軸密封結構的製作方法

2023-04-23 13:53:56 1

專利名稱：軸密封結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於壓縮機外殼的密封結構，該結構包括一凹陷和一裝入該凹陷內的密封件。具體地，本發明涉及一種具有一驅動軸的壓縮機的密封結構。
壓縮機對流體進行機械地處理，它需要一個具有密封內部空間的外殼。因而，典型的壓縮機在一個從外部將動力傳遞到外殼內部機構的元件的附近具有一密封件，例如在驅動軸附近。一種用於車輛空調機的壓縮機包括一外殼和一驅動軸，該驅動軸從外殼內部延伸到外部。驅動軸由位於外殼前後壁上的一對徑向軸承可轉動地支承。一個圓狀唇形密封件位於每一個徑向軸承附近。唇形密封件在驅動軸和環繞驅動軸的一部分外殼壁之間進行密封。每一個唇形密封件旁邊通常有一諸如卡環的固定件，用於防止驅動軸軸向移動。
諸如卡環的固定件的尺寸必須與外殼上形成的環形壁的直徑相匹配。換句話說，必須準備定做的固定件。這將增加製造成本。使用這樣的定做零件要求仔細的庫存管理，以避免零件短缺。
為了解決這一問題，人們提出過各種類型的無需固定件的密封件。例如，日本未審查實用新型公開出版物No.58-79169公開了一種具有一圓形橡膠密封圈的密封結構。該密封圈在其外圓周上包括一環形凸起。該凸起與密封件整體成型。該密封圈裝入具有一環形槽的圓形凹陷內。凸起與槽的接合阻止了密封圈進行軸向移動。
密封圈的圓周與凹陷的表面直接接觸，並作為密封表面起作用。環形凸起的半徑大於密封圈圓周的尺寸，從而避免密封圈軸向移動。因而，當將密封圈插入凹陷中時，環形凸起與凹陷壁之間的接觸造成了過多的阻力。因此該密封圈的組裝很困難。
本發明的目的在於提供一種防止位移並方便組裝的密封結構。
為達到上述及其他目的並與本發明的目的相一致，提供了一種用於密封外殼開口的密封結構。該密封結構包括一內壁、一接合槽和一密封組件。該內壁與外殼固定連接並環繞著開口。接合槽形成在內壁上。密封組件壓裝在內壁上並包括一中心軸、一彈性密封凸起和一彈性接合凸起。彈性密封凸起形成於密封組件的外表面上，被壓縮並與內壁接觸。彈性接合凸起形成於密封組件的外表面上，並與密封凸起軸向隔開。接合凸起從中心軸延伸的距離與密封凸起從中心軸延伸的距離相等或較小。當密封組件完全安裝好後，接合凸起與接合槽相接合。
從以下的說明中並與附圖相結合，本發明的其他方面和優點將變得更明顯，該附圖通過實施例的方式說明了本發明的原理。
通過參照附圖，可以從以下對優選實施例的描述中理解本發明及其目的、優點。


圖1是說明具有本發明第一實施例的密封結構的壓縮機的剖視圖；圖2是表示圖1的密封結構的部分剖視圖；圖3是一部分放大剖視圖，表示在組裝之前的圖1的密封組件和密封室；圖4(A)是表示第一環形凸起的突出量和在組裝時施加於密封組件上的載荷之間關係的圖表；圖4(B)是表示第一環形凸起的突出量和使環形凸起從相應的槽中脫開所需的載荷之間關係的圖表；圖5是表示第二實施例的密封結構(一密封組件和一密封室)的放大剖視圖；圖6是表示第三實施例的密封結構(一密封室)的放大剖視圖。
下面將參考圖1-4對第一實施例的密封結構進行說明。該密封結構用於具有雙頭活塞的斜盤壓縮機。該壓縮機用於車輛的空調機中。
如圖1所示，壓縮機包括一對汽缸體11,12和前後外殼13,14。汽缸體11,12同軸地連在一起。前外殼13通過一個閥盤15與前汽缸體11的前端相連接。後外殼14通過一個閥盤16與後汽缸體12的後端相連接。汽缸體11,12，前後外殼13,14以及閥盤15,16通過螺栓17(只示出一個)固定在一起，並形成壓縮機外殼。
