CN1555467A - 球面环状密封件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种球面环状密封件(1)具有一密封件本体(4)，其中耐热材料(2)和由金属丝网制成的增强构件(3)被压缩至耐热材料(2)充满增强构件(3)的金属丝网孔目，使得耐热材料(2)和增强构件(3)以混合形式整体成形。密封件本体(4)具有形成一个通孔(5)的圆柱形内周表面(6)、由部分凸球面(7)构成的外周表面(10)、分别位于部分凸球面(7)的大直径端和小直径端的环状端面(8，9)。在密封件本体(4)内，增强构件(3)和耐热材料(2)所占的重量含量比分别是15－80％和20－85％。密封件本体(4)内耐热材料(2)的密度是1.2－2.00克/厘米3。

Description

球面环状密封件及其制造方法
                            技术领域
本发明涉及一种用在汽车排气管的球面管接头中的球面环状密封件及其制造方法。
                            背景技术
现已揭示了各种用在汽车排气管的球面管接头中的球面环状密封件，例如，日本专利JP-A54-76759，JP-A-6123362，JP-A-10-9397等都揭示了这种密封件。
与波纹管式接头相比，所提出的每一种球面环状密封件都能降低制造成本并能延长使用耐久性。但是，这些球面环状密封件中的每一种都是这样成形的，即，对用膨胀石墨之类制成的耐热材料和用金属丝网制成的增强构件进行加压，使耐热材料充满金属丝网的孔目，而使耐热材料和增强构件以混合形式成形为整体。由于诸如增强构件和耐热材料的比例以及耐热材料和增强构件的压紧程度等因素，可能会存在排气通过球面环状密封件本身漏泄的问题。此外，还有一个特有的问题，就是存在于部分凸球面处的耐热材料与配对件的滑动接触可能产生异常噪声。例如，如果增强构件对耐热材料的比例过大，或耐热材料的压紧程度太低，耐热材料对增强构件周围产生的微小通路的密封程度就降低，从而产生初始泄漏。另外，由于耐热材料在高温下的氧化和磨损，还可能发生排气的早期漏泄。还有，如果在部分凸球面处的耐热材料已经被高度压紧，或者在部分凸球面处耐热材料相对于增强构件暴露比例太大，可能出现粘滑现象(蠕动)，这可能引起异常噪声的产生。
本发明是针对上述问题而提出，其目的是提供一种改进的球面环状密封件，它能够消除通过球面环状密封件自身的排气泄漏，同时能够避免异常噪声的产生，具有稳定的密封性能；本发明还提供这样的密封件的制造方法。
                          发明的揭示
按照本发明的第一方面的一种球面环状密封件包括：一个有环状滑动表面的密封件本体，其中至少耐热材料和由金属丝制成的增强构件已经被压缩至耐热材料充满了增强构件的金属丝网孔目，使得耐热材料和增强构件以混合形式成形为整体，增强构件和耐热材料在密封件本体内的重量含量比分别是15-80％和20-85％，在密封件本体内耐热材料的密度是1.20-2.00克/厘米3。
在其中，耐热材料和由压扁的金属丝网制成的增强构件以混合形式整体成形在密封件本体内，如果增强构件的重量含量比大于80％，而耐热材料的重量含量比小于20％，那么在许多情况中，耐热材料对增强构件周围的许许多多微小通路(间隙)的密封(充满)就会完全不能实现，因而，可能产生排气的初始泄漏。即使相对于微小通路的密封已经到处完全实现了，由于诸如耐热材料在高温下的氧化和磨损，这样的密封也会过早地失效，而发生早期排气泄漏。一方面，如果增强构件的重量含量比小于15％，而耐热材料的重量含量比大于85％，在环状滑动表面处和在环状滑动表面附近增强材料的含量就显得过少。因而，在环状滑动表面处和在环状滑动表面附近对耐热材料的增强作用就不能令人满意地实现。因此，可能明显地发生耐热材料的剥离，而变得难以指望由增强构件产生增强效果。
此外，在上述密封件本体内，如果在制造阶段密封件本体压缩得不够紧密，致使耐热材料的密度小于1.20克/厘米3，微小空穴就会存在于这样的耐热材料中并在长期使用中广泛蔓延，导致排气泄漏。另一方面，如果在制造阶段密封件本体压缩得过于紧密，致使耐热材料的密度超过2.00克/厘米3，耐热材料向配对件的适当转移实际上就不会发生，以至动态摩擦系数和静态摩擦系数之间的差别变成极大。因而，在滑动过程中可能产生噪声。
从上述观点来看，按照本发明第一方面的球面环状密封件不存在排气通过密封件本体本身泄漏的可能性，在与配对件的相对滑动过程中也不会产生异常噪声，并具有稳定的密封特性。
按照本发明的第二方面的球面环状密封件包括：一个有环状滑动表面的密封件本体，其中，至少耐热材料和由金属丝制成的增强构件已经被压缩至耐热材料充满了增强构件的金属丝网孔目，使得耐热材料和增强构件以混合形式成形为整体；以及，一个与密封件本体的外周表面成形为整体并且是由至少一种润滑材料成形的覆盖层，环状滑动表面是由覆盖层的裸露表面形成，其中，在密封件本体和覆盖层内增强构件的重量含量比是15-80％，而耐热材料和润滑材料的重量含量比是20-85％，而且在密封件本体和覆盖层内耐热材料和润滑材料的密度是1.20-2.00克/厘米3。
由于按照本发明的第二方面的球面环状密封件的环状滑动表面是由覆盖层的裸露表面形成的，所以它能够以这样的环状滑动表面确保在与之接触的配对件表面上滑顺地滑动。另外，与本发明的第一方面的球面环状密封件相同，排气通过密封件本体本身泄漏不会发生，在与配对件的滑动过程中也不会产生异常噪声。
