CN1973142A - 带有整体密封件的轴承 - Google Patents

Abstract

一种密封组件，其包括：环形纤维缠绕式轴承，该轴承具有第一端和第二端以及大的纵向中心孔，第一端和第二端具有形成在轴承的内壁表面中的沉孔，该沉孔由轴向内表面以及径向外表面限定；以及密封件，其设置在每个沉孔中并与沉孔的所述轴向内表面或所述径向外表面的至少其中之一相接触，该密封件包括主体部分以及径向向内延伸的密封唇。

Description

带有整体密封件的轴承

相关申请的交叉参考

本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求2004年1月29日提交的题为″Integrally Sealed Filament Wound Bearings″的No.60/539,948的美国临时专利申请的优先权，其内容作为参考结合于此。

技术领域

本发明涉及轴承和密封件。更具体的说，本发明涉及带有与其相关联的整体密封件的轴承。

背景技术

当在工作环境中使用时，污染物容易进入轴承内部并损害轴承表面或轴，因而轴承常常和密封件一起使用。在农业和建筑环境中，设备常常在一个充满沙尘的区域中工作。构造部件、液压缸、以及连杆都使用轴承作为枢转销的一部分。如果污染物进入轴承，则它们将磨损掉滑动表面并导致轴承过早故障。

对于这个问题的传统的解决方法一直是使用油脂密封来防止污染物进入轴承。这个解决方案的问题包括，油脂有吸引和存留尘土的倾向，并且持续地需要重新对密封件涂油脂。常常一个操作员需要每天为密封件重新涂油脂。如果密封件没有重新上油，污染物就会进入轴承并提前磨损轴承衬。

将轴承内部密封的另一种手段是在传统轴承的设计中采用橡胶或其他弹性密封件，以试图提供密封功能来保护轴承内部。但是，这种设计也有多个缺点。首先，在轴相对于轴承和密封件移动的过程中，轴承和密封件可能分开和/或不一致工作。此外，在安装轴承时将轴承与分开的密封件组装起来也是复杂和耗时的。这就导致对于整个设备的增长的停工时间以及更大的错误安装的可能。

因此，需要提供一种带有整体密封件的轴承，该密封件牢固地固定在轴承结构上并与轴承结构结合为一体。此外，提供一种不需要使用油脂的轴承和密封件的组合也是有利的。还需要提供一种作为单一单元的具有整体密封件的轴承，其能够作为一个单元送交给客户并安装。

本发明就是针对这些感受到的需要而作出的。

发明内容

在本发明的第一方面，提供一种密封组件，包括：环形轴承，该环形轴承包括第一端和第二端以及大的纵向中心孔，其中，第一端包括形成在轴承的壁表面中的沉孔，该沉孔具有轴向内表面以及径向外表面，且其中密封件设置在沉孔中并与沉孔的轴向内表面或径向外表面中的至少其中之一相接触。

在本发明的优选实施例中，该轴承是纤维缠绕式轴承，其形成单件式结构，带有形成在轴承的第二端中的额外的沉孔，并且还包括在额外沉孔中的第二密封件。

在本发明的另一实施例中，该轴承形成两件式结构。该两件式结构包括预定内径的外圆柱以及预定外径的内圆柱，该外径等于或小于外圆柱的内径。在本发明的优选实施例中，该外圆柱是钢制成的，且该较小直径的圆柱是轴承材料制成的。

在本发明的又一个方面，该密封件包括主体部分以及形成密封唇的径向向内延伸部分，并且所述轴向向内延伸部分相对于所述主体部分是柔性的。为了增强该柔性，该密封件还包括位于所述主体部分与所述轴向向内延伸部分之间的空隙。在本发明的优选实施例中，该密封件还包括形成在所述密封件的主体部分中的刚性嵌件。该刚性嵌件包括带有L形横截面的环形嵌件，其中嵌件的一个腿沿着密封件的轴向表面在轴向延伸，并且该嵌件的另一个腿延伸到密封件的主体部分中。

在本发明的另一实施例中，轴承包括纤维缠绕式玻璃背衬(glass-backed)高强度PTFE纤维，该密封件包括热塑性聚氨酯，且该密封件通过粘合剂固定在所述沉孔中。

