CN1133630A - 密封装置 - Google Patents

Abstract

一橡胶弹性密封环(13)设置在两可相对运动且同心的零件11，12之间，密封环(13)具有一个表面(22)，它一端终止于动态密封棱(21)，另一端则一直延伸到低压侧N，另外，密封环(13)上还设有外周面(25)，未受压时它相对槽底倾斜延伸。由锥形环状表面延伸的假想平面(35，36)同样也是锥形环状面，并形成交线(37)。该交线(37)总是位于一平面(34)和第二零件(12)的圆周面(15)之间。

Description

密封装置

本发明涉及一种在两个相对运动的、同心的另件之间的橡胶弹性密封环，该密封环设置在对着第二另件开口的且由一槽底和槽侧壁组成的第一另件的槽中，它以其动态密封棱紧贴在第二另件的外圆周面上，该外周面和由该密封棱起始的并延伸到低压侧N的第一表面形成一第一个楔隙，密封环以其支承在槽底的外周面构成一个朝向低压侧N开口的第二楔隙，该密封环确定了一个与第二另件转轴垂直并且与动态密封棱相交的第一平面，一个由凹口分开的密封环第一和第二段超过该平面朝高压侧H凸出，其中密封环第一段至少围有一表面，其一端终止于动态密封棱，密封环第二段超过密封环第一段向高压侧H突出，并且由外周面和相互相交并形成一个凸起的第四、第五表面所形成，第四、五表面的交线距槽底有一定距离并且确定了一个与回转轴线平行的第二平面。

从DE3738512A1中已公开了一个这种形式的密封装置。

已知的密封装置中在密封环低压侧围有锥形垫圈(stutzring)，它用来较大程度地承受压力载荷时作用在密封环上的力，使得动态密封棱不受压力作用。此外，在锥形垫圈和密封环之间设有一第一楔隙，其中密封环受压力载荷时就被向里拉，因而该第一楔隙就闭合。对于已知的密封环第二楔隙设在槽底，进一步加压时该楔隙就消失因而使动态密封棱卸载。通过楔隙中倾斜的角和垫圈斜面的粗糙度可使动态密封棱的挤压力分别与各自的压力材料比相匹配。

尽管动态密封棱可通过已知的密封环的反作用而不承受压力，但是却没有形成一个密封环反弹时所必需的楔隙，完全没有相对低压侧的平缓的压力梯度。因此该动态密封棱容易由于挤压而破坏并从而降低密封环的寿命。

本发明的目的在于：进一步发展已知的这种密封装置，使它在无压力时也能可靠地密封住另件之间的间隙并受压力载荷时可具有改善的耐用度。

按本发明该目的是这样来实现的：第三和第四平面的一条相交线(其中外周面和第一表面在密封环无变形状态下)位于第二平面和圆周面之间的空间内，使得在第一平面和低压侧N之间的密封环为整体的，密封环在装入槽后的无压力状态下具有一个向槽底开口的并且由低压侧槽侧壁和相邻的密封环表面所构成的第三楔隙。

本发明密封环的无变形状态指的是相对于槽腔有尺寸过盈的、未被压紧并且没有压力负荷的生产好的密封环形式。

可将一段没有较大的凹处并且具有材料块的变形性能的材料理解为一整体。

按本发明密封环的截形应这样设计，使得该密封环在无变形时在槽底和低压侧槽侧壁的相交线区具有一第二楔隙，尽管尺寸减小但不管在装入状态还是压力载荷状态下还保持该第二楔隙，它使得在密封环工作时可以向由该第二楔隙所形成的自由腔中偏转。

另外，在装入状态下(非压力载荷态)按本发明的密封环具有一个直到槽底的第三楔隙。受压力载荷时，该第三楔隙闭合，在密封环处于压力载荷下时该第三楔隙就可以使密封环向由该楔隙所形成的自由腔中偏转。

对密封环所加的压力逐渐升高时，由于橡胶弹性的材料特性导致了密封环在轴向收缩而在径向延伸。按本发明的密封环可这样变形，因为它可偏(压)进第二和第三楔隙。从而也可实现对动态密封棱的压力卸载。