一驅動軸19由一對位於前後汽缸體11,12中的徑向軸承18a,18b可轉動地支承。驅動軸19通過一電磁離合器(未示出)與車輛引擎(未示出)相聯接。該離合器可選擇地將引擎的動力傳遞給驅動軸19。
幾對對齊的汽缸孔11a,12a在汽缸體11,12中形成，並環繞著驅動軸19。圖1中只表示了其中一對汽缸孔11a,12a。汽缸孔11a,12a與驅動軸19平行。每一對汽缸孔11a,12a中容納有一個雙頭活塞20。在每一個汽缸孔11a,12a中，由相應的活塞20的頭部和相應的閥盤15,16的頭部確定了一個壓縮室21。
在前汽缸體11和後汽缸體12之間確定有一個曲柄室22。曲柄室22通過壓縮機的一個入口(未示出)與一個外部製冷迴路(未示出)相連。
一個旋轉斜盤23在曲柄室22中固定在驅動軸19上。每個活塞20通過一對爪塊24與旋轉斜盤23傾斜地聯結。驅動軸19和旋轉斜盤23的轉動通過相應的爪塊24轉換成每個活塞的往復運動。
每個前外殼13和後外殼14有一個環形的吸入室25和一個環形的排放室26。每個吸入室25環繞著驅動軸19，並被相應的排放室26所包圍。前後吸入室25通過形成於汽缸體11,12中的吸入通道27與曲柄室22相連。製冷氣體從外部製冷迴路被吸入吸入室25，並通過吸入通道27流入曲柄室22。
每個閥盤15,16具有吸入口28和排放口29。每個吸入口28和每個排放口29對應於其中一個汽缸孔11a,12a。每個吸入口28具有一個吸入閥瓣30。在一個抽吸行程中，也就是說，當一個活塞頭從上死點向下死點移動時，吸入閥瓣30允許吸入室25中的製冷氣體進入壓縮室21。每個排放口29具有一個排放閥瓣31。在一個壓縮行程中，一個活塞頭從下死點向上死點移動，並將壓縮室21中的製冷氣體壓縮至排放壓力。然後排放閥瓣31允許經壓縮的氣體排放到排放室26中。接著氣體通過壓縮機的一個出口(未示出)被排放到外部製冷迴路中。
如圖1和2所示，前外殼13具有一個凸起34。凸起34確定了一個軸孔33，驅動軸通過該軸孔33延伸。一個凸緣35從凸起34的內表面向驅動軸19的軸線X伸出。緊靠著凸緣35確定有一密封室36。如圖3所示，密封室36包括一個前壁38和一個圓柱壁37。前壁38與軸線X垂直，而圓柱壁37與軸線X同軸。圓柱壁37的中心與軸線X重合。也就是說，圓柱壁37的半徑是R37。入如圖1-3所示，一個環形密封組件40壓裝到密封室36中。密封組件40的半徑是R40。密封組件40密封於驅動軸19和密封室36的圓柱壁37之間，它將外殼密封並阻止了製冷氣體從曲柄室中洩漏。
如圖2和3所示，密封組件40包括一金屬內環、一內密封圈42和一外密封圈43。內環41具有高剛性。內密封圈42是一個環狀唇形密封圈，由諸如碳氟樹脂(例如，PTFE聚四氟乙烯)的彈性材料製成。外密封圈43包括一金屬外環44或保持件，以及一外密封套筒，該外密封套筒包圍著內環41和內密封圈42。外環44具有高剛性。內環41和外環44保持密封組件40的形狀。外密封套筒45由一種諸如合成橡膠的彈性材料製成，並被模製在外環44上。外密封套筒45包括三個環形凸起，也就是說，第一環形凸起451，第二環形凸起452和第三環形凸起453。每個該凸起451,452,453均沿著密封組件40的外周延伸。凸起451,452,453的徑向尺寸(凸出量)基本相同。如果凸起451,452,453的徑向尺寸分別用和h1,h2,h3表示，則滿足等式h1=h2=h3。因而，從軸線X到每個凸起451,452,453邊緣的距離相同，該軸線X對於驅動軸和密封組件40是共同的。換句話說，凸起451,452,453具有共同的外徑R40。第一凸起451在其前側具有一錐形表面451a。
