JP4949274B2 - Floating seal - Google Patents
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Description
本発明は、建設機械等の回転機構部において、泥水や土砂等が内部に侵入することを防止すると共に、潤滑油が内部から漏洩することを防止するためのフローティングシールに関する。 The present invention relates to a floating seal for preventing muddy water, earth and sand, etc. from entering the interior of a rotating mechanism of a construction machine or the like and preventing leakage of lubricating oil from the inside.
油圧ショベル、クレーン、ホイールショベル等の自走式の建設機械の回転機構部のように、泥水や土砂等が侵入し易い劣悪な環境下に置かれる回転機構部においては、泥水や土砂等が内部に侵入することを防止すると共に、潤滑油が内部から漏洩することを防止するために、フローティングシールが用いられている。 In a rotating mechanism that is placed in a poor environment in which muddy water and earth and sand are likely to enter, such as the rotating mechanism of self-propelled construction machines such as hydraulic excavators, cranes, and wheel excavators, muddy water and earth and sand are contained inside. Floating seals are used to prevent the lubricating oil from leaking from the inside while preventing the oil from entering the inside.
図１１は、従来のフローティングシールを示す部分断面図である。図１１に示すように、フローティングシール１１は、１対のハウジング部１３ａ及び１４ａがそれぞれ形成され、軸１２の周りで相対的に回転運動を行う２つのボス１３及び１４と、１対のハウジング部１３ａ及び１４ａ内に配置されて側面部が互いに摺接する１対のシールリング１５及び１６と、１対のハウジング部１３ａ及び１４ａの内周面と１対のシールリング１５及び１６の外周面との間にそれぞれ挟持された１対のＯリング１７及び１８とによって構成される。 FIG. 11 is a partial cross-sectional view showing a conventional floating seal. As shown in FIG. 11, the floating seal 11 includes a pair of housing parts 13 a and 14 a, each of which has two bosses 13 and 14 that relatively rotate around the shaft 12, and a pair of housing parts. A pair of seal rings 15 and 16 which are arranged in 13a and 14a and whose side surface portions are in sliding contact with each other, an inner peripheral surface of the pair of housing portions 13a and 14a and an outer peripheral surface of the pair of seal rings 15 and 16 A pair of O-rings 17 and 18 sandwiched between them.
シールリング１５及び１６の側面部は互いに当接しているので、ボス１３及び１４が相対的に回転運動を行うと、シールリング１５及び１６の側面部が摺動する。それらの摺動面１９には、Ｏリング１７及び１８によって相互に力Ｆが働いているが、摺動面同士の当接状態のバラツキによって油洩れが発生する可能性がある。 Since the side portions of the seal rings 15 and 16 are in contact with each other, when the bosses 13 and 14 relatively rotate, the side portions of the seal rings 15 and 16 slide. A force F is exerted on the sliding surfaces 19 by the O-rings 17 and 18, but oil leakage may occur due to variations in the contact state between the sliding surfaces.
シールリング１５及び１６の製造方法としては、耐焼付き性と耐磨耗性を得るために、切削加工が困難な程度の硬さを有する合金鋼を鋳造によって成形し、摺動面１９を研削又はラッピングして形成するのが一般的である。鋳造品の形状精度は切削加工品ほどに高くないので、シールリング１５及び１６の摺動面１９はラジアル方向に互いにずれて当接し、それが油洩れの原因となる。さらに、摺動面１９の外周側エッジ部は泥水や土砂等に接して潤滑不足となるから、長期の稼動によって、摺動面１９の外周部から内周部に向かって磨耗が進行する。 As a manufacturing method of the seal rings 15 and 16, in order to obtain seizure resistance and wear resistance, alloy steel having a hardness that is difficult to cut is formed by casting, and the sliding surface 19 is ground or Generally, it is formed by lapping. Since the shape accuracy of the cast product is not as high as that of the machined product, the sliding surfaces 19 of the seal rings 15 and 16 abut against each other in the radial direction, which causes oil leakage. Furthermore, since the outer peripheral side edge portion of the sliding surface 19 comes into contact with muddy water, earth and sand, and the like is insufficiently lubricated, wear progresses from the outer peripheral portion of the sliding surface 19 toward the inner peripheral portion by long-term operation.
このような問題を解決するために、１対のシールリングが相互にずれて当接してもそれらの摺動面において環状の当接面が形成されるように、また、摺動面の外周部の磨耗が進行しても所定の寿命が確保できるように、摺動面の幅を広くしたフローティングシールが考えられている。 In order to solve such a problem, an annular contact surface is formed on the sliding surface even if the pair of seal rings contact with each other, and the outer peripheral portion of the sliding surface. A floating seal having a wide sliding surface has been considered so that a predetermined life can be ensured even if the wear of the material progresses.
