CN203703137U - 具有传感功能的总成油封 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种具有传感功能的总成油封，包括法兰、与法兰内圈相配合的油封唇部、编码器、与所述编码器相对应的传感器，所述编码器为一端长、一端短的倒U型环，所述编码器的短端为编码器本体，设于所述法兰上，所述编码器的长端内侧与所述油封唇部内圈相配合。本实用新型为经久耐用，检测曲轴转速准确的、传感器一体的总成油封。

Description

具有传感功能的总成油封

技术领域

本实用新型涉及一种油封，具体地说，涉及一种具有传感功能的总成油封。属于密封技术领域。

背景技术

以往编码器技术多使用在ABS轴承领域，为了了解轴带动轴承的转速，率先被实用新型了ABS编码器，其采用轴向、径向的冲压、粉末冶金形成光栅和远近式编码器，还有合成磁性编码器的手段进行接收，其中磁性编码器通常只使用NBR橡胶。

有了编码器技术以后，在汽车应用领域，轮毂部分的轴承已经基本上都是编码器、传感器、轴承、法兰支架一体的总成构件，简称轮毂单元。

但是，随着汽车工业电子化的突飞猛进的发展，仅仅统计轮部的转速已经越来越不能满足汽车性能的需要，尤其是车轮的前进和倒退两种工况，更会对统计信息造成困扰。于是，就有越来越多的人对发动机的曲轴转速统计提出了需求，因为这是最准确的数据信息，一切电子科技的设计，都可以建立在发动机曲轴转速的基础上进行设计和实施。但是，轮子的转动只有几百转／分钟，而曲轴的转速高达几千转／分钟，而且整个发动机部分的设计原理是没有轴承存在的，因为轴承不适合发动机的工况要求，因此，所有的原本在ABS轴承上使用的技术，无法照搬应用发动机上。

鉴于发动机的超高转速和去轴承化的现状，必须重新考虑传送方式，原有的ABS编码器轴承，有较多不适用曲轴的地方，首先是它的一圈级数较少，统计的不够精准，其次没有起始点和修正数据的处理功能，还有磁性编码器的径向设计过程中，由于内外圆直径的不同，所有NS级都是成扇形圆周分布的，在加工数据信息时，精度就不好保证，传感器接收NS信息时，由于外圈大于内圈的扇形分布，传感器对准的直径点不同，接收的NS变化圆周长度分布也会不同，数据误差容易偏大，不能满足发动机的高速精确的统计要求。

目前，用于发动机上的油封仍采用编码器、法兰油封、安装支架和传感器分体设计，使用时再组装在一起，会经常出现组装误差、超差。由此而来，是否可以设计一种及油封唇口、定位法兰、编码器及传感器于一体的总成油封。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种具有传感功能的总成油封，其为及油封唇口、定位法兰、编码器及传感器于一体。

为了实现本实用新型目的，本实用新型提供一种具有传感功能的总成油封，包括法兰、与法兰内圈相配合的油封唇部、编码器、与所述编码器相对应的传感器，所述编码器为一端长、一端短的倒U型环，所述编码器的短端为编码器本体，设于所述法兰上，所述编码器的长端内侧与所述油封唇部内圈相配合。

其中，所述编码器长端外侧还设有抱紧环。

所述抱紧环由两部分组成，一部分为具有波浪环纹的橡胶密封环，另一部分为抱紧环金属本体。

另一种形式方式是，所述编码器长端外侧内嵌密封环，优选具有波浪环纹的橡胶密封环。

所述编码器的长端底部还设有用于防止编码器脱落的倒扣环，沿所述油封唇部方向呈向内折状，这样所述油封唇部便封于所述编码器的倒U型环内。

所述编码器的倒U型环顶部还设有启动定位点，用于初始读数记录。

所述编码器本体可以为光栅式编码器、远近式编码器或磁性编码器。

所述光栅式编码器设有对应多级轴向平行的、齿状的圆周型分布的光、暗数据区、数据修正区。数据修正区起到了每圈矫正的作用。

所述远近式编码器设有对应多级轴向平行的、凹凸状的圆周型分布的近、远数据区、数据修正区。数据修正区起到了每圈矫正的作用。

所述磁性编码器外表面具有橡胶磁，编码器本体部分外表面为设有一橡胶磁层，设有相应轴向平行的磁信息并成圆周型分布的N、S两种数据区、数据修正区。数据修正区起到了每圈矫正的作用。

