輪轂軸承及其密封裝置的制造方法
【專利摘要】本發明涉輪轂軸承及其密封裝置。輪轂軸承密封裝置包括輪轂軸承內圈、外圈、環形的密封件和密封擋圈，密封擋圈被固定到內圈，密封件的外周被固定到外圈。在密封件內部有金屬骨架，密封件通過金屬骨架固定在外圈上，并且密封件在金屬骨架上設有密封唇緣，所述密封唇緣與密封擋圈形成干涉接觸。密封件內部還設有另一金屬骨架層，其徑向地設置在金屬骨架內側并與金屬骨架具有不同的熱膨脹系數，與金屬骨架構成雙金屬片式骨架。密封裝置工作時，雙金屬片式骨架可以根據溫度的變化動態調節密封唇緣和密封擋圈之間的過盈量。根據本發明的輪轂軸承，起動扭矩小，工作條件下的密封效果好，結構簡單，可靠且容易維護。
【專利說明】
輪轂軸承及其密封裝置
技術領域
[0001]在第一方面，本發明涉及輪轂軸承的密封裝置。更加具體地，本發明涉及一種輪轂軸承密封裝置，其中利用密封件覆蓋輪轂軸承的內圈和外圈之間的空間，并且密封擋圈在軸向上設于密封件的外側上。在第二方面，本發明涉及一種輪轂軸承。
【背景技術】
[0002]例如用于在車輛中使用的輪轂軸承包括密封裝置，其利用環形的密封件覆蓋外圈和內圈之間的空間，從而抑制異物(諸如水和塵土)侵入軸承內部并防止潤滑油脂泄漏。另夕卜，因為輪轂軸承需要允許內圈和外圈之間的相對旋轉，所以密封件的外周被固定到外圈，而密封件的內周與內圈形成滑動接觸。
[0003]但是，僅僅通過密封件覆蓋外圈和內圈之間的空間無法獲得阻止水和塵土從外側侵入和阻止油脂泄漏的充分密封性質，并且難以抑制油脂泄漏以及抑制水和塵土從密封件的內周和內圈之間的空間進入軸承的內部。
[0004]為了防止外部異物侵入輪轂軸承，通常沿軸向在密封件的外側上設置呈屏蔽板形式的密封擋圈，密封擋圈被固定到內圈，密封件的內周與密封擋圈形成接觸。
[0005]圖1顯示了一種如上所述的傳統輪轂軸承密封裝置，其中圖1是現有技術的輪轂軸承的截面視圖，圖1A是圖1中的部分X的放大視圖。在圖1中，輪轂軸承為雙列滾珠軸承，包括:外圈Γ;內圈3’;用于保持雙列滾珠(未標出)的保持架(未標出)；用于覆蓋內圈3’和外圈I’之間限定的空間的密封件2’ ；和在輪轂軸承軸向上設于密封件2’外側的密封擋圈4’。內圈3’、外圈1’、密封件2’和密封擋圈4’構成輪轂軸承的密封裝置。
[0006]如圖1A所示，密封件2’的外周被固定到外圈I’上，與外圈I’ 一起處于靜止狀態，密封擋圈4’被固定到內圈3’上，隨內圈3’ 一起旋轉。在圖1A中，密封擋圈4’是環形金屬板，其被彎曲成L形，一條支腿朝輪轂軸承的內部延伸并被固定到內圈3’。此外，在密封件2’內部有金屬骨架23’，利用該金屬骨架23’使密封件2’的外周與外圈I’固定在一起，并且密封件2’在其金屬骨架23’上注射模制有第一徑向密封唇緣22’和第二軸向密封唇緣21’，兩個密封唇緣分別沿輪轂軸承徑向和軸向延伸并與L形密封擋圈4’的兩條支腿形成干涉接觸。通過設置密封唇緣與密封擋圈的干涉接觸程度(即過盈量)，實現密封，其中第一徑向密封唇緣22’阻止油脂泄漏，而第二軸向密封唇緣21’阻止水和塵土等外部污染侵入輪轂軸承內部。
[0007]現有技術的輪轂軸承密封裝置中，密封件主體與金屬骨架23’ 一起形成密封件2，。
