CN110168263B - 密封组件，包括这种组件的滚柱轴承以及制造该组件的方法 - Google Patents

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Abstract

密封组件(10)包括固定元件(11)、旋转元件(12)和密封元件(13)，所述密封元件包括刚性环形钢筋(14)和密封件(15)，所述密封件由弹性材料制成并且与滑动面(16)接触。滑动面(16)的算术平均粗糙度(Ra)大于或等于0.15微米并且小于0.5微米。滑动面(16)的粗糙度比(R)大于或等于一。粗糙度比(R)是对应于谷的数量的第一参数与对应于滑动面上的峰的数量的第二参数之比。

Description

密封组件，包括这种组件的滚柱轴承以及制造该组件的方法
技术领域
本发明涉及密封组件。
背景技术
更具体而言，本发明涉及一种密封组件，其包括：
-固定元件；
-旋转元件，其用来相对于固定元件围绕旋转轴旋转；以及
-包括刚性环形钢筋和密封件的密封元件，所述刚性环形钢筋牢固地安装在固定元件与旋转元件之中的一个元件上，所述密封件固定到钢筋，其中，所述密封件由弹性材料制成，并且与固定元件和旋转元件之中的另一个元件的滑动面接触。
这种类型的组件的很多示例已为大家所知。
例如，这种密封组件用于轴承中，例如，用于汽车车轮的轴承中。尤其是通过该密封组件，可将润滑液保持在轴承内，以提供低摩擦的运行。
不幸的是，该密封组件却加重了摩擦，意即旋转摩擦力矩。该现象是旋转过程中机械能损失的一部分。为了减少这种损失，寻求低摩擦的解决方案，所述解决方案使之还能够保持密封件。
文件EP 1,830,086描述了这种密封组件的一个示例，在所述密封组件中，滑动面的算术平均粗糙度(Ra)大于或等于0.5微米，以便形成谷，并且采用40℃下运动粘度介于10至60mm2/s之间的油脂。
发明内容
本发明的目的是改进这种类型的密封组件，尤其是在保持良好密封的同时降低摩擦力矩。
为此目的，密封组件的特征在于：
-滑动面的算术平均粗糙度(Ra)大于或等于0.15微米并且小于0.5微米；而且
-滑动面的粗糙度比(R)大于或等于一，其中，所述粗糙度比(R)是第一参数对第二参数之比，第一参数对应于滑动面上轮廓的谷的数量，第二参数对应于滑动面上所述轮廓的峰的数量。
由于如此设置，确保滑动面足够光滑和得到润滑，从而密封件磨损。因此，大大减少固定元件与旋转元件之间的摩擦力矩。该摩擦力矩对于多个零件而言具有更一致的值(可重复的)。
如此设置还有减少接触表面磨损，尤其是减少密封件磨损并且增加密封组件的使用寿命的效果。
如此设置还有保持密封性能并且在多个零件上提高这种密封性能的可重复性的效果。
在密封组件的各个实施例中，可以采用以下设置中的一项和/或另一项。
根据一方面，第一参数是Rvk参数，第二参数是Rpk参数，其中，所述Rvk参数和Rpk参数是根据ISO13565标准来定义和确定的。
根据一方面，粗糙度比大于或等于1.5，最好大于或等于2。
根据一方面，算术平均粗糙度大于或等于0.2微米并且小于0.3微米。
根据一方面，组件进一步包括固定到另一个元件的环形环，在所述环形环上形成滑动面。
根据一方面：
-环形环包括圆柱形部分以及法兰部分，圆柱形部分安装固定到固定元件与旋转元件之中的另一个元件，法兰部分从所述圆柱形部分的一端相对于旋转轴径向地延伸；
-密封件包括第一唇部和第二唇部，所述第一唇部从环形钢筋径向向外延伸到圆柱形部分，从而与属于所述圆柱形部分的滑动面接触，所述第二唇部从环形钢筋径向延伸到法兰部分，从而与属于所述法兰部分的滑动面接触；