所述传感器设于所述法兰内或法兰上。

所述传感器包括传感器芯片和数据传输线及输出端口，起到传送转速信息的作用。

所述传感器芯片嵌于法兰内，其上设有传感器芯片上盖，并在四周设有橡胶密封圈，防止水、油、杂质进入传感器芯片，影响工况。

所述法兰上还设有位于传感器芯片外，呈突起状的沿法兰内圈一周的法兰挡圈，其并不与所述编码器接触，减少摩擦，为传感器接受信息、读数提供封闭环境。

所述油封唇部为单唇形或多唇形。所述多唇形由主唇和多个副唇组成。

所述主唇可以为弹簧迫紧式、PTFE正反喇叭口式或自润滑橡胶正反喇叭口式。

所述主唇表面上还设有回油纹。

所述回油纹为单向、双向、波浪、回旋或交叉的形式。

所述油封唇部还内设有弹簧槽，所述弹簧槽内设有弹簧。

所述法兰上设有一圈密封胶线，其截面结构可以是对称三角型、偏向轴心的不对称三角形，可以是一条，也可以是多条。

所述法兰上还设有若干个定位孔，用于保障油封中心位置度的作用。

所述法兰上还设有若干个螺丝过孔和螺丝孔，起到帮助安装、锁紧法兰、帮助装载其它零件的作用。

所述法兰上还设有若干个底角螺丝孔，起到径向锁紧的作用。

本实用新型的具有传感功能的总成油封，具有以下优点：

1.本实用新型的经久耐用，检测曲轴转速准确的、传感器一体的总成油封，采用了一种取代轴损伤、反相倒扣、既管密封又侧面传送信息的、油封一体的轴向编码器，同时省去安装中心定位支架。

2.本实用新型油封的法兰部分直接定位传感器芯片，一体合成，侧面读取编码器信息；传感器芯片与法兰一体化的结构设计，最大程度的减少了分体式传感器在二次组装过程中的误差。

