CN114542720A - 压入保持器环 - Google Patents

Abstract

一种密封组件。可以将连续长度的所形成金属保持材料切割成至少一个组装部件的部分或整个圆周或周长，并设置在至少一个组装部件的凹槽中以形成接合至少一个其他组装部件的保持环。保持环禁止横向和旋转移动。

Description

压入保持器环

本申请是2018年10月18日提交的名称为：“压入保持器环”的中国专利申请2018800744484(PCT/US2018/056580)的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年10月18日提交的美国临时申请序列第62/573,961号的权益，其以引用方式并入本文。

技术领域

本公开涉及机械部件的组装和紧固。更具体地，本公开涉及环，其有助于保持通过在彼此内部滑动或按压而组装的部件。

背景技术

在组装的机械部件的广泛领域中，普遍使用保持装置。许多组件需要将一个部件来组装到另一个中，并且然后借助环将其保持在适当位置，该环被用过盈配合压配或部分地放置在部件的凹槽中。标准的压入式保持器环以一种这样的部件的尺寸和形状制成。然而，这需要待生产和储存的独特尺寸或形状，以准备用于待组装的每种尺寸或形状的制品。在制造多种尺寸的组件或小批量生产或交货时间短的定制组件时，这带来挑战。在可以组装每种组件形式之前，必须采购或生产保持环。

当组装的部件呈圆柱形并且同轴地组装且必须被保持，从而防止相对旋转运动以及被轴向保持时，提出另一挑战。例如，组装到圆柱形壳体中的旋转轴密封件需要轴向保持，以通过抵抗密封件预期与另一部件的轴、孔或端面的相对旋转接触的摩擦扭矩来防止壳体的旋转。密封件和壳体之间的意外旋转(称为“反向旋转”)会引起本领域众所周知的许多密封性能问题，如泄漏、磨损或振动。

已经尝试通过使用保持环来保持机械部件，如密封件。例如，美国专利2587405公开保持密封件，其包括使用上述标准金属保持环(例如，参见‘405专利的图7-10)。然而，这种构造将需要用于每种尺寸的密封壳体的保持环。此外，这些保持环将不会防止密封件和壳体之间的反向旋转，除非将保持环连接到密封件。将这些部件连接在一起(例如通过粘结)的动作可需要附加的处理步骤或零件，这是不希望的。

防止密封件相对于壳体旋转的另一种方法是在密封件的表面上提供凹槽，和相对软的静密封件(例如，橡胶O形环)，其设置在所述凹槽中并通过组装部件使其变形以提供摩擦力，从而抵抗密封件和壳体之间的相对旋转运动。然而，这种摩擦在应用中受到润滑介质的限制和影响，因此在许多应用中不足以旋转或轴向地保持密封件。

用于密封件的另一种保持方法使用通过嵌入成型或随后的变形而组装到密封件中的刚性金属环(例如，US 4664392)。这些环提供环向应力，以实现用于轴向和旋转保持的压配合，并连接到密封零件。然而，这些环增加密封件的设计和制造过程的复杂性，并且必须根据每种壳体或密封件的尺寸来确定尺寸。此外，将密封件与这些金属环压配合所需的力可需要额外的工具。

因此，尽管在现有技术中进行尝试，仍然需要被简单地组装到密封件或其他机械部件上的一种保持环，其允许以最小的力组装这些物体，可以轴向地保持部件并抵抗旋转，并且对于每种尺寸或形状的组装部件，不需要以唯一尺寸和形状生产或库存。

发明内容

在一个实施例中，可以将连续长度的所形成金属保持材料切割成至少一个组装部件的部分或全部圆周或周长，并设置在至少一个组装部件的凹槽中以形成接合至少一个其他组装部件的保持构件(例如，环)。

在一个实施例中，连续长度的所形成的金属保持材料包括附接在一起的重复突片，从而允许柔韧性符合各种尺寸和形状。这些突片可以弯曲以提供与组装部件的孔的角接触并允许在一个方向上组装，然后抵抗在相反方向上的运动(例如，突片的端部接合孔的表面)。此外，重复的突片防止在组装部件试图响应于旋转扭矩而摇摆时组装部件之间的旋转。

