專利名稱：徑向軸封、徑向軸封組件及安裝方法
技術領域：
本發明涉及用于在轉軸和外殼之間形成流體緊密密封的動態油封。
背景技術：
動態徑向軸油封被設計為具有所謂的密封件“油側”和“空側(air side)”。這些命名與密封件被安裝的方向有關，即油側朝向外殼內部并與油接觸，而空側朝向外且暴露于空氣中。至少有兩種不同方法可安裝徑向軸油封。一種是“空側安裝”，其中密封件可以首先被安裝到外殼的孔中，然后軸(或其耐磨套)被從空側軸向安裝到密封組件中(外殼內部的方向)以作用于密封件。另一種是“油側安裝”，其中，外殼和軸都已存在，密封組件被軸向滑入外殼，并同時滑到軸(或其耐磨套)上，如此以使軸從密封件的油側進入密封組件。另外，“油側”安裝要求密封組件被安裝到外殼中，然后軸被從密封件的“油側”插入并貫穿密封件。安裝時，無論哪種類型，密封件必須能夠承受安裝時產生的軸向載荷而不會導致密封件的唇接觸而反折，否則在安裝完成條件下密封唇將被移至失效的位置。徑向軸封還需要承受泄漏試驗或使用中的各種軸向壓力。形成于密封件上(密封件的油側和空側之間)的壓差可以朝一個方向或另一個方向施加軸向載荷于密封件上(外殼中的真空或增壓)，還可以使密封件從軸拉離至少一定角度，以及在極端情況下還可以使密封件在壓力下反折和收縮以致破壞密封唇接觸。
發明內容
概括地講，本發明提供一種徑向軸封組件，該徑向軸封組件具有便于形成適合的油側安裝的特征，即使在軸與孔未對準的情況下，進一步地，當安裝時暴露于密封組件油側上的正壓力或負壓力中時，為密封組件的密封唇提供支持以防止不利的密封唇接觸破壞 (contact-breaking) JS^J0根據本發明的一個目前優選方面，提供一種徑向軸封，該徑向軸封用于容置于外殼中并圍繞軸以密封地隔離軸封的空側和軸封的油側。徑向軸封包括環形安裝部分以及密封唇，該密封唇具有在油側端和自由空側端之間延伸的環形密封表面，該密封表面相對軸軸向延伸。進一步地，環形橋通過第一鉸接部被連接到密封唇的油側端，通過第二鉸接部被連接到安裝部分。橋從第一鉸接部延伸到第二鉸接部并與密封唇徑向疊置。環形凸起從安裝部分軸向遠離橋延伸。凸起具有朝向密封唇的油側，當密封唇圍繞第一鉸接部向著凸起旋轉時，該凸起的油側面對密封唇的空側端。
根據本發明的另一方面，提供一種徑向軸封組件。該徑向軸封組件包括軸，該軸沿中心軸延伸并提供具有預設直徑的工作面，以及徑向軸封，該徑向軸封用于容置于外殼中并圍繞軸以密封地隔離徑向軸封的空側和徑向軸封的油側。徑向軸封包括環形安裝部分以及密封唇，該密封唇具有在油側端和自由空側端之間延伸的環形密封表面和相對的背面， 該密封表面軸向延伸并與工作面動態密封接觸。進一步地，環形橋通過第一樞紐被連接到密封唇的油面端，通過第二樞紐被連接到安裝部分。橋從第一樞紐延伸到第二樞紐并與密封唇徑向交疊。此外，環形凸起從安裝部分軸向遠離橋延伸。該凸起具有朝向密封唇的油面，當密封唇圍繞第一樞紐向著凸起旋轉時，該油側面對密封唇的空側端。根據本發明的另一方面，提供一種將徑向軸封安裝到軸上的方法。該方法包括提供具有工作面的軸，以及提供帶有密封唇的徑向軸封，該密封唇具有在自由狀態下從油側端向自由空側端收斂的環形密封表面。進一步地，提供帶有環形橋的徑向軸封，該環形橋通過第一鉸接部連接到油側端且在自由狀態下發散到第二鉸接部。第二鉸接部連接到外部安裝部分以使橋與密封唇徑向疊置延伸。徑向軸封進一步包括從安裝部分軸向遠離橋延伸的環形凸起，凸起具有朝向密封唇的油側。然后，使密封唇的油側端與軸的一端鄰接，并且使密封唇的空側端移動并與凸起的油側鄰接。進一步地，使密封表面與軸的工作面密封接觸， 并且同時使密封唇的空側端移動且不與凸起鄰接。
