專利名稱：汽車水泵軸承密封裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種汽車水泵軸承密封裝置，具體涉及一種具有三唇結構和新型甩 水環的汽車水泵軸承密封裝置。
背景技術：
常用汽車水泵軸承密封裝置如圖1所示水泵軸承在旋轉軸3和軸承外圈Ia之 間均勻安裝多個滾動體Ib (即鋼球)，其作用為承受載荷；一個保持架Ic用于固定上述 滾動體，并將其隔開。一個密封件2由橡膠密封體2a和金屬骨架2b構成，其中橡膠密 封體2a過盈安裝于軸承外圈Ia的密封槽Id中，以防止密封件的竄動；橡膠密封體2a的 唇部靠近軸分布，其主唇2d與旋轉軸3表面過盈配合，防止潤滑脂的泄漏以及外界異物 的滲入；“Z”字形金屬骨架2b起支撐和加強作用。這樣的密封結構雖然能夠在一定程度上實現水泵軸承潤滑脂的密封，但由 于只有兩個密封唇，密封效果不夠理想。此外，汽車水泵軸承在工作過程中，密封 件2的右側直接與水接觸，由于水是有壓力的，會向軸承內滲透，導致軸承潤滑效果 下降。為了改善這一現象，目前出現了具有甩水環結構的水泵軸承密封，比如專利
"Hydrogenated nitrile rubber seal for water pumpbearing (GB2332714A) ” , “水泵軸承密封 裝置(CN1485544A) ”等，這些專利通過使用甩水環結構，在很大程度上提高了水泵軸 承的密封效果，然而這些結構所實現的效果并未達到最佳，如專利“水泵軸承密封裝 置(CN1485544A) ”具有四個密封唇，結構過于復雜，通過兩個密封件的嵌套配合實現 密封，其中第二密封件(即甩水結構)通過與其粘接的彈性密封唇口與第一密封件接觸， 當甩水環與軸一起旋轉時，由于離心力的作用，將使密封效果和甩水效果降低，此外， 甩水環的外圈為光滑的圓柱形，無法形成有效的甩水效果；專利” Hydrogenated nitrile rubber seal for water pumpbearing (GB2332714A)，，也是一個三唇密封結構，密封體的第三 唇與甩水環外圈的外表面徑向彈性壓緊接觸，甩水環的外圈為光滑的圓柱形，同樣存在 無法形成有效的甩水效果的問題。近年來，隨著水泵中所使用的發動機性能的改善，對軸承密封件密封性能的要 求也日益增加。軸承密封的可靠性和耐久性都將直接影響軸承的使用性能，因此，有效 地提高密封軸承的密封性能是提高軸承壽命的前提和關鍵。軸承的早期損壞，往往不是由軸承材質問題引起的，而是由于污物等浸入軸承 內部，引起溝道表面的點型剝落即雜物浸入一溝道壓痕一應力集中一產生片狀剝落一 軸承失效或水浸入軸承一潤滑失效一產生麻點剝落一軸承失效。鑒于水泵軸承密封的重要性，以及目前的軸承密封結構仍然存在效果不是最佳 的現狀，開發新型的具有更好密封效果和甩水效果的汽車水泵軸承密封結構十分必要。
發明內容
本發明提供一種用于密封汽車水泵軸承的帶有甩水環的密封裝置，旨在解決上述問題。該裝置可大幅改善防止水分、異物微粒及其混合物等侵入軸承內部的功能，從 而改善軸承的耐久性。本發明是通過以下技術方案實現的一種汽車水泵軸承密封裝置，包括一個安裝于旋轉軸40上的軸承10，多個均 勻安裝在旋轉軸40和軸承外圈IOa之間的滾動體10b，一個在各滾動體之間保持預定間隔 的保持架10c，一個密封件20安裝于旋轉軸40與軸承10之間所形成空間的開口端部接 合處，所述的密封件20包括密封體20a以及與密封體20a緊密鍥合粘結的金屬骨架20b， 其特征在于，所述的密封體20a沿徑向朝旋轉軸40方向延伸出一個三唇結構，分別是主 唇20e、第一副唇20d、第二副唇20c，密封體20a靠近軸承10的一個端部過盈安裝于密 封槽IOd內，金屬骨架20b的一個端部插入密封體20a，另一端部彎曲地嵌入主唇20e和 第二副唇20c的接合處；所述的密封件20還包括一個甩水環30，甩水環30包括一個緊 密安裝于旋轉軸40表面的內圈30c、一個與內圈30c同軸且圍繞內圈30c的外圈30a，和 連接內、外圈的凸緣30b，外圈30a與密封體20a之間間隙配合，外圈30a的內表面與第 二副唇20c彈性壓緊，內圈30c的外表面與主唇20e彈性壓緊，第一副唇20d與旋轉軸40 保持符合動配合要求的間隙；在甩水環30的外圈30a的外表面上，開有2個或2個以上 沿外圈30a周向均布的圓弧形凹槽30d。