按照本发明的第三方面的球面环状密封件包括：一个有环状滑动表面的密封件本体，其中，至少耐热材料和由金属丝制成的增强构件已经被压缩至耐热材料充满了增强构件的金属丝网孔目，使得耐热材料和增强构件以混合形式成形为整体；以及，一个与密封件本体的外周表面成形为整体的覆盖层，并且该覆盖层是这样成形的，即至少耐热材料和由金属丝制成的增强构件已经被压缩至润滑材料和耐热材料充满了增强构件的金属丝网孔目，使得润滑材料、耐热材料和增强构件以混合形式成形为整体，环状滑动表面是由覆盖层的裸露表面形成，在裸露表面中由增强构件构成的表面和由润滑材料构成的表面以混合形式存在，其特点是，在密封件本体和覆盖层里增强构件的重量含量比是15-80％，而耐热材料和润滑材料的重量含量比是20-85％，以及，在密封件本体和覆盖层里耐热材料和润滑材料的密度是1.20-2.00克/厘米3。
由于按照本发明的第三方面的球面环状密封件的环状滑动表面是由覆盖层的裸露表面形成，其中由增强构件构成的表面和由润滑材料构成的表面以混合形式存在，所以，与第二方面的球面环状密封件相同，它能够以这样的环状滑动表面确保在与之接触的配对件表面上滑顺地滑动。另外，裸露表面处由润滑材料构成的表面可被由增强构件构成的表面保持住。此外，能适当地实现润滑材料从环状滑动表面向配对件的转移以及润滑材料的磨屑向配对件的转移，其结果，能够确保长期的滑顺滑动。还有，与本发明的第一方面的球面环状密封件相同，排气通过密封件本体本身泄漏不会发生，在与配对件的相对滑动过程中也不会产生异常噪声。
按照本发明的第四方面的球面环状密封件包括：一个有环状滑动表面的密封件本体，其中，至少耐热材料和由金属丝制成的增强构件已经被压缩至耐热材料充满了增强构件的金属丝网孔目，使得耐热材料和增强构件以混合形式成形为整体；以及，一个与密封件本体的外周表面成形为整体的覆盖层，并且该覆盖层是这样成形的，即至少润滑材料、耐热材料和由金属丝制成的增强构件已经被压缩至润滑材料和耐热材料充满了增强构件的金属丝网孔目，使得润滑材料、耐热材料和增强构件以混合形式成形为整体，环状滑动表面是由覆盖层的裸露表面形成，在裸露表面中由增强构件构成的表面和由润滑材料构成的表面以混合形式存在，其特点是，在球面环状密封件的、从环状滑动表面开始厚度为1毫米的环状表面层部分内增强构件所占的重量含量比是60-75％，耐热材料和润滑材料的重量含量比是25-40％，以及，在环状表面层部分内增强构件、耐热材料和润滑材料的密度是3.00-5.00克/厘米3，而且，其中，在球面环状密封件的除环状表面层部分之外的其余环状部分内增强构件所占的重量含量比是20-70％，耐热材料的重量含量比是30-80％。
在这样的球面环状密封件中，由润滑材料、耐热材料和增强构件以混合形式整体成形构成的覆盖层的厚度，从由磨损决定的使用寿命观点来看并且从经验来说，有1毫米甚至再小一些也足够了。因此，如果在球面环状密封件的、从环状滑动表面开始厚度为1毫米的环状表面层部分内增强构件所占的重量含量比小于60％，以及，耐热材料和润滑材料的重量含量比大于40％，在表面层部分将难以得到足够的增强效果。表面层部分的剥离和脱落就可能发生。相反，如果增强构件的重量含量比超过75％，而耐热材料和润滑材料的重量含量比低于25％，就不能完全实现耐热材料对增强构件周围的许许多多微小通路(空隙)的封填(充满)，因而，可能产生排气通过表面层部分的初始泄漏。即使完全实现了对微小通路的密封，由于耐热材料在高温下的氧化和磨损，这样的密封也会过早失效，以至发生早期排气泄漏。
此外，如果环状表面层部分内增强构件、耐热材料和润滑材料的密度低于3.00克/厘米3，这意味着在制造阶段密封件本体没有被足够压紧。照此，在这样的环状表面层部分内就存在微小空穴，并且其在长期的使用中将会广泛扩散。其结果，排气泄漏就将发生。另一方面，如果环状表面层部分内增强构件、耐热材料和润滑材料的密度超过5.00克/厘米3，这意味着在制造阶段密封件本体被压得过紧。照此，实际上就不会发生耐热材料向配对件的适当转移，以至动态摩擦系数与静态摩擦系数之间的差别变成极大。因而，在滑动过程中可能产生噪声。
还有，如果在球面环状密封件的、除环状表面层部分之外的其余环状部分内增强构件所占的重量含量比低于20％，而耐热材料的重量含量比超过80％，就不能令人满意地实现对其余环状部分内的耐热材料的增强作用。因此，耐热材料的剥离将明显发生，以及难以指望增强构件所起的增强作用。另一方面，如果增强构件所占的重量含量比超过70％，而耐热材料的重量含量比低于30％，在许多情况中，就不能完全实现耐热材料对增强构件周围的许许多多微小通路(空隙)的封填(充满)。因而，排气的初始泄漏可能发生。即使对微小通路的密封到处都完全实现了，由于耐热材料在高温下的氧化和磨损，这样的密封也会过早失效，以至发生早期排气泄漏。
因此，在按照本发明的第四方面的球面环状密封件中，在环状表面层部分内，增强构件所占的重量含量比规定为60-75％，耐热材料和润滑材料的重量含量比规定为25-40％，以及环状表面层部分内增强构件、耐热材料和润滑材料的密度规定为3.00-5.00克/厘米3。这样，表面层部分的剥离和脱落不会发生。此外，不仅可防止早期的排气泄漏而且可在较长期间内防止排气泄漏，还可防止在与配对件的相对滑动中产生噪声。
此外，在按照本发明的第四方面的球面环状密封件中，在球面环状密封件的、除环状表面层部分之外的其余环状部分内增强构件所占的重量含量比规定为20-70％，而耐热材料的重量含量比规定为30-80％。所以，可以可靠地防止了排气通过其余环状部分的泄漏，以及可以使这一部分内的耐热材料达到令人满意的增强，从而令人满意地防止耐热材料的剥离。
