CN112524250A

CN112524250A - 针对低温应用优化的具有唇的密封部

Info

Publication number: CN112524250A
Application number: CN202010962393.XA
Authority: CN
Inventors: 丹尼尔·J·利维; 蒂莫西·帕特森; 罗伯特·D·佩凯克
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2019-09-19
Filing date: 2020-09-14
Publication date: 2021-03-19
Also published as: DE102020210602A1; US20210088143A1; KR20210034501A; US11592108B2

Abstract

一种密封部包括环形密封主体和密封突起，环形密封主体由弹性体材料形成并且具有相对的第一周向表面和第二周向表面，密封突起从第一周向表面径向地延伸。突起具有截头圆锥形主密封表面，截头圆锥形主密封表面具有第一轴向端部和第二轴向端部以及在第一端部与第二端部之间的轴向长度。当密封主体与内构件联接时，突起能够与外构件的内表面密封地接合，使得主密封表面的基本上整个轴向长度抵靠外构件的内表面布置。作为另一种选择，当密封主体与外构件联接时，突起能够与内构件的外表面密封地接合，使得主密封表面的基本上整个轴向长度抵靠内构件的外表面布置。

Description

针对低温应用优化的具有唇的密封部

交叉引用

本申请要求于2019年9月19日提交的第62/902,767号美国临时申请的权益。

技术领域

本发明涉及密封部，更具体地涉及至少部分地在相对低的温度下操作的唇形密封部 (/唇密封部)(lip seal)。

背景技术

传统的唇形密封部包括具有向内抵靠轴或向外抵靠孔表面接合的大致半圆形唇的环形弹性体。在包含密封部的机器的初始启动期间，当初始温度在特定弹性体的玻璃化转变温度(glass transition temperature)以下时，密封部可能经历刚性(/不屈性)(inflexibility)。因此，密封唇可能会允许泄漏经过密封部，直到温度升高到玻璃化转变温度以上。

发明内容

在一方面，本发明为一种用于密封内构件与外构件之间的环形空间的密封部(/密封件)(seal)，内构件具有外周表面并且外构件具有内周表面。环形空间限定在内周表面与外周表面之间，并且内构件和外构件中的一者能够沿着中心轴线移位通过(一)行程长度(stroke length)。密封部包括：环形密封主体，由弹性体材料形成，与内构件联接或与外构件联接，并且具有第一周向表面、相对的第二周向表面；以及密封突起，从第一周向表面径向地延伸，突起具有大致截头圆锥形的主密封表面，主密封表面具有第一轴向端部、第二轴向端部以及在第一端部与第二端部之间的轴向长度。此外，当密封主体与内构件联接时，突起能够与外构件的内表面密封地接合，使得主密封表面的基本上整个轴向长度抵靠外构件的内表面布置。作为另一种选择，当密封主体与外构件联接时，突起能够与内构件的外表面密封地接合，使得主密封表面的基本上整个轴向长度抵靠内构件的外表面布置。

在另一方面，本发明继续为一种用于密封内构件与外构件之间的环形空间的密封部，内构件具有外周表面，并且外构件具有内周表面和轴向端部。环形空间限定在内周表面与外周表面之间，内构件和外构件中的一者能够沿着中心轴线线性地移位通过行程长度。密封部包括：环形密封主体，由弹性体材料形成并且具有内周表面和相对的外周表面，外周表面布置在外构件的内表面上；以及大致悬臂状的密封突起，从内周表面径向向内地延伸并且在轴向上超过外构件的轴向端部。突起具有大致截头圆锥形主密封表面，主密封表面具有第一轴向端部、第二轴向端部以及在第一端部与第二端部之间的轴向长度。突起能够与内构件的外表面密封地接合，使得主密封表面的基本上整个轴向长度抵靠内构件的外周表面布置。

