軸密封組件的製作方法

2023-09-20 10:42:55 4

軸密封組件的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於在轉向節和車軸之間建立液密密封的軸密封組件。該軸密封組件包括一外部殼體以及一與其相連的第一彈性體元件。該彈性體元件具有堞形結構，該堞形結構包括多個在徑向向外的方向上延伸的突出部，且該多個突出部通過多個凹槽相互隔開。當該軸密封組件安裝在轉向節中時，該轉向節與第一彈性體元件之間形成一空腔。同時，該凹槽和空腔使得空氣可以從位於密封組件一側的輪轂流至轉向節中的真空口。該空腔圍繞密封組件周向延伸，因此，從輪轂流至真空口的氣流並不依賴於密封組件相對於轉向節的方位。
【專利說明】軸密封組件
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求2011年6月9日提交的第61/495，075號美國臨時申請的權益。
【技術領域】
[0003]本發明主要涉及軸密封裝置，尤其涉及具有真空結構的軸密封裝置，以使空氣經過部分密封裝置。
【背景技術】
[0004]徑向唇部軸密封組件可用於多種旋轉機械應用，這些旋轉機械應用包括輪轂、軸頸和耐摩擦軸承。在一個特殊的實施例中，徑向唇部軸密封組件作為一個單元安裝在轉向節的孔內，以在4X4或四輪驅動汽車上的前輪組件的轉向節和半軸或車軸之間建立密封。
[0005]許多4X4車輛包括帶有鎖止輪轂的前輪組件以及電子行進切換(ESOF)系統，該電子行進切換(ESOF)系統通過真空信號使鎖止輪轂接合至車輛的動力傳動系統以及使鎖止輪轂脫離車輛的動力傳動系統。通常，真空度高會使得輪轂與車輛的動力傳動系統接合，而真空度低會使得輪轂與車輛的動力傳動系統脫離。在釋放真空後，鎖止輪轂被配置為保持在適當的(接合或脫離的)模式，直至接收到另一個真空信號。如果ESOF系統無法正常運作，則4X4系統無法如預期的進行接合和/或脫離。除了對車輛的司機造成不便之外，這還可能造成前輪組件的鎖止輪轂或其他部件的損壞。
[0006]帶有ESOF系統的4X4車輛的這種前輪組件的徑向密封組件通常位於轉向節中的至少一個真空口附近。通過使真空口選擇性地從鎖止輪轂抽氣，從而使徑向密封組件與ESOF系統配合。偶爾，已知的徑向密封組件會部分地或完全地阻塞轉向節中的真空口，從而幹擾車輛的ESOF系統。如果該已知的密封組件在轉向節中的方位安裝錯誤，或者如果在車輛的運行過程中該密封組件相對於轉向節無意中移動，則將會發生上述幹擾。

【發明內容】

[0007]根據本發明的至少一個方面，提供了一種密封組件，以相對於車輛的車軸密封轉向節。該密封組件包括用於容置車軸的內部殼體以及用於容置位於轉向節的內孔中的外部殼體。至少一個彈性體元件與內部和外部殼體中的一個接合，並且包括至少一個與內部和外部殼體中的另一個滑動接合的唇部，以在車軸旋轉時使車軸和轉向節之間建立液密密封。外部殼體或者彈性體元件包括堞形結構，該堞形結構包括多個徑向向外延伸的突出部，且該多個突出部通過多個凹槽或通道彼此周向隔開，以在該密封組件設置在轉向節的內孔中時，使該密封組件與轉向節之間形成一空腔。該空腔和凹槽使得空氣從輪轂流至轉向節中的真空口。由於該空腔圍繞密封組件周向延伸，因此，從輪轂流至真空口的空氣通路並不依賴於密封組件相對於轉向節的方位。與其他已知的密封組件相比，由於裝配工人無需將密封組件插入轉向節的預定方位，因此本發明在製造上具有優點，並且，由於在車輛的運行過程中即使密封組件相對於轉向節旋轉，該密封組件仍能充分起到作用，因此本發明還在可靠性方面具有優勢。
[0008]根據本發明的另一個方面，密封組件包括與外部殼體接合的第一彈性體元件以及與內部殼體接合的第二彈性體元件。僅第一彈性體元件摩擦接合轉向節，且僅第二彈性體元件摩擦接合車軸。因此，密封組件可以快速安裝在這些部件上，而無需大力擠壓，而其他已知的密封組件則需要大力擠壓。
[0009]根據本發明的又另一個方面，第一和第二彈性體元件之間形成有複雜的迷宮，以限制汙垢、水或其他汙染物通過密封組件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]請參閱下述詳細說明並結合附圖進行考慮，本發明的上述和其它優點將更加容易領會和理解，其中:
