具有軟定位和碎片排出部件且成套的密封組件的製作方法

2023-06-08 00:55:21

專利名稱：具有軟定位和碎片排出部件且成套的密封組件的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及一種動態油密封裝置，其具有外部環形動密封元件和相 關內部環形承磨襯套元件，其中，上述元件組合成一體，在允許進行相對旋 轉運行的同時防止軸向分離。
背景技術：
動密封裝置典型地包括可圍繞一開口安裝於一殼體內部的外部環形密封 元件，有時也包括安裝於一延伸穿過所述開口的軸上並可沿該軸旋轉的內部 環形承磨襯套元件。外部密封元件典型地具有一個或多個環形密封唇，用以 完善軸與殼體之間的動態流體密封。我們還知道將承磨襯套與密封元件"組 合成一體"的方式，可令其在運載和操作過程中彼此不會沿軸向分離而在使 用過程中仍能夠彼此相對旋轉。承磨襯套固定方法是在將該承磨襯套裝配到 外部密封元件的金屬承載邊緣與之交疊之後，將承磨襯套的內軸向端徑向向 外彎曲，以防止軸向分離。另一種方式，如第6,149,158號美國專利中舉例說 明，預先將承磨襯套的軸向內端徑向向外巻曲，以便在承磨襯套與外部密封 元件組裝時，將承磨襯套的巻曲端從外部密封元件的動密封件擠過去，但仍 保持不會反向移動。雖然這些方法能夠將承磨襯套有效地固定於外部密封元 件上，但本發明的發明人認為仍存在可選的方法，能夠固定承磨襯套，而不 要求承磨襯套組裝後成形或者與動密封件相互作用以將承磨襯套固定於外部 密封元件上。
由本發明申請人申請且待審的第11/371,405號美國專利申請提供了一種 密封組件，該密封組件通過密封元件上的彈性體定位唇將承磨襯套元件與外 部密封元件組合成一體。該定位唇與承磨襯套徑向向外延伸緣的端部交疊，並與密封元件的動密封唇軸向相對設置，所述延伸緣位於定位唇與動密封唇 之間。當承磨成套軸向受力以與密封元件進行裝配時，交疊定位唇稍軸向向 延伸緣的邊內延伸，產生變形，從而允許延伸緣的端部越過，之後定位唇恢 復形狀以與延伸緣配合，由此支撐所述元件，令其不會沿相反方向分解。

發明內容
根據本發明的一方面， 一種密封組件包括與外部密封元件自定位設置的 徑向內部承磨襯套。該內部承磨襯套設有可圍繞軸安裝且可相對所述外部密 封元件隨該軸旋轉的軸向延伸管狀承磨襯套本體。 一緣從鄰近所述其中一端 的所述本體徑向向外延伸。所述外部密封元件具有軸向延伸的外壁和從該外 壁徑向向內延伸的緣，該緣支撐至少一個徑向延伸且與所述承磨襯套的本體 密封配合的密封唇。所述外部密封元件包括軸向向外設於所述承磨襯套的緣 的彈性體環形定位唇，該定位唇從所述緣的徑向外邊徑向向內延伸。該定位 唇在軸向上彈性可恢復地偏轉，使得在將所述承磨襯套安裝於外殼體的過程 中，該承磨襯套的緣能夠受力軸向越過所述定位緣。所述承磨襯套的緣受力 軸向越過定位緣之後，定位緣能夠恢復其原始未偏轉形狀，於是，定位緣與 所述承磨襯套的緣軸向間隔，從而形成迷宮式通道，以便於密封並防止承磨 襯套從相反軸向上脫離。環形定位緣進一步包括至少一個碎片排出槽，提供 一個穿過該定位緣的軸向延伸通道，以排出碎片。


為了更清楚地說明本發明的上述和其他方面、特徵及優點，以下結合當 前較佳實施例、最佳實施方式、所附權利要求以及附圖對本發明進行詳細描 述，其中