在又一方面，本发明继续为一种用于密封内构件与外构件之间的环形空间的密封部，内构件具有外周表面和轴向端部，并且外构件具有内周表面。环形空间限定在内周表面与外周表面之间，内构件和外构件中的一者能够沿着中心轴线线性地移位通过行程长度。密封部包括：环形密封主体，由弹性体材料形成并具有内周表面和相对的外周表面，内周表面布置在内构件的外表面上；以及大致悬臂状密封突起，从密封主体的外周表面径向向外地延伸并在轴向上超过内构件的轴向端部。突起具有大致截头圆锥形主密封表面，主密封表面具有第一轴向端部、第二轴向端部以及在第一端部与第二端部之间的轴向长度。突起能够与外构件的内表面密封地接合，使得主密封表面的基本上整个轴向长度抵靠外构件的内周表面布置。

附图说明

当结合附图阅读时，将更好地理解上述发明内容以及本发明的优选实施方式的详细描述。为了说明本发明的目的，在示意性的附图中示出了目前优选的实施方式。然而，应当理解，本发明不限于所示出的精确配置和手段(instrumentalities)。在附图中：

图1是根据本发明的密封部的轴向截面图，示出了安装在外构件上并抵靠内构件密封的向内密封构造；

图2是图1的密封部的轴向截面图，以未安装或“自由”状态示出；

图3是图2的一部分的放大截断图；

图4是图3的一部分的更放大的截断图；

图5是根据本发明的密封部的轴向截面图，示出了安装在内构件上并抵靠外构件密封的向外密封构造；

图6是图1的密封部的一部分的放大截断图，示出了形成在公差范围的较大端的密封部；

图7是图1的密封部的一部分的放大截断图，示出了形成在公差范围的较小端的密封部；

图8示出了当前的密封部与具有标准半圆形唇的先前已知的密封部的比较；以及

图9示出了当前的密封部与具有显著增大的唇干涉的先前已知的密封部的比较。

具体实施方式

在以下描述中使用某些术语仅是为了方便，而不是进行限制。词语“内”、“向内”和“外”、“向外”分别是指朝向和远离所描述的元件的指定中心线或几何中心的方向，特别含义根据说明书的上下文是显而易见。此外，如在此所使用的，词语“连接”和“联接”均旨在包括两个构件之间的直接连接(没有任何其他构件介于所述两个构件之间) 以及两个构件之间的间接连接(一个或多个其他构件介于所述两个构件之间)。术语包括上文特别提及的词语、其派生词和类似含义的词语。

现在详细地参照附图，在附图中相同的附图标记始终用于指示相同的元件，在图1- 图7中示出了密封部10，密封部10用于密封内构件1与外构件2之间的环形空间AS，以防止流体在容纳第一流体(例如，油)的第一室C₁与容纳第二流体(例如，空气)的第二室C₂之间流动。如在此所使用的，术语“内构件”和“外构件”用于指示期望其之间的环形空间的密封的任何两个构件的相对定位，使得外构件可以布置在第三构件内或/和内构件可以布置为绕着不同的第三构件。例如，内构件1可以是轴3并且外构件2可以是布置为绕着轴3并且位于壳体/鼓部(/筒部)(drum)5内的中心活塞4(如图1所示)，或者内构件1可以是中心活塞4并且外构件2可以是壳体/鼓部5(如图5所描绘的)，或者内构件1和外构件2可以是需要密封的内构件1和外构件2的任何其他合适的组合。

在任何情况下，内构件1具有外周表面1a，并且外构件2具有内周表面2a，环形空间AS相应地限定在内周表面1a与外周表面2a之间。如图1和图5最佳示出，相应地，内构件1 和外构件2中的一个是相应地沿着中心轴线A_C至少能够线性移位(D)通过行程长度L_S (即，在第一位置P₁与第二位置P₂之间)的，并且也可以是绕着轴线A_C能够成角度地移位的(即，也可以在线性移位期间绕着轴线A_C转动或旋转)。

密封部10包括环形密封主体12和密封突起18，环形密封主体12由弹性体材料形成并且具有第一周向表面14和背对(/相对)的第二周向表面16。优选的是，密封主体12的第二周向表面16布置在外构件2的内表面2a上或布置在内构件1的外表面1a上，以将密封部 10与特定构件1或2联接。作为另一种选择，密封主体12可以布置在任一构件1、2的环形槽(未示出)内。此外，相应地，密封部10可与构件1、2中的可运动构件联接或与另一不可运动或“静止”构件2、1联接。

