靜態/動態軸密封件的製作方法

2023-05-30 06:00:01

專利名稱：靜態/動態軸密封件的製作方法
技術領域：
本發明涉及密封組件，並且更具體地講，涉及用於最小化液壓手工工具中的流體洩漏的改進的密封組件。
背景技術：
在製造、工業和維修現場以及設施中通常使用液壓動力的手工工具。這些工具包括用於諸如帶、螺母、螺釘等的緊固件的驅動器。在這些現場中，重要的是特定的緊固件以預定量的扭矩(以較高的扭矩值)被安裝。
由於要求對於各種不同的應用所需的逐漸高的動力和扭矩設定，包圍驅動軸並接觸這些液壓動力的手工工具的電機殼體的當前的密封
件壽命受到限制。當前的密封件(例如美國專利公開文獻No. 3738665中所公開的密封件或當前的BURNDY⑧液壓工具的唇密封件)產生了軸磨損。儘管密封件與硬質鋼軸相比具有更低的硬度，但是在高溫以及提高的液壓的條件下，密封件研磨鋼並造成了磨損環的形成。在高速/高溫/高壓的情況下，這些磨損間隙是名義上的(並未實際出現的)，這是因為各部件膨脹。然而，在工具工作幾個小時之後，密封件與軸之間的間隙變得更加明顯。手工工具殼體與軸之間的磨損了的密封件是一種已知的問題，其導致了電機的流體洩漏。美國專利公開文獻No.3738665中公開的密封件利用了一種硬質(非柔性的)鋼承載環，其具有內側和外側密封件。內側密封件由O形環擴展而成，整個密封組件在液壓負載的條件下被壓縮。這導致了使得軸和密封件磨損的不均勻的密封壓力。密封件還可出現變形並導致減小密封件的效能的不可接受的間隙。
因此，需要一種密封組件，所述密封組件在工具被液壓加載時並在工具閒置時為軸和殼體提供了大致均勻的密封壓力。這種均勻的密封壓力減小了磨損，最小化洩漏並有助於密封組件的更長的使用壽命。

發明內容
根據本發明的一個方面，公開了一種液壓手工工具。液壓手工工具包括框架、液壓驅動器、驅動軸和密封組件。液壓驅動器連接至殼體並包括殼體。驅動軸從液壓驅動器延伸。密封組件位於驅動軸與殼體之間。密封組件包括第一密封構件、第二密封構件和承載環。第一密封構件與殼體接觸。第二密封構件與驅動軸接觸。承載環具有外側環形凹槽和內側環形凹槽。第一密封構件位於外側環形凹槽內。第二密封構件位於內側環形凹槽內。承載環包括聚合物材料，其被構造成響應於來自於液壓驅動器的液壓流體的液壓負載而彈性變形。
根據本發明的另一方面，公開了一種密封組件。所述密封組件包括第一密封構件、第二密封構件和承載環。第一密封構件適於接觸殼體。第二密封構件適於接觸軸。承載環具有外側環形凹槽和內側環形凹槽。第一密封構件位於外側環形凹槽內。第二密封構件位於內側環形凹槽內。承載環的熱膨脹係數大致等於第一密封構件和/或第二密封構件的熱膨脹係數。
根據本發明的另一方面，公開了一種密封組件。所述密封組件包括第一密封構件、第二密封構件和承載環。第一密封構件被構造成接觸殼體。第二密封構件被構造成接觸旋轉軸。所述旋轉軸由液壓負載驅動。承載環具有外側環形凹槽和內側環形凹槽。第一密封構件位於外側環形凹槽內。第二密封構件位於內側環形凹槽內。承載環包括聚合物材料，其被構造成響應於形成液壓負載的液壓流體而彈性變形。


參照附圖在以下說明中解釋本發明的前述方面以及其它特徵，其
中
圖1是包括在此所公開的改進的密封組件的液壓驅動的手工工具
的透視圖2是液壓驅動器的剖視圖；圖3是所公開的密封組件的剖視圖；並且