在本发明的第二方面，提供一种密封组件，包括：环形轴承，该环形轴承包括纤维缠绕式轴承，其具有第一端和第二端以及大的纵向中心孔，其中，第一端和第二端包括形成在轴承的内壁表面中的沉孔，该沉孔由轴向内表面以及径向外表面限定；以及密封件，其设置在每个沉孔中并与沉孔的所述轴向内表面或所述径向外表面的至少其中之一相接触，该密封件包括主体部分以及径向向内延伸的密封唇。

本发明的密封组件的一个优点是形成整体的轴承和密封件，其能够作为单一单元被分送给终端用户，从而消除了终端用户对于轴承/密封件组合的组装需要。这保证了密封件的正确对准并减少了将集成有密封件的轴承安装到最终使用的设备上所用的时间。

在本发明的一个或者多个实施例中，本发明的带有整体密封件的轴承的特征可以单独实现或者组合实现。本领域的技术人员将理解，本发明在若干应用中具有广泛的实用性，如以下所讨论的各种特征和优点所说明的那样。

因此，已经很宽泛地概括出了本发明的比较重要的特征，从而以下的具体说明能够被更好的理解，并且能够更好理解对本领域的贡献。显然，还有以下将说明的并将形成所附权利要求的主题的本发明的其他特征。这样，在具体解释本发明的若干实施例之前，应该理解，本发明的应用不限于以下说明的或者附图图示的具体内容和构造以及设计和构件。本发明能够有其他的实施例并且能够以许多方式实施和实现。

还应该理解，此处的用词和用语都是用于说明用途的，不应该看作是任何方面的限制。本领域的技术人员将理解本公开内容所基于的构思，并容易用作设计构思其他的用于执行该发展形式的若干目的的结构、方法和系统。重要的是，权利要求被看作是包括了这样的等同的结构，只要它们不超出本发明的宗旨和范围。

因此，本发明的上述特征、优点和目的，以及将变得清楚的其他特征、优点和目的，将获得并被具体理解，以上总结的本发明的更具体的说明可参考在附图中说明的实施例，该附图形成说明书的一部分并且其中在所有视图中相同的附图标记代表相同的部件。但是应该注意，附图仅仅说明了本发明的优选的和替换性的实施例，因此并不应看作是对本发明范围的限制，因为本发明可以实施为其他等同的有效

实施例。

附图说明

图1是本发明的实施例中的密封组件的剖视图。

图2是本发明的实施例中的密封组件中使用的轴承的剖视图。

图3是本发明的实施例中的密封组件的密封件的剖视图。

图4是本发明的实施例中图3的密封件的圆圈部分的部分剖视放大图。

图5是本发明的实施例中的密封组件的剖视图。

具体实施方式

现在参考附图，在本发明的实施例中，提供密封组件10，其包括：环形轴承20，该环形轴承具有第一端22、第二端24、以及大的中心孔。端部22、24包括形成在轴承的壁表面上形成的沉孔30。该沉孔30具有轴向内表面32以及径向外表面34。密封件40设置在沉孔30内并接触沉孔的所述轴向内表面32或所述径向外表面34中的至少一个(或两者都接触)。

在本发明中采用的轴承20优选是圆柱形的，带有用于接纳轴的中心孔。轴承26的内壁包括润滑材料，以利于在轴和周围的壳体之间的低摩擦接触表面。在本发明中使用的轴承可以由本领域中已知的任何合适的轴承材料构成。实际使用的轴承材料主要取决于最终用途的环境条件。

在本发明最优选的实施例中，轴承包括纤维缠绕式轴承(filament-wound bearing)。纤维缠绕式轴承在本发明中优于其他轴承类型使用，一部分是因为它们的弹性和自润滑性质。金属轴承会锈蚀、快速磨损，导致连接件的轴端余隙(end-play)，并在工作中产生共鸣噪音。金属轴承常常需要分开的润滑剂，诸如油脂，以减少这些问题。相比之下，纤维缠绕式轴承是自润滑的并且对载荷下的误对准和销挠曲导致的边缘载荷更具耐受性。