在一个实施例中，由保持材料形成的整个或部分环可在组装成或组装到至少一个其他组装部件(“第二部件”)之前被保持在至少一个组装部件(称为“第一部件”)中的凹槽中。可以通过过盈配合到凹槽中，或通过将保持几何形状增加到凹槽本身来实现在凹槽中的这种保持。

在一个实施例中，用于待形成为保持构件(例如，环)的保持材料的重复突片的长度具有与用于向用于本领域众所周知的密封设计和材料的密封唇部提供密封力的标准悬臂v型弹簧或悬臂u型弹簧相似的构造。这种弹簧可商购并且由多个供应商生产，如德克萨斯州凯马赫的Maudlin Products(Maudlin Products of Kemah,Texas)。因此，它们易于由密封件制造商获得，并且经常由密封件制造商库存，并且便于重新用作保持环材料。

在一个实施例中，支撑构件可以联接至第一部件，从而向第一部件增加结构完整性(例如，环向强度)。换句话说，当第一部件插入组装部件的孔(称为“第二部件”)中时，其可经受变形。当组件的各个部件承受扭矩时，第一部件可进一步经受变形。为了抵消扭矩并减小或防止第一部件变形，将刚性支撑构件联接至第一部件。在一个实施例中，刚性支撑构件被容纳在第一部件的支撑通道内。

在一个实施例中，第一部件可以进一步包括密封唇部，其用于接合穿过第一部件的中心的轴、杆或其他组装部件(称为“第三部件”)。第三部件通常具有相对于第二部件的运动。因此，第一部件用作动态密封件，防止流体或固体颗粒通过第一和第三部件之间的空间转移。

附图说明

图1是由弯曲带材料形成的呈圆形构造的保持构件的立体图；

图2是保持组件的详细横截面；

图3是图2在3处的放大图；

图4是现有技术的密封组件的横截面；

图5是包括柔性静密封件和保持构件的保持组件的详细横截面；

图6是包括柔性静密封件、保持构件和支撑构件的保持组件的详细横截面；

图7是包括保持构件、柔性静密封件和支撑构件的第一部件的截面透视图；

图8是支撑构件的正视图；

图9是支撑构件的正视图；

图10是支撑构件的正视图；

图11是在被固定之前的一片带材料的两个端部的详细视图；

图12是保持组件的详细横截面；

图13是保持组件的横截面；

图14是第一部件的透视图；

图15是第一部件的透视剖视图；

图16是第一部件的详细侧视图；

图17是保持构件的详细透视图；

图18是第一部件的透视剖视面；和

图19是组合支撑构件和保持构件的透视图。

具体实施方式

以下描述仅描绘示例实施例，并且不被认为是对范围的限制。本文中对“本发明”的任何引用都不旨在将本发明限制或限定为本说明书中公开的示例性实施例中的任一个或多个的确切特征或步骤。对“一个实施例”、“实施例”、“各种实施例”等的引用可以指示所描述的一个或多个实施例可以包括特定的特征、结构或特性，但是并非每个实施例都必须包括特定的特征、结构或特性。此外，重复使用的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定指相同的实施例，尽管可以这样。

在整个本公开中，使用各种数字来参考附图。所使用的数字仅是为了方便草图设计者，并且在明显的顺序中缺少数字不应被认为是限制性的并且并不意味着存在该特定实施例的其他部分。从一个实施例到另一实施例的编号模式不一定意味着每个实施例具有相似的部分，尽管可以这样。

因此，所公开的特定布置仅意图是说明性的，而不限制本发明的范围，本发明的范围将由所附权利要求及其任何和所有等同形式的全部范围给出。尽管本文采用了特定术语，但是它们仅在一般性和描述性意义上使用，而不是出于限制的目的。除非本文另外明确定义，否则这类术语旨在被赋予其广义、普通和惯例含义，其与相关行业中可应用的含义相一致且不限于下文描述的任何具体实施例。如本文所用，冠词“一”旨在包括一个或多个项目。当在本文中用于结合项目列表时，术语“或”表示项目中的至少一个，但不排除列表中的多个项目。对于示例性方法或过程，本文描述的步骤的顺序和/或布置是说明性的而非限制性的。