[0008]傳統的設有例如上述密封件2’的輪轂軸承的起動扭矩較高，并且大大高于運行扭矩。如圖2A-2B所示，有密封件的輪轂軸承的運行扭矩為0.61Nm，無密封件的輪轂軸承的運行扭矩為0.29Nm，有密封件的輪轂軸承的起動扭矩為1.35Nm,無密封件的輪轂軸承的起動扭矩為0.43Nm。由此可以得出，密封件所引起的起動扭矩為0.92Nm,該數值達到無密封件的輪轂軸承的起動扭矩的2.14倍。這是因為，當軸承起動時，由于密封件的密封唇緣與密封擋圈之間的干涉接觸，造成摩擦扭矩較高。
[0009]此外，由于起動時潤滑不足，密封件所引起的摩擦扭矩占據輪轂軸承的起動扭矩的較大比例。進而，由于起動扭矩較高，不易起動，因此傳統的輪轂軸承需要更強力的驅動裝置，這影響了輪轂軸承的性能。
[0010]因此，存在對改進的輪轂軸承密封裝置的需要。
【發明內容】
[0011]本發明提供一種輪轂軸承密封裝置，其包括輪轂軸承內圈、外圈、環形的密封件和密封擋圈，密封擋圈被固定到內圈，密封件的外周被固定到外圈。在密封件內部有金屬骨架，利用該金屬骨架使密封件的外周固定到外圈，并且密封件在金屬骨架上分別設有徑向和軸向密封唇緣，其分別沿輪轂軸承徑向和軸向延伸并與密封擋圈形成干涉接觸。本發明的輪轂軸承密封裝置的特征在于，密封件內部還設有另一金屬骨架層，其徑向地設置在金屬骨架內側并與金屬骨架具有不同的熱膨脹系數，與金屬骨架構成雙金屬片式骨架，該雙金屬片式骨架被構造用以在所述密封裝置工作時，隨溫度的變化動態地調節徑向和軸向密封唇緣和密封擋圈之間的過盈量。
[0012]根據本發明的實施例，該雙金屬片式骨架被構造為隨著溫度升高而增加所述密封唇緣和密封擋圈之間的過盈量。
[0013]與傳統的輪轂軸承密封裝置相比，本發明的輪轂軸承密封裝置采用雙金屬片式骨架，代替通常的金屬骨架。在工作過程中，雙金屬片式骨架隨著溫度變化同時改變徑向和軸向密封唇緣與密封擋圈之間的干涉接觸程度，特別是在起動階段和運行階段。在起動階段，由于起動時溫度低，干涉接觸程度小，因此摩擦扭矩小，同時潤滑油脂被很好地密封。因此，減小輪轂軸承的起動扭矩，同時保證防塵和密封效果。而在運行階段，輪轂軸承運轉溫度高，油膜形成良好，密封唇緣在密封條件下工作，干涉接觸程度雖增加但合適。由于穩定運行時溫度高，潤滑油脂工作良好，干涉接觸程度合適，因此潤滑油脂被很好地密封，且摩擦扭矩合適。
[0014]優選地，在輪轂軸承起動時的通常溫度下，雙金屬片式骨架的內側金屬骨架層向內收縮，使密封件向內彎曲，從而使徑向和軸向密封唇緣同時遠離密封擋圈移動，減小軸承密封唇緣與密封擋圈之間的干涉接觸程度，由此減小了密封唇緣與密封擋圈之間的摩擦扭矩。可選地，在起動時的通常溫度下，雙金屬片式骨架的內側金屬骨架層可以處于常態，既不收縮也不擴張。
[0015]在輪轂軸承起動之后，潤滑油膜逐漸形成，軸承溫度逐漸升高。隨著溫度升高，雙金屬片式骨架的內側金屬骨架層向外擴張，使密封件向外彎曲，從而使徑向和軸向密封唇緣朝向密封擋圈移動，增加軸承密封唇緣與密封擋圈之間的干涉接觸程度，直至輪轂軸承達到穩定的工作溫度，金屬骨架層從向內收縮狀態變為常態或從常態變為擴張狀態。
[0016]根據本發明的實施例，軸承密封唇緣被注射模制在雙金屬片式骨架上。