圖1是根據本發明當前較佳實施例構造的密封組件的剖視圖； 圖2是圖1中密封組件的定位唇的片斷平面示意圖； 圖3是定位唇的一部分的放大示意圖4是根據本發明另一當前較佳實施例構造的密封組件的剖視圖；以及 圖5是圖4中密封組件的外部密封元件的剖視圖。
具體實施方式
詳細參照附圖，圖1顯示了根據本發明當前較佳實施例構成的密封組件
10。該密封組件10包括外部環形密封元件12和內部環形承磨襯套元件14。 該元件12、 14彼此獨立製造，組裝使用，以便其在使用時可彼此相對旋轉。 在組裝好時，外部密封元件12通過防止內部承磨襯套元件14軸向移動進入 分解狀態，將內部承磨襯套元件14保持在組裝狀態。
密封元件12包括由剛性材料如金屬(例如，鋼)製成的外部環形承載部 16。該承載部16包括外部大致圓柱狀的本體部18，該本體部18的外表面20 能夠被壓入配合或採用其他方式設置於由旋轉軸23延伸穿過的殼體21的開 口中，以提供該旋轉軸23與殼體21之間不漏流體的動態密封。為便於定位 承載部16，該承載部16的一端形成有徑向向外的安裝緣25，該安裝緣25 與殼體21的配合面支撐配合(seating engagement)。承載部16進一步包括徑 向向內突伸的密封緣22，該密封緣22與本體部18橫向相對設置。至少一個 動態環形密封件24穩固設置於密封緣22上，用於為該組件提供主要環形密 封。密封件24可由彈性體材料(圖1)或按需要由其他材料製成。密封件24 可通過適合的粘合劑、鍵合、夾設或其他將密封件24安裝於密封緣22適當 位置的方式，穩固設置於密封緣22上。密封件24設有徑向內密封唇26，將 該密封唇26設置為與和旋轉軸23相關的功能密封面配合，以便提供動密封， 也就是承磨襯套14，這一點將進一步進行說明。密封唇26將該密封分為密 封唇26 —側的軸向內部油側A和密封唇26軸向相對側的軸向外部空氣側B。
圖1中的密封件24由彈性體，例如橡膠，製成，並且成型於密封緣22， 該密封件24由彈簧27支撐。密封件24還可由相同材料與粉塵或碎片隔離唇 29成型為一個整體，所述隔離唇29軸向遠離密封唇26延伸以與旋轉軸23 配合。而且，附加粉塵和碎片隔離唇31可由相同材料與密封唇26和碎片隔 離唇29成型為一個整體，其中，這些附加碎片隔離唇31從密封緣22向空氣 側B軸向延伸，以便與內承磨襯套元件14配合。
承磨襯套元件14包括大致圓柱狀的本體部28，該本體部28與外部承載 部16的本體部18軸向對齊且沿其徑向向內設置。承磨襯套本體部28包括內 表面30以及外表面32，其中，該內表面30的大小令其可圍繞旋轉軸23外 表面緊配合設置(也就是，壓入配合)，外表面32則提供主要密封唇26的密 封或運行面。當本體部28安裝於旋轉軸23上時，該本體部28能夠隨旋轉軸 23旋轉，這時，外表面32有效提供與密封唇26配合的受控外部密封面。承磨襯套14的本體部28包括軸向內端34，其位於密封唇26的油側A。 內端34可由任何徑向向外延伸的緣自由構造，以便內端34呈筆直圓柱狀以 形成運行面32的延伸，或者如果需要的話，該內端34也可徑向向內逐漸變 細。內端34提供與安裝承磨襯套14與外部密封元件12相關的承磨襯套元件 14導向端。承磨襯套元件14包括位於本體部28空氣側B且與內端34軸向 相對的端緣36。該端緣36從本體部28徑向向外延伸，且可與密封緣22大 致平行，但與該密封緣22軸向間隔，從而提供環形空氣間隙38。可設置粉 塵和碎片隔離唇31,令其與端緣36配合，以防止汙染物進入油側A。為了 組裝元件12、 14，承磨襯套14的導向端34從空氣側B軸向延伸穿過密封件 24，從而導緻密封唇26圍繞承磨襯套14的外部運行面32徑向向外移動並與 其密封配合。
