CN1721718B - 轴衬、用于工作机器的密封系统和用于制造轨道的方法 - Google Patents

Abstract

一轴衬包括一内表面、一外表面、一第一端和一第二端。一端面形成第一端和第二端中的至少一个的至少一部分。外表面和端面中的至少一个包括镀层的至少一部分形成的密封表面，镀层包括的材料具有大于约1200努普硬度的硬度水平。密封表面具有的厚度大于约35微米，具有的平均粗糙度(Ra)小于约0.25微米。在一实施例中，轴衬可用于一轨道型的工作机器的环形轨道上。

Description

轴衬、用于工作机器的密封系统和用于制造轨道的方法

技术领域

本发明涉及一密封系统，具体来说，本发明涉及一适用于轨道型工作机器的环形轨道。

背景技术

端面密封通常用于恶劣的工作环境中，以将诸如粗砂、水之类的外部污染物排除在相对于彼此移动的部件之间的接头之外，并用来在其中保持住润滑剂。这种类型密封的一个应用是轨道型工作机器上的环形轨道的销接头。这样的轨道通常在研磨和/或腐蚀的环境中工作。轨道接头可面对腐蚀和/或研磨材料，或可在达到沙漠或北极圈区域内才可以找到的极端温度下的振动。

为了有效地密封这样的研磨材料，以及有效地密封住润滑剂，端面密封件形成为匹配和密封地接合其相关的轴衬的端面。然而，由于轴衬相对于端面密封件转动，密封件可磨损轴衬或轴衬可磨损密封件。由于轴衬和/或密封件磨损，可降低密封的有效性，可能造成泄漏，以及可能使研磨材料(诸如砂和粗砂)进入轴衬和密封件之间的区域。一旦这种情况发生，会加快磨损而导致更大的泄漏和磨损。因为端面密封或轴衬寿命可限制轨道的寿命，所以延长密封件和轴衬的寿命可以延长轨道的寿命。

一延长与端面密封件接触的轴衬寿命的系统揭示在共同拥有的美国专利No.6,145,941中。揭示在‘941专利内的系统包括一薄的氮化铬，其通过蒸发沉淀法镀覆在轴衬的端面上。镀覆的厚度约为10微米。然而，这样一镀层会快速地磨损掉，只是稍微地延长轴衬的寿命。增加镀层的厚度不一定理想，例如，使用薄膜沉积技术镀覆较厚的镀层会有造成碎屑和碎片的倾向，结果进一步加快磨损。

本发明揭示的密封系统满足工业界内一个或多个现存的要求，以改进密封系统。

发明内容

在一个方面，本发明涉及一包括一内表面、一外表面、一第一端和一第二端的轴衬。一端面形成第一端和第二端的至少一个的至少一部分。外表面和端面中的至少一个具有镀层的至少一部分形成的密封表面，镀层包括的材料具有大于约1200努普硬度的硬度水平。密封表面具有的厚度大于约35微米，平均粗糙度(Ra)小于约0.25微米。

在另一方面，本发明涉及一密封能够相对运动的密封件和轴衬的方法。该方法包括在轴衬的外表面和端面中的至少一个上镀覆一镀层，以形成一密封表面。密封表面至少部分地由具有大于约1200努普硬度的硬度材料形成，并具有约大于35微米的厚度。密封表面的平均粗糙度降低到约0.25微米或更低。密封件放置成与密封表面接触，以便于轴衬的润滑。此外，密封件相对于轴衬可移动。

附图的简要说明

图1是一示范的轨道接头的一部分的截面图。

图2是图1的轨道接头的一部分的放大截面图。

图3是另一示范的轨道接头的一部分的放大截面图。

图4是另一示范的轨道接头的一部分的截面图。

具体实施方式

现将详细参照图示在附图中的示范的实施例。不管怎样，在全部的附图中相同的标号将用来表示相同或类似的零件。

图1示出轨道型的工作机器的一环形轨道的轨道接头100的一端的示范的实施例。轨道接头100包括互连的第一和第二可枢转的重叠连接件102和104、一轨道销106，以及一密封系统108。连接件102、104从轨道接头100延伸并连接到邻近的轨道接头(未示出)，以形成一用于轨道型工作机器的轨道。