-所述环形环和所述第一和第二密封唇部界定内部体积。
根据一方面，内部体积至少部分地用油脂填充。
根据一方面，油脂在40℃的运动粘度介于5厘沲至40厘沲之间。
本发明还涉及到一种滚柱轴承，所述滚柱轴承包括根据前述特征的密封组件以及滚动体，所述滚动体设置在滚动空间中，以便使旋转元件能够相对于固定元件围绕旋转轴作相对旋转。
本发明还涉及到制造密封组件的方法，包括以下步骤：
a)提供密封组件，包括：
-固定元件；
-旋转元件，用来相对于固定元件围绕旋转轴旋转；
-包括刚性环形钢筋和密封件的密封元件，所述刚性环形钢筋牢固地安装在固定元件与旋转元件之中的一个元件上，所述密封件固定到钢筋，其中，所述密封件由弹性材料制成，并且与固定元件和旋转元件之中的另一个元件的滑动面接触；以及
b)用以下子步骤中的至少一个子步骤处理滑动面：
-用于在滑动面上形成谷的抛丸子步骤；以及
-至少部分地消除滑动面上的峰的抛光子步骤。
在方法的各个实施例中，可以采用以下设置中的一项和/或另一项。
根据一方面，抛丸子步骤包括用直径为50微米至423微米之间的玻璃珠撞击滑动面，持续时间在5分钟至15分钟之间。
根据一方面，抛光子步骤包括在有精加工介质的情况下振动滑动面。
根据一方面，抛光子步骤的完成时间在15分钟至45分钟之间。
根据一方面，密封组件进一步包括环形环，该环形环旨在固定到另一个元件，所述滑动面形成在所述环形环上。
附图说明
参考附图，在以下对作为非限制性实例列出的本发明一个实施例的描述中，本发明的其它特征和优点将变得显而易见。
在附图中：
-图1是根据本发明第一个实施例的密封组件的横截面；
-图2是根据本发明第二个实施例的密封组件的横截面；
-图3是滑动面上一条线的轮廓的曲线；
-图4是覆盖图3的轮廓的长度率曲线；以及
-图5是包括根据本发明的密封组件的滚柱轴承。
在各图中，相同数字标号指代相同或相似的项目。
具体实施方式
图1显示了密封组件10的第一个实施例，所述密封组件包括：
-固定元件11；
-旋转元件12，其可以相对于固定元件围绕旋转轴X旋转；以及
-密封元件13，其包括刚性环形钢筋14以及固定到钢筋的密封件15，其中，所述密封件15是由弹性材料制成的，并且与滑动面16接触。
钢筋14牢固地安装在固定元件11与旋转元件12之中的一个元件上。
滑动面16连接到固定元件11与旋转元件12之中的另一个元件。
尤其是，固定元件11可以是外部元件，即离旋转轴X最远，也就是位于旋转元件12周围，所述旋转元件12便是内部元件。这就是使用作为转动轴的旋转元件12的情况(图1)。
另一方面，固定元件11可以是内部元件，即离旋转轴X最近，也就是位于作为外部元件的旋转元件内。
为了简化本描述，现将考虑把钢筋14连接到外部固定元件11，以及把滑动面16连接到另一个元件，即内部旋转元件12，当然其它用法也适合本发明。
密封件15包括：
-附接部分15a，其附接到至少一个钢筋表面14，例如，通过在所述钢筋14上注塑成型而附接，并且有利地在所述钢筋表面上有事先的粘合涂层；以及
-第一唇部15b，其从环形钢筋14径向延伸到滑动面16，从而在唇部15d一端与该滑动面16接触。
在图1的这个实施例中，滑动面16是旋转元件12的一体的一部分，尤其是旋转元件12外部圆柱形表面12a的一体的一部分。该滑动面16与圆柱形表面12a的一部分相对应，所述部分是环形的并且按照旋转轴X的纵向沿着长度c延伸。滑动面部分16的位置与密封元件13相对应(在纵向位置)，所以密封件15唇部15d的末端与所述滑动面16接触。
