CN103502706B - 低扭矩径向轴封组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种轴封组件，其包括金属外壳，该金属外壳具有径向向内延伸至自由端的环形腿部，该腿部的相对的油侧和空侧分别面向密封组件的油侧和空侧。与该腿部结合在一起的弹性材料形成邻近自由端的主体和从该主体径向向内的主密封唇。该主密封唇具有在空侧端和自由油侧端之间延伸的密封表面。该空侧端通过第一铰接部与环形桥相连，该桥通过第二铰接部可操作地与该主体相连。第一铰接部和第二铰接部各自的厚度小于桥的厚度，且第一铰接部的厚度小于主密封唇的厚度。

Description

低扭矩径向轴封组件

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年3月17提交的第61/453,557号美国临时申请的权益，其在此通过引用而全部并入。

技术领域

本发明主要涉及一种密封组件，更具体地涉及一种转轴密封组件。

背景技术

轴封普遍用于多种类型的汽车应用。轴封除了对转轴或轴套的工作面建立可靠的密封以阻止污染物进入和所需润滑油泄漏之外，还需要提供对轴的最小工作扭矩。轴封减小的工作扭矩有助于提高车辆的整体燃油经济性，因为低扭矩需要较小的寄生马力（parasitichorsepower）以转动轴，比如曲柄轴，作为示例，其取决于轴封对轴的工作面产生的少量阻力。然而，为了实现对轴的最大密封或最小摩擦通常需要折衷。进一步地，还需要密封唇更易于且更适于被安装到轴上。然而，在安装时，密封唇有时会不知不觉地反转，从而导致使用中产生问题。

根据本发明构造的轴封解决了需要实现可靠密封和最小摩擦的问题，同时在空侧安装中更易于被安装到轴上而无须担心无意中导致的密封唇反转。

发明内容

轴封组件包括环形金属外壳，该金属外壳具有朝向密封组件的中心轴径向向内延伸至自由端的环形腿部。该腿部具有相对的油侧和空侧，该腿部的油侧和空侧分别面向密封组件的油侧和空侧。进一步地，弹性材料与腿部结合。该弹性材料形成了直接邻近腿部自由端的主体且进一步提供从该主体径向向内的环形主密封唇。该主密封唇具有在径向面向外的背面和径向面向内的密封表面之间延伸的厚度。该密封表面沿着主密封唇的全长从空侧端延伸至自由油侧端，该自由油侧端朝着密封组件的油侧延伸。该密封表面平行于中心轴并沿着其长度倚靠（against）轴工作面延伸。该空侧端通过第一铰接部与由弹性材料形成的环形桥相连。该桥通过第二铰接部可操作地与主体相连接。该桥具有穿过桥的厚度延伸的相对面。第一铰接部和第二铰接部各自的厚度小于桥的厚度，且第一铰接部的厚度小于主密封唇的厚度。

如此，第一铰接部和第二铰接部共同工作以保证主密封唇的密封表面与轴工作面形成适当的密封邻接。进一步地，弹性的第一铰接部和第二铰接部与具有增大厚度和较小弹性的主密封唇结合，容许主密封唇提供对轴工作面的主要负载来源。

根据本发明的另一个方面，轴封组件包括辅助唇，该辅助唇可操作地与主体连接且延伸至与轴的工作面邻接的自由端，其中该自由端面向密封组件的与主密封唇结合的油侧。由于主密封唇和辅助密封唇与轴形成正常运行关系时均面向密封组件的油侧，穿过密封组件的轴的空侧装配进程更容易进行，且此处不需要考虑无意中导致密封唇之一反转。

根据本发明的另一个方面，辅助唇具有穿过直接邻近主体的相对面延伸的厚度，其中辅助唇通过辅助铰接部可操作地与主体相连，该辅助铰接部的厚度小于所述辅助唇的厚度。如此，该辅助铰接部有利于最小化辅助唇和轴的工作面之间产生的工作摩擦力。