図１２は、摺動面の幅を広くしたフローティングシールにおけるシールリングを示す部分断面図である。図１２に示すように、シールリング１５及び１６の摺動面１９の幅Ｗは、約２〜３ｍｍと広く設定されており、対向する１対の摺動面１９が互いにずれて当接した場合においても、環状の当接面が形成されるようになっている。また、幅Ｗが広く設定された摺動面１９が全面で当接して摺動抵抗トルクが過大になることを避けるために、僅かな角度αを有する凹状の円錐面又は球面として摺動面１９が形成されている。その際に、Ｏリング１７及び１８（図１１）から受ける力Ｆと距離Ｌとによって生ずるモーメントＭにより摺動面１９が弾性変形することを見越して、角度αの値は、弾性変形を僅かに上回るように設定される。以下においては、摺動面の弾性変形のことを「ダレ」ともいい、角度αのことを「ダレ見越し角」ともいう。 FIG. 12 is a partial cross-sectional view showing a seal ring in a floating seal having a wide sliding surface. As shown in FIG. 12, the width W of the sliding surface 19 of the seal rings 15 and 16 is set to be as wide as about 2 to 3 mm, and a pair of facing sliding surfaces 19 are in contact with each other while being displaced from each other. In this case, an annular contact surface is formed. Further, in order to avoid that the sliding surface 19 having a wide width W contacts the entire surface and the sliding resistance torque becomes excessive, the sliding surface 19 is formed as a concave conical surface or a spherical surface having a slight angle α. Is formed. At this time, in anticipation that the sliding surface 19 is elastically deformed by the moment M generated by the force F and the distance L received from the O-rings 17 and 18 (FIG. 11), the value of the angle α is slightly changed. It is set to exceed. Hereinafter, the elastic deformation of the sliding surface is also referred to as “sag”, and the angle α is also referred to as “sag look-out angle”.
図１２に示すシールリングにおいては、しかしながら、シールリング１５とシールリング１６とが実際に当接する当接面の幅（当接幅）Ｂが、ダレ見越し角αの僅かなバラツキによって大きく変動して、シールリング１５及び１６の相互の摺動抵抗トルクに大きなバラツキが生じてしまう。 In the seal ring shown in FIG. 12, however, the width (contact width) B of the contact surface where the seal ring 15 and the seal ring 16 actually contact varies greatly due to slight variation in the sagging allowance angle α. A large variation in the sliding resistance torque between the seal rings 15 and 16 occurs.
関連する技術として、特許文献１には、組み立てた時のシールリングの摺動抵抗トルク及びそのバラツキが小さく、低コストで製造できることを目的とするフローティングシールが開示されている。このフローティングシールは、軸周りに相対的に回転する２つのボスの対向する端部にそれぞれ配設されて互いに対向して開口する１対のハウジングと、両ハウジングの略中間位置にそれぞれ配設されて、対面する側面部の摺動面で互いに摺接する１対のシールリングとを備えており、前記１対のシールリングの少なくとも一方の摺動面を、ダレ見越し角α１を有する凹状の円錐面又は球面で形成された第１摺動面と、該第１摺動面の内縁側に隣接して、ダレ見越し角α２を有する凹状の円錐面又は球面で形成された第２摺動面とで構成し、α２＞α１なる関係としている。 As a related technique, Patent Document 1 discloses a floating seal that aims to be manufactured at low cost because the sliding resistance torque of the seal ring when assembled and its variation are small. The floating seals are disposed at opposing ends of two bosses that rotate relative to each other around the shaft, and are disposed at a substantially intermediate position between the housings and a pair of housings that open facing each other. And a pair of seal rings slidably in contact with each other on the sliding surfaces of the side surfaces facing each other, and at least one sliding surface of the pair of seal rings has a concave conical surface having a sagging allowance angle α1. Alternatively, the first sliding surface formed of a spherical surface and the second sliding surface formed of a concave conical surface or a spherical surface adjacent to the inner edge side of the first sliding surface and having a sagging look-off angle α2. The relationship is α2> α1.
特許文献１のフローティングシールによれば、１対のシールリングは第１摺動面で当接するから、互いの摺動面が全面で当接することを確実に防止することができる。これにより、シールリングの摺動抵抗トルクのバラツキを抑制できるので、発熱や油洩れの発生を防止することが可能である。また、第１摺動面は全面で当接しても良いので、第１摺動面のダレ見越し角α１の製造許容範囲を角度ゼロ近傍の小さい角度領域に設定することにより、シールリングの研削シロを少なくして製造コストを低減することができる。
このようなフローティングシールにおいて、従来の材料よりも衝撃力や熱応力に対して強靭性を有し、かつ、耐土砂磨耗性にも優れるバランスの取れた新たなシールリングの開発が望まれている。しかしながら、衝撃力や熱応力に対する強靭性を求めるために材料の硬度を下げると、初期当接面形成段階において摺動抵抗トルクが増加すると共に、油洩れも発生するという問題が生じた。 In such a floating seal, it is desired to develop a new balanced seal ring that is tougher against impact force and thermal stress than conventional materials, and also has excellent soil and sand resistance. . However, when the hardness of the material is lowered in order to obtain toughness against impact force or thermal stress, there arises a problem that sliding resistance torque is increased and oil leakage occurs at the initial contact surface formation stage.
