部25被构造为由于第二环形元件或遮蔽件13相对于第一环形元件或遮蔽件9的旋转并且由于径向间隙24的存在而与套筒部10的第二边缘23相互作用而产生动态离心效应(dynamic centrifuging effect)F，动态离心效应F例如不仅指向切向而且指向轴向和/或径向，并且能够排斥被朝向所述径向间隙24推的任何污染物，使得它们不能够到达所述径向间隙24，从而消除了任何污染物可能渗透由间隙24形成的迷宫式密封并且进入遮蔽件9与13之间的环形空间，因此到达最靠近凸缘部10的密封唇18的风险，在所示示例中，密封唇18是径向外唇。
与例如常规离心元件相比，由于凹部25的存在，这种动态离心效应F在力、方向和路径方面得到了极大的改善，因为它可以将任何固体污染物远离间隙24抛出，而污染物被凹部25拦截，并且当存在液体或类似污染物(诸如水、泥浆等)时，这种流动被凹部25转向，凹部25像涡轮机的叶片一样起作用。
根据本发明的另一方面，凹部25与实心圆周部分27交替，而径向边缘22没有间断，这些部分27与套筒部10的边缘23间隔开等于间隙24的量。
根据本发明的一方面，在与正表面19相反(/相对/背对)的一侧，凹部25还形成为横跨(/跨过)(across)凸缘部15的径向边缘22，以在相应地面向与第一元件9相反的方向的面26上部分地延伸。
根据本发明的另一方面，凹部25的轮廓使得在面26上与凸缘部15的径向边缘22形成相应的相对提前角(/导向角/导程角)(lead angle)α和β(图3)。
这些角度α和β优选地可以彼此对称，使得由凹部25产生的动态效应F是相同的，而与第一元件9与第二元件13之间的相对旋转方向无关；作为另一种选择，相对的提前角α和β彼此不对称，使得由凹部25产生的动态效应F的强度随着第一元件9与第二元件13之间的相对旋转的方向而变化。当旋转构件5具有优选的旋转方向时，后一特性可能是有用的。
参照图2至图7，这些图示意性地示出了本发明的到目前为止所描述的各个实施方式，由附图标记8a至8f指示。为了简单起见，与先前描述的细节相似或相同的细节用相同的标号指示。
如图5、图6和图7所示，凹部25和实心部27由波形轮廓28限定，波形轮廓28在与第一元件9的凸缘部11相反(/相对)的侧一侧、由凸缘部15的径向边缘22承载。
然而，根据图2、图3和图4中所示的变型，凹部25形成在边缘22上或形成在边缘22中，并且以恒定的间隔间隔开，以在它们之间留下由边缘22的完整部分(intact portion)27构成的实心部(solid portion)27。
根据由8(图1)、8a、8b、8d、8e指示的优选实施方式，第二元件13(图1、图2、图3、图5和图6)包括基本上刚性的环形加强元件29和环形嵌件(/插入件)30，环形加强元件29优选地由金属制成，界定凸缘部15和套筒部14两者，环形嵌件30由合成或弹性塑料材料制成，优选地在与第一元件9相反的一侧在环形加强元件29上在硫化期间结合或共模制(/共成型/共同模制)(co-moulded)为一体件。作为另一种选择，环形嵌件30还可以简单地结合到环形加强元件29，或者可以通过卡扣配合固定到环形加强元件29。
嵌件30与环形加强元件29一起形成第二环形元件13的第二凸缘部15的径向边缘22。
根据本发明的这些实施方式，凹部25仅形成在嵌件30的面朝向第一元件9的套筒部10的第一径向边缘部分31上，第一径向边缘部分31在所示示例中是径向外部分。
根据由8、8a和8d示出的实施方式(图1、图2和图5)，根据所示示例，环形嵌件30在元件13的凸缘部15的与元件9相对(/相反)的整个正表面26上延伸。嵌件30也可以仅在正表面26的环形部分上延伸，该环形部分在这种情况下是径向外部分。
在上面示出的非限制性实施方式中，嵌件30不仅包括径向边缘部分31，而且包括第二径向边缘部分32，该第二径向边缘部分32面向与第一元件9的套筒部10相反的方向(/远离第一元件9的套筒部10的方向)，在所示示例中，该第二径向边缘部分32是与第一径向边缘部分31形成为一体件的径向内部分。
根据所示的优选的但非限制性实施方式，径向边缘部分32被构造为形成已知类型的编码器元件，该编码器元件包括具有物理或磁性不连续性的沿周向的一序列径向部分33，在所示的示例中，这些部分被磁化为具有相反的极性N(北极)和S(南极)。如果嵌件30不需要另外用作编码器，则清楚的是，即使当环形嵌件30根据所示示例在整个正面26上延伸时，也不存在这些物理或磁性不连续性(magnetic discontinuity)。