結合下列目前優選實施例和最佳實施方式的具體描述以及附圖進行考慮，本發明的上述及其他方面、特征和優點將會更加容易理解，其中圖1是根據本發明構造的徑向軸封的剖視圖；以及圖2-圖4是圖1所示的密封件的剖視圖，該密封件示為設置在具有軸的外殼中且從密封件的油側逐步安裝軸。
具體實施例方式更詳細地參閱附圖，圖1示出了根據本發明一個方面構造的徑向軸封，此后稱為密封件10，其中，該密封件適用于曲軸箱，作為示例而非限制，用于圍繞徑向軸封組件 13 (圖2-圖4)中的可旋轉的軸12進行密封，該徑向軸封組件13延伸穿過曲軸箱16中的孔14，密封件10安裝于孔14中。密封件10具有油側0和軸向相對的空側A，該兩側面與密封件10被安裝的方向有關，即油側0朝向曲軸箱16的內部，而空側A朝向外部環境。密封件10包括安裝部分，例如箱部，也稱為環18，該環18是金屬環或者環結構，帶有與其連接的彈性密封材料20。密封材料20構成彈性密封本體22的至少一部分，彈性密封本體22 帶有軸向延伸的密封唇對，密封唇M在使用中與軸12形成低動態摩擦接觸。密封件10具有環形凸起23，該環形凸起23從安裝部分18延伸以當密封唇在安裝過程中旋轉時能面對密封唇24。由此，凸起23阻止密封唇M軸向打開，從而確保密封唇24在安裝時在軸12上形成適當的密封構形。如本領域公知，金屬環18可以是L形，或呈現很多構形，例如C形、S形或如圖所示的環形，這取決于具體應用的要求。該金屬加強的環形結構18被示出為至少部分地被彈性密封材料20覆蓋在外表面上，該彈性密封材料20可以具有波狀外形沈以在曲軸箱16的孔14中提供緊密和流體密封的安裝。彈性密封材料覆蓋物20構成圍繞金屬環18成型的彈性密封本體22的一部分。芯體18和密封本體22是相對剛性的，而密封材料20是足夠彈性的以形成密封唇M。密封唇24，當處于松弛的未安裝狀態，與密封件10的水平中心軸觀成小角度地延伸，例如約1-10度，且具有環形的徑向朝向內的密封表面30以及相對的徑向朝向外的背面32，該密封表面30和背面32在油側端34和自由空側端36之間延伸。當處于自由狀態時，密封表面30在油側端34處具有最大直徑SD，該最大直徑小于軸12的工作面38的外直徑0D，如此確保使用時整個密封表面30與工作面38密封接觸。密封表面30可以具有肋條或螺紋形式的流體動力結構40，用于在軸旋轉時將油抽回到密封件的油側0。進一步地，空側端36可以設有防塵唇41，以防止污染物從密封組件10的空側A進入到油側0，更進一步地，以將潤滑油維持在密封組件10的油側0上。密封唇M具有預設厚度tl (只在圖1中示出以避免使附圖凌亂，此后提及的其它尺寸特征也是一樣)以便維持對軸12的低扭矩密封，下文更詳細地描述。環形橋42將密封唇M可操作地連接到密封本體22。環形橋42通過第一鉸接部 44被連接到密封唇M的油側端34，通過第二鉸接部46被連接到密封本體22。橋42與水平中心軸觀成角度例如約20-40度地延伸一個長度Li，然而該角度可以在與水平位置成 1-89度的范圍變化。橋42從第一鉸接部44延伸到第二鉸接部46并與密封唇M徑向疊置，如此提供朝向密封組件10的空側A的環形凹槽48。