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、従来の材料よりも衝撃力や熱応力に対して強靭性を有する材料をシールリングに使用しながら、摺動抵抗トルクの増加を抑えることができるフローティングシールを提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above points, the present invention is a floating type that can suppress an increase in sliding resistance torque while using a material having higher toughness against impact force and thermal stress than conventional materials for a seal ring. The object is to provide a seal.
上記課題を解決するため、本発明の１つの観点に係るフローティングシールは、１対のハウジング部がそれぞれ形成され、軸の周りで相対的に回転運動を行う２つの部材と、１対のハウジング部内に配置されて、対向する面の一部において互いに摺接する１対のシールリングと、１対のハウジング部と１対のシールリングとの間にそれぞれ挟持された１対のＯリングとを具備するフローティングシールであって、各々のシールリングの対向する面が、軸に直交する面に対して第１の角度を有するシール面と、シール面の内周側に隣接して、軸に直交する面に対して第１の角度よりも大きい第２の角度を有するテーパー面とを含み、シール面の幅をＡとし、シール面の幅の公差をΔＡとし、シールリングの直径の公差をΔＤとしたときに、０．１１ｍｍ以上で（Ａ−ΔＡ−ΔＤ−０．２ｍｍ）以下の曲率半径を有する丸みがシール面の外周側エッジ部に形成されている。 In order to solve the above-described problem, a floating seal according to one aspect of the present invention includes a pair of housing portions, each of which has two members that relatively rotate around an axis, and a pair of housing portions. And a pair of O-rings sandwiched between a pair of housing portions and a pair of seal rings, respectively. A floating seal, wherein each seal ring has an opposing surface having a first angle with respect to the surface orthogonal to the axis, and a surface adjacent to the inner peripheral side of the seal surface and orthogonal to the axis And a tapered surface having a second angle larger than the first angle, the seal surface width being A, the seal surface width tolerance being ΔA, and the seal ring diameter tolerance being ΔD. Sometimes 0.1 A roundness having a radius of curvature of 1 mm or more and (A−ΔA−ΔD−0.2 mm) or less is formed on the outer peripheral side edge portion of the seal surface.
本発明の１つの観点によれば、所定の曲率半径を有する丸みをシール面の外周側エッジ部に形成することにより、従来の材料よりも衝撃力や熱応力に対して強靭性を有する材料をシールリングに使用しながら、摺動抵抗トルクの増加を抑えることができる。 According to one aspect of the present invention, a material having toughness against impact force and thermal stress than conventional materials is formed by forming roundness having a predetermined radius of curvature at the outer peripheral edge portion of the seal surface. An increase in sliding resistance torque can be suppressed while being used for a seal ring.
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の一実施形態に係るフローティングシールを示す部分断面図である。図１に示すように、フローティングシール１は、１対のハウジング部３ａ及び４ａがそれぞれ形成され、軸２の周りで相対的に回転運動を行う２つの部材（ボス）３及び４と、１対のハウジング部３ａ及び４ａ内に配置されて、対向する側面の一部において互いに摺接する１対のシールリング５及び６と、１対のハウジング部３ａ及び４ａの内周面と１対のシールリング５及び６の外周面との間にそれぞれ挟持された１対のＯリング７及び８とによって構成される。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
FIG. 1 is a partial sectional view showing a floating seal according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the floating seal 1 includes a pair of housing portions 3 a and 4 a, respectively, and two members (bosses) 3 and 4 that relatively rotate around the shaft 2. A pair of seal rings 5 and 6 which are disposed in the housing portions 3a and 4a and which are in sliding contact with each other at a part of the opposing side surfaces, and an inner peripheral surface and a pair of seal rings of the pair of housing portions 3a and 4a And a pair of O-rings 7 and 8 sandwiched between the outer peripheral surfaces of 5 and 6, respectively.
シールリング５及び６の側面は互いに当接しているので、ボス３及び４が相対的に回転運動を行うと、シールリング５及び６の側面は摺動する。それらの摺動面９には、Ｏリング７及び８によって相互に力が働いている。従来は、シールリング５及び６の材料として、耐焼付き性と耐磨耗性を得るために、ヤング率が約２１０ＧＰａでロックウェル硬度ＨＲＣが６５〜６７程度の合金鋼を使用していた。 Since the side surfaces of the seal rings 5 and 6 are in contact with each other, when the bosses 3 and 4 relatively rotate, the side surfaces of the seal rings 5 and 6 slide. A force is exerted on the sliding surfaces 9 by O-rings 7 and 8. Conventionally, as a material for the seal rings 5 and 6, alloy steel having a Young's modulus of about 210 GPa and a Rockwell hardness HRC of about 65 to 67 has been used in order to obtain seizure resistance and wear resistance.