3.本实用新型将油封总成合成为一体，最大程度上减少了因为安装不当而造成的质量问题；而且安装方便，只要装到位，锁紧螺丝即可，使用寿命也大幅增加。

4.本实用新型编码器结构设计独特，与油封配合密切，最大限度的减少了圆跳动误差。

5.本实用新型的总成油封还具有起始读数和每圈校准的功能保障读数准确；在保证密封的基础上，可持续、有效、精确的提供发动机曲轴转速的信息。

附图说明

图1为本实用新型所述具有传感功能的总成油封与旋转轴配合的局部截面结构示意图；

图2为本实用新型所述具有传感功能的总成油封的主视图；

图3为本实用新型所述具有传感功能的总成油封的后视图；

图4为本实用新型所述具有传感功能的总成油封的立体结构示意图；

图5-1、图5-2、图5-3分别为本实用新型不同形式编码器的结构示意图；

图6为用于安装本实用新型所述具有传感功能的总成油封的定位压板的立体示意图；

图7为本实用新型所述具有传感功能的总成油封与所述定位压板配合的立体示意图。

图中所示：

1、抱紧环      2、密封轴      3、编码器本体   4、倒扣环

5、橡胶密封环  6、橡胶磁层    7、16副唇       8、旋转轴

9、主唇        10、传感器芯片 11、数据传输线及输出端口

12、法兰       13、密封胶线   14、法兰挡圈    15、弹簧

17、橡胶密封圈 18、启动定位点 19、螺丝孔      20、螺丝过孔

21、定位孔     22、磁性编码器N数据区  23、磁性编码器S数据区

24、磁性编码器数据修正区       25、光栅式编码器数据修正区

26、远近式编码器近数据区       27、远近式编码器远数据区

28、光栅式编码器光数据区       29、光栅式编码器暗数据区

30、承压环                    31、传感器芯片上盖

32、回油纹                    33、底角螺丝孔

34、远近式编码器数据修正区     35、压紧面

36、定位点     37、避让环      38、孔         39、固定螺栓

40、定位压板   3a、磁性编码器  3b、光栅式编码器

3c、远近式编码器

具体实施方式

下面用实施例进一步描述本实用新型，有利于对本实用新型及其优点、效果更好的了解，但所述实施例仅用于说明本实用新型而不是限制本实用新型。

实施例1

如图1-4所示，本实用新型所述具有传感功能的油封，包括法兰12、与法兰12内圈相配合的油封唇部、编码器、与编码器相对应的传感器。

油封唇部包括主唇9和副唇7或16。

传感器包括传感器芯片10和数据传输线及输出端口11，起到传送转速信息的作用。

编码器为一端长、一端短的倒U型环，编码器的短端为编码器本体3，设于所述法兰12上，编码器的长端内侧与油封唇部内圈相配合。

编码器的长端为密封轴2，用于和油封唇部的主唇9、副唇7、16接触，主唇9和密封轴2阻止内部向外泄漏密封介质，副唇7、16和密封轴2防止外界灰尘、杂质入侵，污染密封介质，划伤主唇9。密封轴2还起到取代、保护旋转轴8的作用，以免长时间工作，油封的主唇9、副唇7、16因老化发硬对旋转轴8造成拉伤，损失很大(副唇7、16根据设计需要可以分别单独存在，也可以同时存在)。同时因为密封轴2的设计，节省了传统法兰油封设计中所广泛使用的中心定型及安装导向支架，节省了成本，降低了安装损伤风险，及售后市场因支架脱漏不会安装恢复而造成的产品报废。

编码器长端外侧还设有抱紧环1。抱紧环1上有约四分之一是密封环5环形合成一体、带有波浪环纹的橡胶，四分之三金属部分用于紧配和抱紧旋转轴8，被旋转轴8带动同步旋转，硬接触可将编码器的圆跳动降至最小，密封环5可以防止被密封介质从抱紧环1和旋转轴8之间泄漏。

抱紧环1的粗糙度为Ra0.3-3.0um，利于抱紧传动轴；密封轴2的粗糙度在Ra0.3um以下，减少摩擦系数，增加油封使用寿命。

当然，也可以直接在编码器长端外侧直接内嵌橡胶密封环。

所述编码器的倒U型环顶部为承压环30，是总成油封锁紧后与用于定位的定位压板40的接触面，其上还设有启动定位点18，用于初始读数记录。

编码器的长端底部还设有用于防止编码器脱落的倒扣环4，沿所述油封唇部方向呈向内折状，这样所述油封唇部便封于所述编码器的倒U型环内。倒扣环4对主唇9形成倒钩，保障编码器不从总成油封上脱落，保障一体化结构。

倒扣环4的粗糙度在Ra0.3um以下，减少摩擦系数，对主唇9形成倒钩，保障编码器不从总成油封上脱落，但工作时，不与主唇9相接触，尽量减少不必要的摩擦负载。

编码器本体3的底部与法兰12基础面相接触，防止过度下压，压迫主唇9和副唇7、16变形；但工作时，不与法兰12相接触，尽量减少不必要的摩擦负载。通过如此上下限位和密封轴2取代旋转轴作用，从而实现编码器与油封一体化。同时编码器本体3的径向外侧通过传感器芯片10和数据传输线及输出端口11起到提供转速信息的作用。

法兰12上设有一圈密封胶线13，密封胶线13的静态密封结构取代密封垫片，一体合成结构中必不可少的一部分。起到与机体静态密封，封油的作用。其截面结构可以是对称三角型、偏向轴心的不对称三角形，可以是一条，也可以是多条。

法兰12上还设有2个定位孔21，用于保障油封中心位置度的作用。定位孔21是保证油封唇部和旋转轴8同心的灵魂尺寸，油封因为不同心而泄漏，其它所有的设计都没用了，该结构设计非常重要。