图2是图1所示的轨道接头100放大图。如图2所示，第一连接件102包括一埋头孔110，它由一沿轴向面向外的钻孔面112、一圆柱形表面114以及一角部115形成。

密封系统108设置在连接件102、104中间，并沿一通过轨道销106的枢转轴线118同轴地进行安装。密封系统108可包括一轴衬122和一密封组件124。此外，密封系统可包括一润滑剂容纳腔126，它可由轴衬122和密封组件124的至少一部分形成。

密封组件124可包括一环形密封件128、一间隔环130，以及一加载环132。环形密封件128可与枢转轴线118大致同心地设置在第一连接件102的埋头孔110内。为了确保将润滑剂保持在润滑剂容纳腔126内，并防止污染物进入，环形密封件128密封地与轴衬122接合。环形密封件128可包括一热固性的树脂、一热塑性的树脂、一金属、一陶瓷，和/或一诸如聚亚安酯的热固性弹性体。然而，环形密封件128可由本技术领域内已知的其它材料制成。

一体的密封唇形物134可设置在环形密封件128上以便与轴衬122接合。此外，一环形底部136可被包括在环形密封件128的部分内。环形底部可具有一大致的L形横截面结构以便支承密封唇形物134。

加载环132可与环形密封件128一体地形成或非一体地形成，并可支承埋头孔110内的环形密封件128，以便提供与环形底部136和埋头孔110的静态的密封接合。加载环132可由一弹性体的弹性材料(例如，橡胶)构成。间隔环130可以松弛地定位在邻近第一连接件102的钻孔面112和轴衬122的轨道销106上，以限制其间最小的轴向距离。

大致圆柱形的轴衬122可大致与轴线118同心地设置，并可包括一外表面138、一内表面140，以及两个端部，各端部包括一端面142。轴衬122可由任何的基底材料形成，其包括一用来接纳其它部件(例如，销106)的开口。在所示的示范实施例中，端面142包括一在外和内表面138、140之间延伸的单一表面。然而，端面142可以是包括一个以上表面的台阶形，是弧形的，或如本技术领域内的技术人员所明白的其它形状。外表面138可与第二连接件104接触，而内表面140可转动地与轨道销106接触。轴衬122可具有沿轴线118的任何的长度，并可以是相对的平坦，例如，当轴衬122是一垫圈时。

一密封表面144可以形成端面142的一部分或全部(如图2所示)，或外表面138的一部分或全部(如图3所示)。密封表面144可以至少部分地由硬度大于约1200努普硬度(Knoop)的材料形成，在一示范的实施例中，硬度大于1400努普硬度。密封表面144可包含一耐腐蚀的材料和一耐磨的材料。在一示范的实施例中，耐磨材料包括碳化物、氮化物、硼化物、氧化物、金属化玻璃等中的至少一个。耐腐蚀材料可包括镍、钨、钛、铬、铝、金属化玻璃等中的至少一个。在一示范的实施例中，耐腐蚀材料可以是位于多个耐磨材料的颗粒之间的粘结剂。例如，密封表面144可以由带有钴粘结剂的碳化钨形成。在另一实施例中，密封表面144可包括在镍铬粘结剂内的碳化铬。在还有的实例中，密封表面144可包括在镍和/或铬粘结剂内的碳化钛。在还有另一实施例中，密封表面144可由带有碳化钨或其它变化的硬质相的结晶的金属基体形成。