進一步優化的技術方案為第二副唇20c與金屬骨架20b的徑向夾角Y為0° < γ <90°，第一副唇20d 與主唇20e之間的夾角α為0° < α <180°，主唇20e與第二副唇20c之間的夾角β 為 90° < β < 180°。另一個優選技術方案為上述排水槽的深度h為0 < h < d，排水槽弧形半徑r為h < r < D/2，圓弧 形凹槽30d的個數N設置為其中d為甩水環外圈的厚度，D為甩
水環外圈直徑。有益效果與現有技術相比，本發明能避免密封件主唇與外界環境的直接接觸，同時在軸 旋轉過程中充分排除密封件周圍的水分，從而有效地防止軸承內部潤滑脂的泄漏以及外 界水分、異物雜質等的浸入。同時，該發明可避免以下現象的發生軸承運行至高溫時 軸承內部由于受熱壓力升高，造成潤滑脂泄漏；軸承停轉時由高溫冷卻至室溫，軸承內 部壓力急劇下降，吸收外界水蒸氣及灰塵。在主軸旋轉過程中，甩水環外表面所開設的凹槽會產生離心作用，進一步甩去 冷卻水，其排水效果比現有技術有明顯的提高。
圖1是現有技術的水泵軸承密封裝置剖面視圖，該裝置為軸對稱分布。其中，1 為軸承，Ia為軸承外圈，Ib為滾動體，Ic為保持架，Id為密封槽，2為密封件，2a為密 封體，2b為金屬骨架，2d為主唇，2c為副唇，4為旋轉軸；圖2是本發明裝置的剖面視圖，該裝置為軸對稱分布。其中，10為軸承，IOa為軸承外圈，IOb為滾動體，IOc為保持架，IOd為密封槽，20為密封件，20a為密封體， 20b為金屬骨架，20e為主唇，20d為第一副唇，20c為第二副唇，30為甩水環，30a為甩 水環外圈，30c為甩水環內圈，30b為連接內、外圈的凸緣，30d為排水槽，30e為甩水環 30與密封件20之間的安裝間隙，40為旋轉軸，50為第二副唇20c與甩水環30外圈30a 形成的腔體，60為主唇20e、第二副唇20c與甩水環30凸緣30b形成的腔體，70為主唇 20e、第一副唇20d與甩水環30內圈30c形成的腔體，α為第一副唇20d與主唇20e之間 的夾角，β為主唇20e與第二副唇20c之間的夾角，γ為第二副唇20c與金屬骨架20b 的徑向夾角；圖3是甩水環外表面排水槽分布示意圖，其中30d為圓弧形排水槽，沿甩水環30 外圈30a的外表面均勻分布；圖4是甩水環外表面排水槽結構局部放大示意圖，其中30d為排水槽，呈圓弧 形。其中，h為排水槽的深度，r為排水槽弧形半徑，d為甩水環外圈的厚度，D為甩水 環外圈直徑。
具體實施例方式下面將結合附圖與具體實施方式
對本發明進行進一步詳細說明根據本發明的設計，汽車水泵軸承密封圈20的軸向橫截面如圖2所示。軸承 內部充滿潤滑脂，而軸承本體由外圈10a，安裝于軸承外圈IOa和旋轉軸40之間的滾子 IOb,以及支撐并均勻分隔滾子IOb的保持架IOc組成。軸承密封圈由密封件20和甩水 環30構成。密封件20固定于軸承外圈IOa的密封槽IOd上。密封件20包括金屬骨架 20b和彈性密封體20a兩部分，其中彈性密封體20a為三唇結構主唇20e，第一副唇20d 和第二副唇20c形成一個整體，金屬骨架20b固定后的橫截面圖呈改進的“Z”字形，為 一環形薄板，其外表面與密封體20a緊密粘接，尾部伸進主唇20e和第二副唇20c的接合 處，增加了整個密封圈的強度，避免了密封圈的壓裝變形。彈性密封體20a由氟橡膠制成，橫截面呈三分叉形(如圖2)。第一副唇20d與主唇20e之間的夾角α (0° < α <180° )，主唇20e與第二 副唇20c之間的夾角β (90° < β <180° )，第二副唇20c與金屬骨架20b的徑向夾角 Y (0° < Y < 90° )；甩水環30材料為不銹鋼，安裝于旋轉軸40上靠近葉輪一側。甩水環30由一個 緊密安裝于旋轉軸40表面的內圈30c，一個與內圈30c同軸且圍繞內圈的外圈30a，連接 內、外圈的凸緣30b以及外圈30a外表面沿周向均布的圓弧形凹槽30d組成。