根据本发明的另一个方面，密封组件进一步包括从辅助唇延伸的次辅助唇。该次辅助唇向着轴封组件的空侧延伸至自由端，其中该次辅助唇进一步抑制污染物进入密封组件的油侧。

根据本发明的另一个方面，次辅助唇与轴的工作面邻接。如此，在辅助唇和次辅助唇之间形成封闭的环形凹槽，这能够促进流体动力润滑的形成且进一步抑制润滑油泄漏到密封组件的空侧。

附图说明

结合下列目前优选实施例和最佳实施方式的具体描述以及附图进行考虑，本发明的上述及其他方面、特征和优点将会更加容易理解，其中：

图1是根据本发明的一个方面构造的轴封组件在未安装状态下的剖面图；

图1A是图1的轴封组件的视图，虚线表示未安装状态，实线表示安装到轴上的状态；

图2是根据本发明的另一个方面构造的轴封组件在未安装状态下的剖面图；

图2A是图2的轴封组件在安装到轴上的状态下的视图；

图3是根据本发明的另一个方面构造的轴封组件在未安装状态下的剖面图；

图3A是图3的轴封组件在安装到轴上的状态下的视图；

图4是根据本发明的另一个方面构造的轴封组件在未安装状态下的剖面图；

图4A是图4中轴封组件在安装到轴上的状态下的视图；

图5是根据本发明的另一个方面构造的轴封组件在未安装状态下的剖面图；

图5A是图5的轴封组件在安装到轴上的状态下的视图；

图6是根据本发明的另一个方面构造的轴封组件在未安装状态下的剖面图；

图6A是图6的轴封组件在安装到轴上的状态下的视图；

图7是根据本发明的另一个方面构造的轴封组件在未安装状态下的剖面图；以及

图7A是图7的轴封组件在安装到轴上的状态下的视图。

具体实施方式

更详细地参阅附图，图1（未安装）和图1A（安装）示出了根据本发明一个方面构造的径向转轴密封组件，下文中称为组件10。该组件10具有环形金属外壳，也称为外壳12，作为示例而非限制，此处表示为大体L形，且具有环形的圆柱形的或大体圆柱形的外壁14和环形的腿部18，该外壁14环绕组件10的中心轴16（图1A）周向延伸，该腿部18沿着一从外壁14径向向内朝向中心轴16的平面延伸至自由端20。该腿部18具有相对的空侧19和油侧21，空侧19和油侧21分别面对密封组件的空侧A和油侧O。应当认识到外壳12的形状并不局限于示出的形状，而且任何适合的形状均被纳入权利要求的范围。该组件10进一步包括与腿部18结合的弹性材料22，比如低成本的橡胶，该弹性材料22形成了与自由端20直接相邻的主体24。该弹性材料22还形成了从主体24径向向内的环形主密封唇26。在空侧安装进程中，该主密封唇26有利于轴28（图1A）穿过密封组件10的无障碍安装，其中轴28从密封组件10的空侧A穿过密封组件10朝密封组件10的油侧O***（通常通过将密封组件10与外壳29（图1A）组装，然后将轴28穿过密封组件10***来完成，尽管密封组件10不需要被首先安装入外壳29中）。无障碍安装使得主密封唇26与轴28的工作面30形成适当的密封接触，而无须担心主密封唇26被无意中的反转。

除了形成主体24和主密封唇26之外，弹性材料22能够围绕外壳12的整个或大体整个外表面32被模塑成型。如此，弹性材料22的径向最外部分34能够围绕外壁14的外表面32被模塑成型，其中该最外部分34的直径尺寸适于容置于外壳29的孔中，比如以线对线或轻微过盈压入配合的方式。另外，该弹性材料22能够被模塑成型为至少部分地围绕腿部18延伸，示为完全越过腿部18的空侧19以及部分越过腿部18的油侧21延伸，同时主体24横跨自由端20。据此，腿部18的整个空侧外表面19可以被弹性材料20覆盖，从而对外壳12提供抗腐蚀保护。