橋42具有厚度t2，而第一、第二鉸接部44、46分別具有厚度t3、t4。相對厚度優選tl ^ t3 ；t2 ^ t3，且t2 ^ t4，更優選地， tl > t3 ;t2 > t3，且t2 > t4。此外，當處于自由狀態時，第一鉸接部44具有第一直徑H1D， 第二鉸接部46具有第二直徑H2D，其中HlD < H2D。密封件10進一步包括環形組合碎屑唇/防反轉唇，也稱為凸起23，該凸起23大致從密封本體22徑向向內延伸到自由端52。凸起23從密封本體22軸向遠離密封唇M和橋 42向著密封件10的空側A延伸。凸起23具有朝向油側0和密封唇M的徑向朝向內的面 54，以及朝向空側A遠離密封唇M的徑向朝向外的面56。自由端52具有的內徑大于工作面38的直徑0D，如此在安裝和使用時，凸起23保持不與工作面38接觸。凸起23，除了作為碎屑進入密封件10的油側0的屏障，還有助于油側安裝，這將在下文進一步討論，以防止安裝時密封唇M和橋42打開。凸起23具有在面M、56之間延伸的厚度，該厚度足以在安裝時提供基本維持其外形和幾何形狀的足夠剛性的環形。圖2-圖4示出軸12穿過密封件10的油側安裝進程，其中軸12的中心軸58與密封件10的中心軸觀同軸對準。安裝時，密封件10已安裝于外殼16中，此后軸12被伸入到孔14中并穿過密封件10。當軸12軸向滑入孔14中，軸12的一端60首先與密封件10 的油側端34接觸，并且當接觸發生時，導致主要的密封唇M徑向向外擴張且密封唇M的空側端36徑向向外傾斜，以致凹槽48部分收縮，從而減小將密封件10圍繞軸12安裝所需的軸向安裝力。隨著安裝的進行，如圖3所示，空側端36繼續徑向向外和軸向向著空側A 移動。結果，凸起23的內表面M與密封唇M的空側端36相遇并死死擋住該空側端36，從而阻止密封唇M和橋42繼續軸向向著密封件的空側A移動。于是，凸起23阻止了密封唇 24和橋42向著密封件10的空側A的軸向向外的轉動和反轉。如此，如圖4所示，當軸12 穿過密封件10完全安裝時，密封唇M可以徑向向內恢復以與軸12的工作面38形成適當
6的密封構形。 顯然，根據上述教導，本發明的各種修改和變化都是可能的。因此，應當理解，在所附權利要求范圍內，本發明也可通過除了具體描述以外的方式實現。
權利要求
1.一種徑向軸封，該徑向軸封用于容置于外殼中并圍繞軸以密封地隔離軸封的空側和軸封的油側，包括一環形安裝部分；一密封唇，具有在油側端和自由的空側端之間延伸的環形密封表面，所述密封表面相對所述軸軸向延伸；一環形橋，通過第一鉸接部連接到所述密封唇的所述油側端并通過第二鉸接部連接到所述安裝部分，所述橋從所述第一鉸接部延伸到所述第二鉸接部并與所述密封唇徑向疊置；以及一環形凸起，從所述安裝部分軸向遠離所述橋延伸，所述凸起具有朝向所述密封唇的油側，且當所述密封唇圍繞所述第一鉸接部向著所述凸起旋轉時，凸起的油側面對所述密封唇的所述空側端。
2.如權利要求1所述的徑向軸封，其特征在于，所述凸起延伸到環形自由端，該環形自由端的直徑大于所述密封唇的直徑。
3.如權利要求1所述的徑向軸封，其特征在于，所述第一鉸接部具有一厚度，所述密封唇具有大于所述第一鉸接部的所述厚度的厚度。
4.如權利要求3所述的徑向軸封，其特征在于，所述橋具有大于所述第一鉸接部的所述厚度的厚度。
5.如權利要求4所述的徑向軸封，其特征在于，所述密封唇的所述厚度大于所述橋的所述厚度。