圖4是圖2的液壓驅動器的局部放大剖視圖。
具體實施例方式
參照圖1，示出了一液壓驅動的手工工具10，其中所述手工工具
例如可以是一扭矩可變的衝擊扳手，其包括本發明的特徵。儘管本發 明將參照附圖中所示的示意性實施例被說明，但是應該清楚的是，本 發明可以以多種實施例的變化的形式被實施。另外，任何合適尺寸、 形狀或類型的元件或材料可以被使用。
手工工具IO包括框架12、液壓驅動器14、衝擊機構16、以及組 塊(chunk) 18。框架12還包括把手20。應該理解的是，把手20可以 連接至或與框架12—體形成。液壓驅動器14連接至框架12，其中所 述液壓驅動器可以是諸如擺線型馬達的電機。(如圖2所示的)驅動軸 22從液壓驅動器14延伸，並連接至衝擊機構16。衝擊機構16連接至 組塊18，並通過所述組塊18將扭矩和/或重複的打擊或衝擊傳遞至工 件(未示出)。在該實施例中，組塊18適於容納諸如鑽頭或其它附件 的可拆卸的連接件。在可選的實施例中，還應該理解的是，連接件可 以固定地連接至組塊18。觸發器24連接至框架12，其中所述觸發器 控制流體流、並因而控制液壓負載，以便對手工工具供能和消能。來 自液壓流體儲存器(未示出)的流體通過連接至供應埠 26的供應管 線(未示出)進入手工工具10。流體通過連接至返回埠 28的供應 管線返回至液壓流體儲存器。應該注意到的是，在可選的實施例中， 液壓流體儲存器可以與手工工具IO—體形成。
圖2示出了液壓驅動器14的剖視圖。密封組件30在液壓驅動器 14的殼體15與軸22之間安置。密封組件30可以在殼體15與軸22 之間通過如圖4所示的保持墊圈31和保持夾具33被保持就位。密封 組件30是靜態/動態軸密封件，其中所述軸密封件防止液壓驅動器14 的流體洩漏。該密封件的靜態部分被構造成防止液壓驅動器14與密封 組件30之間的洩漏。該密封件的動態部分被構造成防止軸22在其旋 轉時並在其靜止時的周圍的洩漏。密封組件30還產生了用於手工工具10的加壓和非加壓狀態的適用的密封。
圖3示出了密封組件30的剖視圖。密封組件30包括第一密封構 件32、第二密封構件34和支承所述第一密封構件32和第二密封構件 34的承載環36。第一和第二密封構件32和34可以例如是O形環式的 密封件。
第一密封件32是密封組件30的靜態密封部分，並在承載環36的 外側環形凹槽38內安置。第一密封構件32如圖4所示與殼體15接觸。 第一密封構件32可以由諸如Bima橡膠材料的彈性材料或例如實現靜 態部分之間的合適的密封的任何彈性材料製成。
第二密封構件34是密封組件30的動態密封部分，並在承載環36 的內側環形凹槽40內安置。第二密封構件如圖4所示與驅動軸22接 觸。第二密封構件34例如可以由諸如聚氨酯材料的彈性材料或適於承 受由軸22的旋轉運動所產生的熱和摩擦的任何彈性材料製成。
承載環36由柔性聚合物材料製成，其中在手工工具10使用(液 壓加載)時並在手工工具IO並未使用(未液壓加載)時，所述柔性聚 合物材料向所述軸22和所述殼體15提供了大體均勻的密封壓力。所 述柔性聚合物材料可以是工程塑料，其適於在手工工具IO操作過程中 出現的壓力和溫度的條件下支承密封構件32和43，所述材料例如為 縮醛樹脂、聚甲醛(polyoxymethylene)、聚甲醛(polytrioxane)、聚甲 醛(polyformaldehyde)、 多聚甲醛(paraformaldehyde)或Delrin 。