如圖3所示，在圓柱壁37的整個外周上形成有一環形槽39，該槽沿著整個外周延伸。槽39的形狀和位置對應於第一凸起451的形狀和位置。槽39的後壁39a與錐形X垂直。第一凸起451的後端與後壁39a相接合，防止密封組件40鬆脫。而且，密封室36在圓柱壁37的後端形成有一導面37a。導面37a為錐面，這樣導面37a的直徑在向後的方向上增大。
密封組件40的半徑R40比圓柱壁37的半徑R37稍大。因而，密封組件40被壓裝到密封室36中。密封組件40在前外殼13裝到前汽缸體11上之前，安裝到密封室36中。密封組件40通過導面37a從前外殼13的後開口端插入密封室36內。
首先，錐面451a與導面37a接觸。錐面451a由導面37a引導，該錐面使第一環形凸起451的半徑逐漸減小。當第一凸起451位於圓柱壁37之內時，凸起451的半徑等於R37。也就是說，第一凸起451被徑向壓縮一定量t1,t1就是R40與R37的差(t1=R40-R37)。當密封組件40的前端接觸前壁38時，即完成了密封組件40的插入。此時，第一環形凸起451佔據了環形槽並恢復其初始形狀。由此，第一凸起451與環形槽39相接合。因此阻止了密封組件40的脫落。
當將密封組件40插入密封室36內時，第二、三環形凸起452,453由導面37a引導，之後在圓柱壁37和外環44間被徑向壓縮。第二、三凸起452,453在與圓柱壁37接觸時被分別壓縮一定量t2,t3。t2,t3由等式t2=t3=R40-R37表示，並都等於t1。當密封組件40裝入密封室36時，第二、三凸起452,453分別被壓縮t2,t3量(見圖2)。當密封組件40裝好後，被壓縮的凸起452,453就被永久地壓到圓柱壁37上。
壓縮機在組裝好並安裝到車輛上之後，即填充製冷氣體。在填充氣體之前，壓縮機內的空氣被洩放。空氣洩放降低了曲柄室22內的壓力，並使大氣壓作用於密封組件40上。大氣壓力與曲柄室22內的壓力之差將密封組件40軸向地壓向曲柄室22。也就是說，氣壓差產生的力壓縮密封組件40，使密封組件40從密封室36中移位。然而，第一凸起451與槽39的接合阻止了密封組件40向曲柄室22移動。因此阻止了密封組件40的移位。
圖4(A)的圖表表示徑向尺寸(突出量)h1和將密封組件40插入密封室36所需力之間的關係。如果第一凸起451的徑向尺寸h1等於或小於第二、三凸起452,453的徑向尺寸h2,h3(h2=h3)，則所需的力為一恆定值WH。這是因為，當h1≤h2和h3時，所需的力由第二、三凸起452,453的徑向尺寸決定，並不受第一凸起451的徑向尺寸h1的變化的影響。如果第一凸起451的徑向尺寸h1超過h2,h3，則所需的力增加。因此，第一凸起451的徑向尺寸h1優選地等於或小於第二、三凸起452,453的徑向尺寸h2,h3，以使所需的安裝力最小。這也可以用距中心軸線X的距離來表示。即，第一凸起451的外徑優選地等於或小於第二、三凸起452,453的外徑，以使安裝力最小。