一方、従来の材料よりも衝撃力や熱応力に対して強靭性を有し、かつ、耐土砂磨耗性にも優れるバランスの取れた新たなシールリングの開発が望まれている。そこで、シールリング５及び６の材料として、衝撃力や熱応力に対する強靭性を求めるために、ヤング率が１９０ＧＰａ〜２２０ＧＰａ程度でロックウェル硬度ＨＲＣが５４〜６２程度の合金を用いることが検討された。そのような材料としては、ＳＵＳ４４０Ｃ、ＳＫＤ１１、ＳＵＪ２等の鉄系合金や、ＳＦＮｉ４等の自溶ニッケル合金や、ＳＦＣｏ２等の自溶コバルト合金等が該当する。さらに、浸炭処理を行えば、ＳＣＭ、ＳＭｎ、ＳＣｒ、Ｓ＊＊Ｃ、ＳＮＣＭ、ＳＫ＊等も、表面硬度が上記の条件を満たすようになる。 On the other hand, there is a demand for the development of a new balanced seal ring that is tougher than conventional materials and has excellent toughness against impact force and thermal stress, and is also excellent in soil and sand resistance. Therefore, as a material for the seal rings 5 and 6, in order to obtain toughness against impact force and thermal stress, it was examined to use an alloy having a Young's modulus of about 190 GPa to 220 GPa and a Rockwell hardness HRC of about 54 to 62. . Examples of such materials include iron-based alloys such as SUS440C, SKD11, and SUJ2, self-fluxing nickel alloys such as SFNi4, and self-fluxing cobalt alloys such as SFCo2. Furthermore, if carburizing is performed, the surface hardness of SCM, SMn, SCr, S ** C, SNCM, SK *, and the like will satisfy the above conditions.
しかしながら、シールリング材のロックウェル硬度を下げると、許容接触応力が小さくなるので、シールリング５及び６の初期当接面形成段階において摺動抵抗トルクが増加すると共に、油洩れも発生するという問題が生じた。そこで、本発明においては、シールリング５及び６の摺動面の外周側エッジ部に所定の曲率半径を有する丸みを付けることにより、この問題を解決している。 However, when the Rockwell hardness of the seal ring material is lowered, the allowable contact stress is reduced, so that the sliding resistance torque is increased and oil leakage occurs at the initial contact surface formation stage of the seal rings 5 and 6. Occurred. Therefore, in the present invention, this problem is solved by rounding the outer peripheral side edge portions of the sliding surfaces of the seal rings 5 and 6 with a predetermined radius of curvature.
図２は、本発明の第１の実施形態に係るフローティングシールにおけるシールリングを示す部分断面図であり、図３は、一方のシールリングの一部を拡大して示す断面図である。なお、図３においては、シールリング６のみを示しているが、シールリング５も同様の形状を有している。 FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing a seal ring in the floating seal according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing a part of one seal ring. In FIG. 3, only the seal ring 6 is shown, but the seal ring 5 has a similar shape.
図２に示すシールリング６の摺動面９は、図３に示すように、軸２（図１）の軸方向に対して直交する面と角度αをなす凹状の円錐面又は球面で形成されたシール面６ａと、軸方向に対して直交する面と角度βをなすテーパー面６ｂとによって構成され、角度α及びβは、α＜βなる関係を有している。 As shown in FIG. 3, the sliding surface 9 of the seal ring 6 shown in FIG. 2 is formed of a concave conical surface or a spherical surface that forms an angle α with a surface orthogonal to the axial direction of the shaft 2 (FIG. 1). The seal surface 6a, a surface orthogonal to the axial direction, and a tapered surface 6b that forms an angle β, and the angles α and β have a relationship of α <β.
シールリング６のシール面６ａの外周側エッジ部には、曲率半径Ｒを有する丸みが形成されている。ここで、シール面６ａの幅をＡとし、シール面幅Ａの公差をΔＡとし、シールリング６の直径をＤとし、シールリング直径Ｄの公差をΔＤとする。なお、本実施形態においては、シール面幅Ａが約２．５ｍｍであり、シールリング直径Ｄが約４８２ｍｍである。当接面の幅（当接幅）の最小値Ｂは、次式（１）で表される。
Ｂ＝Ａ−ΔＡ−ΔＤ ・・・（１）
A roundness having a radius of curvature R is formed on the outer peripheral edge portion of the seal surface 6 a of the seal ring 6. Here, the width of the seal surface 6a is A, the tolerance of the seal surface width A is ΔA, the diameter of the seal ring 6 is D, and the tolerance of the seal ring diameter D is ΔD. In the present embodiment, the seal surface width A is about 2.5 mm, and the seal ring diameter D is about 482 mm. The minimum value B of the width of the contact surface (contact width) is expressed by the following equation (1).