[0017]根據本發明的實施例，密封擋圈彎曲為L形，其一條支腿朝輪轂軸承的內部延伸并被固定到內圈，密封唇緣包括分別與密封擋圈的兩條支腿分別干涉接觸的第一徑向密封唇緣和第二軸向密封唇緣。與被固定到內圈的一條支腿干涉接觸的第一徑向密封唇緣阻止油脂泄漏，而第二軸向密封唇緣阻止水和塵土等外部污染侵入輪轂軸承內部。輪轂軸承的摩擦扭矩由第一徑向密封唇緣、第二軸向密封唇緣和密封擋圈之間的摩擦導致，第一徑向密封唇緣導致的摩擦扭矩大于第二軸向密封唇緣導致的摩擦扭矩。雙金屬片式骨架的形狀能夠隨著溫度變化而變化，從而改變第一徑向密封和第二軸向密封唇緣與密封擋圈之間的摩擦扭矩。
[0018]根據本發明的實施例，第二軸向密封唇緣在所述密封件的面對所述密封擋圈的側表面上在軸向上向所述輪轂軸承的外部擴展。
[0019]根據本發明的實施例，第一徑向唇緣在所述密封件的面對所述密封擋圈的側表面上在徑向上向所述內圈擴展。
[0020]根據本發明的實施例，優選地，在雙金屬片式骨架上設有周向狹槽。優選地，周向狹槽沿周向均勻布置。通過雙金屬片式骨架上的狹槽，由于變形所造成的內應力得到了減小。因此，在一定強度的前提下，可以更好地響應溫度變化。
[0021]本發明還提供一種輪轂軸承，其特征在于:其包括上述的輪轂軸承密封裝置。
[0022]與傳統的輪轂軸承相比，根據本發明的輪轂軸承具有以下優點:
[0023]1.結構簡單，容易制造，制造成本低。
[0024]2.同時調節徑向和軸向密封唇緣與密封擋圈之間的干涉程度可以獲得理想的起動扭矩。
[0025]3.起動時，旋轉速度低，潤滑不充分，而徑向和軸向密封唇緣與密封擋圈干涉接觸程度較小，由此可以提供密封效果并且減小起動扭矩。
[0026]4.起動時，潤滑油膜可能尚未形成，而徑向和密封唇緣與密封擋圈干涉接觸程度較小，由此可以有效避免密封唇緣與密封擋圈之間的干摩擦所造成的損傷。
[0027]5.起動時，第一徑向密封唇緣和第二軸向唇緣所引起的摩擦均得到減小，由此減小了較大比例的摩擦，從而顯著減小了起動扭矩。
[0028]6.徑向和軸向密封唇緣和密封擋圈之間的干涉接觸由溫度變化控制，當溫度不變時，干涉程度保持穩定。這非常適合于輪轂軸承的密封。
[0029]7.輪轂軸承密封裝置在保證工作狀態下的密封效果的同減小了起動扭矩。
【附圖說明】
[0030]本領域技術人員通過參照附圖，通過下文例證性實施例的詳細說明，將明白和理解本發明的這些和其它方面和優點。在圖中:
[0031]圖1是現有技術的輪轂軸承的截面視圖；
[0032]圖1A是圖1中與輪轂軸承密封裝置有關的部分X的放大視圖；
[0033]圖2A-2B分別是在有密封件和無密封件的情況下所引起的摩擦扭矩的示意圖表；
[0034]圖3是本發明實施例的輪轂軸承的截面視圖；
[0035]圖3A是圖3中與輪轂軸承密封裝置有關的部分X的放大視圖；和
[0036]圖4是本發明實施例的輪轂軸承密封裝置的雙金屬片式骨架的示意圖。
[0037]附圖標記列表
[0038]I’ 外圈
[0039]2’密封件
[0040]3’ 內圈
[0041]4’密封擋圈
[0042]21’第二軸向密封唇緣
[0043]22’第一徑向密封唇緣
[0044]23’金屬骨架
[0045]I 外圈
[0046]2密封件
[0047]3 內圈
[0048]4密封擋圈
[0049]21第二軸向密封唇緣
[0050]22第一徑向密封唇緣
[0051]23金屬骨架
[0052]24金屬骨架層