此外，当在具有中心构件(诸如活塞4)的应用中使用时，当前的密封部10优选地成对使用，其中一个密封部10抵靠轴3向内密封，并且另一密封部10抵靠壳体5向外密封 (结构未示出)。然而，为了简化密封部10的细节的描述，密封部10的向内密封型式和向外密封型式分开地描述，并且分别与在图1和图5中的标准密封部6组合地示出。

此外，密封突起18从第一周向表面14径向地延伸并且具有大致截头圆锥形的主密封表面20。优选地，密封突起18是大致悬臂状的，并且相应地轴向地延伸超过特定构件1、 2的密封主体12所联接至的轴向端部1b或2b。即，当与外构件2联接时在轴向上超过轴向端部2b(如图1所示)，或者当与内构件1联接时在轴向上超过轴向端部1b(如图5所描绘的)。此外，主密封表面20具有第一轴向端部20a、第二轴向端部20b以及在第一端部20a 与第二端部20b之间的轴向长度L_A，如图3和图4所示。

当密封主体12与外构件2联接时，突起18与内构件1的外表面1a密封接合(如图1所示)，使得主密封表面20的基本上整个轴向长度L_A抵靠内构件外表面1a布置。作为另一种选择，当主体12与内构件1联接时，突起18与外构件2的内表面2a密封接合(如图5所描绘的)，使得主密封表面20的基本上整个轴向长度L_A抵靠外构件内表面2a布置。

在任一情况下，主密封表面20的轴向长度L_A的值至少为可运动构件1或2的行程长度 L_S的值(即，L_A等于或大于长度L_S)。这样，在可运动构件1或2的移位期间，表面1a或2a 的突起18密封抵靠的部分永远不会位于两个室C₁和C₂中。换句话说，被接合表面1a或2a 的任意部分将总是位于第一室C₁中、总是位于第二室C₂中、针对“行程”的部分位于第一室C₁中并且另外被密封突起18接合、针对“行程”的部分位于第二室C₂中并且另外被密封突起18接合、或者总是被突起18接合。因此，防止可能布置在被抵靠密封的表面1a 或2a中的缺口(imperfection)(例如，空隙(void)、腔等)内的任何流体(诸如油)“泄漏”通过密封部10。

当前的密封部10的结构对于低温应用特别有益，具体是在密封主体12的特定弹性体的玻璃化转变温度以下的环境温度(通常在包括两个构件1和2的机器的初始“启动”时经历)下操作时。更具体地，玻璃化转变温度是在其以下密封材料变脆和不可弯曲的温度。这样，处于玻璃化转变温度或在玻璃化转变温度以下的密封材料不能膨胀和填充这种表面缺口或填充密封部10与被抵靠密封的表面1a或2a之间的空隙/空间，所述空隙/空间由构件1、2的相对未对准或“竖起(cocking)”引起。因此，使密封表面20具有等于或大于行程长度L_S的轴向长度L_A将确保即使当密封材料在玻璃化转变温度以下时也不会发生流体泄漏通过密封部10。

在具有传统半圆形轮廓的先前已知的密封部的情况下，密封“带”(即，密封部的与表面接触的表面的轴向长度)通常太窄，并且使得表面缺口暴露到两个室C1和C2。为了增大密封带，某些现有技术的密封部已经在增加的径向载荷下操作以引起较大的干涉(/过盈量)(interference)，这也显著增加了密封部与表面之间的摩擦，特别是当机器的温度在操作(/工作)期间增大时。

参照图1-图4，密封部10可形成为“向内密封”，使得密封主体12布置在外构件2上，第一周向表面14是内周表面15A，第二周向表面16是外周表面17A，并且密封突起18从内周表面15A径向向内地延伸。截头圆锥形密封表面20是内周密封表面21A并且与内构件1 的外周表面1a密封地接合。作为另一种选择，如图5所示，密封部10可以形成为“向外密封”，使得密封主体12布置在内构件1上，第一周向表面14是外周表面15B，第二周向表面 16是内周表面17B，并且密封突起18从外周表面15B径向向外地延伸。截头圆锥形密封表面20是外周密封表面21B并且与外构件2的内周表面2a密封地接合。