应该理解的是，任何这类过程或方法的步骤不限于以任何特定顺序、布置，或以任何特定图形或界面来执行。实际上，所公开的过程或方法的步骤通常可以以各种顺序和布置来执行，而仍然落入本发明的范围内。

术语“联接”可以意指两个或更多个元件直接物理接触。然而，“联接”还可以意指两个或多个元件彼此不直接接触，但仍彼此协作或相互作用。

相对于实施例使用的术语“包括”、“包含”、“具有”等是同义的，并且通常旨在作为“开放”术语(例如，术语“包含(including)”应解释为“包含但不限于”，术语“具有”应被解释为“至少具有”，术语“包含(includes)”应被解释为“包含但不限于”等)。

如先前所讨论的，需要被简单地组装到密封件或其他机械部件上的保持环，该保持环提供以最小力来组装这些物体，该保持环可以轴向地保持部件并抵抗旋转，并且保持环对于每种尺寸或形状的组装部件，不需要以独特的尺寸和形状生产或储存。本文公开的保持环解决这些和其他需求。

在一个实施例中，如图1所示，保持构件100由材料带101形成，该材料带被弯曲成第一部件的形状(例如，环形、正方形等)并且至少延伸第一部件的圆周的一部分。在一个实施例中，材料带101包括重复的连接突片102，其允许材料带101容易地挠曲和扭曲并且提供多个突片拐角104和106以接合组装部件并抵抗组装部件之间的旋转。条带材料101的相对端部108、110可以彼此紧固或固定，从而形成连续的形状。因此，可以将保持构件100切割成一定长度，将端部紧固在一起以形成闭合的周长，并且然后联接至第一部件(如在后面的实施例中所讨论的)。在另一个实施例中，保持构件100可以被切割成期望的长度、联接至第一部件，且然后在其端部被紧固。

图2-3说明形成图1的保持构件100的带状材料101如何用于将组件保持在保持组件112中。如图所示，保持构件100设置在第一部件116的凹槽114内。当第一部件116被迫进入壳体或部件118(称为“第二部件”)的孔时，突片102在第一方向上弯曲。因此，如果压力或力被施加到第一部件116的相对侧(即，与进入方向相反地从第二部件118退出)，则突片102被迫进入第二部件118的表面。因此，保持构件100限制或禁止第一部件116从第二部件118内退出。凹槽114可包括成角度的面120以使保持构件100倾斜，从而允许突片102以期望的角度接触第二部件118，使得保持构件100可以弯曲以允许容易组装。凹槽114还可以具有保持唇部122，以将保持构件100捕获在适当的取向上，并且在将第一部件116安装到第二部件118中之前将保持构件100维持在凹槽114中。换句话说，保持构件100具有用于邻接第一部件116的第一部分103和用于邻接第二部件118的第二部分105(包括突片102)。如图1所说明，第一部分103和第二部分105形成“U”形状因子(form factor)。如图进一步所示，第一部分103和第二部分105都可以包括突片102，尽管这非必需，如本文后面的实施例所示。

应当理解，任何数量的本发明的构造都是可能的，并且保持“环”可以用于许多形状、尺寸、构造和应用。其中这类保持环可特别有用的一种示例性应用是在密封组件中。图4示出现有技术的典型密封组件200的横截面(一半)。组件200包括外壳体202和含有静密封构件206的保持器板204。轴208可相对于外壳体202旋转、振荡或往复移动。静密封构件206和轴208之间的摩擦会导致在静密封构件206和外壳体202之间的意外旋转(称为“反向旋转”)，从而导致本领域众所周知的密封性能问题，如泄漏、磨损或振动。因此，图1-3中公开的保持构件100解决这些问题。