按照本发明的第五方面的球面环状密封件包括：一个有环状滑动表面的密封件本体，其中，至少耐热材料和由金属丝制成的增强构件已经被压缩至耐热材料充满了增强构件的金属丝网孔目，使得耐热材料和增强构件以混合形式成形为整体；以及，一个与密封件本体的外周表面成形为整体的覆盖层，并且该覆盖层是这样成形的，即，至少润滑材料、耐热材料和由金属丝制成的增强构件已经被压缩至润滑材料和耐热材料充满了增强构件的金属丝网孔目，使得润滑材料、耐热材料和增强构件以混合形式成形为整体，环状滑动表面是由覆盖层的裸露表面形成，在裸露表面中由增强构件构成的表面和由润滑材料构成的表面以混合形式存在，其特点是，在覆盖层内增强构件所占的重量含量比是60-75％，耐热材料和润滑材料的重量含量比是25-40％。
与按照第四方面的球面环状密封件相同，在按照本发明的第五方面的球面环状密封件中，覆盖层内增强构件所占的重量含量比是60-75％，而耐热材料和润滑材料的重量含量比是25-40％。所以，难以发生覆盖层的剥离和脱落，能够可靠地防止排气通过覆盖层的初始和早期泄漏。
按照本发明的第六方面的球面环状密封件包括：一个有环状滑动表面的密封件本体，其中，至少耐热材料和由金属丝制成的增强构件已经被压缩至耐热材料充满了增强构件的金属丝网孔目，使得耐热材料和增强构件以混合形式成形为整体；以及，一个与密封件本体的外周表面成形为整体的覆盖层，并且该覆盖层是这样成形的，即，至少润滑材料、耐热材料和由金属丝制成的增强构件已经被压缩至润滑材料和耐热材料充满了增强构件的金属丝网孔目，使得润滑材料、耐热材料和增强构件以混合形式成形为整体，环状滑动表面是由覆盖层的裸露表面形成，在裸露表面中由增强构件构成的表面和由润滑材料构成的表面以混合形式存在，其特点是，在环状滑动表面中由增强构件构成的表面占裸露表面面积的比例是0.5-30％，而由润滑材料构成的表面占裸露表面面积的70-99.5％。
在环状滑动表面中，如果由增强构件构成的表面占裸露表面积的比例低于0.5％，而由润滑材料构成的表面占裸露表面积的比例超过99.5％，环状滑动表面就基本上被由润滑材料构成的表面完全占据，因此，就可能发生由润滑材料构成的表面的剥离和脱落。还有，尽管润滑材料从环状滑动表面向配对件的转移可能发生得超过需要的程度，但是润滑材料磨屑向配对件的转移不会同样多地产生。另一方面，如果由增强构件构成的表面占裸露表面积的比例超过30％，而由润滑材料构成的表面占裸露表面积的比例低于70％，由润滑材料产生的效果将变得很小。因此，与环状滑动表面接触并相对滑动的配对件的磨损将非常明显，从而不可能在长期使用中获得滑顺的滑动。
所以，在按照本发明的第六方面的球面环状密封件中，能够防止环状滑动表面处由润滑材料构成的表面的剥离和脱落。而且，还能在长期使用中获得在配对件表面上的滑顺滑动，以及消除异常噪声的产生。
虽然在按照上述各个方面的球面环状密封件中，可取的是，耐热材料包含膨胀石墨，但是，如按照本发明的第七方面的球面环状密封件中那样，本发明不限于此。例如，除膨胀石墨之外或者说替代它，耐热材料可以包含一种或多种云母和石棉。
此外，在按照上述各个方面的球面环状密封件中，可取的是，环状滑动表面包括部分凸球面、部分凹球面，或如按照本发明第八方面的球面环状密封件中那样，可以是截头圆锥表面。球面环状密封件以这样的部分凸球面、部分凹球面或截头圆锥表面适应与之滑动接触的配对件。还有在上述各个方面中，球面环状密封件可以包括有环状滑动表面的外周表面，如按照本发明的第九方面的球面环状密封件中那样；球面环状密封件还可以包括有环状滑动表面的内周表面，如按照本发明的第十方面的球面环状密封件中那样。
应该注意到，球面环状密封件的环状滑动表面可以以整个的滑动表面适应与之滑动接触的配对件，或者可以以带状的部分滑动表面适应与之滑动接触的配对件。而且，环状滑动表面不限于包括一个部分凸球面、一个部分凹球面或一个截头圆锥表面的一种型式，而是可以包括两个或多个有不同的曲率中心位置或曲率半径的部分凸球面或部分凹球面，或两个或多个有不同锥顶角度的截头圆锥表面。
本发明的用于制造按照上述任一方面的球面环状密封件的方法包括下列步骤：制备含有耐热材料的片状耐热构件和由金属丝网制成的片状增强构件；通过把片状增强构件叠放在片状耐热构件上并进而把叠放成的组件卷绕成圆筒形而形成圆筒形基础构件；以及，把圆筒形基础构件套装到一个模子的芯棒的外表面上，并在芯棒的轴线方向施加压力使圆筒形基础构件在模子内受压缩而成形。
此外，本发明的用于制造按照上述任一方面的球面环状密封件的方法包括下列步骤：通过把由金属丝网制成的片状增强构件叠放在含有耐热材料的片状耐热构件上并进而把叠放成的组件卷绕成圆筒形而形成圆筒形基础构件；在形成的圆筒形基础构件的外周表面上围绕一个覆盖层形成构件而形成圆筒形预成形件，该覆盖层形成构件是由含有耐热材料的另一片状耐热构件、含有润滑材料并涂覆在所述另一片状耐热构件的一面上的润滑层以及被滚压入所述润滑层里并由金属丝网制成的另一片状增强构件构成的，卷绕时将所述润滑层的表面放在外侧；以及，把圆筒形预成形件套装到一个模子的芯棒的外表面上，并在芯棒的轴线方向施加压力使圆筒形预成形件在模子内受压缩而成形。
还有，本发明的用于制造按照上述第一至第八和第十方面中的任一方面的球面环状密封件的方法包括下列步骤：通过卷绕覆盖层形成构件而形成圆筒形基础构件，该覆盖层形成构件是由片状耐热构件、含有润滑材料并涂覆在片状耐热构件的一面上的润滑层以及被滚压入所述润滑层里并由金属丝网制成的片状增强构件构成的，卷绕时将所述润滑层的表面放在内侧；通过把由金属丝网制成的另一片状增强构件叠放在含有耐热材料的另一片状耐热构件上，并进而把叠放成的组件围绕在所述圆筒形基础构件的外周表面上而制成圆筒形预成形件；以及，把所述圆筒形预成形件套装到一个模子的芯棒的外周表面上，并在所述模子的轴线方向施加压力使所述圆筒形预成形件在模子内受压缩而成形。