具体地参照图4，当密封部10不与内构件1接合或不与外构件2接合时，大致截头圆锥形密封表面20与中心轴线A_C或与平行于中心轴线A_C的线限定角度θ。换句话说，当密封部10处于“自由状态”并且不通过与两个构件中的一个构件1或2接合而被挤压(/压缩) 时。角度θ基本上是“浅的(/较小的)(shallow)”，并且具有小于7.5度(7.5°)的值，并且优选地小于5度(5°)。自由状态下的浅角度θ便于将密封部10组装成与内构件外表面1a 或外构件内表面2a接合，但是当密封部10安装为至少基本上整个密封表面20与外表面1a 或内表面2a接合时，不存在自由状态下的浅角度θ。

此外，主密封表面20优选地是基本上“平坦的”，尽管在自由状态或未安装状态下是截头圆锥形或轴向减缩的。具体地，主密封表面20具有绕着中心轴线A_C的直径D_S(图3)，直径D_S在密封表面20的第一轴向端20a与密封表面20的第二轴向端20b之间至少基本上线性地变化，使得密封表面20在密封部10的任意轴向横截面中呈现为基本上线性的。这种“平坦性”确保了当密封部10被安装和进行操作时整个密封表面20的接合。

再次参照图1-图7，密封突起18具有在第一周向表面14与主密封表面20之间径向和轴向地延伸的副密封表面22。由于密封主体12和突起18的结构，当环形空间AS具有小于预定值V_P的径向长度L_R(图7)时，副密封表面22的一部分布置为抵靠内构件外表面1a或外构件内表面2a。因此，密封突起18的结构使密封部10能够在密封部10的较大尺寸公差范围如预期那样起作用，而密封部10与接合表面1a或2a之间的摩擦没有显著变化。

换句话说，当密封部10形成为向内密封时，形成在公差范围的直径较大端上的密封部10将使内构件1仅与主密封表面20接合(如图6所示)，而形成在公差范围的直径较小端上的密封部10将使内构件1与辅助密封表面(/辅密封表面)22的一部分和主密封表面20 两者接合(如图7所描绘的)。类似地，当密封部10形成为向外密封时，形成在公差范围的直径较小端上的密封部10将使外构件2仅与主密封表面20接合(如图5所示)，而形成在公差范围的直径较大端上的密封部10将使外构件2与辅助密封表面22的一部分和主密封表面20两者接合(未示出)。

参照图3-图7，在某些应用中，密封环形主体12优选地包括主体轴向部分30和主体径向部分32，并且可以包括附加的轴向部分和/或径向部分(均未示出)。主体轴向部分30提供第一周向表面14和第二周向表面16，并且主体径向部分32从第一周向表面和第二周向表面中的一个周向表面14或16延伸并且与轴向部分30一体地连接以形成接合部(/连接部)(juncture)34。优选地，密封突起18从邻近接合部34的第一周向表面14延伸，但是作为另一种选择，密封突起18可以位于接合部34的中心或以其他方式与接合部34间隔开 (结构未示出)。

此外，密封主体12的第二周向表面16优选地结合到外构件内表面2a或内构件外表面 1a，以及当密封主体12包括径向部分32时，部分32的径向表面36结合到构件1或2的径向表面(未示出)。然而，密封主体12可以通过任何合适的方式(诸如紧固件、摩擦等)与构件1或2联接。此外，如上所述，作为另一种选择，密封主体12可以形成为没有径向部分的基本上环形的环(未示出)，并且具有安装在内构件1的槽或外构件2中的槽内(结构均未描绘)的尺寸。