6.如權利要求5所述的徑向軸封，其特征在于，所述橋的所述厚度大于所述第二鉸接部的所述厚度。
7.如權利要求1所述的徑向軸封，其特征在于，所述橋具有大于所述第二鉸接部的所述厚度的厚度。
8.如權利要求7所述的徑向軸封，其特征在于，所述橋具有大于所述第一鉸接部的所述厚度的厚度。
9.如權利要求7所述的徑向軸封，其特征在于，所述密封唇具有大于所述第二鉸接部的所述厚度的厚度。
10.如權利要求7所述的徑向軸封，其特征在于，所述密封唇具有大于所述橋的所述厚度的厚度。
11.如權利要求1所述的徑向軸封，其特征在于，所述第一鉸接部在所述密封唇和所述凸起之間延伸。
12.—種徑向軸封組件，包括一軸，沿中心軸延伸并提供具有預設直徑的工作面；以及一徑向軸封，該徑向軸封用于容置于外殼中并圍繞所述軸以密封地隔離徑向軸封的空側和徑向軸封的油側，該軸封包括一環形安裝部分；一密封唇，具有在油側端和自由的空側端之間延伸的環形密封表面，所述密封表面軸向延伸并與所述工作面動態密封接觸；一環形橋，通過第一鉸接部連接到所述密封唇的所述油側端并通過第二鉸接部連接到所述安裝部分，所述橋從所述第一鉸接部延伸到所述第二鉸接部并與所述密封唇徑向疊置；以及一環形凸起，從所述安裝部分軸向遠離所述橋向著所述工作面延伸，所述凸起具有朝向所述密封唇的油側，當所述密封唇圍繞所述第二鉸接部向著所述凸起旋轉時，凸起的油側面對所述密封唇的所述空側端。
13.如權利要求12所述的徑向軸封組件，其特征在于，所述凸起延伸到環形自由端，該環形自由端的直徑大于所述軸的直徑。
14.如權利要求13所述的徑向軸封組件，其特征在于，所述第一鉸接部具有一厚度，所述密封唇和所述橋具有大于所述第一鉸接部的所述厚度的厚度。
15.一種將徑向軸封安裝到軸上的方法，包括提供具有工作面的軸；提供帶有密封唇和環形橋的徑向軸封，該密封唇具有在自由狀態下從油側端向自由的空側端收斂的環形密封表面，該環形橋通過第一鉸接部連接到油側端且在自由狀態下發散到第二鉸接部，第二鉸接部連接到外部安裝部分使橋與密封唇徑向疊置延伸，該徑向軸封進一步包括從安裝部分軸向遠離橋延伸的環形凸起，該凸起具有朝向密封唇的油側；使軸和徑向軸封軸向向著彼此移動；使密封唇的油側端與軸的一端鄰接，并且使密封唇的空側端移動并與凸起的油側鄰接；以及使密封表面與工作面密封接觸，并且同時使密封唇的空側端移動且不與凸起鄰接。
16.如權利要求15所述的將徑向軸封安裝到軸上的方法，進一步包括，為凸起提供延伸到自由端的預設長度，該自由端具有大于工作面直徑的直徑。
17.如權利要求16所述的將徑向軸封安裝到軸上的方法，進一步包括，使密封表面從收斂構形至少部分地繞第一鉸接部旋轉到發散構形。
全文摘要
本發明提供一種徑向軸封，用于容置于外殼中并圍繞軸以密封地隔離密封件的空側和軸封的油側。該密封件包括安裝部分和密封唇，該密封唇具有在油側端和自由空側端之間延伸的環形密封表面。環形橋通過第一鉸接部被連接到密封唇的油側端，通過第二鉸接部被連接到安裝部分。橋從第一鉸接部延伸到第二鉸接部并與密封唇徑向疊置。環形凸起從安裝部分軸向遠離橋延伸。凸起具有朝向密封唇的油側，且當密封唇圍繞第一鉸接部旋轉時面對密封唇的空側端。
文檔編號F16J15/32GK102356258SQ201080012109
公開日2012年2月15日 申請日期2010年1月28日 優先權日2009年1月28日
發明者大衛·M·托特, 布倫特·R·賽德拉 申請人:費德羅-莫格爾公司