[0011]圖1是根據本發明的一個方面構造的一個典型密封組件的剖視圖；
[0012]圖2是安裝在車輛的前輪組件中的圖1的典型密封組件的局部剖視圖；
[0013]圖3是安裝在車輛的前輪組件中的圖1的典型密封組件的從不同於圖2的視角所得的另一個局部剖視圖；以及
[0014]圖4是圖1的典型密封組件的第一彈性體元件的部分堞形結構的正視放大圖。【具體實施方式】
[0015]請參閱附圖，其中，相同的附圖標記表示各個附圖中相應的部分，根據本發明的一個方面構造的典型密封組件20主要在圖1中示出，並且主要在圖2和3中指出。該典型密封組件20可使用在帶有電子行進切換(ESOF)系統的4X4 (四輪驅動)車輛(例如輕運貨車或運動型多用途車)的前輪組件(圖2和3中所示)中，該ESOF系統具有真空泵(未示出)，該真空泵有選擇地通過每個前輪組件的轉向節24中的真空口 22啟動抽真空。當啟動真空泵時，空氣從鎖止輪轂26中抽出，從而在鎖止輪轂26內產生壓差，並且使輪轂26與車軸28接合，或與車軸28脫離。該典型的密封組件20在每個前輪組件中使轉向節24相對於車軸28，同時仍然允許空氣從相關的輪轂26通至轉向節24的真空口 22。
[0016]參閱圖1，該典型的密封組件20包括外部殼體30以及內部殼體32，外部殼體30用於容置在轉向節24的內孔中，內部殼體32用於接合(直接或間接地)在車軸28的外表面周圍。如圖1所示，該典型的外部殼體30被彎曲至包括在軸向方向上延伸的外輪緣34、弧形部分36、內輪緣38以及第一腿部40。外輪緣34和內輪緣38通過弧形部分36相互連接成整體，從而使內輪緣38徑向地間隔在外輪緣34之內。該典型的密封組件20的第一腿部40從內輪緣38的與弧形部分36相對的一端徑向向內延伸。外部殼體30優選地由鋼製成,並且通過拉深工藝成形。然而，應該理解的是，外部殼體30可以通過任何理想的工藝(例如滾軋成形、鑄造、機械加工等)成形，並且可以由任何適合的金屬或非金屬(例如鐵、鋁、鈦、鎂、複合材料等)製成。該典型的密封組件20還包括第一彈性體元件42，該第一彈性體元件42與外部殼體30接合，並沿著外輪緣34、弧形部分36以及第一腿部40延伸。該第一彈性體元件42優選地通過二次成型工藝連接至外部殼體30，但是可選地，該該第一彈性體元件42也可以通過任何理想的工藝連接至外部殼體30，理想的工藝包括例如通過緊固件、粘合劑等將第一彈性體元件42連接至外部殼體30。[0017]現在參閱圖2，轉向節24的真空口 22在徑向方向上延伸進入轉向節24的內孔。當該典型的密封組件20安裝進轉向節24內時，外部殼體30的外輪緣34以及連接至外輪緣34的部分第一彈性體元件42均在真空口 22的兩側軸向延伸。在該典型實施例中，部分第一彈性體元件42圍繞外部殼體30的外輪緣34周向延伸。正因如此，在該典型的密封組件20中，僅第一彈性體元件42與轉向節24直接接觸。這使得該典型的密封組件20可以通過裝配工人或技工手工安裝進轉向節24內。這使得該典型的密封組件20區別於許多其他已知的具有金屬外表面並因此必須通過大力擠壓推進轉向節24內的密封組件。該第一彈性體材料優選地由橡膠材料製成，但是也可以由任何能夠摩擦地接合轉向節24的其他材料製成。在真空口 22的軸向的一側上，該第一彈性體元件42額外包括多個彼此軸向隔開的鎖止筋44，以使密封組件20更好地摩擦連接至轉向節24。
[0018]在真空口 22的與鎖止筋44相對的軸向側上，第一彈性體元件42包括堞形結構46，該堞形結構46包括多個徑向向外延伸的突出部48，且該多個突出部48通過多個凹槽50或通道相互隔開。第一彈性體部分在鎖止筋44與堞形結構46之間基本是平坦的，因此，當密封組件20安裝在轉向節24中時，一空腔52在轉向節24與第一彈性體元件42之間延伸。該空腔52圍繞第一彈性體元件42周向延伸，並且與轉向節24的真空口 22流體連通。優選地，轉向節24的內孔還可以在該區域中擴大，以進一步增大空腔52的尺寸。鎖止筋44與堞形結構46之間的部分第一彈性體元件42可以設置凹處以進一步增大空腔52的尺寸。