主密封唇26被模塑成型为具有在径向面向外的背面42和径向面向内的密封表面44之间延伸的厚度t1（图1）。该密封表面44沿着主密封唇26的长度L从空侧端46延伸至面向密封组件10的油侧O的自由油侧端48。该整个密封表面44在安装时和使用时平行于中心轴16并沿着其全长L倚靠轴工作面30延伸。该密封表面44示为具有环形且周向连续的唇部，也称为肋部47（直接邻近自由油侧端48），螺旋槽49直接从肋部47向空侧端46延伸。据此，尽管肋部47抑制了润滑油从组件10的油侧O泄漏，如果一些润滑油将要流过肋部47，槽49将该润滑油导回油侧O。空侧端46通过由弹性材料22形成的环形桥50可操作地与主体24相连。该桥50通过第一铰接部52与空侧端46相连，并且通过第二铰接部54与主体24相连。该环形桥50具有越过厚度t2（图1）延伸的相对面56、58，该厚度t2示为沿着桥50的全长恒定的或大体恒定。第一铰接部52和第二铰接部54的厚度t3、t4（图1）分别小于桥50的厚度t2，且第一铰接部52的厚度t3小于主密封唇26的厚度t1。

弹性材料22进一步被模塑形成环形辅助唇60。该辅助唇60相对主密封唇26从主体24径向向内延伸至组件10的空侧A上的自由端62。该辅助唇60具有越过相对面64、66延伸的厚度t5（图1），相对面64、66与主体24直接相邻。该辅助唇60通过辅助铰接部68与主体24连接。该辅助铰接部68的厚度t6小于辅助唇60的厚度t5。如此，该辅助铰接部68作为辅助唇60的主弯折点，从而比辅助唇60的其它部分更加容易预先且更大程度地弯曲。该辅助唇60与轴邻接且自由端62面向（指向）主密封唇26，且因此面向（指向）组件10的油侧O。为了有利于在油侧O和空侧A之间保持平衡的压力梯度，辅助密封唇60具有一个或多个延伸到自由端62中的凹槽，也称为通孔70。

如图1A所示，当穿过密封组件10安装轴28时，桥50和辅助密封唇60彼此平行或大体平行地延伸，主密封唇26和辅助密封唇60的自由端48、62均面向组件10的油侧O。如图1所示，当其处于未安装状态时，辅助密封唇60具有它的通常偏向于空侧A的自由端62，但是，当穿过组件安装轴28时，在很大程度上由于辅助铰接部68，导致该辅助唇60在轴28的偏差下向着油侧O轴向弯曲至安装状态（图1A）。辅助唇60的长度足以在使用时防止其向空侧A反折，通孔或多个通孔70进一步防止无意中导致辅助唇60向空侧A运动。

在图2和图2A中，示出了根据本发明另一个方面构造的轴封组件110，其中通过相差100的相同附图标记来表示上述类似的特征。组件110类似于之前讨论的组件10，因此，仅讨论明显的不同。

密封组件110类似于之前讨论的密封组件10，包括主体124，主密封唇126和辅助密封唇160，但是，它还包括从主体124下垂的（dependingfrom）颈部72，主密封唇126和辅助密封唇160从该颈部延伸。如此，与图1和图1A示出的实施例相比，辅助密封唇160从该主体124的端面73朝着组件110的油侧O轴向向内设置。据此，在端面73与外壳邻接的应用中，确保该辅助密封唇160与外壳保持轴向隔开，并因此不会造成干扰。在其他方面，密封110包含上述讨论的特征，包括相对的铰接部和密封唇厚度t1-t6。

在图3和图3A中，示出了根据本发明另一个方面构造的轴封组件210，其中通过相差200的相同附图标记来表示上述类似的特征。组件210类似于之前讨论的组件10，因此，仅讨论明显的不同。

密封组件210与之前讨论的密封组件10相同，但是，除了上述讨论的辅助密封唇260，它还包括从辅助密封唇260的面264，266中的一个（示为面向组件210的空侧A的面264）延伸的次密封唇74。该次辅助唇74朝着组件210的空侧A延伸至自由端76，示为从辅助唇260朝空侧A向外发散。在安装时，次辅助唇74的自由端76向下转动以与轴228形成密封邻接，从而在辅助唇260和次辅助唇74之间建立环形密封通道。辅助唇260和次辅助唇74各自具有至少一个凹槽（notch），也称为通孔270（图3），其延伸至它们的自由端262，76中以减少或释放辅助唇260和次辅助唇74分别对跨越油侧O和空侧A的压力梯度的累积。在其他方面，该密封组件210与上述讨论的相同，包括相对的铰接部和密封唇厚度t1-t6。