最终，在实施方式8c和8f(图4和图7)中，第二元件13仅由基本上刚性的环形元件34(优选地由金属制成)形成，界定凸缘部15和套筒部14两者。
在这种情况下，凸缘部15包括突出的环形径向部分35，环形径向部分35在与第一元件9相反的一侧沿轴向方向以悬臂方式突出并且界定/限定凸缘部15的径向边缘22。
根据这些实施方式8c、8f，凹部25在与第一凸缘部11相反的一侧形成在突出的环形径向部分35上。
在图4的实施方式8c中，凹部25由中空部或缺口(/凹陷)(indentation)形成，中空部或缺口由环形径向部分35的周向部分的塑性变形产生，与因此形成实心部27的未变形的部分交替。
在图7的实施方式8f中，凹部25由波形轮廓28的波谷形成，而波峰形成没有间断的实心部27。波形轮廓28通过整个边缘22的塑性变形(例如，通过模制(moulding)/压印(embossing))形成。
类似地，在图5的实施方式8d中，在这种情况下，凹部25也由波形轮廓28的波谷(wave trough)形成，而波峰(wave crest)形成没有间断的实心部27，并且波形轮廓28通过在模制嵌件的步骤期间直接在嵌件30上注射成型(injection moulding)或挤压(compression)而形成。
最终，从以上描述中显而易见的是，本发明还涉及密封系统36(图1)，其包括根据以上描述的实施方式中的任何一个的密封装置8以及联接在一起以可相对旋转的第一环形机械构件和第二环形机械构件(诸如构件5、6)，其中：
-第一元件9以成角度固定的方式附接到在使用中静止的环形构件6，
-第二元件13以成角度固定的方式附接到在使用中旋转的环形构件5，
-第一元件9容纳在环形隔室7内，在非限制性示出的示例中环形隔室7被界定在编号为5的第一环形构件与编号为6的第二环形构件之间，
-在与第一元件9相反的一侧，第二元件13在径向上定位在第一元件9内部并且朝向环形隔室7的外部定位，使得其凸缘部15基本上将隔室7(除了间隙24之外)与外部环境封闭。
由于有利的现象存在于动态效应F的产生时，并且根据其他可能的实施方式，外唇18甚至可以被消除以减小摩擦(如果存在滑动唇的话)，或者作为另一种选择，再次以减小摩擦为目的，即使不改变唇18的数量，也可以减小在设计阶段发现的在唇18与其滑动表面19之间的干涉。
因此实现了本发明的所有目的。

Claims (11)

1.一种能够插入两个能相对旋转的机械部件(5，6)之间的密封装置(8)，包括：第一环形元件(9)，具有第一套筒部(10)和第一凸缘部(11)，所述第一套筒部(10)被构造为在使用中一体地成角度联接到所述机械部件中的在使用中静止的第一机械部件(6)，所述第一凸缘部(11)以悬臂方式从所述第一套筒部(10)的第一端(12)沿第一径向方向延伸；以及第二环形元件(13)，与所述第一环形元件(9)同轴配置，并且包括第二套筒部(14)和第二凸缘部(15)，所述第二套筒部(14)被构造为在使用中一体地成角度联接到所述机械部件中的在使用中旋转的第二机械部件(5)，所述第二凸缘部(15)以悬臂方式从所述第二套筒部(14)的第一端(16)沿与所述第一径向方向相反的第二径向方向延伸，所述第二凸缘部(15)被配置成面向所述第一凸缘部(11)；所述第一元件(9)至少设置有环形密封唇(18)，所述环形密封唇(18)能够弹性变形且被构造为以滑动方式或利用迷宫式密封与所述第二元件的面对所述第一元件的正表面(19)配合；所述第二元件(13)被构造为与所述第一元件配合，使得所述第二凸缘部(15)的配置在所述第一套筒部(10)的第二端(23)处的径向边缘(22)与所述第一套筒部(10)的第二端(23)形成径向环形间隙(24)，所述径向环形间隙(24)被构造为在所述第一元件与所述第二元件之间提供迷宫式密封；其特征在于，所述第二凸缘部(15)的所述径向边缘(22)承载多个凹部(25)，所述多个凹部(25)布置在冠部中、沿着所述第二凸缘部的整个径向边缘(22)顺次地彼此相邻地间隔开，且布置在所述径向间隙(24)处、直接面向并且邻近于所述第一元件的第一套筒部的第二端(23)并且配置在与所述第一元件的第一凸缘部(11)相反的一侧；所述凹部(25)被构造为响应于所述第二环形元件的旋转并且与所述第一套筒部的第二端(23)的配合而产生动态效应(F)，所述动态效应(F)被设计为排斥朝向所述径向间隙引导的任何污染物。