[0053]25 狹槽
【具體實施方式】
[0054]在下文例證性實施例的詳細說明中，將參照圖3-4描述本發明的各個特征和方面。
[0055]圖3示出包括根據本發明實施例的輪轂軸承密封裝置的輪轂軸承的局部截面視圖。圖3A示出圖3所示的輪轂軸承的密封裝置部分X的放大視圖。
[0056]在圖3中，輪轂軸承為雙列滾珠軸承，包括:外圈I ;內圈3 ;用于保持雙列滾珠(未標出)的保持架(未標出)；用于覆蓋內圈3和外圈I之間限定的空間的密封件2(例如為橡膠材料)；和在輪轂軸承軸向上設于密封件2外側的密封擋圈4。內圈3、外圈1、密封件2和密封擋圈4構成輪轂軸承的密封裝置。
[0057]如圖3A所示，密封件2的外周被固定到外圈1，與外圈I 一起處于靜止狀態，密封擋圈4被固定到內圈3，隨內圈3 —起旋轉。在圖3A中，密封擋圈4是環形金屬板，其被彎曲成L形，一條支腿朝輪轂軸承的內部延伸并被固定到內圈3。此外，在密封件2內部設有金屬骨架23，利用該金屬骨架23使密封件2的外周與外圈I固定在一起，并且密封件2在其金屬骨架23上注射模制有第一徑向密封唇緣22和第二軸向密封唇緣21，兩個密封唇緣分別沿輪軸承軸向延伸并與L形密封擋圈4的兩條支腿形成干涉接觸。通過設置密封唇緣與密封擋圈的干涉接觸程度，實現密封，其中第一徑向密封唇緣22阻止油脂泄漏，而第二軸向密封唇緣21阻止水和塵土等外部污染侵入輪轂軸承內部。
[0058]密封擋圈4面對密封件2的側表面被形成為平行于密封件2的側表面的平坦表面。
[0059]此外，密封件2內部還設有另一金屬骨架層24，其徑向地設置在金屬骨架23內側。該金屬骨架層與金屬骨架23具有不同的熱膨脹系數，從而與金屬骨架23構成雙金屬片式骨架。在本實施例中，該雙金屬片式骨架的熱膨脹系數選擇成低溫下減小密封唇緣21和22與密封擋圈4之間的過盈量，且隨著溫度升高而增加密封唇緣21和22與密封擋圈4之間的過盈量。例如，可以這樣設置，在起動溫度下，內側的金屬骨架層24向內收縮，而在工作溫度下，內側的金屬骨架層24恢復到常態。或者，在起動溫度下，內側的金屬骨架層24處于常態，而在工作溫度下，內側的金屬骨架層24向外擴張。
[0060]第二軸向密封唇緣21在密封件2的面對密封擋圈4的側表面上在軸向上向輪轂軸承的外部擴展，而第一徑向密封唇緣22在密封件2的面對密封擋圈4的側表面上在徑向上向內圈3擴展。
[0061]為減小雙金屬片式骨架變形所造成的內應力，在雙金屬片式骨架上沿周向均勻地設有周向狹槽25，如圖4所示。
[0062]本發明實施例的輪轂軸承密封裝置中，密封件主體與由金屬骨架23和金屬骨架層24構成的雙金屬片式骨架一起形成密封件2。
[0063]在本實施例中，在起動時的通常溫度下，雙金屬片式骨架的內側金屬骨架層24向內收縮，使密封件2向內彎曲，從而使密封唇緣21、22遠離密封擋圈4移動，減小軸承密封唇緣21、22與密封擋圈4之間的干涉接觸程度，由此減小了密封唇緣21、22與密封擋圈4之間的摩擦扭矩。由于起動時溫度低，干涉接觸程度小，因此摩擦扭矩小，同時潤滑油脂被很好地密封。因此，減小輪轂軸承的起動扭矩，同時保證防塵和密封效果。