通过与先前已知的密封部设计进行比较，本发明的益处是容易显而易见的，如图8所示。首先，当前的密封部10与具有标准半圆形唇的先前已知的密封部的比较：

这里，请参见图8。

显然，与在正常径向载荷下操作的标准唇相比，密封部10在流体压力的范围具有显著较大的接触带，特别地，在制造公差的范围具有大得多的最小接触带宽。

接下来，当前的密封部与具有显著增大的唇干涉的先前已知的密封部的比较：

这里，请参见图9。

如图9所示出的，当前的密封部10在制造公差的范围具有较大的最小接触带和较窄的接触带宽，从而在公差范围提供更一致的性能。

以上参照附图详细描述了本发明的代表性、非限制性示例。该详细描述仅旨在教导本领域技术人员用于实践本教导的优选方面的进一步细节，而不旨在限制本发明的范围。

此外，在以上详细描述中公开的特征和步骤的组合对于以最广泛的意义实践本发明可能不是必需的，而是仅被教导来具体描述本发明的代表性示例。此外，上述代表性示例的各种特征以及所附的各个独立权利要求和从属权利要求可以以未具体和明确列举的方式组合，以提供本教导的另外有用的实施方式。

为了原始书面公开的目的以及为了限制所要求保护的主题的目的，说明书和/或权利要求书中公开的所有特征旨在彼此分开且独立地公开，与实施方式和/或权利要求书中的特征的组合方式无关。另外，为了原始书面公开的目的以及为了限制所要求保护的主题的目的，所有值范围或实体组的表示旨在公开每个可能的中间值或中间实体。本发明不限于上述实施方式，并且可以在所附权利要求的范围内变化。

Claims

1.一种用于密封内构件与外构件之间的环形空间的密封部，所述内构件具有外周表面并且所述外构件具有内周表面，所述环形空间被限定在所述内周表面与所述外周表面之间，所述内构件和所述外构件中的一者能够沿着中心轴线移位通过行程长度，所述密封部包括：

环形密封主体，由弹性体材料形成，与所述内构件联接或与所述外构件联接，并且具有第一周向表面、相对的第二周向表面；以及密封突起，从所述第一周向表面径向地延伸，所述突起具有大致截头圆锥形的主密封表面，所述主密封表面具有第一轴向端部、第二轴向端部以及在所述第一端部与所述第二端部之间的轴向长度，其中，满足以下之一：

当所述密封主体与所述内构件联接时，所述突起能够与所述外构件的内表面密封地接合，使得所述主密封表面的基本上整个轴向长度抵靠所述外构件的内表面布置；和

当所述密封主体与所述外构件联接时，所述突起能够与所述内构件的外表面密封地接合，使得所述主密封表面的基本上整个轴向长度抵靠所述内构件的外表面布置。

2.根据权利要求1所述的密封部，其特征在于，满足以下之一：

所述外构件具有轴向端部，并且所述突起形成为从所述主体的内表面径向向内地延伸并且在轴向上超过所述外构件的轴向端部的悬臂；和

所述内构件具有轴向端部，并且所述突起形成为从所述密封主体的外周表面径向向外地延伸并且在轴向上超过所述内构件的轴向端部的悬臂。

3.根据权利要求1所述的密封部，其特征在于，所述主密封表面的轴向长度的值至少为所述行程长度的值。

4.根据权利要求1所述的密封部，其特征在于，当所述密封部不与所述内构件接合或不与所述外构件接合时，锥形的密封表面与所述中心轴线或与和中心轴线平行的线限定角度，所述角度具有小于7.5度的值。

5.根据权利要求4所述的密封部，其特征在于，所述角度的值小于5度。

6.根据权利要求1所述的密封部，其特征在于，所述主密封表面具有绕着所述中心轴线的直径，所述直径在所述密封表面的第一轴向端部与所述密封表面的第二轴向端部之间至少基本上线性地变化。

7.根据权利要求1所述的密封部，其特征在于，所述密封突起具有在所述第一周向表面与所述主密封表面之间径向和轴向地延伸的辅助密封表面，当所述环形空间具有小于预定值的径向长度时，所述辅助密封表面的一部分抵靠所述内构件的外表面或所述外构件的内表面中的一者布置。