B = A−ΔA−ΔD (1)
さらに、当接面の初期なじみ、及び、シール性の観点から、シール面６ａの初期当接幅として０．２ｍｍを確保することにすると、シール面６ａの外周側エッジ部に形成される丸みの曲率半径Ｒは、次式（２）の条件を満たすことが望ましい。
０．１１ｍｍ≦Ｒ≦Ａ−ΔＡ−ΔＤ−０．２ｍｍ ・・・（２）
曲率半径Ｒの最小値を０．１１ｍｍとした根拠については、後で詳しく説明する。
Further, from the viewpoint of the initial familiarity of the contact surface and the sealing property, when 0.2 mm is secured as the initial contact width of the seal surface 6a, the roundness formed on the outer peripheral side edge portion of the seal surface 6a. The curvature radius R desirably satisfies the condition of the following formula (2).
0.11 mm ≦ R ≦ A−ΔA−ΔD−0.2 mm (2)
The reason for setting the minimum value of the radius of curvature R to 0.11 mm will be described in detail later.
このように、シール面６ａの外周側エッジ部がなだらかな曲線形状を有することにより、シール面６ａの初期当接幅が広がるので、先端部分における応力集中が緩和される。従って、初期の摺動時において当接面がきれいに形成され、初期の摺動抵抗トルクが低減されると共に、油洩れも防止される。 As described above, since the edge portion on the outer peripheral side of the seal surface 6a has a gentle curved shape, the initial contact width of the seal surface 6a is widened, so that stress concentration at the tip portion is alleviated. Therefore, the contact surface is formed cleanly during the initial sliding, the initial sliding resistance torque is reduced, and oil leakage is also prevented.
本実施形態によれば、シールリング材として、ヤング率が１９０ＧＰａ〜２２０ＧＰａ程度でロックウェル硬度ＨＲＣが５４〜６２程度の合金を用いるので、従来のシールリング材よりも衝撃力や熱応力に対して強靭性を有すると共に、シール面６ａの先端部分における応力集中が緩和されるので、ロックウェル硬度が比較的小さくても摺動面の接触応力に耐えられるシールリングを実現することができる。また、当接面がシールリングの外周先端から曲率半径Ｒの分だけ内側に形成され、かつ、初期当接面が幅広く形成されるので、寸法公差による当接状態の許容範囲が増加して、シール性が向上する。 According to the present embodiment, as the seal ring material, an alloy having a Young's modulus of about 190 GPa to 220 GPa and a Rockwell hardness HRC of about 54 to 62 is used. Therefore, the seal ring material is more resistant to impact force and thermal stress than the conventional seal ring material. Since it has toughness and stress concentration at the tip of the seal surface 6a is alleviated, it is possible to realize a seal ring that can withstand the contact stress of the sliding surface even if the Rockwell hardness is relatively small. In addition, since the contact surface is formed on the inner side by the radius of curvature R from the outer peripheral tip of the seal ring, and the initial contact surface is formed widely, the allowable range of the contact state due to dimensional tolerance increases, Sealability is improved.
次に、曲率半径Ｒの適切な範囲を求めるための摺動トルク試験及びシミュレーションについて説明する。
図４は、各種のフローティングシールにおけるフローティングシールの線圧と摺動抵抗トルクとの関係を示す図である。この摺動トルク試験においては、フローティングシールの線圧を１、２、３、４、５ｋｇ／ｃｍと変化させながら、摺動抵抗トルク（ｋｇ・ｍ）が測定された。
Next, a sliding torque test and simulation for determining an appropriate range of the radius of curvature R will be described.
FIG. 4 is a diagram illustrating the relationship between the linear pressure of the floating seal and the sliding resistance torque in various floating seals. In this sliding torque test, sliding resistance torque (kg · m) was measured while changing the linear pressure of the floating seal to 1, 2, 3, 4, 5 kg / cm.
図４に示すように、ロックウェル硬度ＨＲＣが６５〜６７程度のシールリング材（旧材料）を用いたフローティングシールにおいては、フローティングシールの線圧を増加させても摺動抵抗トルクはあまり増加しない。また、シールリングのシール面の外周側エッジ部に、０．２ｍｍの曲率半径Ｒを有する丸みを形成しても、摺動抵抗トルクはあまり変化しない。 As shown in FIG. 4, in a floating seal using a seal ring material (old material) having a Rockwell hardness HRC of about 65 to 67, the sliding resistance torque does not increase so much even if the linear pressure of the floating seal is increased. . Further, even if a roundness having a radius of curvature R of 0.2 mm is formed on the outer peripheral edge portion of the seal surface of the seal ring, the sliding resistance torque does not change much.