法兰12上还设有6个螺丝过孔20和3个螺丝孔19，起到帮助安装、锁紧法兰、帮助装载其它零件的作用。

法兰12上还设有2个底角螺丝孔33，起到径向锁紧的作用。

螺丝过孔20和螺丝孔19、底角螺丝孔33的锁紧结构，锁螺丝是最简单有效的固定方式。

法兰12使用PPS(聚苯硫醚)的注射成型的工艺，PPS是当下工程塑料中硬度、钢性、耐高温、耐油、耐磨、耐疲劳等综合性能最好的选择，注射成型是最快、最普及、最成熟的成型方式。

数据传输线及输出端口11是在法兰合成时一体注射成型的。

传感器芯片10是在法兰合成后，按照定位镶嵌在法兰12里，数据传输线及输出端口11是焊接相连的，相连后才能起到测量旋转轴转速并输出的作用。

传感器芯片10嵌于法兰12内，其上设有传感器芯片上盖31，并在四周设有橡胶密封圈17，橡胶密封圈17是传感器芯片10和数据传输线及输出端口11焊接好以后，加上传感器芯片上盖31，在合成主唇9、副唇7、16、密封胶线13时同步合成密封的，防止水、油、杂质进入传感器芯片10，影响工况。

同时，法兰12上还设有位于传感器芯片10外，呈突起状的沿法兰12内圈一周的法兰挡圈14，其并不与编码器本体3接触，减少摩擦，为传感器芯片10接受信息、读数提供封闭环境。

主唇9结构可以是弹簧迫紧式、PTFE(聚四氟乙烯)正反喇叭口式、自润滑橡胶正反喇叭口式。根据轴加工的精度不同和装配的精度不同，所使用的结构自然不同，有效的结构也是保证密封有效性、可靠性的前提条件。

主唇9表面上还设有回油纹32。

回油纹32为单向、双向、波浪、回旋或交叉的形式。

副唇7、16根据设计需要可以分别单独存在，也可以同时存在，封尘杂的结构防止尘杂进入主唇工作区域，污染密封介质，划伤主唇造成泄漏，副唇功能自然必不可少。

油封唇部还内设有弹簧槽，弹簧槽内设有弹簧15。

油封主唇9与密封轴2抱紧，起到动态封油的作用。回油纹32起到将微外泄起到在主唇9与密封轴2之间润滑作用的密封介质回流的作用。油封副唇7、16与密封轴2接触，起到动态封尘杂的作用。

主唇9、副唇7、16的材料可以是NBR(丁腈橡胶)、ACM(丙烯酸酯橡胶)、FPM(氟橡胶)、MVQ(甲基乙烯基硅橡胶)、EPDM(三元乙丙橡胶)、PTFE(聚四氟乙烯)等。根据油封所密封的介质不同、环境不同、条件不同，所使用的材质自然不同，要配置适合使用需要的橡胶配方，以保证密封的有效性、可靠性。

传统的中心定位、保护、安装导套的支架结构，中心支架是后期保护唇口定位，安装中唇口不被轴划伤的最有效措施，但在本实用新型中，由于密封轴2的功能原理，支架结构就可以省略。

本实用新型在加工时，根据编码器的原理不同，连接好数据传输线及输出端口11，在法兰12模具中定位摆放，在注射法兰12的同时，将传感器的部分一次性合成在法兰12上，选用不同的接收传感器芯片10，按定位将传感器芯片10镶嵌到位，与数据传输线及输出端口11焊接好以后，合成油封唇部和密封胶线13时，一起用橡胶密封圈17封填，保护传感器芯片10。因此最大限度的保证了接收信号的位置、角度和精度；避免二次安装时造成的误差。