图5是说明保持组件300的环的大约四分之一的详细横截面。保持组件300包括外壳体302(“第二部件”)、第一部件304(其在此示例中用作动态密封件)和第三部件306(轴、杆等)。第一部件304包括主体308，其具有用于容纳保持构件100的凹槽310。第一部件304可以进一步包括用于静密封件314的密封凹槽312和用于与第三部件306接合的密封唇部316。由于保持构件100与外壳体302的内表面接合，第一部件304保持静止，从而消除对现有技术的图4的保持板204的需要。因为保持构件100包括多个突片102，所以减少或消除第一部件304在外壳体302内的旋转移动，从而节省组件300的空间和成本。

在一个实施例中，如图6所示，密封组件400包括外壳体402(“第二部件”)、第一部件404和轴或杆406(“第三部件”)。第一部件404(在此示例中为动态密封件)包括主体408，其具有用于容纳保持构件100的凹槽410。第一部件404还可包括用于静密封件414的密封凹槽412，用于接合杆406的密封唇部416和设置在通道420中的刚性支撑构件418。轴/杆406在组件400中可相对移动，而第一部件保持静止。支撑构件418优选地是刚性的(例如，包括金属或刚性塑料)，并且被增加以向第一部件404提供额外的环向强度(即，结构完整性)。支撑构件(通常称为“支撑环”)在本领域众所周知用于压力、力或温度的应用，其中压力、力或温度可会使主体408的相对较软材料(例如PTFE、橡胶或柔性聚氨酯)变形。支撑构件418与保持构件100结合可以是特别有利的，因为额外的环向强度将有助于防止来自保持构件100的力使主体408变形。

图7说明穿过第一部件500的环形构造的中间(即，示出环的一半)的横截面，该环的相对侧是镜像的。第一部件500包括主体502、保持构件504、静密封件506和支撑构件508。如图所示，支撑构件508容纳在密封唇部510下方并且可以固定在主体502的通道512中。在此构造中，支撑构件508可以容易地增加到第一部件500。如图8-10所示，支撑构件可以由线性带材料形成。例如，图8说明具有焊点602的支撑构件600。图9说明具有可焊接或以其他方式附接的扣带的支撑环700。图10说明形成为螺旋环的支撑环800，该支撑环可以通过材料本身(例如，弹簧钢)的刚性来提供支撑，或者可以被点焊或以其他方式附接在螺旋层之间以提供环向强度。由线性带材料形成支撑构件600、700、800的好处是能够形成各种尺寸的环(即，较小/较大直径)。这使用户可以轻松快捷地适应工程项目需求，而无需始终存储各种尺寸。

图11说明呈与来自图1的形状因子不同的形状因子的保持构件900的局部视图。特别地，除了“U”形(如图1所示)以外，保持构件900的形状因子近似“L”形，具有水平部分902(“第一部分”)和竖直部分904(“第二部分”)。保持构件900的端部可以以与针对图8-10的支撑构件所公开的方式相同的方式固定。如图所示，图11具有可以焊接或附接到水平部分904的带扣905。

如图12-13所示，水平部分902接合(例如，邻接)第一部件908的凹槽906的底部，水平部分902平行于第一部件908的表面。当第一部件908插入外壳体910中时(“第二部件”)，竖直部分904(不平行于第一部件908的表面)与外壳体910接触，并且竖直部分904相应地弯曲。这允许将第一部件908容易地插入外壳体910的孔中。然而，当试图从外壳体910的孔内退出第一部件908时，保持构件900的竖直部分904接合(例如，邻接/钻进表面中)外壳体910的孔表面到，从而防止第一部件908的退出。此外，如图11所示，竖直部分904可以包括多个突片912。每个突片912具有角部914、916，其有助于禁止第一部件908的旋转移动。换句话说，当向第三部件918(例如，杆)施加旋转扭矩时，第一部件908也可具有旋转的趋势。然而，当在第一方向上旋转时，角部914钻入外壳体910的孔表面中，并且当在第二方向上旋转时，角部916钻入外壳体910的孔表面中。当角部914、916邻接/钻入时，第一部件908被禁止在外壳体910内旋转。支撑构件920(例如，刚性金属或塑料箍)也可以提供结构强度和对环形第一部件908的支撑。应当理解，图13说明环形组件922的一半并且不可见的一半是所示一半的镜像。