[0064]在輪轂軸承起動之后，潤滑油膜逐漸形成，軸承溫度逐漸升高。隨著溫度升高，雙金屬片式骨架的內側金屬骨架層24向外擴張，使密封件2向外彎曲，從而使密封唇緣21、22朝向密封擋圈4移動，增加軸承密封唇緣21、22與密封擋圈4之間的干涉接觸程度，直至輪轂軸承達到穩定的工作溫度，金屬骨架層24恢復到常態。此時，油膜形成良好，密封唇緣21,22在密封條件下工作，干涉接觸程度合適。
[0065]上面參考例證性實施例描述了本發明。但是，通過閱讀和理解本發明的說明書和附圖，本領域技術人員可以想到其它變型和替換。例如，在實施例中，第二軸向密封唇緣21在密封件2的面對密封擋圈4的側表面上在軸向上向輪轂軸承的外部擴展，密封擋圈4被固定到內圈3。但是，第二軸向密封唇緣也可以在密封件的面對密封擋圈的側表面上在徑向上向內圈擴展，密封擋圈也可以被直接固定到輪轂軸承所安裝的軸。因此，本發明不限于以上描述的實施例，而是可以在權利要求書的范圍內對本發明作出修改和變化。本發明的意圖是包含所有這些變型和替換，它們均落入附權利要求書及其等同物的范圍內。
【主權項】
1.一種用于輪轂軸承的密封裝置，其包括輪轂軸承內圈、外圈、環形的密封件和密封擋圈，所述密封擋圈被固定到內圈，所述密封件的外周被固定到所述外圈，在所述密封件內部有金屬骨架，利用該金屬骨架使所述密封件的外周被固定到所述外圈，并且所述密封件在金屬骨架上設有密封唇緣，所述密封唇緣與所述密封擋圈形成干涉接觸，其特征在于，所述密封件內部還設有另一金屬骨架層，其徑向地設置在所述金屬骨架內側，與所述金屬骨架具有不同的熱膨脹系數，并且與所述金屬骨架構成雙金屬片式骨架，所述雙金屬片式骨架被構造用以在所述密封裝置工作時，隨溫度的變化動態地調節所述密封唇緣和密封擋圈之間的過盈量。2.根據權利要求1所述的密封裝置，其特征在于，該雙金屬片式骨架被構造為隨著溫度升高而增加所述密封唇緣和密封擋圈之間的過盈量。3.根據權利要求1所述的密封裝置，其特征在于，所述軸承密封唇緣被注射模制在所述雙金屬片式骨架上。4.根據權利要求2所述的密封裝置，其特征在于，該雙金屬片式骨架被構造為在輪轂軸承起動時為向內收縮狀態，而在輪轂軸承工作狀態下為常態。5.根據權利要求2所述的密封裝置，其特征在于，該雙金屬片式骨架被構造為在輪轂軸承起動時為常態，而在輪轂軸承工作狀態下為擴張狀態。6.根據權利要求1-5中任一項所述的密封裝置，其特征在于，所述雙金屬片式骨架上設有周向狹槽。7.根據權利要求1-5中任一項所述的密封裝置，其特征在于，所述密封擋圈彎曲為L形，其一條支腿朝輪轂軸承的內部延伸并被固定到所述內圈，且所述密封唇緣包括分別與所述密封擋圈的兩條支腿分別干涉接觸的第一徑向密封唇緣和第二軸向密封唇緣。8.根據權利要求7所述的密封裝置，其特征在于，所述第二軸向密封唇緣在所述密封件的側表面上沿軸向向所述輪轂軸承的外部擴展，所述側表面面對所述密封擋圈。9.根據權利要求7所述的密封裝置，其特征在于，所述第一徑向密封唇緣在所述密封件的側表面上沿徑向向所述內圈擴展，所述側表面面對所述密封擋圈。10.一種輪轂軸承，其特征在于，其包括權利要求1-9中任一項所述的密封裝置。
【文檔編號】F16C33/78GK105864299SQ201510026786
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2015年1月20日
【發明人】張建昌, 柴仲冬, 賀晨曦
【申請人】舍弗勒技術股份兩合公司