一方、ロックウェル硬度ＨＲＣが５４〜６２程度のシールリング材（新材料）を用いたフローティングシールにおいては、フローティングシールの線圧を増加させると摺動抵抗トルクが大幅に増加してしまう。そこで、シールリングのシール面の外周側エッジ部に、０．２ｍｍの曲率半径Ｒを有する丸みを形成すると、摺動抵抗トルクの増加が抑えられ、フローティングシールの線圧が３ｋｇ／ｃｍ以下の範囲であれば、従来のシールリング材を用いたフローティングシールと比較しても遜色のない結果が得られた。なお、通常用いられる最大線圧は、２．４ｋｇ／ｃｍである。 On the other hand, in a floating seal using a seal ring material (new material) having a Rockwell hardness HRC of about 54 to 62, when the linear pressure of the floating seal is increased, the sliding resistance torque is greatly increased. Therefore, if a roundness having a radius of curvature R of 0.2 mm is formed on the outer peripheral edge portion of the seal surface of the seal ring, an increase in sliding resistance torque is suppressed, and the linear pressure of the floating seal is within 3 kg / cm. If so, results comparable to those obtained with a floating seal using a conventional seal ring material were obtained. In addition, the maximum linear pressure usually used is 2.4 kg / cm.
図５は、シールリング材のヤング率が１９０ＧＰａである場合において、曲率半径Ｒと線圧とを変化させたときの接触応力をシミュレーションによって求めた結果を示す図である。ここで、曲率半径Ｒが０．２ｍｍである場合に、フローティングシールの線圧が３ｋｇ／ｃｍであるときの摺動トルク試験結果は良好であり、フローティングシールの線圧が４ｋｇ／ｃｍであるときの摺動抵抗トルクは増加していた。従って、フローティングシールの線圧が３ｋｇ／ｃｍであるときの接触応力６３．８ｋｇ／ｍｍ２とフローティングシールの線圧が４ｋｇ／ｃｍであるときの接触応力６９．８ｋｇ／ｍｍ２との間に、最大許容接触応力の値が存在すると考えられる。 FIG. 5 is a diagram showing a result of obtaining the contact stress by simulation when the curvature radius R and the linear pressure are changed when the Young's modulus of the seal ring material is 190 GPa. Here, when the radius of curvature R is 0.2 mm, the sliding torque test result is good when the linear pressure of the floating seal is 3 kg / cm, and the linear pressure of the floating seal is 4 kg / cm. The sliding resistance torque increased. Therefore, between the contact stress of 63.8 kg / mm 2 when the linear pressure of the floating seal is 3 kg / cm 2 and the contact stress of 69.8 kg / mm 2 when the linear pressure of the floating seal is 4 kg / cm 2 , It is believed that there is a maximum allowable contact stress value.
図６は、シールリング材のヤング率が１９０ＧＰａである場合において、曲率半径Ｒに対する接触応力の変化を示す図である。５本の実線の曲線は、パラメータとしてフローティングシールの線圧を１、２、３、４、５ｋｇ／ｃｍと変化させたときの接触応力を指数関数で近似したものであり、１本の破線の曲線は、通常用いられる最大線圧２．４ｋｇ／ｃｍにおける接触応力を指数関数で近似したものである。この破線の曲線が、最大許容接触応力６３．８ｋｇ／ｍｍ２〜６９．８ｋｇ／ｍｍ２を表す直線（横軸に平行な直線）と交わる位置における曲率半径Ｒの値は、０．０８ｍｍ〜０．１４ｍｍである。 FIG. 6 is a diagram showing a change in contact stress with respect to the radius of curvature R when the Young's modulus of the seal ring material is 190 GPa. The five solid lines are approximated by an exponential function of the contact stress when the line pressure of the floating seal is changed to 1, 2, 3, 4, 5 kg / cm as a parameter. The curve is an approximation of an exponential function of the contact stress at the maximum linear pressure of 2.4 kg / cm that is normally used. The value of the radius of curvature R at a position where the dashed curve intersects with a straight line representing a maximum allowable contact stress of 63.8 kg / mm 2 to 69.8 kg / mm 2 (a straight line parallel to the horizontal axis) is 0.08 mm to 0. .14 mm.
図７は、シールリング材のヤング率が２０５ＧＰａである場合において、曲率半径Ｒと線圧とを変化させたときの接触応力をシミュレーションによって求めた結果を示す図である。ここで、曲率半径Ｒが０．２ｍｍである場合に、フローティングシールの線圧が３ｋｇ／ｃｍであるときの摺動トルク試験結果は良好であり、フローティングシールの線圧が４ｋｇ／ｃｍであるときの摺動抵抗トルクは増加していた。従って、フローティングシールの線圧が３ｋｇ／ｃｍであるときの接触応力６７．５ｋｇ／ｍｍ２とフローティングシールの線圧が４ｋｇ／ｃｍであるときの接触応力７３．２ｋｇ／ｍｍ２との間に、最大許容接触応力の値が存在すると考えられる。 FIG. 7 is a diagram illustrating a result of obtaining the contact stress by simulation when the curvature radius R and the linear pressure are changed when the Young's modulus of the seal ring material is 205 GPa. Here, when the radius of curvature R is 0.2 mm, the sliding torque test result is good when the linear pressure of the floating seal is 3 kg / cm, and the linear pressure of the floating seal is 4 kg / cm. The sliding resistance torque increased. Therefore, between the contact stress of 67.5 kg / mm 2 when the linear pressure of the floating seal is 3 kg / cm 2 and the contact stress of 73.2 kg / mm 2 when the linear pressure of the floating seal is 4 kg / cm 2 , It is believed that there is a maximum allowable contact stress value.