图14是第一部件1000的透视图。第一部件1000包括主体1002、在主体1002中用于容纳保持构件1006的凹槽1004。保持构件1006还可以包括突片1008。第一部件1000可进一步包括静密封件1010、密封唇部1012和支撑构件1014。保持构件1006的至少一部分延伸到凹槽1004的外部以与第二部件(在此视图中未示出)接合，同时密封唇部1012与轴或杆(在此视图中未示出)接合。

图15-16分别说明第一部件1100的局部剖视面和第一部件1100的局部详细侧视图。第一部件1100包括主体1102、主体1102中用于容纳保持构件1106的凹槽1104。保持构件1106可进一步包括基部1108，用于接合凹槽1104的侧壁的第一组锁定指状件1110和第二组锁定指状件1112。然而，尽管示例说明第一组锁定指状件1110和第二组锁定指状件1112，但是两组都不需要，并且保持构件可以仅具有一组锁定指状件。保持构件1106进一步包括用于接合第二部件的突片1114，突片1114的至少一部分延伸到凹槽1104的外部。第一部件1100可以进一步包括静密封件1116、密封唇部1118和支撑构件1120。

图17说明处于与图16相反的方位的保持构件1106的透视图。如图所示，保持构件1106可以不是连续的环。在一个实施例中，保持构件1106为主体1102的圆周的至少百分之七十。在一个实施例中，保持构件1106由线性带材料通过将其切割成一定尺寸且然后将其两端弯曲并彼此固定而形成，这可以符合环形或其他连续形状。取决于主体1102的构造，在如通过焊接将保持构件1106的端部彼此固定之前，可需要将保持构件1106联接至主体1102。

图18-19分别说明第一部件1200的局部剖切透视图和保持构件1206的透视图。第一部件1200包括主体1202和用于容纳保持构件1206的凹槽1204。与其中保持构件和支撑构件是分开的零件的先前实施例不同，在此实施例中，保持构件1206包括支撑构件部分1208(即，支撑构件和保持构件被组合成一个零件)。换句话说，支撑构件部分1208提供与先前实施例中描述的支撑构件提供的结构完整性相同的结构完整性。取决于期望的构造，支撑构件部分1208可以嵌入在第一部件1200的主体1202的侧壁中，或者可以插入到内周边中，如插入在密封唇部1214和主体1202之间。多个突片1210延伸超出主体1202以接合第二部件。与先前的实施例不同，突片1210不是从凹槽露出，而是与主体1202相邻地布设。像其他实施例一样，此第一部件1200可以进一步包括静密封件1212和密封唇部1214，但是两者都不是必需的。支撑构件部分1208可具有一个或多个切口或狭缝1216，其有助于组装的灵活性且还产生边缘或角部以防止凹槽1204内的旋转或轴向移动。如在其他实施例中和如图所示，环的形状因子不必是连续的。在一个实施例中，保持构件1206为主体1202的圆周的至少百分之七十。在一个实施例中，保持构件1206的端部如经由焊点、搭扣或搭接(卷紧)而固定到彼此。因为保持构件1206没有形成为连续的环，所以使用者能够快速且容易地使保持构件1206的尺寸适应于当前工程所需的尺寸。与现有技术相比，这是非常有益的，因为在现有技术中，环以预定的尺寸生产，需要使用者在库存中具有几种尺寸和品种的环，这是昂贵的。此外，如果所需的环尺寸不可用，则生产正确尺寸的环目前是昂贵且费时的过程。相反，本文公开的保持构件可以在组装时经调整以适配期望的第一部件，而无需复杂的设备、延长的时间框架和增加的费用。因此，本文公开的保持构件显著改善现有技术。

尽管本文所示和所述的示例总体上示出具有构造在第一部件的内侧上的单个密封唇部的动态密封件(“第一部件”)，但是密封件领域的技术人员将理解，其他构造将没有实质性偏离，如一个以上的密封唇部。其他设想的构造将包括密封唇部在第一部件的外部，动态密封件在轴上静止，其中缸孔接合外部密封唇部。本文考虑本领域中的其他公知的密封件构造。