密封件挤压的倾向亦能得到显著改善。因而按本发明的密封环具有的主要的优点在于：在密封环装入状态时消除了它与槽腔之间的明显的干涉，使得在动态密封棱上不会产生提高的挤压力。因此该密封环相对于已知的密封环具有较小的摩擦系数。其结果是可降低磨损并从而提高耐用度。

在密封棱区域得到一个稳定的压力分配，这样可保证总能得到朝向低压侧N开口的第一楔隙。即使在经过长时期使用之后仍能不缩小地保持第一楔隙。因而当第二另件(例如-杆)相对于第一另件来回运动时可确保液体从低压区到高压区的回带特性。

动态密封棱区对着低压侧N的第一楔隙与槽底区的第二楔隙存在着一个直接的作用联系。在装入、加压状态下按本发明密封环在第一和第二楔隙区域作用有相应的力。通过密封环外周面和第一表面之间相互的对准可在第一、第二楔隙之间实现作用连接，所述的对准可通过所确定的第三和第四平面的相交线的位置和第三楔隙的位置来决定。

按本发明的橡胶弹性密封环在装入状态下的预紧通过一个基本上在密封棱前面的密封环截面的材料变形来实现，从而可以保证，在密封棱后面密封环低压区在径向方向上几乎没有预紧力。

也可通过选择弹性材料来影响按本发明密封环在装入状态和加压状态的变形程度。

按本发明密封环的一凹口将对着高压侧H的密封环分成两段，加压时该凹口具有一关节(铰链)作用，它在强或弱负载时可打开或闭合。一个这种形式的密封环可作为一单向(止回)阀，当低压侧N的液体所处的压力比高压侧H的液体大时，可将液体可靠地从低压侧传送到高压侧。

按本发明密封环另外一种结构中，在装入状态下的密封环与低压侧的槽侧壁构成一个向槽底开口的第二楔隙，它在密封环低压使用区的径向延伸比在高压使用区的径向延伸要大。其优点是：按本发明的密封环的压力响应特性可被单独调整到一个特定的使用区域。若按本发明思想来设计该密封环截面，则较小的或较大的流体压力提高可在动态密封棱上产生一个相平衡的压力卸载。

按本发明进一步的设计，密封环在加压态时在槽底和低压侧槽侧壁的角区域距槽底有一定距离。这种结构的优点在于：只要该密封环通过一个提高的液压被压进在低压侧槽底的自由空腔中时密封环的动态密封棱就可被卸载。

本发明又一实施例中密封环整体在无变形状态下具有一个不超过密封环第二段长度2.2倍的轴向长度，并且在密封环的无变形状态下密封环表面与低压侧的槽侧壁平行。

因而就产生了如下优点：按本发明密封环由于其橡胶弹性可这样产生变形，使得在加压时第三楔隙闭合并且使第二楔隙变小。因而此密封圈在压力增加时可对动态密封棱进行卸载。

按本发明密封环一特别有利的实施例中该密封环由于变形在装入、无压力状态下具有第三楔隙。

按本发明密封环在安装时被偏转，将其紧紧地压向低压侧槽侧壁。对此，密封环在局部区域构成一个朝向槽底开口的第三楔隙。这样低压侧的自由腔(如由第二楔隙确定的)在密封环装入的时候自动扩大并且在加压时可由该按本发明密封环来填充，即将其在压力作用下或多或少压进该自由腔。因而就可得到这样一种密封环，它根据不同的几何尺寸，在液压升高时能被进一步卸载。

本发明另一实施例中密封环整体在无变形状态下具有一大于密封环第二段长度2.2倍的轴向长度，并且在其加工完成后状态下具有一个相对于回转轴倾斜的密封环表面，它在密封环装入时和无压力时与低压侧的槽侧壁形成第三楔隙。