在結構上彈性密封體20a的第二副唇20c與甩水環30的外圈30a的內表面彈性過 盈接觸，主唇20e與內圈30c的外表面彈性過盈接觸，而第一副唇20d則與旋轉軸40的 外表面接觸，其中，每一個接觸都構成一個密封結構。實施例本發明試裝于江蘇容天樂公司生產的WR3258152型汽車水泵軸承中，其工作方 式為噴入軸承密封圈內部的冷卻水或水汽將被甩水環30的外側面阻攔，隨著軸的轉 動，甩水環30外表面的凹槽30d將產生離心作用進一步甩去冷卻水，并使第二副唇20c 與甩水環30形成的腔體50內產生微小的負壓，使水汽以及異物等不能進入密封唇與甩水環形成的腔體60、70，從而防止密封件20的老化或膨脹所引起的密封失效(尤其是主唇 20e和第二副唇20c)。密封件20的第一副唇20d將潤滑脂密封于軸承10的內部，而主唇20e和第二副 唇20c則起到在高速轉動下進一步阻止潤滑脂向外泄漏的作用。同時，由于甩水環30外表面設置了凹槽30d結構，在同樣的工作環境下，按排 水槽個數為16、排水槽深度0.2mm、甩水環外圈直徑41.9mm、排水槽弧形半徑1mm、電 機轉速3425r/min設置，該密封裝置的排水量比未設置排水槽的密封裝置提高24L/min。
權利要求
1.一種汽車水泵軸承密封裝置，包括一個安裝于旋轉軸(40)上的軸承(10)，多個 均勻安裝在旋轉軸(40)和軸承外圈(IOa)之間的滾動體(IOb)，一個在各滾動體之間保持 預定間隔的保持架(10c)，一個密封件(20)安裝于旋轉軸(40)與軸承(10)之間所形成空 間的開口端部接合處，所述的密封件(20)包括密封體(20a)以及與密封體(20a)緊密鍥 合粘結的金屬骨架(20b)，其特征在于，所述的密封體(20a)沿徑向朝軸承(40)方向延 伸出一個三唇結構，分別是主唇(20e)、第一副唇(20d)、第二副唇(20c)，密封體(20a) 靠近軸承(10)的一個端部過盈安裝于密封槽(IOd)內，金屬骨架(20b)的一個端部插入 密封體(20a)，另一端部彎曲地嵌入主唇(20e)和第二副唇(20c)的接合處；所述的密封 件(20)還包括一個甩水環(30)，甩水環(30)包括一個緊密安裝于旋轉軸(40)表面的內 圈(30c)、一個與內圈(30c)同軸且圍繞內圈(30c)的外圈(30a)，和連接內、外圈的凸緣 (30b),外圈(30a)與密封體(20a)之間間隙配合，外圈(30a)的內表面與第二副唇(20c) 彈性壓緊，內圈(30c)的外表面與主唇(20e)彈性壓緊，第一副唇(20d)與旋轉軸(40)保 持符合動配合要求的間隙；在甩水環(30)的外圈(30a)的外表面上，開有2個或2個以 上沿外圈(30a)周向均布的圓弧形凹槽(30d)。
2.如權利要求1所述的汽車水泵軸承密封裝置，其特征在于，所述的第二副唇(20c) 與金屬骨架(20b)之間的有一徑向夾角Y，Y為0° < γ <90°，所述的第一副唇(20d) 與主唇(20e)之間有一夾角α，α為0° < α < 180°，所述的主唇(20e)與第二副唇 (20c)之間有夾角 β，β 為 90° < β < 180°。
3.如權利要求1所述的汽車水泵軸承密封裝置，其特征在于，所述的排水槽的深度h 為0<h<d，排水槽弧形半徑r為h<r<D/2，圓弧形凹槽30d的個數N設置為 其中d為甩水環外圈的厚度，D為甩環外。
全文摘要
本發明涉及一種汽車水泵軸承密封裝置，其密封件安裝于旋轉軸與軸承之間所形成空間的開口端部接合處，通過壓力作用安裝于軸承外圈上的密封槽中。密封件由密封體、金屬骨架和甩水環構成，密封體為三唇結構，分別通過主唇、第二副唇與甩水環30彈性壓緊以及第一副唇與軸承的接觸實現密封；甩水環外圈上開有圓弧形排水槽，轉動過程產生離心甩水效應，可有效的阻止水汽等浸入軸承內部；本發明用于高溫環境中可防止軸承內部受熱壓力升高所造成的潤滑脂泄漏；同時，該密封圈遇冷水不變形，可防止當軸承溫度從高溫冷卻到室溫時，軸承內部壓力急劇下降所造成的對軸承外界水蒸氣及灰塵的吸收現象。
文檔編號F16J15/32GK102011746SQ20101053918
公開日2011年4月13日 申請日期2010年11月11日 優先權日2010年11月11日
發明者周瓊, 唐建平, 安琦, 徐澤民 申請人:華東理工大學, 江蘇容天樂機械股份有限公司