本发明提供的球面环状密封件能消除排气通过球面环状密封件本身的泄漏，能使球面环状密封件在使用中不会产生异常噪声，本发明还提供了这种密封件的制造方法。
下面，通过以附图表示的几个较佳实施例说明本发明及其实施方式。应该注意到，本发明不限于这些实施例。
                       附图简要说明
图1是本发明的球面环状密封件的一个实施例的垂向剖面图；
图2是在图1所示的实施例的制造过程中的片状耐热构件的立体图；
图3是表示在图1所示的实施例的制造过程中用金属丝成形片状增强构件的方法的示意图；
图4是在图1所示的实施例的制造过程中圆筒形基础构件的俯视图；
图5是表示在图1所示的实施例的制造过程中把圆筒形基础构件插入模子内的状态的垂向剖视图；
图6是装有图1所示的实施例的球面环状密封件的排气管球面接头的垂向剖视图；
图7是本发明的球面环状密封件的另一个实施例的垂向剖面图；
图8是本发明的球面环状密封件的再一个实施例的垂向剖面图；
图9是图8所示的实施例的局部放大剖面图；
图10是在图8所示的实施例的制造过程中其上已经形成润滑层的片状耐热构件的垂向剖视图；
图11是说明在图8所示的实施例的制造过程中形成一个覆盖层成形构件的方法的示意图；
图12是说明在图8所示的实施例的制造过程中形成该覆盖层成形构件的方法的示意图；
图13是说明在图8所示的实施例的制造过程中形成圆筒形预成形件的方法的俯视图；
图14是本发明的球面环状密封件的再一个实施例的垂向剖面图；
图15是装有图14所示的实施例的球面环状密封件的排气管球面接头的垂向剖视图；
图16是表示在图14所示的实施例的制造过程中把圆筒形基础构件插入模子内的状态的垂向剖视图；
图17是表示在图14所示的实施例的制造过程中的压缩成形状态的垂向剖视图；
图18是装有再一个实施例的球面环状密封件的排气管球面接头的垂向剖视图；
图19是装有又一个实施例的球面环状密封件的排气管球面接头的垂向剖视图。
                            实施例
图1中，球面环状密封件1有密封件本体4，其中耐热材料2和用金属丝网制成的增强构件3已经被压缩到耐热材料2充满增强构件3的金属丝网孔目，耐热材料2和增强构件3以混合形式成形为整体。在这一实施例中，密封件本体4本身具有：由通孔5形成的圆柱形内周表面6；外周表面10，它包括部分凸球面7，它用作环状滑动表面，也就是说，在这一实施例中，外周表面10仅由部分凸球面7构成；以及，分别位于部分凸球面7的大直径端和小直径端的环形端面8和9。在这样的密封件本体4内，增强构件3和耐热材料2的重量含量比分别是15-80％和20-85％。密封件本体4内耐热材料2的密度是1.20-2.00克/厘米3。
含有膨胀石墨的耐热材料2是通过加压压缩膨胀石墨片而成形，膨胀石墨片是用作片状耐热构件且是通过压实膨胀石墨颗粒而得到。根据需要，耐热材料2可以含有诸如五氧化二磷、磷酸盐、和其它氧化抑制剂等。
增强构件3是通过加压压扁金属丝网而成形，金属丝网的孔目尺度是3到6毫米左右，其可以是用直径为0.10到0.32毫米左右的一种或多种细金属丝编织或针织而成。细金属丝包括铁基金属丝，例如奥氏体不锈钢SUS304或SUS306、铁素体不锈钢丝SUS430制成的不锈钢丝、或一般钢丝(JIS-G-3532)或镀锌钢丝(JIS-G-3547)，或者铜丝，例如铜镍合金丝、铜镍锌合金丝、黄铜丝或铍铜丝。
作为增强构件3，除上述金属丝网外，还可以用所谓拉张式金属丝网，这种金属丝网是将厚度为0.3至0.5毫米左右的不锈钢板或磷青铜板按一定规律切出成排成列的缝隙，然后将缝隙拉张开来而形成有规律的一排排尺度为3到6毫米的孔目。
下面，将说明图1所示的球面环状密封件1的制造方法。首先，制备条状的片状耐热构件11和片状增强构件16。片状耐热构件11由用作耐热材料2的膨胀石墨颗粒压制而成并切割成预定的长度和宽度，如图2所示。片状增强构件的制作方法是：将用细金属丝编织或针织的金属丝网切割成预定的宽度(基本上等于片状耐热构件11的宽度)和预定的长度。或者，如图3所示，在用细金属丝针织成圆筒形金属丝网12之后，令圆筒形金属丝网12从一对轧辊13和14之间通过而变成具有预定宽度(基本上等于片状耐热构件11的宽度)的皮带状金属丝网，然后再把这一带状金属丝网切割成预定的长度。接着，把片状耐热构件11和片状增强构件16叠放起来，并将叠成的组件以片状耐热构件11为内层卷绕起来，将片状耐热构件11卷绕一圈以上，使其形成一个圆筒形基础构件17，如图4所示。下一步，准备一个诸如图5所示的模子27。模子27有圆柱形内壁表面21、吻接于圆柱形内壁表面21而向下的部分凹球面内壁表面22以及从部分凹球面内壁表面22向下的通孔23。阶梯状芯棒24插入通孔23时，空的圆筒形部分25和从空的圆筒形部分25向下的空的环状球面部分26就形成在模子27的内部。随后，把圆筒形基础构件17套在模子27的阶梯状芯棒24上，沿芯棒的轴线施加预定的压力，使处于空的圆筒形部分25和空的环状球面部分26内的圆筒形基础构件17受压缩而成形，从而形成由有部分凸球面的密封件本体4构成的球面环状密封件1，如图1所示。
然后，通过适当地选择用作耐热材料2的片状耐热构件11的厚度，选择用作增强构件3的金属丝网的种类、钢丝直径和孔目尺度，选择对圆筒形基础构件17的加压程度等等，就可以制成由密封件本体4构成的球面环状密封件1，其中增强构件3和耐热材料2的重量比可分别是15-80％和20-85％。密封件本体4内耐热材料2的密度可为1.20-2.00克/厘米3。