因为密封表面144可以形成轴衬122的端面，所以，轴衬可以用多种不同材料中的任何材料进行制造。这些材料可以定制，以便主要地加载带有诸如强度、韧度和摩擦性能的特性。此外，密封表面144和轴衬122的一个或多个特性可以提供增加的耐磨和/或耐腐蚀的磨损。例如，某些这样的特性可包括：镀覆材料化学性的组合；诸如硬度和惰性之类的镀覆材料的特性；镀覆材料的厚度；镀覆材料的微观结构；镀覆材料的密度；镀覆到轴衬或基底材料上的物理附连；以及镀层的表面纹理。应该指出的是，镀层可以是就在密封件下面的区域中，或在均匀地延伸到外表面上的密封件下面和包围的区域。密封表面144可以使用任何各种不同的技术镀覆到轴衬122上。在一示范的实施例中，密封表面144可以喷镀到轴衬122上。例如，密封表面144可使用一热喷镀工艺进行镀覆，诸如一冷喷镀工艺或高速氧燃料(HVOF)喷镀工艺。或者，密封表面144可使用一等离子喷镀工艺过程系统、一金属丝电弧加工系统、一燃烧的喷镀加工过程系统，或一爆炸的喷镀加工过程系统来形成。在一示范的实施例中，密封表面144具有的厚度大于35微米，在另一实施例中，大于50微米。在还有的另一实施例中，厚度大于75微米。在还有其它的实施例中，厚度在90-150微米的范围内。然而，本技术领域内的技术人员将会认识到，密封表面可具有不同的厚度。

因为环形密封件128的密封唇形物134可滑动地沿着密封表面移动，所以环形密封件的寿命可受密封表面的粗糙度影响。因此，一光滑表面可减小环形密封件128的磨损。为了延长环形密封件128的寿命，密封表面144可具有约0.25微米或不到的平均粗糙度(Ra)。在另一示范的实施例中，Ra约为0.15微米或不到。在还有另一实施例中，Ra在0.08至0.1微米的范围内。该Ra在端面的表面上沿径向测量，并可这样地予以确定：首先，沿着一平均线划分表面，以使线以上的面积总和等于线以下的面积总和，然后，平均线以上和以下的所有面积的绝对值相加，相加的面积和除以取样长度。

密封表面144不需形成轴衬122的全部端面和/或外表面138。尽管密封表面144显示为横贯全部端面142和/或外表面138延伸，但应该认识到，密封表面144可选择地仅形成与环形密封件128接触的端面142和/或外表面138的部分。因为密封的唇形物134是环形的，所以它接触一环形环内的密封表面144而形成一环形的线接触。在一示范的实施例中，密封表面144可形成在一环形环内，其具有一面积小于端面的面积，并直接地对应于密封唇形物134的环形环。还应该理解到，端面142可以是接触环形密封件128的任何表面。因此，端面142不需是轴衬122的最外侧的特征，而可以形成在一接触环形密封件128的凹陷或台阶上。

在一示范的实施例中，轴衬122可以局部地由一垫圈形成，其固定到轴衬122并形成端面142的至少一部分。垫圈可以设置在轴衬122的凹陷、台阶，或切口内，或另外地镀覆而形成端面142的一部分。密封表面144可形成垫圈的一部分，并与环形密封件128接触。在一示范的实施例中，垫圈包括在附连而形成轴衬122一部分之前的密封表面144。在另一示范的实施例中，在垫圈附连而形成轴衬122一部分之后，密封表面可以镀覆到垫圈上。

在另一示范的实施例中，轴衬122可以部分地由一轴衬形成，其固定到轴衬122并形成外表面138的至少一部分。轴衬可设置在轴衬122的一凹陷、台阶，或切口内，或其它方式镀覆而形成外表面138的一部分。密封表面144可形成轴衬的一部分，并可接触环形密封件128。在一示范的实施例中，轴衬包括附连而形成轴衬122一部分的密封表面144。在另一示范的实施例中，密封表面可在轴衬附连而形成轴衬122的一部分之后镀覆到轴衬上。

图4示出另一示范的轨道接头100。除了上述的轴衬122之外，图4的轨道接头100包括一在轴衬122的各端处的插入件150，使轴环152邻近轨道接头100的各端的插入件150。该插入件150邻近轴衬122设置，并围绕销设置。轴衬122和插入件150之间的各个接口，以及插入件150和轴环152之间的各个接口，包括一具有一密封组件124和一密封表面144的密封系统108。