圖4(B)的圖表表示第一凸起451的徑向尺寸h1和將密封組件40從密封室36中拆去所需力，或凸起451的抵抗力之間的關係。一條長短交替的虛線表示軸向壓力WL，該力由大氣壓產生。如果第一凸起451的徑向尺寸h1等於或小於閾值h1』，也就是說，如果滿足0≤h1≤h1』，第一凸起451的抵抗力小於壓力WL。閾值h1』定義為第二凸起452的徑向尺寸h2與其壓縮量t2之差(h1』=h2-t2)。因此，如果第一徑向尺寸h1等於或小於h1』，密封組件40將由於壓縮機的氣體洩放而移位。如果第一徑向尺寸h1大於閾值h1』，則第一凸起451的抵抗力等於或大於壓力WL。在此情況下，密封組件40不會由於壓縮機的氣體洩放移位。這也可以用距中心軸線X的距離來表示。也就是說，第一凸起451有一個閾值外徑。如果第一凸起451的外徑大於閾值半徑，則由大氣壓產生的力不會使密封組件40軸向位移或鬆脫。如果第一凸起451的外徑等於或小於閾值半徑，則大氣壓可能使密封組件40鬆脫。
因此，第一凸起451的徑向尺寸h1優選地大於閾值h1』，並優選地等於或小於徑向尺寸h2(或h3)。在第一實施例中，凸起451,452,453的徑向尺寸h1,h2,h3均相同(h1=h2=h3)。但是，只要第一徑向尺寸h1大於閾值h1』(h1』＜h1)，第一徑向尺寸h1可能小於第二、三徑向尺寸h2,h3(h1＜h2=h3)。從與軸線X的距離意義上講，只要第一凸起451的外徑大於閾值半徑，它可能小於第二、三凸起的外徑。
在圖1至3的密封組件40中，第一凸起451從軸線X延伸的距離選擇得大於圓柱壁37的半徑R37。
密封組件40具有以下優點。
密封組件40不會從密封室36中鬆脫及落入外殼中，並且無需使用諸如卡環的固定件。當壓縮機洩放氣體時，第一凸起451不能從環形槽39中鬆脫。當壓縮機工作時，密封組件40由於曲柄室22中的製冷氣體的壓力而被壓向前壁38。因而，當壓縮機工作時，密封組件被安全地固定。此時，密封組件40不需要阻止其鬆脫的結構。
第一凸起451的徑向尺寸h1基本上等於第二、三凸起452,453的徑向尺寸h2,h3。該結構使得將密封組件40插入密封室36中所需的力最小。因此，第一凸起451不會妨礙密封組件40的安裝。
在圖1至4的實施例中，第一凸起451的徑向尺寸h1被優化，以便於密封組件40的安裝，並防止密封組件40在壓縮機洩放氣體期間鬆脫。
形成於第一凸起451的前側上的錐面451a允許密封組件40順利地插入密封室36中，並使密封組件40插入所需的力最小。這進一步方便了密封組件40的安裝。
第二、三凸起452,453在圓柱壁37和外環44之間變形。相應地，凸起452,453被壓向圓柱壁37並因而有效地將曲柄室22密封。
現在將參考圖5、6說明第5、6實施例。與圖1至4的實施例中相應的零件相似或相同的零件，用相似或相同的標記來表示。
在圖5所示的第二實施例中，第一凸起451位於第二、三凸起452,453的後方，並且環形槽39位於與第一凸起451的位置相應的位置上。該結構與圖1至4的實施例具有相同的優點。
在圖6所示的第三實施例中，圖1至4中的環形槽39由一個大徑的圓柱壁50代替，該圓柱壁50與槽39不同，沒有錐形部分。大徑圓柱壁50的半徑大於圓柱壁37的半徑R37。大徑圓柱壁50和圓柱壁37確定了一個臺階51，其位於大徑圓柱壁50的後端。第一凸起451的後端與臺階51相接合。該結構與圖1至4的實施例具有相同的優點。
本領域的技術人員應當理解，本發明可以用許多其他具體形式來實現而不背離本發明的精神或範圍。具體地，應當理解本發明可以以下形式來實現。
第一環形凸起451和環形槽39由不沿著外密封套筒45的整個外周延伸的一個凸起和一個槽來代替。