作为一个变体，滑动面16是形成在环型环(未示出)上并固定到另一个元件(旋转元件12)。例如，该环是金属件。所述环位于旋转元件12与密封件15之间。密封件15的唇部末端15d与随着旋转元件12转动的该环外表面处于滑动型接触。
根据本发明，滑动面16具有以下特征：
-滑动面16的算术平均粗糙度Ra大于或等于0.15微米并且小于0.5微米；而且
-滑动面16的粗糙度比R大于或等于一，其中，所述粗糙度比R是第一参数对第二参数之比，第一参数对应于滑动面16上轮廓的谷的数量，第二参数对应于滑动面16上所述轮廓的峰的数量。
根据一个优选的变体，第一参数是Rvk参数，第二参数是Rpk参数，其中，所述Rvk参数和Rpk参数是根据ISO13565标准定义和确定的；意即：
Figure BDA0002124000630000061
稍后将列出关于粗糙度标准的详细信息。
由于前述各种设置，所以确保滑动面足够光滑且得到润滑，以避免磨损密封件并且得到减小的摩擦力矩。保持密封组件的密封性能。减少密封件上的磨损，并提高组件的使用寿命。
图2显示了密封组件10的第二个实施例，所述密封组件10包括与图1中密封组件相同的元件。
密封组件10进一步包括环形环17，所述环形环固定到旋转元件12并且位于旋转元件12与密封件15之间。密封件15的唇部末端15d与随着旋转元件12转动的这个环的至少一个表面处于滑动型接触。
在第二个实施例中，更具体而言，环形环17包括：
-圆柱形部分17a，其牢固地安装到旋转元件12，例如，通过紧配安装到所述旋转元件12的圆柱形表面12a上；以及
-法兰部分17b，其从所述圆柱形部分17b一端相对于旋转轴X径向延伸。
像图1中的第一个实施例一样，密封件15包括：
-附接部分15a，其附接到至少一个钢筋表面14；以及
-第一唇部15b，其从环形钢筋14径向延伸到滑动面16，从而与唇部15d的一端的这个滑动面16接触。
在当前的第二个实施例中，密封件15还包括第二唇部15c，其从环形钢筋14径向地延伸到法兰部分17b的，从而在唇部15e的一个末端与属于所述法兰部分17b的滑动面16的第二部分接触。
滑动面16因此在此构成附接到旋转元件12的环形环17的一体的一部分。例如，该滑动面16与朝向钢筋14的环形环17的整个或部分外表面相对应。
滑动面16例如包括：
-环形环17的圆柱形部分17a的第一部分，其中，所述第一部分按照旋转轴X的纵向延伸长度c1，并且与第一唇部15a一致(面对)；以及
-环形环17的法兰部分17b的第二部分，其中，所述第二部分按照基本垂直于旋转轴X纵向的方向延伸长度c2，并且与第二唇部15c一致(面对)。
因此，第一唇部和第二唇部的末端15d、15e与滑动面16处于滑动接触。
根据本发明，滑动面16具有以下特征：
-滑动面16的算术平均粗糙度Ra大于或等于0.15微米并且小于0.5微米；而且
-滑动面16的粗糙度比R大于或等于一，其中，所述粗糙度比R是第一参数对第二参数之比，第一参数对应于滑动面16上轮廓的谷的数量，第二参数对应于滑动面16上所述轮廓的峰的数量。
根据一个优选的变体，第一参数是Rvk参数，第二参数是Rpk参数，其中，所述Rvk参数和Rpk参数是根据ISO13565标准定义和确定的；意即：
Figure BDA0002124000630000071
稍后将列出关于粗糙度标准的详细信息。
环形环17以及第一和第二密封唇部15b、15c则界定密封组件内的环空体积。