球面环状密封件1可用在排气管球面接头31内，例如，如图6所示。也就是说，其中的法兰34通过例如焊接固定于上游侧排气管32的外圆表面，该排气管连接于发动机而留下一个管端33。将球面环状密封件1以通孔5形成的内表面6套在管端33上，并以其大直径端的端面8贴靠法兰34并使两者之间形成密封。下游侧排气管44面对上游侧排气管32并连接于消声器。用作配对件的扩口部分43包括凹球面部分41和设在凹球面部分41的开口端的法兰部分42，并与下游侧排气管44构成整体。下游侧排气管44设有凹球面部分41，它与球面环状密封件1的部分凸球面7滑动配合接触。
在图6所示的排气管球面接头31中，通常用一对螺钉51把下游侧排气管44弹性地连接于上游侧排气管32，每个螺钉的一端旋固于法兰34，而另一端穿过扩口部分43的法兰部分42，并在每个螺钉51的大头与法兰部分42之间装一个螺旋压缩弹簧52。排气管球面接头31布置成：通过球面环状密封件1的部分凸球面7与成形在下游侧排气管44的端部的扩口部分43的凹球面部分41之间的滑动，允许上、下游侧排气管32与44之间出现相对角位移。
应用于这样的排气管球面接头31的球面环状密封件1的密封件本体4中，增强构件3和耐热材料2的重量含量比分别是15-80％和20-85％，密封件本体4内耐热材料2的密度是1.20-2.00克/厘米3。所以，不会发生排气通过密封件本体4自身的漏泄，密封件本体4在其配对件凹的球面部分41上的滑动过程中也不会产生异常噪声。
在上述中，尽管球面环状密封件1是由密封件本体4构成，但是，球面环状密封件1也可以由密封件本体和覆盖层构成，如图7所示。也就是说，图7所示的球面环状密封件61的外表面60包括用作环状滑动表面的部分凹球面62，也就是说，在这一实施例中，外周表面60仅由部分凸球面62构成。球面环状密封件61还有上述的密封件本体4和由润滑材料构成的、并与密封件本体4的外周表面7(上述部分凸球面7)成形为一体的覆盖层63，部分凸球面62是由覆盖层63的裸露表面形成。
至于覆盖层63，它是施加于用上述方法成形的密封件本体4的外周表面7上的一层润滑材料，施加方法可以是刷涂，浸涂，喷涂等，使润滑材料层的厚度达到10-300微米左右。在这样施加的润滑层干了之后，裸露的表面很光滑，覆盖层63就由这样光滑的裸露表面构成的部分凸球面62形成。
用于形成覆盖层63的润滑材料可以是聚四氟乙烯树脂，这种材料的主要成分是聚四氟乙烯树脂，根据需要，它还可含有氮化硼等，而覆盖层63是通过涂覆它的水分散体来形成的。
图7所示的球面环状密封件61具有在密封件本体4的外周表面7上由润滑材料构成的覆盖层63以及具有由覆盖层63的裸露表面形成的部分凸球面62。所以，在它应用于排气管球面接头时，能够确保这样的凸球面62与配对件之间的更滑顺的球面配合滑动。而且，与球面环状密封件1相同，不会发生排气通过密封件本体4自身的漏泄，在配对件的凹的球面部分41上的滑动过程中也不会产生异常噪声。
本发明的球面环状密封件还可以是如图8和9所示的球面环状密封件71，以其代替图1和7所示的球面环状密封件1和61。图8和9所示的球面环状密封件71具有外周表面70，它包括用作环状滑动表面的部分凸球面72。也就是说，在这一实施例中，外周表面70仅由部分凸球面72构成。球面环状密封件71还有密封件本体4以及与密封件本体4的外周表面73(对应于上述部分凸球面7但有不规则的表面)整体成形的覆盖层77，其中润滑材料74、耐热材料75以及由金属丝网制成的增强构件76共同被压缩，使得润滑材料74和耐热材料75充满了增强构件76的金属丝网孔目，这样，润滑材料74、耐热材料75以及增强构件76就以混合状态成为一体。部分凸球面72由覆盖层77的裸露表面形成，由增强构件76构成的表面78和由润滑材料74构成的表面79以混合形式存在。在密封件本体4和覆盖层77中，增强构件3和76的重量含量比是15-80％，耐热材料2和75以及润滑材料74的重量含量比是20-85％。密封件本体4和覆盖层77内，耐热材料2和75以及润滑材料74的密度是1.20-2.00克/厘米3。
下面，说明图8和9所示的球面环状密封件71的制造方法。首先，以与球面环状密封件1同样的方法制备如图4所示的圆筒形基础构件17。接着，单独地准备诸如图2所示的片状耐热构件11。将含有作为润滑材料的聚四氟乙烯树脂的水分散体通过刷涂、滚涂、喷涂等方法涂覆在这另一片状耐热构件的一面上。然后，将这一涂层干燥，使之形成如图10所示的润滑层80。随后，再单独准备好如图3所示的、由皮带状金属丝网15制成的增强构件81。接着，如图11所示，把有润滑层80的片状耐热构件11插入片状增强构件81，如图12所示，令这一组件从一对辊子82与83之间通过，使其成形为整体。这样，可制成覆盖层形成构件84，它是由另一片状耐热构件11、含有涂覆在这另一片状耐热构件11的一面上的润滑材料的润滑层80以及由金属丝网12制成的、被滚压入润滑层80内的片状增强构件81构成。将这样得到的覆盖层形成构件84用润滑层80朝外卷绕在圆筒形基础构件17的外周表面，以此制作成如图13所示的圆筒形预成形件85。将这一圆筒形预成形件85放入模子27，并以与上述相同的方法将其压缩成形，借以制成球面环状密封件71。
然后，通过适当地选择用作耐热材料2和75的片状耐热构件11的厚度，选择用作增强构件3和76的金属丝网12的种类、钢丝直径和孔目尺度，选择润滑层80的厚度，选择对圆筒形预成形件85的加压程度等等，就可以制成具有密封件本体4和覆盖层77的球面环状密封件71。其中，在密封件本体4和覆盖层77中，增强构件3和76的重量含量比是15-80％，而耐热材料2和75和润滑材料74的重量含量比是20-85％，以及在密封件本体4和覆盖层77中耐热材料2和75和润滑材料74的密度是1.20-2.00克/厘米3。