各个插入件150包括诸端部，使密封表面144形成在一端上，密封组件124设置在另一端上。插入件150内的密封组件124密封地接触轴衬122上的密封表面144。此外，轴环152包括一设置在其中的密封组件124。轴环152内的密封组件124与形成插入件150的端部的密封表面144密封地接合。应该指出的是，插入件150可包括在一端或两端处的密封表面，此外，在各端处可包括一密封组件124。轴环152同样地可包括在一端或多端内的密封组件124或密封表面144。

现将描述制造用于轨道型工作机器的轨道的一示范的方法。首先，使用本技术领域内标准的任何方法来形成一轴衬。例如，轴衬可以铸造然后进行机加工，或者，可用实心材料进行机加工制造。轴衬122可形成具有一外表面138、一内表面140，以及至少一个端面142。在轴衬122形成之后，使用一渗碳工艺或其它本技术领域内已知的硬化处理。在一示范的实施例中，一垫圈附连到轴衬以形成端面142的至少一部分。

然后，密封表面144可镀覆而形成轴衬122的端面142的至少一部分。尽管实施镀覆工艺可以使用任何种方法，但在此示范的实施例中，密封表面144是使用一HVOF喷镀工艺进行镀覆。在镀覆密封表面144之前，端面142可以进行清洁和/或粗糙。例如，通过喷砂、注水粗糙法、激光粗糙法，或其它的粗糙技术。喷砂法通过去除任何的杂质而可彻底地清洁端表面142，并粗糙端面表面，以使密封表面144可以可靠地连接而变成端面表面的一部分。

在轴衬122喷砂处理之后，可使用HVOF喷镀工艺来镀覆密封表面144。例如，它可以是镀覆到端面132上的碳化物的镀层。HVOF喷镀工艺可包括喷射一点燃的氧气燃料混合物，它从一HVOF喷枪中以圆形流喷出。镀覆材料的粉末流可通过圆形火焰喷射和成形，提供均匀的加热、熔化和加速。局部的或全部的熔化镀层材料可以熔化的或软化的状态冲击在端面142上，并可在几何形上弄平，累积而变成端面142的部分。

镀层材料可镀覆直到密封表面144具有一要求的厚度为止，例如，大于约35微米。在另一实例中，厚度大于约50微米。在还有的另一实施例中，厚度大于约75微米，而在还有另一实施例中，厚度在90-150微米的范围之内。一旦要求厚度达到，可降低密封表面144的平均粗糙度。下降Ra可包括以下方法中的至少一个：抛光、打磨、搪磨以及拍打密封表面144。抛光可以使用金刚砂轮技术或本技术领域内已知的其它技术来实施。在一实施例中，当密封表面144的Ra小于约0.25微米时，轴衬122可以组装到轨道系统上。在另一实施例中，密封表面144的Ra小于约0.15微米。

在一示范的实施例中，可镀覆镀层而在一垫圈上形成密封表面144，然后，垫圈附连到轴衬122，以形成轴衬122的至少一部分。在另一示范的实施例中，插入件150可使用本技术领域内已知的方法形成为一轴衬。插入件150的至少一端可构造成接纳和/或支承一密封组件124，而另一端可包括一形成密封表面144的镀层。

为了组装轨道系统，轨道销106可通过轴衬122插入。此外，环形密封件128、间隔环130以及加载环132也可安装在一诸如第一连接件102或第二连接件104那样的连接件内。在图4所示的示范的实施例中，轨道销106可通过插入件150和轴环152插入。因此，插入件150可邻近轴衬122设置，并可支承与轴衬122密封接触的密封组件124。同样地，轴环152可支承与插入件150密封接触的另一密封组件124。