図８は、シールリング材のヤング率が２０５ＧＰａである場合において、曲率半径Ｒに対する接触応力の変化を示す図である。５本の実線の曲線は、パラメータとしてフローティングシールの線圧を１、２、３、４、５ｋｇ／ｃｍと変化させたときの接触応力を指数関数で近似したものであり、１本の破線の曲線は、通常用いられる最大線圧２．４ｋｇ／ｃｍにおける接触応力を指数関数で近似したものである。この破線の曲線が、最大許容接触応力６７．５ｋｇ／ｍｍ２〜７３．２ｋｇ／ｍｍ２を表す直線（横軸に平行な直線）と交わる位置における曲率半径Ｒの値は、０．０８ｍｍ〜０．１４ｍｍである。 FIG. 8 is a diagram showing a change in contact stress with respect to the radius of curvature R when the Young's modulus of the seal ring material is 205 GPa. The five solid lines are approximated by an exponential function of the contact stress when the line pressure of the floating seal is changed to 1, 2, 3, 4, 5 kg / cm as a parameter. The curve is an approximation of an exponential function of the contact stress at the maximum linear pressure of 2.4 kg / cm that is normally used. The dashed curve is the value of the radius of curvature R at the position intersecting the straight line (a straight line parallel to the horizontal axis) representing the maximum allowable contact stress 67.5kg / mm 2 ~73.2kg / mm 2 is, 0.08Mm～0 .14 mm.
図９は、シールリング材のヤング率が２２０ＧＰａである場合において、曲率半径Ｒと線圧とを変化させたときの接触応力をシミュレーションによって求めた結果を示す図である。ここで、曲率半径Ｒが０．２ｍｍである場合に、フローティングシールの線圧が３ｋｇ／ｃｍであるときの摺動トルク試験結果は良好であり、フローティングシールの線圧が４ｋｇ／ｃｍであるときの摺動抵抗トルクは増加していた。従って、フローティングシールの線圧が３ｋｇ／ｃｍであるときの接触応力７０．２ｋｇ／ｍｍ２とフローティングシールの線圧が４ｋｇ／ｃｍであるときの接触応力７６．１ｋｇ／ｍｍ２との間に、最大許容接触応力の値が存在すると考えられる。 FIG. 9 is a diagram showing a result of obtaining a contact stress by simulation when the radius of curvature R and the linear pressure are changed when the Young's modulus of the seal ring material is 220 GPa. Here, when the radius of curvature R is 0.2 mm, the sliding torque test result is good when the linear pressure of the floating seal is 3 kg / cm, and the linear pressure of the floating seal is 4 kg / cm. The sliding resistance torque increased. Therefore, between the contact stress of 70.2 kg / mm 2 when the linear pressure of the floating seal is 3 kg / cm 2 and the contact stress of 76.1 kg / mm 2 when the linear pressure of the floating seal is 4 kg / cm 2 , It is believed that there is a maximum allowable contact stress value.
図１０は、シールリング材のヤング率が２２０ＧＰａである場合において、曲率半径Ｒに対する接触応力の変化を示す図である。５本の実線の曲線は、パラメータとしてフローティングシールの線圧を１、２、３、４、５ｋｇ／ｃｍと変化させたときの接触応力を指数関数で近似したものであり、１本の破線の曲線は、通常用いられる最大線圧２．４ｋｇ／ｃｍにおける接触応力を指数関数で近似したものである。この破線の曲線が、最大許容接触応力７０．２ｋｇ／ｍｍ２〜７６．１ｋｇ／ｍｍ２を表す直線（横軸に平行な直線）と交わる位置における曲率半径Ｒの値は、０．０８ｍｍ〜０．１４ｍｍである。 FIG. 10 is a diagram showing a change in contact stress with respect to the radius of curvature R when the Young's modulus of the seal ring material is 220 GPa. The five solid lines are approximated by an exponential function of the contact stress when the line pressure of the floating seal is changed to 1, 2, 3, 4, 5 kg / cm as a parameter. The curve is an approximation of an exponential function of the contact stress at the maximum linear pressure of 2.4 kg / cm that is normally used. The dashed curve is the value of the radius of curvature R at the position intersecting the straight line (a straight line parallel to the horizontal axis) representing the maximum allowable contact stress 70.2kg / mm 2 ~76.1kg / mm 2 is, 0.08Mm～0 .14 mm.