為承載環36使用柔性聚合物與具有鋼承載環的現有的結構相比 提供了多個明顯的優點。例如如上所述的柔性聚合物材料具有高變形 溫度(例如，大約260下)。變形溫度或熱變形溫度表明了材料在提高 的溫度和負載下表現的能力。這些聚合物材料允許承載環36在提高的 溫度和負載下維持其尺寸並抵抗變形。
與鋼承載環相比的一個明顯優點在於，所公開的承載環36被構造 成響應於液壓負載而彈性變形。這種彈性變形允許在殼體15和軸22 上維持大致均勻的負載。大體上，與鋼相比，聚合物具有相當大的彈 性變形範圍。這種增加的彈性變形範圍允許所公開的承載環36在施加 負載的情況下表現出柔性。這種在例如來自於液壓流體的施加的負載條件下的柔性提供了承載環36與密封構件32和34之間的共用的負載 分布。在施加的負載條件下的承載環36與密封構件32和34的變形允 許整個密封組件30表現出大致均勻的機械柔性。這有助於在殼體15 和軸22上維持大致均勻的密封壓力。
與傳統的鋼承載環結構相比的另一個明顯優點可以通過利用具有 大致相同的熱膨脹係數的密封構件和承載環材料被獲得。大體上，聚 合物的熱膨脹係數大於鋼的熱膨脹係數。在操作的所有階段過程中， 在手工工具10供能時並在手工工具10消能時，這允許整個密封構件 30大致均勻的膨脹和收縮。密封組件30的均勻的熱膨脹明顯地減小 了潛在的流體洩漏，這是通過減小熱應力並維持大致均勻的壓力密封 而實現的。由於密封構件和承載環以不同的速度膨脹和收縮，所以具 有鋼承載環的現有的結構具有熱學不匹配的問題。這種熱學不匹配促 進了密封組件的裂縫、蝕損、硬化和/或變形。這些狀態可以導緻密封 構件幾何形狀的變化，並反過來造成軸磨損以及液壓流體洩漏。
具有改進的柔性和熱學匹配特徵的所公開的承載環36為軸22和 殼體15提供了均勻的密封壓力。所公開的結構導致了軸22上的減小 的磨損，增加了密封構件32和34的耐用性，並延長了密封組件30的 使用壽命。
應該清楚的是，上述說明僅僅示意性說明了本發明。在不脫離本 發明的前提下，本領域技術人員可實現不同的變化和改型。因此，本 發明涵蓋處於權利要求書範圍內的所有這種變化、改型和改變。
權利要求
1.一種液壓手工工具，包括框架；連接至所述框架的液壓驅動器，所述液壓驅動器包含殼體；從所述液壓驅動器延伸出的驅動軸；以及位於所述驅動軸與所述殼體之間的密封組件，所述密封組件包含與所述殼體接觸的第一密封構件；與所述驅動軸接觸的第二密封構件；以及具有外側環形凹槽和內側環形凹槽的承載環，所述第一密封構件在所述外側環形凹槽內安置，所述第二密封構件在所述內側環形凹槽內安置，所述承載環由聚合物材料製成，其響應於來自所述液壓驅動器的液壓流體的液壓負載而彈性變形。
2. 根據權利要求l所述的液壓手工工具，其特徵在於，所述承載 環的熱膨脹係數大致等於所述第一密封構件和/或所述第二密封構件 的熱膨脹係數。
3. 根據權利要求l所述的液壓手工工具，其特徵在於，所述第一 密封構件提供所述殼體與所述第一密封構件之間的靜態密封。
4. 根據權利要求1所述的液壓手工工具，其特徵在於，所述第二 密封構件提供所述軸與所述第二密封構件之間的動態密封。
5. 根據權利要求l所述的液壓手工工具，其特徵在於，所述第二 密封構件提供所述軸與所述第二密封構件之間的大致均勻的壓力密 封。