编码器本体3可以为光栅式编码器、远近式编码器和磁性编码器。具体结构如图5-1、5-2、5-3所示。

如图5-1所示，磁性编码器3a的NS级传送原理，磁性编码器的编码器本体部分外表面包括橡胶磁层6，其骨架外壁涂覆有与橡胶的热硫化胶黏剂，将其在高温高压的加硫机上，在模具中，与加有铁氧体的橡胶硫化合成为一体，根据数据传输需要，将磁性编码器3a外表面的橡胶磁层6，充入相应轴向平行的磁信息并成圆周型分布的磁性编码器的N、S数据区22、23，且设有磁性编码器数据修正区24、编码器顶部承压环30上的启动定位点18等作用的起始区，随旋转轴8转动后，传递出一N一S的圆周信息，通过N、S数据区22、23而确认旋转轴8转速，磁性编码器数据修正区24起到了每圈矫正的作用。

橡胶磁层6、橡胶密封环5的橡胶材料可以是HNBR(氢化丁腈胶)、NBR(丁腈橡胶)、ACM(丙烯酸酯橡胶)、FPM(氟橡胶)、MVQ(甲基乙烯基硅橡胶)、EPDM(三元乙丙橡胶)等。

该种编码器可以直接使用0.5mm的冷轧板，通过冲床和模具，冲压落料、翻边拉伸成型编码器的骨架，通过除油、除锈、防锈处理后，根据不同的橡胶材质，表面涂覆不同的热硫化胶黏剂，经烘干预固化后待用；根据不同的使用环境，选择不同的橡胶磁层配方进行炼胶、下料待用；根据尺寸要求及不同的橡胶收缩率开发不同的模具，然后将编码器的骨架和橡胶磁层6在模具中，经加硫机高温高压的加工后，形成待用的外侧磁铁编码器3a；橡胶密封环5也同步合成，只是不含磁。根据数据需要，制作相对应的充磁模具在充磁机的作用下，将需要的磁信息录入到编码器中，从而使其拥有相关的数据信息，再将倒扣环4反压在油封主唇9上，形成一体化。

如图5-2所示，远近式编码器3b的传送原理，根据数据传输需要，将变成对应多级轴向平行的、凹凸状的圆周型分布的远近式编码器的近、远数据区26、27，并设有远近式编码器的数据修正区25、启动定位点18等作用的起始区，随旋转轴8转动后，传递出一近一远的圆周信息，通过近、远数据区26、27，从而确认旋转轴8转速。远近式编码器数据修正区25起到了每圈矫正的作用。

该种编码器可以直接使用0.5-0.8mm的冷轧板，通过冲床和模具，冲压落料、翻边拉伸成型编码器的骨架，通过除油、除锈、防锈处理后，根据不同的橡胶材质，表面涂覆不同的热硫化胶黏剂，经烘干预固化后待用；根据不同的使用环境，选择不同的橡胶配方进行炼胶、下料待用；根据尺寸要求及不同的橡胶收缩率开发不同的模具，然后将编码器的骨架和橡胶在模具中，经加硫机高温高压的加工后，合成橡胶密封环5，再将倒扣环4反压在油封主唇9上，形成一体化。优点是成型速度快，成本低，缺点是变形量及传递信息误差较大。

橡胶密封环5的橡胶材料可以是HNBR(氢化丁腈胶)、NBR(丁腈橡胶)、ACM(丙烯酸酯橡胶)、FPM(氟橡胶)、MVQ(甲基乙烯基硅橡胶)、EPDM(三元乙丙橡胶)等。

如图5-3所示，光栅式编码器3c的传送原理：根据数据传输需要，将变成对应多级轴向平行的、齿状的圆周型分布的光栅式编码器光、暗数据区28、29，并设有光栅式编码器的数据修正区34、启动定位点18等作用的起始区，随旋转轴8转动后，传递出一暗一明的圆周信息，通过光栅式编码器光、暗数据区28、29，从而确认旋转轴8转速。光栅式编码器的数据修正区34起到了每圈矫正的作用。