一种常用的制造纤维缠绕式轴承的方法包括：选择纤维并将其以十字形多层形式缠绕在芯轴上以形成多孔的轴承结构。孔的大小、间距以及轴承的壁厚在缠绕过程中受到控制。在纤维缠绕式轴承中使用的优选的纤维包括PTFE、聚酯、聚酰胺、或玻璃纤维。轴承结构之后在熔炉中熔接并随后在芯轴之间压实。略微带孔的轴承之后被注入环氧树脂或其他合适的防变稠化合物(antigalling compound)。

制造纤维缠绕式轴承的另一个工艺包括收进连续的纤维带并将其穿过树脂浴，之后将树脂覆盖的纤维带围绕芯轴缠绕。树脂覆盖的纤维带缠绕成所需的形状和厚度。缠绕好的轴承之后被固化并从芯轴上取下，之后精加工成所需的尺寸。

一旦轴承材料被选定并且轴承20形成圆柱，该圆柱形轴承就被加工以在其至少一端提供一个沉孔30。该沉孔30优选地通过加工去掉轴承的内壁26的靠近一端22、24的一部分形成。这导致在轴承的一端出现扩大的内径区域，比轴承的其余部分具有更薄的壁厚36。在本发明的优选实施例中，在轴承的两端都形成沉孔。

在本发明的另一个实施例中，沉孔在构造轴承的时候形成，例如，通过在模具上形成轴承，该模具在一端或两端包括较大直径的区域，以提供该沉孔。

在本发明的另外一个实施例中，如图5所示，该沉孔通过用包括轴承材料的内圆柱20配合外圆柱60，由两件式结构形成。该内圆柱20的外径等于或小于外圆柱的内径，从而两个圆柱间提供了紧密配合。内圆柱20的尺寸在长度上还比外圆柱60短，使得当和外圆柱放在一起时，沉孔区域30在内圆柱的端部22与外圆柱的端部62之间形成。

在本发明的优选实施例中，无论构造的方法如何，沉孔30都由平行于旋转轴线的轴向的外壁34以及垂直于旋转轴线的径向延伸的壁32形成，从而形成“方(squared off)”沉孔，用于接纳密封件40。应该注意，在本发明的其他实施例中，沉孔的几何形状可以是圆形的或者成角度的，以改善密封组件的特性。

密封件40配合在沉孔30中，其包括主体部分42和径向延伸部分44，设计用于接触并形成轴承20与旋转轴(未示出)之间的密封件。该密封件40优选地包括圆环，其剖面包括基本矩形的主体部分42，其具有轴向延伸的面48以及径向延伸的面46。该轴向延伸的面48与沉孔30的轴向延伸壁34对齐并接触，并且径向延伸的面46与沉孔的径向延伸壁32接触。以此方式，该密封件配合进沉孔中并通过与沉孔的侧面和后部接触而固定到位。

密封件40的径向延伸部分44径向向内靠着主体部分42并形成柔性接合于主体部分的密封唇。在本发明的优选实施例中，密封件40由单件式结构形成，其具有主体部分42与密封唇44之间的空隙58以改善唇44的柔性。在轴径向移动的过程中，唇44能够弯曲进入主体42与唇44之间的空隙48。

通过该设计，即使在轴相对于轴承和密封件径向位移的过程中，也保留了密封功能。密封件的主要目的是防止污染物和其他颗粒物质进入轴承的内部，污染物进入轴承内部就可能干扰或增大内部轴承表面或轴的磨损。

在本发明的最优选的实施例中，密封件主体的外径等于或者略小于沉孔的内径，从而通过密封件外径与沉孔内径之间的摩擦接触使得密封件保持在沉孔中。

在本发明的另一个实施例中，密封件的轴向外端可以与轴承的端部齐平，略微从轴承的端部突出或者在沉孔中凹进。

在本发明的另一实施例中，用粘合剂将密封件固定于轴承以提供额外的支撑。用于本发明的优选的粘合剂是压敏喷雾粘合剂，诸如3M公司生产的Super 77TM粘合剂。但是，与构造轴承和密封件的材料相符合的任何粘合剂都可以在本发明的实施例中使用。

在本发明的另一个实施例中，在密封件放置在沉孔中后，轴承的端部被轻微压缩以减小轴承端部处沉孔的直径并将密封件保持在其中。以此方式，轴承的端部被打褶，以物理地限制密封件从沉孔中离开的轴向运动。