球面环状密封件71在其密封件本体4的外周表面73上具有覆盖层77，其中，润滑材料74、耐热材料75和增强构件76以混合形式成为整体。而且，球面环状密封件71具有由覆盖层77的裸露表面形成的部分凸球面72，其中，由增强构件76构成的表面78和由润滑材料74构成的表面79以混合形式存在。所以，与球面环状密封件61相同，能够确保这样的部分凸球面72与配对件凹球面部分41之间的更滑顺的球面配合滑动。而且，由润滑材料74的裸露表面构成的表面79可由增强构件76构成的表面78保持住。此外，润滑材料74从部分凸球面72向凹球面部分41的转移以及润滑材料74的磨屑向凹球面部分41的转移都可以适当地产生，其结果，可确保长期的滑顺滑动。还有，与球面环状密封件1相同，不会发生通过密封件本体4自身的排气漏泄，在配对件凹的球面部分41上的滑动过程中也不会产生异常噪声。
另一种做法是，通过用类似于球面环状密封件71的制造方法，以及通过适当地选择用作耐热材料2和75的片状耐热构件11的厚度，选择用作增强构件3和76的金属丝网12的种类、钢丝直径和孔目尺度，选择润滑层80的厚度，选择对圆筒形预成形件85的加压程度等等，就可以制成具有密封件本体4和覆盖层77并有环状表面层部分91的球面环状密封件，表面层部分91的的厚度是从部分凸球面62向球面中心方向1毫米。在这一环状表面层部分91中，增强构件3和76的重量含量比是60-70％，耐热材料2和75和润滑材料74的重量含量比是25-40％，以及在环状表面层部分91中增强构件3和76、耐热材料2和75和润滑材料74的密度是3.00-5.00克/厘米3。在球面环状密封件的除环状表面层部分91之外的其余环状部分内，增强构件3的重量含量比是20-70％，耐热材料2的重量含量比是30-80％。
在这样一个球面环状密封件中，难以发生环状表面层部分91的剥离和脱落，也不会发生通过环状表面层部分91的初始排气泄漏。另外，排气泄漏不仅在早期而且在长期内可以避免，以及在配对件凹球面部分41上的滑动过程中也不会产生异常噪声。此外，能可靠地防止其余环状部分的排气泄漏，这一部分对耐热材料的增强作用可达到满意的效果，可有效地防止耐热材料的剥离。
再一种做法是，通过用类似于球面环状密封件71的制造方法，以及通过适当地选择用作耐热材料75的另一片状耐热构件11的厚度，选择用作增强构件76的金属丝网12的种类、钢丝直径和孔目尺度，选择润滑层80的厚度等等，可以制成具有密封件本体4和覆盖层77的球面环状密封件，其中，在覆盖层77中增强构件76的重量含量比是60-75％，润滑材料74和耐热材料75和的重量含量比是25-40％。在这样一个球面环状密封件中，难以发生覆盖层77这一部分的剥离和脱落，也能可靠地防止排气通过覆盖层77这一部分的初始和早期泄漏。
此外，通过用类似于球面环状密封件71的制造方法，以及通过适当地选择用作耐热材料75的另一片状耐热构件11的厚度，选择用作增强构件76的金属丝网12的种类、钢丝直径和孔目尺度，选择润滑层80的厚度等等，可以制成具有密封件本体4和覆盖层77的球面环状密封件。其中，在部分凸的球面72中由增强构件76构成的表面78占裸露面积的比例是0.5-30％，由润滑材料74构成的表面79占裸露面积的比例是70-99.5％。在这样一个球面环状密封件中，能够防止由在部分凸球面72处的润滑材料74构成的表面79的剥离和脱落，以及即使在长期的使用中也能获得在配对表面凹的球面部分41上的滑顺滑动。
上面已经举例描述了球面环状密封件1，61，或71，它们各具有包括用作环状滑动表面的部分凸球面7，62，或72的外周表面10，60，或70。但是，在本发明中，也可以用如图14所示的锥面环状密封件101，它是以其内周面100的截头圆锥表面部分102作为滑动表面。除截头圆锥表面102之外，锥面环状密封件101的内周面还包括连接于截头圆锥表面102的圆柱形内表面103；锥面环状密封件101的外周面106包括对应于截头圆锥表面102的截头圆锥表面104以及圆柱形外表面105；锥面环状密封件101还有大端和小端环状端面108和109。锥面环状密封件101的制造方法与球面环状密封件1，61，或71的类似。
图14所示的以内周面100的截头圆锥表面102部分作为滑动表面的锥面环状密封件101可用在排气管球面接头131中，例如，如图15所示。也就是说，其中法兰构件134通过诸如焊接固定于上游侧排气管32的外周面，而上游侧排气管32连接于发动机。外周面106的端面109、截头圆锥表面104和圆柱形外表面105分别精确地配合于法兰构件132的内周表面137，该内周表面137包括截头圆锥部分133的环形端面134、截头圆锥表面135以及圆柱表面136。这样，锥面环状密封件101就以其外周表面106配合在法兰构件132内。下游侧排气管44面对上游侧排气管32并连接于消声器。用作配对件的凸球面构件140具有凸球面部分138和法兰部分139并且用焊接之类的方式固定于下游侧排气管44。下游侧排气管44设有可滑动地配合于锥面环状密封件101的截头圆锥表面102的凸球面部分138。
在图15所示的排气管球面接头131中，用一对螺钉51把下游侧排气管44弹性地连接于上游侧排气管32，每个螺钉的螺纹端拧入法兰部分139，而螺钉头端通过螺旋压缩弹簧52支承于法兰部分141，法兰141与法兰139之间留有足够的空隙。排气管球面接头131布置成：借助于锥面环状密封件101的截头圆锥表面102与用焊接之类的方式固定于下游侧排气管44的凸球面构件140的凸球面部分138之间的滑动，允许上、下游侧排气管32与44之间发生相对角位移。
由于应用于这一排气管球面接头131的锥面环状密封件101是以与球面环状密封件1，61，或71相同的方法制成的，所以，锥面环状密封件101也能产生类似于上述球面环状密封件1，61，或71的效果。