这个内部体积至少部分地用油脂填充。因此，滑动面16的谷由所述油脂填充，并且减少了摩擦力矩。
油脂在40℃的运动粘度最好为5厘沲至40厘沲之间。
由于前述各种设置，所以确保滑动面足够光滑且得到润滑，以避免磨损密封件并且得到减小的摩擦力矩。保持密封组件的密封性能。密封件的磨损减少，并提高组件的使用寿命。
作为一个变体，环形环17可具有编码元件(未示出)，例如磁性型编码元件，诸如弹性铁氧体编码器。这些编码元件通常具有交替的南北磁极。传感器元件则能够产生信号，通过所述信号确定旋转元件12相对于固定元件11的旋转位置和/或速度。
根据前述实施例中任何一个实施例，可具有以下特征。
粗糙度比R可以大于或等于1.5，例如大于或等于2，意即滑动面16包括的谷的体积或数量比峰的体积或数量大得多。因此，滑动面光滑并且得到很好的润滑。于是减少了摩擦力矩。
算术平均粗糙度Ra在缩小的范围内，意即大于或等于0.2微米并且小于0.3微米。这样，可具有减少了摩擦力矩的更光滑的表面。
现在我们将对在根据本发明的各个实施例的定义中所采用的粗糙度标准进行说明。
图3显示了表面的样本轮廓30；用诸如表面分析仪这样的适当装置对该轮廓进行测量。轮廓30是沿着表面上一条线的横坐标x测量的表面的高度z(x)的延续，延伸在长度L上。
平均线31是轮廓的峰和谷之间的水平线中值。例如，该线是由ISO13565-1标准过滤过程定义的。
优选地，算术平均粗糙度Ra是根据ISO4287标准定义和确定的。该算术平均粗糙度Ra是与轮廓30的平均线31偏差的绝对值的算术平均值。尤其是，通常可以通过以下公式计算算术平均粗糙度Ra：
Figure BDA0002124000630000091
其中
z(x)是轮廓30与平均线31的偏差；
x是横坐标；而且
L是表面上线的长度或者是平均线的长度。
最后，在该图3上，轮廓30的峰和谷的剖面线显示其重要性(数量)。
ISO13565-2标准解释了Rvk参数和Rpk参数的定义。这些参数是通过与图3的轮廓30相对的图4所示的轴承长度比曲线40确定的。该曲线也被称为Abbott-Firestone曲线。轴承长度比是高度h处轮廓30(高度h处事物水平段)的轴承长度之和与总长度L的百分比。
直线等效D是由轴承长度比曲线40的中心区域的最小二乘法确定的。该中心区域代表轮廓上40％的点。等效直线D在第一个点P1处以0％切割纵坐标，在第二个点P2处以100％切割纵轴。这样，可将轮廓30分为三个区域：
-峰所处的高度h1大于第一个点P1的高度的区域；
-谷所处的高度h2小于第二个点P2的高度的区域；以及
-缩小峰轮廓区域，其轮廓点的高度在高度h1与高度h2之间。
然后，在轴承长度比曲线40上追踪第一个直角三角形A1，所述轴承长度比曲线40的底在第一个点P1与轴承长度比曲线40之间水平延伸，所述轴承长度比曲线40的侧边在纵轴(0％)上从第一个点P1向上延伸高度Rpk，以至于所述第一个直角三角形A1的表面积等于图3中所示峰的区域S1的表面积。
然后，在轴承长度比曲线40上追踪第二个直角三角形A2，所述轴承长度比曲线40的底在第二个点P2与轴承长度比曲线40之间水平延伸，所述轴承长度比曲线40的侧边在纵轴(100％)上从第二个点P2向下延伸高度Rvk，以至于所述第二个直角三角形A2的表面积等于图3中所示谷的区域S2的表面积。
参数Rpk是第一个直角三角形A1的高度。该参数Rpk因此量化轮廓30的峰的数量。
参数Rvk是第二个直角三角形A2的高度，该参数Rvk因此量化轮廓30的谷的数量。