具有如此长度的本发明密封环由于其扭转刚度不再能够偏转从而形成对着低压侧的第三楔隙。由于倾斜的密封环表面，该可装进矩形槽中的密封环也能形成一个第三楔隙。

按本发明密封环的又一实施例中，该密封环的整体部分(其长大于2.2倍的密封环第二段长度)具有一第二外周面，它与槽底形成一个角度，但该角度小于由第一外周面和槽底之间的夹角。

由于第二外周面相对于第一外周面倾斜度的变小，加压下的密封环因而可以较大的接触面支承在低压侧的槽侧壁和槽底上，从而可稳定该密封环在静态密封区的接触性能。可靠的静态密封性能也能对密封环特别是动态密封棱上的压力分配的稳定性产生积极影响。

从以下附图中可得出按本发明密封环的其它优点。同样按本发明上述突出的特征和下面将叙述的特征可被单独使用或将其任意组合。所述的实施例并非排它的例举，而只是作为举例说明。

以下借助附图对本发明的实施例进行进一步阐述，附图中：

图1为按本发明密封环的一横截面，其整体在无变形状态下的长度为在无变形状态下密封环第二段长度的2.2倍以内；

图2为按图1在装入态的本发明密封环的横截面；

图3为按图1的在加压状态下的本发明密封环的横截面；

图4为按本发明密封环的横截面，在无变形时其整体长度大于在无变形时密封环第二段的长度的2.2倍。

附图中仅简要示出了按本发明的密封环，但未按比例示出。密封环个别比例可能不同，但只要能保证：已加工好的密封环在高压侧H有一个相对于槽的尺寸过盈直到低压侧逐渐过渡成间隙。

图1到4中用相同的标号表示相同的符号。

图1为一密封装置10，它由一第一另件11，第二另件12和一密封环组成。同心的另件11，12可相对移动，即它们可相对相互转动或来回移动。

在第一另件11上开有槽14，它朝第二另件12上的圆周面15开口。该槽由一个高压侧侧壁16，一低压侧侧壁17和一个槽底18组成，另件11，12之间相距一定间隙19。

密封环13具有一个回转轴线20，它对应于第二另件12的对称轴。密封环13的一动态密封棱21由第一表面22和第二表面23的交线形成，即第二表面23可向上延伸到密封环13上的台阶。第一表面22与圆周面15形成了一个第一楔隙24，即使在密封环受压时该楔隙也一直张开直到低压侧N(图3)。密封环13上与槽底18相对的是外周面25，它在静态密封区贴紧底18。

图1中密封环13处于完全卸载状态，如加工好的状态。图1中密封环13设在一槽14中，其中槽底18用点划线表示，因而该密封环13的外形轮廓可以以加工好的无应力状态表示出来。图1中可看到干涉现象，这就说明该密封环13有一个相对于槽14的尺寸过盈。

此外，该密封环13还具有两段由一个凹口26分开的、并ww第一平面27朝向高压侧凸起的密封环28，29。第一平面27垂直于回转轴线20并且通过密封棱21。密封环第一段28由第二表面23和第三表面30所围成，密封环第二段29则由第四表面31和第五表面32围成。第四、五表面31、32相交于交线33并形成一个凸起。交线33确定一个第二平面34，它通过交线33并和回转轴线20平行。外周面25位于第三平面35中，它和一个第四平面36相交于交线37。第四平面36这样确定，它位于第一表面22中。交线33位于由周面15和第二平面34所围成的空间中。

与密封环13高压侧的第四表面31相邻的外周面25相对于回转轴线20倾斜，其中它们形成一个角α₁。图中可看出，外圆周25与高压侧第四表面31的交线区的尺寸过盈在动态密封棱21区则终止了。在外周面25的其它区域密封环13加工成带间隙的，即在槽底18和低压侧侧壁17区形成一个第二楔隙38。密封环13应这样制造，使它径向延伸的密封环表面39贴紧低压侧槽侧壁17。