第二、三凸起452,453中的一個可以省略。
密封組件40可用於任何類型的壓縮機，例如具有一斜盤的單頭活塞型壓縮機和可變位移型壓縮機。
本發明可用於一種與軸承整體成型的密封件。
因此，這些實例及實施例應認為是示意性而非限制性，並且本發明不局限於上述細節，而是可以在權利要求書的範圍及等同範圍內進
權利要求
1．一種密封一外殼的開33的密封結構，該密封結構包括一固定於外殼上的內壁，其中該內壁環繞著開口33；一形成於內壁37上的接合槽39，該密封結構的特徵在於一密封組件40壓裝於內壁37上，其中密封組件40包括一中心軸X；形成於密封組件40的外表面上的一彈性密封凸起452,453，其中密封凸起452,453被壓縮並與內壁37接觸；形成於密封組件40的外表面上的一彈性接合凸起451，其中接合凸起451與密封凸起452,453沿軸向隔開，接合凸起451從中心軸X延伸的距離R40與密封凸起452,453從中心軸X延伸的距離相等或更小，其中當密封組件40完全安裝好後，接合凸起451與接合槽39接合。
2．權利要求1的密封結構，其特徵在於當密封凸起被壓縮時，接合凸起451從中心軸X延伸的距離R40大於密封凸起452,453從中心軸X延伸的距離。
3．權利要求1的密封結構，其特徵在於密封組件40包括一保持件41,44，用於保持密封組件40的形狀，而且其中，當密封組件40安裝上時，密封凸起452,453被壓縮並夾持於保持件41,44和內壁37之間。
4．權利要求1的密封結構，其特徵在於接合凸起451從中心軸X延伸的距離R40如此確定，以使當密封組件40安裝時，接合凸起451被暫時向中心軸X壓縮的距離t1與當密封組件40完全安裝好後，密封凸起452,453被永久向中心軸X壓縮的距離t2,t3相等。
5．權利要求1的密封結構，其特徵在於接合凸起451從中心軸X延伸的距離R40選擇得大於圓柱壁37半徑R37。
6．權利要求1的密封結構，其特徵在於接合凸起451與接合槽39的接合將密封組件40保持在安裝位置，抵抗作用於密封組件40上的壓力。
7．權利要求1的密封結構，其特徵在於密封組件40還包括與軸的外表面相接觸的唇形密封件42,45。
8．權利要求7的密封結構，其特徵在於唇形密封件42,45包括一彈性材料。
9．權利要求1的密封結構，其特徵在於密封組件40具有大致圓柱狀的形狀，其中環形密封凸起452,453形成於密封組件40的外表面上，而且當密封組件安裝好時，環形密封凸起452,453與整個圓柱狀內壁37相接觸。
10．權利要求1的密封結構，其特徵在於密封組件40將壓縮機的內部和外部之間密封，並且在某些時候大氣壓向密封組件40的外側施加一軸向外部壓力，該壓力大於由壓縮機內壓施加於密封組件40內端的相反的力，而且密封組件40抵抗軸向運動的力大於外部壓力。
全文摘要
一種易安裝的密封組件具有一防鬆脫結構。密封組件包括第一環形彈性凸起和第二、三彈性環形凸起。三個凸起的徑向尺寸相同。外殼內壁上形成一環形槽。當密封組件壓裝到內壁上時，第二、三環形凸起被壓縮一定量。在安裝密封組件時第一環形凸起被暫時壓縮一定量。當密封組件完全安裝好後，第一環形凸起恢復初始形狀並佔據接合槽。
文檔編號F04B39/00GK1227898SQ9910256
公開日1999年9月8日 申請日期1999年3月2日 優先權日1998年3月3日
發明者加藤崇行, 山田健史, 平野有香, 佐藤真一 申請人:株式會社豐田自動織機製作所