在图4和图4A中，示出了根据本发明另一个方面构造的轴封组件310，其中通过相差300的相同附图标记来表示上述类似的特征。组件310类似于之前讨论的组件210，因此，仅讨论明显的不同。

密封组件310类似于之前讨论的密封组件210，包括主体324，主密封唇326，辅助密封唇360和次辅助唇374，但是，它还包括从主体324下垂的颈部372，主密封唇326和辅助密封唇360从该颈部直接延伸。如此，在完成密封组件310在轴328上的安装时，与图3和图3A示出的实施例相比，辅助密封唇360和次辅助密封唇374从该主体324的端面373朝着组件310的油侧O轴向向内设置。据此，如同密封组件110一样，确保该辅助密封唇360和次辅助密封唇374与外壳保持轴向隔开，并因此不会造成干扰。在其他方面，密封310包含上述讨论的特征，包括相对的铰接部和密封唇厚度t1-t6。

在图5和图5A中，示出了根据本发明另一个方面构造的轴封组件410，其中通过相差400的相同附图标记来表示上述类似的特征。组件410类似于之前讨论的组件10，因此，仅讨论明显的不同。

密封组件410本质上与之前讨论的密封组件10相同，但是，桥450不是被直接连接到主体424，而是通过第二铰接部454直接连接到辅助唇460。当处于未安装状态时，桥450和辅助唇460远离彼此地发散以在其间提供通常呈V型的环形通道78（图5）。然后，在轴428穿过组件410被安装时，该V型通道78明显变窄（图5A），同时桥450和辅助唇460被形成彼此平行或大体平行的关系。在其他方面，密封410包含上述讨论的特征，包括相对的铰接部和密封唇厚度t1-t6。

在图6和图6A中，示出了根据本发明另一个方面构造的轴封组件510，其中通过相差500的相同附图标记来表示上述类似的特征。组件510类似于之前讨论的组件410，因此，仅讨论明显的不同。

密封组件510类似于之前讨论的密封组件410，包括主体524，主密封唇526和辅助密封唇560，但是，它还包括从主体524下垂的颈部572，主密封唇526和辅助密封唇560从该颈部延伸。如此，在完成密封组件510在轴528上的安装时，与图5和图5A示出的实施例相比，辅助密封唇560从该主体524的端面573朝着组件510的油侧O轴向向内设置。据此，如同密封组件110和310，确保该辅助密封唇560与外壳保持轴向隔开，并因此不会造成干扰。在其他方面，密封510包含上述讨论的特征，包括相对的铰接部和密封唇厚度t1-t6。

在图7和图7A中，示出了根据本发明另一个方面构造的轴封组件610，其中通过相差600的相同附图标记来表示上述类似的特征。组件610类似于之前讨论的组件10，因此，仅讨论明显的不同。

密封组件610与之前讨论的密封组件10相同，但是，在穿过组件610***轴628时，辅助唇660不是延伸以与轴628邻接且朝组件610的油侧O延伸，密封唇660的长度缩减以使其保持不与轴628工作接触。如此，在穿过组件610***轴628时，辅助唇660的自由端662与轴628保持径向隔开。据此，辅助唇660从主体624朝着空侧A径向向内收敛至自由端662，其中自由端662在安装时保持面向组件的空侧A，因此，在穿过组件610***轴628时它并不通过铰接部朝油侧O弯折。据此，辅助唇660起到非接触式封隔器的作用以防止污染物进入油侧O。在其他方面，密封组件610与上述讨论的组件10相同。

显然，根据以上教导，本发明的多种修改和变化都是可行的，因此，可以理解为在所附权利要求的范围内本发明可以以不同于具体描述的形式实现。

Claims (10)