2.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述凹部(25)与不具有所述第二凸缘部的所述径向边缘(22)的不连续性的周向实心延伸部(27)交替，所述延伸部(27)与所述第一套筒部的所述第二端(23)间隔开等于所述间隙(24)的量。
3.根据权利要求1或2所述的密封装置，其特征在于，所述凹部(25)横跨所述第二凸缘部的所述径向边缘(22)形成，使得在所述第二凸缘部(15)的配置在与所述第一环形元件(9)相反的一侧的面(26)上部分地延伸。
4.根据前述权利要求中任一项所述的密封装置，其特征在于，所述凹部(25)由波形轮廓(28)限定，所述波形轮廓(28)在与所述第一元件的第一凸缘部(11)相反的一侧、由所述第二凸缘部(15)的径向边缘(22)承载。
5.根据前述权利要求中任一项所述的密封装置，其特征在于，所述凹部(25)的轮廓使得在布置在所述第二凸缘部的与所述第一环形元件相反的一侧的面(26)上与所述第二凸缘部(15)的所述径向边缘(22)形成彼此对称的相应的相对提前角(α，β)，使得由所述凹部(25)产生的动态效应(F)相同，而与所述第二环形元件的旋转方向无关。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的密封装置，其特征在于，所述凹部(25)的轮廓使得在布置在所述第二凸缘部的与所述第一环形元件相反的一侧的面(26)上，与所述第二凸缘部的所述径向边缘(22)形成彼此不对称的相应的相对提前角(α，β)，使得由所述凹部产生的动态效应(F)根据所述第二环形元件的旋转方向具有不同的强度。
7.根据前述权利要求中任一项所述的密封装置，其特征在于，所述第二环形元件(13)包括基本上刚性的环形加强元件(29)和环形嵌件(30)，所述环形加强元件(29)优选由金属制成，界定所述第二凸缘部(15)和所述套筒部(14)，所述环形嵌件(30)由合成或弹性体塑料材料制成，一体地紧固到所述环形加强元件(29)，优选地，所述环形嵌件(30)在与所述第一环形元件相反的一侧共模制在所述环形加强元件(29)上并且与所述环形加强元件(29)限定所述第二环形元件的第二凸缘部的所述径向边缘(22)；所述凹部(25)排他地形成在所述嵌件(30)的面向所述第一环形元件的套筒部(10)的第一径向端部(31)上。
8.根据权利要求7所述的密封装置，其特征在于，所述环形嵌件(30)在所述第二环形元件(13)的第二凸缘部(15)的与所述第一环形元件相反的整个前面(26)上延伸或在所述第二环形元件(13)的第二凸缘部(15)的环形部分上延伸，并且所述环形嵌件(30)包括第二径向端部(32)，所述第二径向端部(32)配置在与所述第一环形元件的套筒部(10)相反的一侧并且与所述第一径向端部(31)一体地形成。
9.根据权利要求8所述的密封装置，其特征在于，所述第二径向端部(32)被构造为产生编码器元件，所述编码器元件包括具有物理或磁性不连续性的沿周向的一序列径向部分(33)。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的密封装置，其特征在于，所述第二环形元件(13)由基本上刚性的环形元件(34)构成，所述环形元件(34)优选由金属制成，界定所述第二凸缘部(15)和套筒部(14)；所述第二凸缘部(15)包括突出的环形径向延伸部(35)，所述环形径向延伸部(35)在与所述第一环形元件(9)相反的一侧、沿轴向方向以悬臂方式突出并且界定所述第二凸缘部的所述径向边缘(22)；所述凹部(25)在与所述第一凸缘部相反的一侧、形成在所述突出的环形径向延伸部(35)上。
11.一种密封系统(36)，包括根据前述权利要求中任一项所述的密封装置(8)以及第一环形机械部件(5)和第二环形机械部件(6)，所述第一环形机械部件(5)和所述第二环形机械部件(6)彼此联接，使得当所述第一部件静止时所述第二部件是能旋转的，其特征在于，所述第一环形元件(9)一体地成角度固定到在使用中静止的所述第一环形部件(6)，所述第一环形元件(9)容纳在界定在所述第一环形部件与所述第二环形部件之间的环形隔室(7)内部；并且所述第二环形元件(13)一体地成角度固定到在使用中旋转的所述第二环形部件(5)，在与所述第一环形元件(9)相对的一侧，所述第二环形元件(13)在径向上配置在所述第一环形元件(9)的内部并且朝向所述环形隔室(7)的外部配置。
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