8.根据权利要求1所述的密封部，其特征在于，所述环形主体包括主体轴向部分和主体径向部分，所述主体轴向部分提供所述第一周向表面和所述第二周向表面，所述主体径向部分从所述第一周向表面和所述第二周向表面中的一者延伸并与所述轴向部分一体地连接以使得形成接合部，所述密封突起从邻近所述接合部的所述第一周向表面延伸。

9.一种用于密封内构件与外构件之间的环形空间的密封部，所述内构件具有外周表面，并且所述外构件具有内周表面和轴向端部，所述环形空间被限定在所述内周表面与所述外周表面之间，所述内构件和所述外构件中的一者能够沿着中心轴线线性地移位通过行程长度，所述密封部包括：

环形密封主体，由弹性体材料形成并且具有内周表面和相对的外周表面，所述外周表面布置在所述外构件的内表面上；以及大致悬臂状的密封突起，从所述内周表面径向向内地延伸并且在轴向上超过所述外构件的轴向端部，所述突起具有大致截头圆锥形主密封表面，所述主密封表面具有第一轴向端部、第二轴向端部以及在所述第一端部与所述第二端部之间的轴向长度，所述突起能够与所述内构件的外表面密封地接合，使得所述主密封表面的基本上整个轴向长度抵靠所述内构件的外周表面布置。

10.根据权利要求9所述的密封部，其特征在于，所述主密封表面的轴向长度的值至少为所述行程长度的值。

11.根据权利要求10所述的密封部，其特征在于，当所述密封部不与所述内构件接合时，锥形的密封表面与所述中心轴线限定角度，所述角度具有小于7.5度的值。

12.根据权利要求11所述的密封部，其特征在于，所述角度的值小于5度。

13.根据权利要求9所述的密封部，其特征在于，所述密封表面具有绕着所述中心轴线的直径，所述直径在所述密封表面的第一轴向端部与所述密封表面的第二轴向端部之间至少基本上线性地变化。

14.根据权利要求9所述的密封部，其特征在于，所述密封突起具有在所述密封主体的内周表面与所述主密封表面之间径向和轴向地延伸的辅助密封表面，当所述环形空间具有小于预定值的径向长度时，所述辅助密封表面的一部分抵靠所述内构件的外表面布置。

15.一种用于密封内构件与外构件之间的环形空间的密封部，所述内构件具有外周表面和轴向端部，并且所述外构件具有内周表面，所述环形空间被限定在所述内周表面与所述外周表面之间，所述内构件和所述外构件中的一者能够沿着中心轴线线性地移位通过行程长度，所述密封部包括：

环形密封主体，由弹性体材料形成并具有内周表面和相对的外周表面，所述内周表面布置在所述内构件的外表面上；以及大致悬臂状密封突起，从所述密封主体的外周表面径向向外地延伸并在轴向上超过所述内构件的轴向端部，所述突起具有大致截头圆锥形主密封表面，所述主密封表面具有第一轴向端部、第二轴向端部以及在所述第一端部与所述第二端部之间的轴向长度，所述突起能够与所述外构件的内表面密封地接合，使得所述主密封表面的基本上整个轴向长度抵靠所述外构件的内周表面布置。

16.根据权利要求15所述的密封部，其特征在于，所述密封表面的轴向长度的值至少为所述行程长度的值。

17.根据权利要求16所述的密封部，其特征在于，当所述密封部不与所述外构件接合时，锥形的密封表面与所述中心轴线限定角度，所述角度具有小于7.5度的值。

18.根据权利要求17所述的密封部，其特征在于，所述角度的值小于5度。

19.根据权利要求15所述的密封部，其特征在于，所述密封表面具有绕着所述中心轴线的直径，所述直径在所述密封表面的第一轴向端部与所述密封表面的第二轴向端部之间至少基本上线性地变化。

20.根据权利要求15所述的密封部，其特征在于，所述密封突起具有在所述密封主体的外周表面与所述主密封表面之间径向和轴向地延伸的辅助密封表面，当所述环形空间具有小于预定值的径向长度时，所述辅助密封表面的一部分抵靠所述外构件的内表面布置。