密封元件12的承載部16包括軟環形定位唇或緣40，該軟環形定位唇或 緣40與密封緣22軸向向外間隔的由承載部16徑向向內突伸，使得內部承磨 襯套元件14的端緣36收容於定位唇40和密封緣22之間且與其存有間隙。 因此，定位唇40與端緣36是相鄰關係，以便端緣36軸向設置於定位唇40 和主要密封唇26之間。定位唇40可由彈性體，例如用於製造圖l中的密封 唇26的材料製成，並能夠與密封唇26成型或模塑為一個整體。定位唇40 暴露於密封組件的空氣側B，與承磨襯套元件14的端緣36的共同作用下， 提供與空氣間隙38相關的迷宮式密封42。如圖所示，定位唇40從安裝緣25 徑向向內延伸，並能夠與安裝緣25大致共面形成。定位唇40與端緣36的端 部交疊，以便定位唇40的徑向最內邊43位於端緣36的徑向最外邊45徑向 向內側。所述交疊提供的初始軸向阻擋，在組裝過程中使端緣36由定位緣 40軸向向內定位。定位唇40與密封緣22之間的軸向間隔使得在具有足夠軸 向作用力的安裝過程中，最初與定位唇40幹涉的端緣36端部可由定位唇40 旁邊擠過。在端緣36作用下，定位唇40彈性可恢復地變形，從而允許端緣 36越過，之後定位唇40恢復其原始未變形狀態，與端緣36的最外邊45徑 向交疊，如圖1和圖4所示。定位唇40和端緣36的徑向交疊起到固定承磨 襯套元件14、避免其在運送和操作過程中不經意間沿軸向反向分離，從而使 得承磨襯套元件14與密封元件12在它們的軸向方向上組合成一體，但仍能 夠相對該密封元件12旋轉。最好如圖2和圖3所示，定位唇40設有至少一個、可以為多個槽或開口 44。這些槽44是開放的或者徑向向外延伸進定位唇40的最內部徑向邊43， 並且可僅延伸定位唇40的部分徑向寬度或者延伸定位唇40的整個徑向寬度。 槽44可圍繞定位唇40周向等間隔設置。槽44對空氣間隙38開放，形成至 少一部分的迷宮式密封42並起到出口槽或埠的作用，以便釋放沿軸向向內 進入定位唇40的間隙的汙染物，也指碎片。汙染物可包括在密封裝置運行過 程中或當密封裝置固定不動時落入或排出槽44的水、泥、汙坭、粉塵以及其 他不希望出現在該空隙中的流體或固體。
現在參考圖4和圖5，舉例說明了根據本發朋另一當前較佳實施例構造 的密封組件IIO，其中圍繞IOO形成的相似的參考數字指示相似的特徵。該 密封組件110具有外部密封元件112和內部承磨襯套元件114。該內部承磨 襯套元件114大致與以上描述構造相同，因此，具有圓柱狀本體部128，該 本體部128內表面130的大小令其可圍繞旋轉軸123外表面緊配合設置，外 表面132則提供密封或運行面。本體部128包括筆直圓柱狀的軸向內端134 和端緣136，如上所述。