该种编码器可以直接使用0.5-0.8mm的冷轧板，通过冲床和模具，冲压落料、翻边拉伸成型A的骨架，通过除油、除锈、防锈处理后，根据不同的橡胶材质，表面涂覆不同的热硫化胶黏剂，经烘干预固化后待用；根据不同的使用环境，选择不同的橡胶配方进行炼胶、下料待用；根据尺寸要求及不同的橡胶收缩率开发不同的模具，然后将A的骨架和橡胶在模具中，经加硫机高温高压的加工后，合成橡胶密封环5，再将倒扣环4反压在油封主唇9上，形成一体化。优点是成型速度快，成本低，缺点是变形量及传递信息误差较大。

橡胶密封环5的橡胶材料可以是HNBR(氢化丁腈胶)、NBR(丁腈橡胶)、ACM(丙烯酸酯橡胶)、FPM(氟橡胶)、MVQ(甲基乙烯基硅橡胶)、EPDM(三元乙丙橡胶)等。

编码器倒扣环4安装到油封主唇9上以后，为了防止安装前受损、编码器启动定位点18跑偏和便于安装，特在多个螺丝孔19和起始定位点18之间，设计安装一个定位压板40。

如图6所示，定位压板40为圆环状，圆环四周外侧设有若干个固定耳，固定耳上设有孔38，定位压板40与编码器承压环30相接触的一面为压紧面35，压紧面35上设有定位点36，用于固定启动定位点18的作用，定位压板40内端面设有避让环37，避让环37大于旋转8轴径，不会影响安装。

该定位压板40通过冲压即可获得，成本低廉。

安装时，将定位压板40置于法兰12上，启动定位点18置于定位点36内，用固定螺栓39通过孔38与油封的螺丝孔19锁紧，使压紧面35与承压环30接触压紧，编码器本体3被法兰12顶住，因此编码器不会前后左右移动，且避让环37大于旋转8轴径，不会影响安装。在油封安装好以后，松掉螺栓39，取掉定位压板40，即可保障编码器具有精准的起始读数位置。该设计既可保障编码器高度的安装起始位，又不影响安装过程，节省原厂复杂、昂贵、难操作的专用安装工具，是一个重要的创新，如图7所示。

尽管对本实用新型已作了详细的说明并引证了一些具体实例，但对本领域技术人员来说，只要不离开本实用新型的精神和范围，作各种变化或修正是显然的。

Claims (10)

1.一种具有传感功能的总成油封，其特征在于，包括法兰、与法兰内圈相配合的油封唇部、编码器、与所述编码器相对应的传感器，所述编码器为一端长、一端短的倒U型环，所述编码器的短端为编码器本体，设于所述法兰上，所述编码器的长端内侧与所述油封唇部内圈相配合。

2.根据权利要求1所述的具有传感功能的总成油封，其特征在于，所述编码器长端外侧还设有抱紧环。

3.根据权利要求2所述的具有传感功能的总成油封，其特征在于，所述抱紧环由两部分组成，一部分为具有波浪环纹的橡胶密封环，另一部分为抱紧环金属本体。

4.根据权利要求1所述的具有传感功能的总成油封，其特征在于，所述编码器的长端底部还设有用于防止编码器脱落的倒扣环，沿所述油封唇部方向呈向内折状。

5.根据权利要求1所述的具有传感功能的总成油封，其特征在于，所述编码器的倒U型环顶部还设有启动定位点。

6.根据权利要求1所述的具有传感功能的总成油封，其特征在于，所述编码器本体为光栅式编码器、远近式编码器或磁性编码器。

7.根据权利要求1所述的具有传感功能的总成油封，其特征在于，所述传感器设于所述法兰内或法兰上；所述传感器包括传感器芯片和数据传输线及输出端口。

8.根据权利要求1所述的具有传感功能的总成油封，其特征在于，所述法兰上还设有位于传感器芯片外，呈突起状的沿法兰内圈一周的法兰挡圈。

9.根据权利要求1所述的具有传感功能的总成油封，其特征在于，所述油封唇部为单唇形或多唇形；所述多唇形由主唇和多个副唇组成；所述主唇表面上还设有回油纹。

10.根据权利要求1所述的具有传感功能的总成油封，其特征在于，所述法兰上设有一圈或若干圈密封胶线。