从前述内容可以理解，本文公开的保持构件和保持组件解决对被简单地组装到密封件或其他机械部件上的保持环(第一部件)的需求，该保持环提供以最小的力来组装这些物体，该保持环可以轴向保持部件并抵抗旋转并且不需要为每种尺寸或形状的组装部件以独特的尺寸和形状来生产或存放。本文公开的保持环(也称为“第一部件”)解决这些和其他需求。

如本文中所使用的，术语“线性材料带”是指被切割成一定长度的材料，无论其是直的，盘绕的，还是处于其他构造。

上文描述示例性实施例。除非明确说明是这样，否则本说明中使用的任何元件、动作或指令均不应被解释为重要、必要、关键或实质性的。尽管本文仅详细描述几个示例性实施例，但是本领域技术人员将容易理解，在实质上不脱离本文的新颖教导和优点的情况下，可以对这些示例性实施例进行许多修改。因此，所有这类修改意在包括在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种密封组件，其包括由邻接第二部件的保持构件保持的第一部件，所述第一部件包括：

外表面、内表面、第一侧表面和第二侧表面；

从所述第二侧表面朝向所述第一侧表面延伸的保持构件，该保持构件包括：

支撑构件部分，其被构造成联接到所述第一部件；

被联接到所述支撑构件部分的多个突片，所述多个突片从所述支撑构件部分以钝角向外延伸，当所述支撑构件部分被联接到所述第一部件时所述多个突片接近所述第二侧表面；以及

其中所述多个突片的外直径大于所述第二部件的内直径。

2.根据权利要求1所述的密封组件，其中所述多个突片允许所述第一部件在第一轴向方向上的运动并且禁止所述第一部件在与所述第一轴向方向相反的第二轴向方向上从所述第二部件退出。

3.根据权利要求1所述的密封组件，包括从所述内表面向内延伸以接合第三部件的密封唇部。

4.根据权利要求1所述的密封组件，其中所述第一部件包括在所述外表面上的可变形部分以邻接所述第二部件的内表面。

5.根据权利要求1所述的密封组件，包括可变形静密封件。

6.根据权利要求5所述的密封组件，其中所述第一部件包括密封凹槽，以用于接收所述可变形静密封件，同时所述可变形静密封件的至少一部分保持暴露以邻接所述第二部件。

7.根据权利要求1所述的密封组件，其中所述保持构件进一步包括在所述支撑构件部分上的一个或多个狭缝。

8.一种密封组件，其包括由邻接第二部件的保持构件保持的第一部件，所述第一部件包括：

保持构件，该保持构件包括用于邻接所述第一部件的第一部分和用于邻接所述第二部件的第二部分，至少所述第二部分包括从所述第一部件径向向外延伸的多个突片，所述多个突片在所述第一方向上延伸从而允许所述第一部件在第一轴向方向上的运动并且禁止所述第一部件在第二轴向方向上从所述第二部件退出；以及

用于接合第三部件的密封唇部。

9.根据权利要求8所述的密封组件，包括可接收在所述第一部件的通道内的刚性支撑构件，所述刚性支撑构件为所述第一部件提供额外的环向强度，所述第一部件包括在外表面上的可变形部分以邻接所述第二部件的内表面。

10.一种密封组件，其包括由邻接第二部件的保持构件保持的第一部件，所述第一部件包括：

外表面、内表面、第一侧表面和第二侧表面；

从所述第二侧表面朝向所述第一侧表面延伸的保持构件，该保持构件包括：

支撑构件部分，其被构造成联接到所述第一部件；

被联接到所述支撑构件部分的多个突片，所述多个突片从所述支撑构件部分以钝角延伸，当所述支撑构件部分被联接到所述第一部件时所述多个突片接近所述第二侧表面；以及

其中所述多个突片的直径小于所述第二部件的外直径，所述多个突片从而邻接所述第二部件的外表面。

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