为了制造图14所示的且对应于球面环状密封件1或61的锥面环状密封件101，应该首先准备前面图2所示的条状片状耐热构件11和前面图3所示的片状增强构件16。接着，把片状耐热构件11和片状增强构件16互相叠放起来，再把这一叠放成的组件以片状耐热构件11为内侧卷绕起来，将片状耐热构件11卷绕一圈以上，从而形成如图4所示的圆筒形基础构件17。进一步，准备好如图16所示的模子153。模子153具有圆柱形内表面145、从圆柱形内表面145接续向下的截头圆锥形表面146以及从截头圆锥部分穿过台阶部分147的圆通孔148。当把阶梯状芯棒149插入通孔148时，在模子153内就形成空的圆柱形部分151和接续其向下的空的截头圆锥形部分152。将圆筒形基础构件17插入空的圆柱形部分151内，也就是把它套在模子153的阶梯状芯棒149的外周表面上，使其配合于圆柱形内壁表面145。在将圆筒形基础构件17配合于圆柱形内壁表面145之后，用一个前端具有锥面161的圆筒形挤压件162插入模子153的空的圆柱形部分151内，如图6所示。然后，如图17所示，在芯棒轴线方向施加预定的压力使圆筒形基础构件17承受压缩而成形，以此制成密封件本体。用这一密封件本体可制成如图14所示的且对应于球面环状密封件1的锥面环状密封件101。然后，将由圆筒形基础构件17经挤压件162挤压成形而制成的密封件本体的内周表面用刷涂、滚涂或喷涂之类的工艺涂上润滑材料。在这样涂覆的润滑材料干燥之后，将这一涂层的裸露表面搞滑顺，以便由这一滑顺的裸露表面构成截头圆锥表面102的覆盖层。以此，可制成如图14所示的且对应于球面环状密封件61的锥面环状密封件101。
为了制造图14所示的且对应于球面环状密封件71的锥面环状密封件101，应卷绕诸如前面图12所示的覆盖层形成构件84，将其润滑层80的表面放在内侧，以此来形成类似于圆筒形基础构件17的圆筒形基础构件。把由图3所示的条状金属丝网制成的另一片状增强构件16放在含有诸如前面图2所示的含有耐热材料的片状耐热构件11上。将这一叠放成的组件卷绕到由覆盖层形成构件84构成的圆筒形基础构件17的外周表面上，以此形成类似于圆柱形预成形件85的圆柱形预成形件。用与上述相同的方法，将这一预成形件插入中空的圆柱形部分151，也就是套在图16所示的模子153的阶梯状芯棒149的外周表面上，使其配合于圆柱形内壁表面145。然后，如图17所示，用插在模子153内的挤压件162在芯棒轴线方向施加预定的压力，使圆柱形预成形件承受压缩而成形，以此制成锥面环状密封件101。
在锥面环状密封件101中建立的结构布置是这样的，即，内周表面100的环状滑动表面是由截头圆锥表面102形成，而凸球面部分138是可滑动地接触截头圆锥表面102上的一个部位。或者，可建立如图18所示的一种结构布置，其中，内周表面100的环状滑动表面由部分凹球面171形成，而凸球面部分138是可滑动地接触于部分凹球面171的大致整个面积。再或者，可以距离如图19所示的一种结构布置，其中，内周表面100的环状滑动表面由两个相接的截头圆锥表面172和173构成，而凸球面部分138以两个部位分别可滑动地接触于截头圆锥表面172和173。
由于图18和19所示的锥面环状密封件101是以类似于球面环状密封件1，61或71的方式构造的，所以它也能产生类似于上述球面环状密封件1，61或71的效果。

Claims (13)

1.一种球面环状密封件包括：
一个具有环状滑动表面的密封件本体，其中，至少一种耐热材料和由金属丝制成的一种增强构件已经被压缩至所述耐热材料充满了所述增强构件的金属丝网孔目，使得所述耐热材料和所述增强构件以混合形式成形为整体，
其中，所述增强构件和所述耐热材料在所述密封件本体内的重量含量比分别是15-80％和20-85％，在所述密封件本体内所述耐热材料的密度是1.20-2.00克/厘米3。
2.一种球面环状密封件包括：
一个有环状滑动表面的密封件本体，其中，至少一种耐热材料和由金属丝制成的一种增强构件已经被压缩至所述耐热材料充满了所述增强构件的金属丝网孔目，使得所述耐热材料和所述增强构件以混合形式成形为整体；以及
一个与所述密封件本体的外周表面整体成形、并且是由至少一种润滑材料形成的覆盖层，所述环状滑动表面是由所述覆盖层的裸露表面形成的，
其中，在所述密封件本体和所述覆盖层中，所述增强构件的重量含量比是15-80％，而所述耐热材料和所述润滑材料的重量含量比是20-85％，以及
其中，在所述密封件本体和所述覆盖层内所述耐热材料和所述润滑材料的密度是1.20-2.00克/厘米3。
3.一种球面环状密封件包括：
一个有环状滑动表面的密封件本体，其中，至少一种耐热材料和由金属丝制成的一种增强构件已经被压缩至所述耐热材料充满了所述增强构件的金属丝网孔目，使得所述耐热材料和所述增强构件以混合形式成形为整体；以及
一个与所述密封件本体的外周表面整体成形的覆盖层，并且所述覆盖层成形为这样的，即，至少一种耐热材料和由金属丝制成的一种增强构件已经被压缩至所述润滑材料和所述耐热材料充满了所述增强构件的金属丝网孔目，使得所述润滑材料、所述耐热材料和所述增强构件以混合形式整体成形，所述环状滑动表面是由所述覆盖层的裸露表面形成，其中由所述增强构件构成的表面和由所述润滑材料构成的表面以混合形式存在，
其中，在所述密封件本体和所述覆盖层中，所述增强构件的重量含量比是15-80％，而所述耐热材料和所述润滑材料的重量含量比是20-85％，以及
其中，在所述密封件本体和所述覆盖层内所述耐热材料和所述润滑材料的密度是1.20-2.00克/厘米3。
4.一种球面环状密封件包括：