[0019]現在參閱圖3，圖3為沿堞形結構46的一個凹槽50剖開的剖視圖，每個凹槽50呈具有一軸向部分和一徑向部分的L形。一空氣通路(如多個箭頭所示)從輪轂26起在輪轂26和密封組件20之間延伸通過堞形結構46的凹槽50的軸向部分和徑向部分，延伸通過空腔52，並延伸至轉向節24的真空口 22。在運行過程中，通過該空氣通路從輪轂26中抽出空氣，以選擇性地將鎖止輪轂26接合至車輛的動力傳動系統以及使鎖止輪轂脫離車輛的動力傳動系統。由於空腔52圍繞第一彈性體元件42周向延伸，因此，無論密封裝置20相對於轉向節24的方位如何，該空氣通路均存在。所以，裝配工人或技工可以將密封組件20插設在任何合適的方位。這就可以減少裝配車輪組件所需的時間，並且還可以減少車輪組件的次品數量。另外，在車輛的運行過程中，即使密封組件20在轉向節24內重新定位，也不會干擾車輛的ESOF系統的性能。
[0020]回到圖2來看，在徑向向外延伸的突出部48的區域內，堞形結構46與轉向節24摩擦接觸，以使這兩個部件更好的連接。圖4中示出了堞形結構46的另一個視圖，即部分堞形結構46的放大主視圖。該典型的堞形結構46包括大約四個突出部48，這些突出部48的尺寸基本一致，且通過四個凹槽50彼此基本均勻地隔開。然而，應該理解的是，堞形結構46可以包括任意合適數量的突出部48，且這些突出部可以具有不同的尺寸和/或可以彼此間隔開不同的距離。
[0021]回到圖1來看，如剖視圖所示，內部殼體32彎曲成一具有軸向部分54和第二腿部56的L形,軸向部分54沿軸向方向延伸,第二腿部56從軸向部分54徑向向外延伸。與外部殼體30類似，內部殼體32優選地通過拉深工藝成形，並且由金屬製成。然而,應該理解的是，內部殼體32可以通過任何理想的工藝成形，並且可以由任何適合的金屬或非金屬製成。
[0022]第二彈性體元件58連接至內部殼體32，並且沿內部殼體32的一側上的L形延伸。在一個典型的實施例中，部分第二彈性體元件58徑向地設置在內部殼體32的軸向部分54的內側。因此，當該典型的密封組件20安裝在車輛的車輪組件內時，僅第二彈性體元件58(而非內部殼體32)與車軸28接合。因此，該典型的密封組件20可以通過裝配工人或技工手工安裝在車軸28上。這使得該典型的密封組件20區別於其他已知的必須通過大力擠壓安裝在車軸28上的密封組件。與第一彈性體元件42相同，第二彈性體元件58同樣優選地由橡膠材料製成，但是也可以由任何能夠摩擦地接合車軸28的其他材料製成。在該典型的實施例中，第二彈性體元件58包括多個彼此軸向隔開的鎖止筋45，以使該典型的密封組件20更好地與車軸28連接。
[0023]再次參閱圖1，第一彈性體元件42包括多個密封唇部60a、60b以及多個密封唇部60c、60d，密封唇部60a、60b在軸向方向上延伸，以接合內部殼體32的第二腿部56並對其密封，密封唇部60c、60d在徑向向外的方向上延伸，以對內部殼體32的軸向部分54密封。該典型的密封組件20額外包括圍繞部分第一彈性體元件42周向延伸的卡緊彈簧61，該卡緊彈簧61用於使至少一個密封唇部60d對內部殼體32施加偏置力，以加強密封唇部60d與內部殼體32之間的密封性。密封組件20的與輪轂26相連的一側上通常設有油脂或其他類型的潤滑劑。另外，在兩個徑向延伸的密封唇部60c、60d之間設有油脂填料63，以減少密封唇部60c、60d與內部殼體32之間的摩擦，而不會破壞它們之間建立的密封。
[0024]該典型的密封組件20的第一、第二彈性體元件42、58又相互結合以形成迷宮62，該迷宮62包括多個折彎處和彎曲處，汙染物必須繞過迷宮62才能夠穿過密封組件20。特別地，第二彈性體元件58包括一基本呈L形的機構64，該機構64背離內部殼體32的第二腿部54軸向延伸並且徑向向外延伸,第一彈性體兀件42包括一凸起66,該凸起66突出至一自由端，該自由端鄰近第二彈性體元件58的L形機構64的一端。同時，密封唇部60與複雜的迷宮62有效地防止了汙染物穿過該典型的密封組件20。