1.一种轴封组件，包括：

环形金属外壳，其具有朝向密封组件的中心轴径向向内延伸至自由端的环形腿部，所述腿部具有相对的油侧和空侧，所述腿部的油侧和空侧分别面向所述密封组件的油侧和空侧；

与所述腿部结合的弹性材料，所述弹性材料形成邻近所述腿部的所述自由端的主体和从所述主体径向向内的环形主密封唇，所述主密封唇具有在径向面向外的背面和径向面向内的密封表面之间延伸的厚度，所述密封表面沿着所述主密封唇的长度从空侧端延伸至自由油侧端，且沿着所述长度平行于所述中心轴并倚靠轴工作面延伸，所述空侧端通过第一铰接部与由所述弹性材料形成的环形桥相连，所述桥通过第二铰接部可操作地与所述主体相连接，所述桥具有穿过所述桥的厚度延伸的相对面，所述第一铰接部和所述第二铰接部各自的厚度小于所述桥的所述厚度，且所述第一铰接部的厚度小于所述主密封唇的所述厚度；以及

进一步包括相对于所述主密封唇从所述主体径向向内延伸至空侧自由端的辅助唇；

所述辅助唇直接邻近所述主体并具有越过相对面延伸的厚度，所述辅助唇通过辅助铰接部与所述主体相连，所述辅助铰接部的厚度小于所述辅助唇的所述厚度。

2.根据权利要求1所述的轴封组件，其特征在于，所述桥通过所述第二铰接部与所述主体直接相连。

3.根据权利要求1所述的轴封组件，其特征在于，所述桥通过所述第二铰接部与所述辅助唇直接相连。

4.一种轴封组件，包括：

环形金属外壳，其具有朝向密封组件的中心轴径向向内延伸至自由端的环形腿部，所述腿部具有相对的油侧和空侧，所述腿部的油侧和空侧分别面向所述密封组件的油侧和空侧；

与所述腿部结合的弹性材料，所述弹性材料形成邻近所述腿部的所述自由端的主体和从所述主体径向向内的环形主密封唇，所述主密封唇具有在径向面向外的背面和径向面向内的密封表面之间延伸的厚度，所述密封表面沿着所述主密封唇的长度从空侧端延伸至自由油侧端，且沿着所述长度平行于所述中心轴并倚靠轴工作面延伸，所述空侧端通过第一铰接部与由所述弹性材料形成的环形桥相连，所述桥通过第二铰接部可操作地与所述主体相连接，所述桥具有穿过所述桥的厚度延伸的相对面，所述第一铰接部和所述第二铰接部各自的厚度小于所述桥的所述厚度，且所述第一铰接部的厚度小于所述主密封唇的所述厚度；以及

进一步包括相对于所述主密封唇从所述主体径向向内延伸至空侧自由端的辅助唇；

所述辅助唇与轴邻接且所述辅助唇的所述自由端面向所述主密封唇。

5.根据权利要求4所述的轴封组件，其特征在于，所述辅助唇具有至少一个延伸到所述辅助唇的所述自由端中以在所述辅助唇中形成通孔的凹槽。

6.根据权利要求4所述的轴封组件，其特征在于，所述辅助唇直接邻近所述主体并具有越过相对面延伸的厚度，所述辅助唇通过辅助铰接部与所述主体相连，所述辅助铰接部的厚度小于所述辅助唇的所述厚度。

7.根据权利要求4所述的轴封组件，其特征在于，所述辅助唇具有相对面而且进一步包括直接从所述辅助唇的其中一个所述面延伸的次辅助唇。

8.根据权利要求7所述的轴封组件，其特征在于，所述次辅助唇朝所述轴封组件的所述空侧延伸至自由端。

9.根据权利要求8所述的轴封组件，其特征在于，所述次辅助唇与轴邻接。

10.根据权利要求9所述的轴封组件，其特征在于，所述辅助唇和所述次辅助唇各自具有至少一个延伸到它们的自由端中以在所述辅助唇和所述次辅助唇之间形成环形通道的凹槽。