在本发明的一个实施例中，密封件包括弹性材料，优选地，包括硬塑料材料，诸如聚亚安酯，其在工作中具有高抗磨性。其他适用于本发明的材料包括氟化聚合物，诸如PTFE、树脂、或其他润滑性塑料材料。

在本发明的另一个实施例中，密封件40还具有刚性嵌件50以对密封件的主体部分提供额外的强度和刚度。在本发明的最优选实施例中，嵌件50是具有大致L形截面的钢环。L的一个腿52沿着密封件主体的径向外部轴向延伸，L的第二个腿54向内径向延伸到密封件的主体部分中。嵌件50的径向向内延伸的腿54优选地在密封件主体中位于径向延伸部分44与密封件主体42相接合的区域之后，在空隙58之后。

尽管钢是用作嵌件的优选的刚性材料，其他高强度材料也是合适的。例如，在高腐蚀性环境中，密封件可以使用更高强度的聚合物材料或其他非反应性材料来代替钢。此外，刚性嵌件的几何形状可包括额外的径向延伸部分或者其他设计用于为密封件主体提供所需刚度的部件。

尽管本发明已经参考具体实施例进行了说明，但应该认识到，这些实施例仅仅说明了本发明的原理。本领域的技术人员将理解，本发明的装置和方法可以以其他方式和实施形式进行构造和实施。因此，此处的说明书不应该看作是对本发明的限制，而其他的实施例也落入本发明的范围之内。

Claims (17)

1.一种密封组件，包括：环形轴承，该环形轴承包括第一端和第二端以及大的纵向中心孔，其中，所述第一端包括形成在轴承的壁表面中的沉孔，所述沉孔具有轴向内表面以及径向外表面；以及

其中，密封件设置在所述沉孔中并与沉孔的所述轴向内表面或所述径向外表面的至少其中之一相接触。

2.如权利要求1所述的密封组件，其中，所述轴承是纤维缠绕式轴承。

3.如权利要求1所述的密封组件，其中，在轴承的所述第二端中形成有额外的沉孔，并且还包括第二密封件。

4.如权利要求1所述的密封组件，其中，所述轴承形成单件式结构。

5.如权利要求1所述的密封组件，其中，所述轴承形成两件式结构。

6.如权利要求5所述的密封组件，其中，所述两件式结构包括预定内径的外圆柱以及预定外径的内圆柱，该外径等于或小于外圆柱的内径。

7.如权利要求6所述的密封组件，其中，所述外圆柱由钢构成。

8.如权利要求6所述的密封组件，其中，所述较小直径的圆柱由轴承材料构成。

9.如权利要求1所述的密封组件，其中，所述密封件包括主体部分以及形成密封唇的径向向内延伸部分。

10.如权利要求1所述的密封组件，其中，所述轴向向内延伸部分相对于所述主体部分是柔性的。

11.如权利要求10所述的密封组件，其中，所述密封件还包括位于所述主体部分与所述轴向向内延伸部分之间的空隙。

12.如权利要求10所述的密封组件，其中，所述密封件还包括形成在所述密封件的主体部分中的刚性嵌件。

13.如权利要求12所述的密封组件，其中，所述刚性嵌件包括带有L形横截面的环形嵌件，其中，嵌件的一个腿沿着密封件的轴向表面在轴向延伸，并且该嵌件的另一个腿延伸到密封件的主体部分中。

14.如权利要求1所述的密封组件，其中，所述轴承包括纤维缠绕式玻璃背衬高强度PTFE纤维。

15.如权利要求1所述的密封组件，其中，所述密封件包括热塑性聚氨酯。

16.如权利要求1所述的密封组件，其中，所述密封件通过粘合剂固定在所述沉孔中。

17.一种密封组件，包括：环形轴承，该环形轴承包括纤维缠绕式轴承，其具有第一端和第二端以及大的纵向中心孔，其中，所述第一端和第二端包括形成在轴承的内壁表面中的沉孔，所述沉孔由轴向内表面以及径向外表面限定；

其中，密封件设置在每个所述沉孔中并与沉孔的所述轴向内表面或所述径向外表面的至少其中之一相接触，所述密封件包括主体部分以及径向向内延伸的密封唇。

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