如上述在先實施例，外部密封元件112包括外部環形承載部116，該承 載部116包括外部大致圓柱狀的本體部118，該本體部118的外表面120能 夠被壓入配合或採用其他方式設置於殼體121的開口中。承載部116的一端 形成有徑向向外環形安裝緣125，該安裝緣125與殼體121的配合面支撐配 合(seating engagement)。承載部16具有徑向向內突伸的密封緣122，該密 封緣122與本體部118橫向相對設置。至少一^^動態環形密封件124穩固設 置於密封緣122上，用於為該組件提供主要環形密封。與上述在先實施例不 同之處在於，密封件124至少部分採用結合於密封緣122上、例如通過彈性 體支撐結合於密封緣122上的PTFE (聚四氟乙烯)密封件33製成，所述彈 性體如橡膠等。此外，密封件124可通過適合的粘合劑、鍵合、夾設或其他 方式穩固設置於密封緣122上。PTFE件33具有密封唇126，該密封唇126 在使用中能抵靠在該承磨襯套元件14上，並且可以向油側A或向空氣側B 延伸。
如上述在先實施例中所述，密封件還可包括軸向遠離密封唇126延伸以 與旋轉軸123配合的粉塵或碎片隔離唇129。而且，附加粉塵和碎片隔離唇 131可由相同材料與碎片隔離唇129成型為一個整體，但與密封唇121分離，其中，這些附加碎片隔離唇131從密封緣122向空氣側B軸向延伸，以便與 內承磨襯套元件114配合。
承載部116包括軟環形定位唇或緣140，如在先實施例中所述。該定位 緣140可由彈性體製成，例如用於製造碎片隔離唇129、 131。雖然定位唇140 可由與密封唇126相分離的材料製成，但仍如上所述實施例中同樣的構造、 設置以及運行。因此，定位緣140具有徑向最內邊143，該最內邊143位於 端緣136的徑向最外邊145徑向向內側，從而形成迷宮式密封通道142，該 通道142內設有徑向延伸的槽144。
密封組件110具有附加的編碼器部件或環35，該編碼器部件或環35設 置於安裝緣125的軸向向外表面37上。該編碼器或環35具有暴露面39，該 暴露面39由多個在北極(N極)和南極(S極)之間交替的磁極化扇區構成， 以便與傳感器例如基於應變的可變磁阻(VR)傳感器(圖未示)建立通信。 VR傳感器的位置接近編碼器環35的暴露面39，且VR傳感器的磁場投向極 化扇區，以通過磁場響應極化扇區的移動產生正弦波電流。該正弦波電流的 頻率與相對轉速成比例。優選地，雖然不必要，但編碼器環35是成分已知的 彈性體基陶瓷磁性類型的編碼器環。若極化扇區的數量是均衡的且其弓形尺 寸充分相等，則編碼器環35可分為任何數量的極化扇區。各扇區表示在暴露 面39上的一個N極或S極，且相鄰扇區所表示的極性是不同的，使得暴露 面39圍繞其周向尺寸以規律的N-S增量交替。
由於這種編碼器環35的磁感應強度是相當弱的，因此VR傳感器在磁場 中產生的磁通量通常較弱而無法感測。然而，因為安裝緣125優選由碳鋼材 料製成且完全面-面接觸地支撐編碼器環35，故將編碼器環35產生的磁場強 度提高至VR傳感器能夠感測且受磁間斷性影響的點。
可以理解，在任何最終獲得授權的權利要求範圍內，本發明可以採用其 他方式實施，以實現本文所描述的相同功能。
權利要求
1、一種密封組件，包括內部承磨襯套，具有在軸向相對端之間延伸且安裝成可隨軸旋轉的管狀本體，所述襯套設有從鄰近所述其中一端的所述本體徑向向外延伸至徑向最外部的緣；外部密封元件，具有收容在一殼體內的外壁和從該外壁徑向向內延伸的緣，該緣支撐至少一個動密封件，該動密封件具有與所述承磨襯套的所述管狀本體密封配合的密封唇，所述外壁支撐從其該外壁徑向向內延伸至徑向最內部的可彈性恢復定位唇，所述徑向最內部是相對所述內部承磨襯套的緣的所述徑向最外部徑向向內的，所述定位唇可軸向偏轉，因而允許在組裝過程中所述內部承磨襯套的緣軸向越過，並彈性恢復至未偏轉狀態，在所述未偏轉狀態下，該定位唇與所述內部承磨襯套的緣軸向間隔且不與該緣產生配合，從而提供迷宮式通道，且該定位唇具有至少一個與所述徑向最內部鄰近的排出開口，以允許碎片從所述迷宮式通道排出。