一个有环状滑动表面的密封件本体，其中，至少一种耐热材料和由金属丝制成的一种增强构件已经被压缩至所述耐热材料充满了所述增强构件的金属丝网孔目，使得所述耐热材料和所述增强构件以混合形式成形为整体；以及
一个与所述密封件本体的外周表面整体成形的覆盖层，并且该覆盖层成形为这样的，即，至少一种耐热材料和由金属丝制成的一种增强构件已经被压缩至所述润滑材料和所述耐热材料充满了所述增强构件的金属丝网孔目，使得所述润滑材料、所述耐热材料和所述增强构件以混合形式成形为整体，所述环状滑动表面是由所述覆盖层的裸露表面形成的，其中由所述增强构件构成的表面和由所述润滑材料构成的表面以混合形式存在，
其中，在所述球面环状密封件的、从环状滑动表面算起厚度为1毫米的环状表面层部分内，所述增强构件的重量含量比是60-75％，而所述耐热材料和所述润滑材料的重量含量比是25-40％，以及在所述环状表面层部分内所述增强构件、所述耐热材料和所述润滑材料的密度是3.00-5.00克/厘米3，以及
其中，在所述球面环状密封件的除所述环状表面层部分之外的其余环状部分内，所述增强构件的重量含量比是20-70％，而所述耐热材料的重量含量比是30-60％。
5.一种球面环状密封件包括：
一个有环状滑动表面的密封件本体，其中，至少一种耐热材料和由金属丝制成的一种增强构件已经被压缩至所述耐热材料充满了所述增强构件的金属丝网孔目，使得所述耐热材料和所述增强构件以混合形式成形为整体；以及
一个与所述密封件本体的外周表面整体成形的覆盖层，并且该覆盖层成形为这样的，即，至少润滑材料、耐热材料和由金属丝制成的增强构件已经被压缩至所述润滑材料和所述耐热材料充满了所述增强构件的金属丝网孔目，使得所述润滑材料、所述耐热材料和所述增强构件以混合形式成形为整体，所述环状滑动表面是由所述覆盖层的裸露表面形成的，其中由所述增强构件构成的表面和由所述润滑材料构成的表面以混合形式存在，
其中，在所述覆盖层内，所述增强构件的重量含量比是60-75％，而所述耐热材料和所述润滑材料的重量含量比是25-40％。
6.一种球面环状密封件包括：
一个有环状滑动表面的密封件本体，其中，至少一种耐热材料和由金属丝制成的一种增强构件已经被压缩至所述耐热材料充满了所述增强构件的金属丝网孔目，使得所述耐热材料和所述增强构件以混合形式成形为整体；以及
一个与所述密封件本体的外周表面整体成形的覆盖层，并且该覆盖层成形为这样的，即，至少润滑材料、耐热材料和由压扁的金属丝网制成的增强构件已经被压缩至所述润滑材料和所述耐热材料充满了所述增强构件的金属丝网孔目，使得所述润滑材料、所述耐热材料和所述增强构件以混合形式成形位整体，所述环状滑动表面是由所述覆盖层的裸露表面形成的，其中由所述增强构件构成的表面和由所述润滑材料构成的表面以混合形式存在，
其中，在所述环状滑动表面内，由所述增强构件构成的表面占所述裸露面积的比例是0.5-30％，而由所述润滑材料构成的表面占所述裸露面积的比例是70-99.5％。
7.如权利要求1至6中之任一权利要求所述的球面环状密封件，其特征在于，所述耐热材料包含膨胀石墨。
8.如权利要求1至7中之任一权利要求所述的球面环状密封件，其特征在于，所述环状滑动表面包括部分凸球面、部分凹球面、或截头圆锥表面。
9.如权利要求1至8中之任一权利要求所述的球面环状密封件，其特征在于，它还包括一个包括所述环状滑动表面的外周表面。
10.如权利要求1至8中之任一权利要求所述的球面环状密封件，其特征在于，它还包括一个包括所述环状滑动表面的内周表面。
11.一种用于制造权利要求1至10中之任一权利要求所述的球面环状密封件的方法，它包括下列步骤：
制备含有所述耐热材料的片状耐热构件和由金属丝网制成的片状增强构件；
通过把所述片状增强构件叠放在所述片状耐热构件上，并进而把叠放成的组件卷绕成圆筒形状而形成圆筒形基础构件；以及
把所述圆筒形基础构件套装到一个模子的芯棒的外周表面上，并在所述模子的轴线方向施加压力使所述圆筒形基础构件在模子内受压缩而成形。
12.一种用于制造权利要求1至9中之任一权利要求所述的球面环状密封件的方法，它包括下列步骤：
通过把由金属丝网制成的所述片状增强构件叠放在含有所述耐热材料的所述片状耐热构件上并进而把叠放成的组件卷绕成圆筒形状而形成圆筒形基础构件；
通过把一个覆盖层形成构件围绕在所述圆筒形基础构件的外周表面上而制成圆筒形预成形件，所述覆盖层形成构件是由含有所述耐热材料的另一片状耐热构件、含有所述润滑材料并涂覆在所述另一片状耐热构件的一面上的润滑层以及被滚压入所述润滑层里并由金属丝网制成的另一片状增强构件构成的，围绕时将所述润滑层的表面放在外侧；以及
把所述圆筒形预成形件套装到一个模子的芯棒的外周表面上，并在所述模子的轴线方向施加压力使所述圆筒形预成形件在模子内受压缩而成形。
13.用于制造权利要求1至8和10中之任一权利要求所述的球面环状密封件的方法，它包括下列步骤：
通过卷绕一个覆盖层形成构件而制成圆筒形基础构件，所述覆盖层形成构件是由含有所述耐热材料的片状耐热构件、含有所述润滑材料并涂覆在所述片状耐热构件的一个表面上的润滑层以及被滚压入所述润滑层里并由金属丝网制成的片状增强构件构成的，卷绕时将所述润滑层的表面放在内侧；
通过把由金属丝网制成的另一片状增强构件叠放在含有所述耐热材料的另一片状耐热构件上，并进而把叠放成的组件围绕在所述圆筒形基础构件的外周表面上而制成圆筒形预成形件；以及
把所述圆筒形预成形件套装到一个模子的芯棒的外周表面上，并在所述模子的轴线方向施加压力使所述圆筒形预成形件在模子内受压缩而成形。
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