算术平均粗糙度Ra以及参数Rpk和Rvk有利地用于精确地定义根据本发明的密封组件10的滑动面16的特征。
图5显示了滚柱轴承1，所述滚柱轴承在至少一侧上包括比如上文所述的密封组件10，从而确保所述滚柱轴承内的空间密封。例如，滚柱轴承例如是汽车滚柱轴承，例如，更具体而言，是汽车车轮的滚柱轴承，如图5中所示。
该滚柱轴承1具体包括：
-固定构件2；
-旋转构件3，由轴5驱动所述旋转构件旋转，例如，车轮附接在所述旋转构件上；以及
-设置在辊空间4e中的滚动体4，所述辊空间4e是形成在固定构件2与旋转构件3之间的，从而使旋转构件3能够相对于固定构件2围绕旋转轴X相对旋转，同时在固定构件与旋转构件之间承受显著的力。
密封组件10的固定元件11是直接的固定构件2，或者是附接到滚柱轴承1的所述固定构件2上。
密封组件10的固定元件12是直接的旋转构件3，或者是附接到滚柱轴承1的所述旋转构件3上。
滚动体4可以是珠或辊，或者任何其它已知类型。
由于根据本发明的密封组件10，所以滚柱轴承1的摩擦力矩小于现有技术。因此，装有这种装置的车辆向前移动时将消耗较少的能量。
密封组件10可以按照以下制造方法制造：
a)提供密封组件10，其包括：
-固定元件11；
-旋转元件12，其目的是相对于固定元件围绕旋转轴旋转；
-密封元件13，其包括固定地安装在固定元件与旋转元件之中的一个元件上的环形钢筋14以及固定到钢筋的密封件15，其中，所述密封件15由弹性材料制成并且要与固定元件与旋转元件之中的另一个元件的滑动面16接触；而且
b)通过以下至少一个子步骤处理滑动面：
-抛丸子步骤，用于在滑动面上形成谷；以及
-抛光子步骤，用于至少部分地消除滑动面上的峰。
例如，抛丸子步骤包括用金属或玻璃珠或其它等撞击滑动面16(即包括所述滑动面的部分或元件)。
例如，对该抛丸步骤，在5分钟至15分钟之间的时间内，使用直径在50微米至423微米之间的玻璃珠。
抛丸形成滑动面16上的峰和谷。尤其是，所得到的算术平均粗糙度Ra取决于该抛丸子步骤的特征。
抛光或精加工子步骤包括在有精加工介质的情况下振动滑动面16(即包括所述滑动面的部分或元件)。为此目的使用振动机，比如振动碗或
Figure BDA0002124000630000111
例如，精加工介质是由研磨材料制成的块件，例如，陶瓷或石头。例如，所述精加工介质是球形或圆柱形或棱柱形(例如，立方体或四面体)。所述精加工介质适合(被选来)抛光待处理零件的所有部分。
例如，精加工介质是直径为2毫米至8毫米之间的圆柱体，其长度为5毫米至15毫米之间。
精加工介质在各个方向(X，Y，Z)的尺寸可介于2毫米至15毫米之间。
而且，抛光子步骤的完成时间在15分钟至45分钟之间。
精加工介质侵蚀滑动面16的上部，以减少该滑动面轮廓的峰的数量。因此，这个过程可以相对于谷的数量减少峰的数量。
尤其是，通过这个抛光子步骤或精加工子步骤，可以得到上文定义的大于等于1的粗糙度比R，或者如果需要，所述粗糙度比R大于等于1.5或2。
因此，通过上文所述的制造过程，尤其是由于处理滑动面16的过程，所以针对密封组件10的滑动面16可以实现优选的粗糙度特征。因此对滑动面16处理结果，其算术平均粗糙度(Ra)大于或等于0.15微米并且小于0.5微米，而且粗糙度比(R)大于或等于一；其中，粗糙度比(R)是对应于滑动面上轮廓的谷的数量的第一参数与对应于滑动面上所述轮廓的峰的数量的第二参数之比。
滑动面既光滑，又具有拟用润滑液填充的凹坑。
密封组件10可包括上文所述的环形环17，于是在该环形环17上形成滑动面16。