以上のことから、少なくともシールリング材のヤング率が１９０ＧＰａ〜２２０ＧＰａである場合には、通常用いられる最大線圧２．４ｋｇ／ｃｍにおいて、０．０８ｍｍと０．１４ｍｍとの中間値（加算平均値）である０．１１ｍｍが、通常用いられる最大線圧２．４ｋｇ／ｃｍにおいて摺動抵抗トルクを増加させないための曲率半径Ｒの最小値ということになる。 From the above, at least when the Young's modulus of the seal ring material is 190 GPa to 220 GPa, an intermediate value between 0.08 mm and 0.14 mm (addition average value) at a normally used maximum linear pressure of 2.4 kg / cm. ) 0.11 mm is the minimum value of the radius of curvature R so as not to increase the sliding resistance torque at the normally used maximum linear pressure of 2.4 kg / cm.
以上説明したように、シールリングのシール面の外周側エッジ部に所定の曲率半径Ｒを有する丸みを形成することにより、初期の摺動抵抗トルクを低減して、シールリングの発熱を抑制し、熱脆性によるシールリングの破壊の可能性を低減することができる。また、Ｏリングの保持トルクに対する摺動抵抗トルクの余裕が増えるので、Ｏリングの連れ回りの危険性を低減することができる。Ｏリングがしっかりと保持されることによって、Ｏリング面からの油洩れが防止されると共に、Ｏリングが滑ることによって発生する摩擦熱による熱膨張を伴った破壊を起こす危険性も低減される。さらに、シールリングの当接面を、幅広く、かつ、内周側に形成することが可能となるので、寸法公差による当接面の変化や外荷重に対する余裕度が飛躍的に向上する。 As described above, by forming a round having a predetermined radius of curvature R at the outer peripheral edge portion of the seal surface of the seal ring, the initial sliding resistance torque is reduced, and the heat generation of the seal ring is suppressed, The possibility of breakage of the seal ring due to thermal embrittlement can be reduced. Moreover, since the margin of the sliding resistance torque with respect to the holding torque of the O-ring increases, the risk of accompanying the O-ring can be reduced. By holding the O-ring firmly, oil leakage from the O-ring surface is prevented, and the risk of breakage accompanied by thermal expansion due to frictional heat generated by sliding of the O-ring is reduced. Further, since the contact surface of the seal ring can be formed widely and on the inner peripheral side, a change in the contact surface due to dimensional tolerance and a margin for an external load are dramatically improved.
本発明は、建設機械等の回転機構部において、泥水や土砂等が内部に侵入することを防止すると共に、潤滑油が内部から漏洩することを防止するためのフローティングシールにおいて利用することが可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in a floating seal for preventing muddy water, earth and sand, etc. from entering the interior and preventing lubricating oil from leaking from the inside in a rotating mechanism section of a construction machine or the like. is there.
１…フローティングシール、 ２…軸、 ３、４…ボス、 ３ａ、４ａ…ハウジング部、 ５、６…シールリング、 ６ａ…シール面、 ６ｂ…テーパー面、 ７、８…Ｏリング、 ９…摺動面 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Floating seal, 2 ... Shaft, 3, 4 ... Boss, 3a, 4a ... Housing part, 5, 6 ... Seal ring, 6a ... Seal surface, 6b ... Tapered surface, 7, 8 ... O-ring, 9 ... Sliding surface
Claims (3)
前記１対のハウジング部内に配置されて、対向する面の一部において互いに摺接する１対のシールリングと、
前記１対のハウジング部と前記１対のシールリングとの間にそれぞれ挟持された１対のＯリングと、
を具備するフローティングシールであって、
各々のシールリングの前記対向する面が、前記軸に直交する面に対して第１の角度を有するシール面と、前記シール面の内周側に隣接して、前記軸に直交する面に対して第１の角度よりも大きい第２の角度を有するテーパー面とを含み、前記シール面の幅をＡとし、前記シール面の幅の公差をΔＡとし、前記シールリングの直径の公差をΔＤとしたときに、０．１１ｍｍ以上で（Ａ−ΔＡ−ΔＤ−０．２ｍｍ）以下の曲率半径を有する丸みが前記シール面の外周側エッジ部に形成されている、前記フローティングシール。 A pair of housing portions each formed with two members for relative rotational movement about an axis;
A pair of seal rings disposed within the pair of housing portions and in sliding contact with each other on a part of the opposing surfaces;
A pair of O-rings sandwiched between the pair of housing portions and the pair of seal rings,
A floating seal comprising
The facing surface of each seal ring has a seal surface having a first angle with respect to the surface orthogonal to the axis, and is adjacent to the inner peripheral side of the seal surface and is orthogonal to the surface orthogonal to the axis. A taper surface having a second angle larger than the first angle, the seal surface width being A, the seal surface width tolerance being ΔA, and the seal ring diameter tolerance being ΔD. The round seal having a radius of curvature of 0.11 mm or more and (A−ΔA−ΔD−0.2 mm) or less is formed at the outer peripheral edge portion of the seal surface.
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