各种部件可使用本技术领域内公知的方法连接在一起，以使环形密封件128与轴衬122的密封表面密封地接触。这样，轴衬可围绕销106转动。一诸如75W-140矿物油或合成油之类的润滑剂可施加在轴衬122和轨道销106之间，并可累积在靠近环形密封件128和端面142的润滑剂容纳腔126内。环形密封件128构造成与端面142直接接触，并可操作而将润滑剂保持在润滑剂容纳腔126内和防止诸如脏物和砂之类污染物入侵。各个轴衬通过诸如第一连接件102或第二连接件104那样的连接件附连到其它的轴衬，以形成本技术领域内公知的一轨道。

在一示范的实施例中，密封表面144形成在轴衬122的外表面上。因此，第二连接件104和轴衬122之间的接触点可以沿着具有密封表面144特性的一表面。

工业应用

本文所示的轴衬122可提供优于用于循环轨道机构上的现有技术的轴衬的优点。例如，轴衬122的使用寿命可长于现有技术的轴衬，因为密封表面144具有提高的耐磨损和/或腐蚀磨损的能力。此外，密封表面144可具有提高的抗蚀损斑、碎裂和/或碎片剥落的能力，甚至在通常施加应力的情况下也具有这样的能力。因此，轴衬可耐受与轴衬122接触的环形密封件128的磨损。此外，通过提高在轴衬内防止成槽的能力，密封表面144可有助于耐受环形密封件128的磨损。增加轴衬122的寿命可延长使用轴衬122的轨道的寿命，由此，减少停工时间并增加工作效率。

除了可能增加轴衬122的寿命之外，还可延长与轴衬122接触的密封件的寿命。这是因为与密封表面144接触的密封唇形物134的磨损速率低于与现有技术轴衬接触的密封唇形物134。

应该指出的是，本发明中所述的密封系统不必局限于用于轨道型系统的密封表面，还可用于其它的各种应用中。例如，密封表面144可用于动态的或与密封摩擦接触的任何表面上。这种情形的某些实例可包括在轴或液压密封杆上的密封表面。此外，密封系统可用于连接件的销连接上。还可用作在销上的径向密封。本技术领域内的技术人员还可构思出其它的用途。应该指出的是，附后的权利要求书旨在涵盖这样的各种应用。

本技术领域内的技术人员将会认识到，在不脱离本发明范围的前提下，在所述的实施例中可以作出各种修改和变化。在考虑本说明书和实践这里所揭示的本发明之后，本技术领域内的技术人员显然会想到本发明的其它实施例。本说明书和其所述的实例的意图只是举例而已，本发明的真正范围由下面的权利要求书和其等价物予以指明。

Claims (31)

1.一轴衬，包括：

一内表面、一外表面、一第一端和一第二端；以及

一端面，该端面形成第一端和第二端中的至少一个的至少一部分，外表面和端面中的至少一个具有一形成在一镀层的至少一部分上的密封表面，镀层包括的材料具有大于约1200努普硬度的硬度水平，密封表面具有的厚度大于约35微米，以及具有的平均粗糙度小于约0.25微米。

2.如权利要求1所述的轴衬，其特征在于，密封表面包含一耐腐蚀材料和一耐磨的材料。

3.如权利要求2所述的轴衬，其特征在于，耐腐蚀材料包括镍、铬，以及金属化玻璃中的至少一个。

4.如权利要求2所述的轴衬，其特征在于，耐磨材料包括碳化物、硼化物、氮化物、氧化物，以及金属化玻璃中的至少一个。

5.如权利要求4所述的轴衬，其特征在于，碳化物是碳化铬和碳化钛中的至少一个。

6.如权利要求2所述的轴衬，其特征在于，耐腐蚀材料是位于多个耐磨材料的颗粒之间的粘结剂。

7.如权利要求1所述的轴衬，其特征在于，密封表面是大于约75微米的厚度。

8.如权利要求1所述的轴衬，其特征在于，密封表面由镀层的至少一部分形成，镀层包括的材料具有大于1400努普硬度的硬度，密封表面具有的Ra小于或等于约0.1微米。

9.如权利要求1所述的轴衬，其特征在于，第一端和第二端中的至少一个包括一垫圈，该垫圈形成端面的至少一部分。

10.如权利要求1所述的轴衬，其特征在于，套筒形成具有密封表面的外表面的至少一部分。

11.一用于工作机器的密封系统，包括：

一轴衬，其具有一内表面、一外表面，以及一端面，端面和外表面中的至少一个的至少一部分具有一由镀层形成的密封表面，镀层包括的材料具有大于约1200努普硬度的硬度水平，密封表面具有的厚度大于约35微米，具有的平均粗糙度约为0.25微米或不到；以及