2、 根據權利要求1所述的密封組件，其特徵在於，所述定位唇具有多個所述排出開口。
3、 根據權利要求2所述的密封組件，其特徵在於，所述排出開口彼此周 向等距間隔。
4、 根據權利要求2所述的密封組件，其特徵在於，所述排出開口成形為 徑向向外延伸進所述定位唇的徑向最內部的槽。
5、 根據權利要求1所述的密封組件，其特徵在於，所述定位唇和所述至 少一個動密封件由 一整體材料成形。
6、 根據權利要求1所述的密封組件，其特徵在於，所述外部密封元件具 有從所述外壁徑向向外延伸以與所述殼體配合的安裝緣，所述定位唇從所述 安裝緣徑向向內延伸且與該安裝緣大致共面。
7、 根據權利要求6所述的密封組件，其特徵在於，進一步包括連接至所 述安裝緣且面向所述密封組件空氣側的環形磁編碼環。
8、 根據權利要求1所述的密封組件，其特徵在於，所述動密封件遠離所 述定位唇軸向延伸。
9、 根據權利要求8所述的密封組件，其特徵在於，進一步包括至少一個防塵唇，其由相同材料與所述動密封件成形為一個整體，該至少一個防塵唇 遠離所述密封唇軸向延伸。
10、 根據權利要求9所述的密封組件，其特徵在於，所述至少一個防塵 唇遠離所述外部密封元件的緣軸向延伸且與所述內部承磨襯套的緣配合。
11、 根據權利要求10所述的密封組件，其特徵在於，所述至少一個防塵 唇包括從所述外部密封元件的緣徑向向內延伸的另一個防塵唇，該另一個防 塵唇與所 述內部承磨襯套的本體配合。
12、 根據權利要求9所述的密封組件，其特徵在於，所述防塵唇和所述 定位唇由相同材料成形為一個整體。
13、 根據權利要求1所述的密封組件，其特徵在於，所述定位唇和所述 動密封件由不同材料構造。
14、 根據權利要求13所述的密封組件，其特徵在於，所述定位唇由橡膠 製成，所述動密封件由聚四氟乙烯製成。
15、 根據權利要求14所述的密封組件，其特徵在於，進一步包括由相同 材料與所述定位唇成形為一個整體的防塵唇。
16、 根據權利要求15所述的密封組件，其特徵在於，所述防塵唇遠離所 述密封唇軸向延伸。
全文摘要
一種密封組件包括內部承磨襯套，其具有軸向延伸的管狀本體。一緣從所述本體徑向向外延伸。一外部密封元件具有軸向延伸的外壁和從該外壁徑向向內延伸的緣，該緣支撐至少一個與所述承磨襯套的本體密封配合的動態密封唇。所述外部密封元件包括軸向向外設於所述承磨襯套的緣的彈性體環形定位唇。該定位唇從所述緣的徑向外邊徑向向內延伸，且在軸向上彈性可恢復地可偏轉，使得在將所述承磨襯套安裝於外殼體的過程中，該承磨襯套的緣能夠軸向受力，其後定位緣能夠恢復其原始未偏轉形狀，以阻止承磨襯套從相反軸向上脫離。所述環形定位緣包括至少一個軸向延伸的碎片排出槽，以排出碎片。
文檔編號F16J15/32GK101627238SQ200880007608
公開日2010年1月13日 申請日期2008年1月4日 優先權日2007年1月12日
發明者格拉爾德·A·格雷卡 申請人:費德羅-莫格爾公司