环形环17的部分可以加掩罩覆盖，所以由前述制造方法产生的表面粗糙度变化仅对互补件有效，意即对滑动面16的区域有效。
还可以使滑动面16由数个子表面组成，每个子表面都具有预定的粗糙度特征，所述粗糙度特征可能彼此不同。
由于密封组件10的滑动面16具有低的算术平均粗糙度(介于0.15微米至0.5微米之间)，并且谷的数量与峰的数量之比的粗糙度比R较大，所以大大降低了密封组件的摩擦力矩或抗力矩，同时还保留了良好的密封性。而且，密封接头15还具有关于这种密封性能的较长使用寿命。

Claims (7)

1.密封组件(10)，其包括：
-固定元件(11)；
-旋转元件(12)，其能够相对于所述固定元件围绕旋转轴(X)旋转；以及
-密封元件(13)，其包括刚性环形钢筋(14)和密封件(15)，所述刚性环形钢筋牢固地安装在所述固定元件与所述旋转元件之中的一个元件上，所述密封件固定到钢筋(14)，其中，所述密封件(15)由弹性材料制成，并且与所述固定元件和所述旋转元件之中的另一个元件的滑动面(16)接触；
-固定到另一个元件的环形环(17)，并在所述环形环(17)上形成所述滑动面(16)，
所述密封组件(10)的特征在于，
-所述环形环(17)包括圆柱形部分(17a)以及法兰部分(17b)，所述圆柱形部分(17a)安装固定到所述固定元件与所述旋转元件之中的另一个元件上，所述法兰部分(17b)从所述圆柱形部分的一端相对于旋转轴(X)径向地延伸；
-密封件(15)包括第一唇部(15b)和第二唇部(15c)，所述第一唇部从环形钢筋(14)径向向外延伸到圆柱形部分(17a)，从而与属于所述圆柱形部分的所述滑动面接触，所述第二唇部从环形钢筋(14)轴向延伸到法兰部分(17b)，从而与属于所述法兰部分的所述滑动面接触；
其中，所述滑动面形成在所述环形环的所述圆柱形部分和所述法兰部分上；
-所述环形环(17)和所述第一唇部(15b)和第二唇部(15c)界定内部体积
-所述滑动面(16)的算术平均粗糙度(Ra)大于或等于0.15微米并且小于0.5微米；并且
-所述滑动面(16)的粗糙度比(R)大于或等于一，其中，所述粗糙度比(R)是第一参数与第二参数之比，所述第一参数对应于所述滑动面上的轮廓的谷的数量，所述第二参数对应于滑动面上的所述轮廓的峰的数量。
2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述第一参数是Rvk参数，并且所述第二参数是Rpk参数，其中，所述Rvk参数和Rpk参数是根据ISO13565标准定义和确定的。
3.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述糙度比(R)大于或等于1.5。
4.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述算术平均粗糙度(Ra)大于或等于0.2微米并且小于0.3微米。
5.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述内部体积至少部分地用油脂填充。
6.根据权利要求5所述的组件，其特征在于，油脂在40℃的运动粘度介于5厘沲至40厘沲之间。
7.滚柱轴承(1)，其包括根据权利要求1至6中任一项所述的密封组件(10)以及滚动体(4)，所述滚动体设置在滚动空间中，以便使旋转元件能够相对于固定元件围绕旋转轴相对旋转。
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