图2为一装入另件11，12之间的密封环13的横截面图。图中密封环13以其动态密封棱21贴靠在第二另件12的周面15上。密封环13在槽4中被预紧，使得密封环13这样变形，使回转轴线20和外周面25之间的角度α₂小于图1中所示的α₁角。装入密封环13之后在低压侧的槽侧壁17区直到槽底18也能得到一个第二楔隙38。通过装入后密封环13的变形在低压侧槽侧壁17和相邻的密封环13的密封表面39之间形成一个第三楔隙40。在装入状态也存在第一楔隙24。

图3所示为图1和图2在压力负荷状态下的密封环。H为高压侧，N则表示低压侧。从高压侧看，密封环13具有一凹口26，它在有压力负载时具有关节(铰链)功能(能弯曲)。压力作用下将密封环13压进由楔隙38和40所形成的自由腔，通过密封环13的偏转(移)可对密封棱21进行卸载。压力载荷下不仅能形成第一楔隙24，而且能形成第二楔隙38。压力作用下第三楔隙40则完全闭合，因而密封环表面39贴紧在槽侧壁17上。

图4所示为一密封装置50，它由第一另件51第二另件52和一密封环53组成。同心的另件51、52能相对运动，亦即它们可相对转动或者相对(平)移动。

在第一另件51上开有槽54，它朝第二另件52上的圆周面55开口。该槽设有一个高压侧侧壁56，一低压侧侧壁57和一个槽底58，另件51，52之间相距一定间隙59。

密封环53具有一个回转轴线60，它对应于第二另件52的对称轴。密封环53的一动态密封棱61由第一表面62和第二表面63白交线形成，即第二表面63可向上延伸到密封环53上的台阶。第一表面62与圆周面55形成了一个第一楔隙64，即使在密封环受压时该楔隙仍张开直到低压侧N(图3)。密封环53上与槽底58相对的是外周面65，它在一个静态密封区贴紧槽底58。

图4中密封环53处于完全卸载状态，如被加工好的状态。图4中密封环53设在一槽54中，其中槽底58用点划线表示，因而该密封环的外形轮廓可以以加工好的无应力状态表示出来。图4中可看到，干涉现象，这就说明该密封环53有一个相对于槽54的尺寸过盈。

此外，该密封环53还具有两段由一个凹口26分开的、并超过第一平面67朝向高压侧凸起的密封环68，69。第一平面67垂直于回转轴线60并且通过密封棱61。密封环第一段68由第二表面63和第三表面70所围成，密封环第二段69则由第四表面71和第五表面72围成。第四、五表面71、72相交于交线73并形成一个凸起。交线73确定一个第二平面74，它通过交线73并和回转轴线60平行。外周面65位于第三平面75中，它和一个第四平面76相交于交线77。第四平面76这样确定，它位于第一表面62中。交线73位于由周面55和第二平面74所围成的空间中。

与密封环53高压侧的第四表面71相邻的外周面65相对于回转轴线60倾斜，其中它们形成一个角α₁。图中可看出，外圆周65与高压侧第四表面71的交线区的尺寸过盈在动态密封棱61区则终止了。在外周面65的其它区域密封环53上具有一个间隙，即在槽底58和低压侧槽侧壁57区形成一个第二楔隙78。密封环53的第二外周面79与槽底58所成的交角小于第一外周面65和槽底58之间的夹角。

该密封环53本身这样来加工，即它的倾斜的密封环表面贴紧低压侧的槽侧壁57，密封环53使在变形时形成一个第三楔隙81。该楔隙81由槽侧壁57和密封环表面80所围成。随着压力载荷的增加，第三楔隙逐渐闭合，这样密封环面就可以其全部的径向长度贴紧在低压侧槽侧壁57上。

在两个可相对运动的、同心的另件11，12之间的密封环13由一种橡胶弹性材料制成，并被装进一槽14中，槽从第一另件11出发并对着第二另件12张开。密封环13在其高压侧区有一个相对于安置它的槽14的尺寸过盈，而在其低压侧区则加工成间隙。与槽底18相对的外周面25在密封环13完全卸载的情况下与回转轴线20成一角度α₁，它在安装时则缩小为角α₂。一个在密封环13的安装状态下在低压侧槽侧壁17和槽底18之间的第二楔隙38在压力加载时仍然存在。在第二另件12的圆周面15与密封环13之间在低压侧也具有一个压力加载时仍然保持的第一楔隙。