一密封组件，其包括一环形密封件，其与密封表面密封地接触，密封件和密封表面构造成便于轴衬的润滑。

12.如权利要求11所述的密封系统，其特征在于，密封表面包含一耐腐蚀材料和一耐磨的材料。

13.如权利要求11所述的密封系统，其特征在于，耐腐蚀材料包括镍、铬，以及金属化玻璃中的至少一个。

14.如权利要求12所述的密封系统，其特征在于，耐磨材料包括碳化物、硼化物、氮化物、氧化物，以及金属化玻璃中的至少一个。

15.如权利要求14所述的密封系统，其特征在于，碳化物是碳化铬和碳化钛中的至少一个。

16.如权利要求12所述的密封系统，其特征在于，耐腐蚀材料是位于多个耐磨材料的颗粒之间的粘结剂。

17.如权利要求11所述的密封系统，其特征在于，镀层具有大于约75微米的厚度。

18.如权利要求11所述的密封系统，其特征在于，镀层包括的材料具有大于1400努普硬度的硬度，而Ra小于或等于约0.1微米。

19.如权利要求11所述的密封系统，其特征在于，密封件接合于形成一圆形接触线的环形环内的密封表面。

20.如权利要求11所述的密封系统，其特征在于，密封表面位于端面的至少一部分上，而轴衬的外表面的至少一部分具有一与密封表面的材料和特性相同的镀层。

21.如权利要求11所述的密封系统，其特征在于，密封件由热塑性树脂、热固性树脂，以及热固性弹性体中的至少一个形成。

22.如权利要求11所述的密封系统，其特征在于，密封表面具有的一表面面积小于端面的表面面积。

23.如权利要求11所述的密封系统，其特征在于，第一和第二端中的至少一个包括一垫圈，垫圈形成端面的至少一部分。

24.如权利要求11所述的密封系统，其特征在于，套筒形成具有密封表面的外表面的至少一部分。

25.如权利要求11所述的密封系统，其特征在于，包括一邻近轴衬的插入件，该插入件具有一第一和一第二端面，第一端面构造成支承密封组件，第二端面具有一由一镀层形成的第二密封表面，镀层包括的材料具有大于约1200努普硬度的硬度水平，第二密封表面具有的厚度大于约35微米，具有的平均粗糙度约为0.25微米或不到。

26.一制造用于轨道型的工作机器的轨道的方法，包括：

形成一轴衬，其具有一外表面、一内表面，以及一端面；

将镀层喷镀到端面和外表面的至少一个上，镀层形成一大于35微米厚度的密封表面，并且所述密封表面包括一具有大于1200努普硬度的材料；

降低密封表面的平均粗糙度，降低平均粗糙度包括将平均粗糙度降低到约0.25微米或不到；

在轴衬内插入一销，轴衬可围绕该销转动；

放置一密封件与密封表面接触，以便于轴衬的润滑；以及

将轴衬附连到轨道。

27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，降低平均粗糙度包括以下方法中的至少一个：抛光、打磨、搪磨以及研磨密封表面。

28.如权利要求26所述的方法，其特征在于，喷镀镀层包括热喷镀镀层。

29.如权利要求26所述的方法，其特征在于，镀层的热喷镀包括镀层的高速氧气燃料喷镀。

30.如权利要求26所述的方法，其特征在于，形成轴衬包括将一垫圈固定到轴衬，垫圈形成端面的至少一部分。

31.如权利要求26所述的方法，其特征在于，形成轴衬包括将一套筒固定到轴衬，套筒形成轴衬的外表面的至少一部分。

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