6. 根據權利要求l所述的液壓手工工具，其特徵在於，所述第一 密封構件和/或所述第二密封構件由彈性材料製成。
7. 根據權利要求1所述的液壓手工工具，其特徵在於，所述承載 環由縮醛樹脂材料製成。
8. 根據權利要求1所述的液壓手工工具，其特徵在於，所述第一 密封構件和/或所述第二密封構件是O形環密封件。
9. 一種密封組件，包括 適於接觸一殼體的第一密封構件； 適於接觸一軸的第二密封構件；以及具有外側環形凹槽和內側環形凹槽的承載環，所述第一密封構件 在所述外側環形凹槽內安置，所述第二密封構件在所述內側環形凹槽 內安置，所述承載環的熱膨脹係數大致等於所述第一密封構件和/或所 述第二密封構件的熱膨脹係數。
10. 根據權利要求9所述的密封組件，其特徵在於，所述承載環 由柔性材料製成。
11. 根據權利要求9所述的密封組件，其特徵在於，所述第一密 封構件適於提供所述殼體與所述第一密封構件之間的靜態密封。
12. 根據權利要求9所述的密封組件，其特徵在於，所述第二密 封構件適於提供所述軸與所述第二密封構件之間的動態密封。
13. 根據權利要求9所述的密封組件，其特徵在於，所述第二密 封構件適於提供所述軸與所述第二密封構件之間的大致均勻的壓力密 封。
14. 一種手握持式液壓衝擊扳手，其包括框架、包含殼體的液壓 驅動器以及位於液壓驅動器的軸與所述殼體之間的如權利要求9所述 的密封組件。
15. —種密封組件，包括 構造成接觸一殼體的第一密封構件；構造成接觸一旋轉軸的第二密封構件，所述旋轉軸由液壓負載驅 動；以及具有外側環形凹槽和內側環形凹槽的承載環，所述第一密封構件 在所述外側環形凹槽內安置，所述第二密封構件在所述內側環形凹槽 內安置，所述承載環由聚合物材料製成，其被構造成響應於形成所述 液壓負載的液壓流體而彈性變形。
16. 根據權利要求15所述的密封組件，其特徵在於，所述承載環 的熱膨脹係數大致等於所述第一密封構件和/或所述第二密封構件的 熱膨脹係數。
17. 根據權利要求15所述的密封組件，其特徵在於，所述第一密 封構件和/或所述第二密封構件是O形環密封件。
18. 根據權利要求15所述的密封組件，其特徵在於，所述第一密 封構件和/或所述第二密封構件由彈性材料製成。
19. 根據權利要求15所述的密封組件，其特徵在於，所述承載環 包括縮醛樹脂材料。
20. —種手握持式液壓衝擊扳手，其包括框架、包含殼體的液壓 驅動器、以及位於所述液壓驅動器的軸與所述殼體之間的如權利要求 15所述的密封組件。
全文摘要
在此公開了一種液壓手工工具。該工具包括框架、液壓驅動器、驅動軸以及密封組件。液壓驅動器連接至所述框架並包括殼體。驅動軸從液壓驅動器延伸。密封組件位於驅動軸與殼體之間。密封組件包括第一密封構件、第二密封構件和承載環。第一密封構件與殼體接觸。第二密封構件與驅動軸接觸。承載環具有內側環形凹槽和外側環形凹槽。第二密封構件位於內側環形凹槽內。第一密封構件位於外側環形凹槽內。承載環包括聚合物材料，其被構造成響應於來自液壓驅動器的液壓流體的液壓負載而彈性變形。
文檔編號F16J15/18GK101542169SQ200780042939
公開日2009年9月23日 申請日期2007年10月29日 優先權日2006年11月20日
發明者J·W·艾爾, M·A·恰松 申請人:Fci公司