橡胶弹性密封环13设置在两个相对可移动的同心的另件11，12之间。它具有一个表面22，该表面一边为动态密封棱，另一边则一直延伸到低压侧N。另外在密封环13上还具有一个外周面25，在密封环13未压入时它相对槽底18倾斜。由锥形环状表面22，25延伸的假想平面同样是锥形环状表面35，36，它们形成交线37。交线37始终位于一平面34(环状表面)和第二另件12的周面之间。

Claims (7)

1.一种在两个相对运动的、同心的另件(11，12；51，52)之间的橡胶弹性密封环(13，53)，该密封环设置在对着第二另件(12；52)开口的且由一槽底(18；58)和槽侧壁(16，17；56，57)形成的第一另件(11；51)的槽(14；54)中，它以其动态密封棱(21；61)紧贴在一个第二另件(12，52)的外圆周面(15；55)上，该外周面和由该密封棱(21；61)起始的并延伸到低压侧N的第一表面(22；62)形成一第一个楔隙(24；64)，密封环(13；53)的其支承在槽底(18；58)的外周面(25；65)构成一个朝向低压侧N开口的第二楔隙(38；78)，该密封环(13；53)确定了一个与第二另件(12；52)的回转轴(20；60)垂直并且与动态密封棱(21；61)相交的第一平面(27；67)，一个由凹口(26；66)分开的密封环第一和第二段超过该平面朝高压侧H凸出，其中密封环第一段(28；68)至少围有一表面(22，23；62，63)，其一端终止于动态密封棱(21；61)，密封环第二段(29；69)超过密封环第一段向高压侧H突出，并且由外周面(25；65)和相互相交并形成一个凸起的第四、第五表面(31，32；71，72)所形成，第四、五表面的交线(33；73)距槽底(18；58)有一定距离并且确定了一个与回转轴线(20；60)平行的第二平面(34；74)。其特征在于：

密封环(13；53)处于无变形状态时外周面(25；65)和第一表面(22，62)所在的第三和第四平面(35，36；75，76)的相交线(37；77)位于第二平面(34；74)和圆周面(15；55)之间。

第一平面(27；67)和低压侧N之间的密封环(13；53)做成一个整体。

密封环(13；53)在装入槽(14；54)且无压力状态下具有一个向槽底(18；58)开口的由低压侧槽侧壁(17；57)和相邻的密封环表面(39；80)形成的第三楔隙(40；81)。

2.按权利要求1所述的密封环，其特征在于：第三楔隙(48；81)在低压密封环使用区具有比大高压密封环使用区大的径向尺寸。

3.按权利要求1或2所述的密封环，其特征在于：密封环(13；53)在加压状态时在槽底(18；58)和低压槽侧壁(17；57)之间的角区域距槽底(18；58)有一定距离。

4.按以上权利要求中任一项所述的密封环，其特征在于：密封环(13)整体在变形状态时具有一个不超过密封环第二段(29)长度2.2倍的轴向长度，并且密封环表面(39)在密封环(13)的无变形状态平行于低压侧槽壁(17)。

5.按权利要求4所述的密封环，其特征在于：密封环(13)由于变形在装入且无压力状态下具有第三楔隙(40)。

6.按权利要求1到3中任一项所述的密封环，其特征在于：密封环(53)整体在无变形状态下具有一个大于密封环第二段(69)长度的2.2倍的长度，并且密封环(53)在制造完后具有一个与相对于回转轴倾斜的密封环表面(80)，该表面在密封环(53)的装入和无压力状态下与低压侧槽侧壁(57)形成第三楔隙(81)。

7.按权利要求6所述的密封环，其特征在于：长度超过密封环第二段(69)轴向长度2.2倍的密封环(53)的整体部分，具有一个第二外周面(79)，该外周面与槽底(58)所形成的角度小于第一外周面(65)和槽底(58)所夹之角度。

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