[0025]在運行過程中，當車軸28與內部殼體32相對於轉向節24旋轉時，密封唇部60抵靠著內部殼體32滑動，以防止油脂溢出密封組件20。密封唇部60以及由第一、第二彈性體元件42、58形成的複雜迷宮62防止了水、汙垢或其他汙染物從該密封件中洩露。另外，第一彈性體元件42的堞形結構46以及鄰近其形成的空腔52使轉向節24的真空口 22可以從輪轂26中抽出空氣，以將鎖止輪轂26接合至車輛的動力傳動系統以及使鎖止輪轂脫離車輛的動力傳動系統。與其他已知的密封組件相比，無論該典型的密封組件20相對於轉向節24的方位如何，其都達到了所有這些目的。
[0026]顯然，根據上述教導，本發明的各種修改和變化都是可能的，並且在所附權利要求範圍內，本發明還可以通過除了具體描述以外的方式實現。另外，權利要求中的附圖標記僅為方便起見，而不能理解為任何形式的限定。
【權利要求】
1.一種密封組件，其用於使轉向節相對於車輛的車軸密封，其特徵在於，該密封組件包括: 一內部殼體以及一徑向設置在所述內部殼體之外的外部殼體； 至少一個彈性體元件，其與所述內部殼體和外部殼體中的一個接合，並且包括至少一個與所述內部殼體和外部殼體中的另一個接合的唇部，以在所述內部殼體旋轉時使所述內部殼體和外部殼體之間建立液密密封；以及 所述外部殼體或所述至少一個彈性體元件具有一外表面，該外表面帶有一基本平坦部分以及一位於所述基本平坦部分的軸向一側上的堞形結構，其中，所述堞形結構包括多個徑向向外延伸的突出部，且該多個突出部通過多個凹槽彼此周向隔開，以在所述密封組件設置在所述轉向節內時，使所述密封組件與轉向節之間形成一空腔。
2.根據權利要求1所述的密封組件，其特徵在於，每個所述凹槽基本呈具有一在徑向方向上延伸的部分和另一在軸向方向上延伸的部分的L形。
3.根據權利要求1所述的密封組件，其特徵在於，所述至少一個彈性體元件包括一與所述外部殼體接合的第一彈性體元件，其中，所述堞形結構位於所述外部殼體上。
4.根據權利要求3所述的密封組件，其特徵在於，所述至少一個彈性體元件以二次成型的方式與所述外部殼體接合。
5.根據權利要求3所述的密封組件，其特徵在於，所述密封組件進一步包括與所述內部殼體接合的第二彈性體元 件。
6.根據權利要求5所述的密封組件，其特徵在於，所述第二彈性體元件以二次成型的方式與所述外部殼體接合。
7.根據權利要求5所述的密封組件，其特徵在於，所述外部殼體包括一外輪緣，其中，至少部分所述第一彈性體元件圍繞所述外部殼體的所述外輪緣周向延伸，以用於與車輛的轉向節的一內孔接合。
8.根據權利要求7所述的密封組件，其特徵在於，所述第一彈性體元件包括多個鎖止筋。
9.根據權利要求7所述的密封組件，其特徵在於，所述內部殼體包括一軸向延伸部分，其中，至少部分所述第二彈性體元件沿所述內部殼體的所述軸向延伸部分的內圓周延伸，以用於與車輛的車軸接合。
10.根據權利要求9所述的密封組件，其特徵在於，所述第二彈性體元件包括多個鎖止筋。
11.根據權利要求5所述的密封組件，其特徵在於，所述第一彈性體元件包括至少一個徑向延伸的密封唇部，以可滑動地鄰接所述內部殼體。
12.根據權利要求11所述的密封組件，其特徵在於，所述密封組件進一步包括一圍繞部分所述第一彈性體元件周向延伸的卡緊彈簧，以使所述至少一個密封唇部對所述內部殼體施加偏置力。
13.根據權利要求5所述的密封組件,其特徵在於,所述外部殼體包括一在徑向向內方向上延伸的第一腿部，所述內部殼體包括一在徑向向外方向上延伸的第二腿部，其中，所述第一腿部和第二腿部彼此軸向隔開。
14.根據權利要求13所述的密封組件，其特徵在於，所述第一彈性體元件和第二彈性體元件中的至少一個包括至少一個在所述第一腿部和第二腿部之間軸向延伸的密封唇部，以限制汙染物通過所述密封組件。
15.根據權利要求14所述的密封組件，其特徵在於，所述第一彈性體元件和第二彈性體元件成形為在它們之間形成有一迷宮。
【文檔編號】F16J15/32GK103717950SQ201280037901
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年6月8日 優先權日:2011年6月9日
【發明者】理察·M·拉爾森, 大衛·C·魯普, 雷納爾多·費爾南德茲, 約翰·斯塔克, 傑拉爾德·A·格雷卡 申請人:費德羅-莫格爾公司