CN1162708A - 带有嵌入式环形螺旋弹簧的改进型密封件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及包括一个壳体装置和一个弹性材料唇体部分的密封件。唇体的截锥形空气和油侧面在内径部分会合以形成在使用中接触有关轴的流体密封带。一个连续周向延伸的环形螺旋弹簧嵌在密封件的唇体中。唇体的轴向内表面部分地由多条间隔开的肋限定，其余部分由具有紧靠环形螺旋弹簧的径向和轴向最内部分的部分的袋限定。在密封件自由状态中，环形螺旋弹簧作用防止密封件径向扩张的径向向内的力，该弹簧也阻止密封带和密封件其余部分的尺寸收缩。

Description

带有嵌入式环形螺旋弹簧的改进型密封件

本发明涉及用于制造流体密封件的改进的方法和设备。这种方法和设备克服了具有在流体密封件，即，具有一壳体及一弹性材料的密封唇部的密封件的唇体部分中的所谓嵌入式环形螺旋弹簧的密封件的现有问题。

在大多数密封件结构中，环形螺旋弹簧增加了由密封唇体的弹性提供的径向负荷。弹簧位于在唇体中模制出的一条槽中。在某些密封件中，一直存在环形弹簧崩出即与密封件的其余部分分离的难题。

有人曾提出环形螺旋弹簧可以嵌在密封件中以保证其不脱离其应有位置。但是，弹簧在模具中的定位已在使用中导致不稳定的效果。由于在模制中形成的力很大，弹簧有时具有本身再次定位的倾向。流动的橡胶可以使环形螺旋弹簧从其应有的使用位置移开，造成弹簧的偏心嵌入。

按照本发明，可以提供一种使设计者可以精确地确定环形螺旋弹簧相对于模腔的位置的弹簧***。因此，弹簧可在成品中占据理想的位置。

另外，适当定位的弹簧可以用来取得下述优点，即，在相同的密封件模具中制出实际尺寸不同的密封件。

已经发现，如果在离开密封带适当距离以内在密封件本体中嵌入一环形螺旋弹簧，那么就可以限制密封件内径(I.D.)的收缩。同样也已发现，使弹簧在张力下放置而使弹簧预负荷就不仅可以将弹簧放在适当位置，而且可以通过改变预负荷、弹簧直径和簧丝尺寸来总体控制密封件的径向负荷特性。

其结果是，可使用相同的模具生产具有不同模制内径和不同预负荷和残留干涉变化的密封件。

因为对于许多大直径密封件的稍有不同的尺寸中的每一种都制造不同的模具，其成本是难以承受的，所以本发明的方法和设备可以不用制造新模具的开支而提供可适于许多不同应用场合的密封件。

本发明包括提供一种模具，该模具具有一个模具部分，它包括适于形成密封唇体之一部分的部分，该唇部之一部分包括截锥形空气和油侧面，其会合以形成一个密封带，它还包括适于定位和支承环形螺旋弹簧的其它部分，这些部分包括多个伸入模腔的间隔开来的销。

另外，本发明提供一种密封件制造方法，该方法包括在密封件模具中预先定位并张紧一环形螺旋弹簧，然后用流动的可固化弹性材料注入模腔以形成密封件，密封件带有至少部分地嵌入的环形螺旋弹簧，具有挠曲和记忆的需要性质。

附图简要说明如下：

图1是按照本发明制造的密封件的立体图；

图2是放大的局部立体图，表示图1所示密封件的一部分，该部分邻近制造该密封件的模具的一部分；

图3是制造密封件的设备和模具的密封件的一部分的放大的垂直剖视图；

图4是图3所示的密封件和模具的一部分的垂直剖视图，表示在打开位置的模具和部分地从模具卸下的密封件；

图5是本发明的密封件的一部分的垂直剖视图；

图6是本发明的密封件的另一部分的垂直剖视图；

图7是沿图4的7-7线的、用于形成本发明的密封件的模具的一部分的端视图；

图8是沿图7的8-8线的、本发明的模具的一部分的局部放大剖视图；

图8A是使用图8所示密封件模具的那个部分制造的本发明的密封件的部分示意剖视图；

图9是沿图7的9-9线的、本发明的模具的一部分的局部剖视图；

图9A是用图9所示模具的那个部分制造的密封件的一部分的局部示意剖视图；

图10是本发明的弹簧***的一个变型的剖视图；

图11是类似于图7的视图，但表示借助销并在初始张力即预负荷下定位的环状螺旋弹簧；

图12是表示本发明使用的弹簧***的一种变型的示意图。

下面描述密封件及用于生产密封件的模制设备的一种或多种形式。

图1-4表示一密封组件10，它包括一个钢或类似材料的刚性壳部12、一个轴向凸缘14、一个径向凸缘16和一个可由壳体材料减少厚度制成的可选用的端部卷边18。壳部12几乎完全地被一个弹性体20包围。弹性体20包括一个带有外安装面24的环形外径盖22和一个环形轴向凸缘内表面盖部26。两表面24，26由一个轴向内端表面28接合。

一个周向延伸的环形螺旋弹簧38嵌有一个密封唇体30。环形螺旋弹簧30最好是一具有径向最外表面的环形螺旋弹簧，该径向最外表面被一薄橡胶板部分覆盖而其它地方则由较厚模截面的橡胶包覆。

密封唇体30部分地是由一截锥形油侧面32和一个截锥形空气侧面34限定，沿一尖锐边缘会合以形成一个与有关机件如转轴(未画出)接触的密封带36。唇体30还包括一个连续的径向外表面39。多个间隔紧密的基本呈径向的弹簧***进入表面40，以及多个间隔紧密的轴向弹簧***进入表面42。

弹簧***进入表面42，44在唇体30中形成L形袋46。每个袋46与相邻袋46相隔一条肋48。袋46以轴向面对的关系朝着密封件的油侧面敞口，肋在径向外弹簧盖表面40和油侧面32的开始处之间基本沿径向延伸，这些肋共同形成唇体30的轴向内端面50。“轴向内”的意思是朝着油侧即密封区，而“轴向外”的意思是朝着空气侧即背离密封区。

图8A表示在袋46形成处，环形螺旋弹簧的橡胶覆盖是最小的，即，在环形螺旋弹簧38的轴向最内部分上有薄橡胶包复层60，而且在弹簧38的径向最内部分上有同样薄的橡胶包复层62。图9A表示包复层60和62具有更实在、更厚的弹性材料。这是因为此处具有在表面32，40之间延伸并使其接合的肋48。在袋46形成处包复层60，62较薄。

图2-6表示由表面32，34，40，50限定的密封唇体30通过一个挠性部分64连接于壳体径向凸缘18的径向最内部分59。在图2中，壳体径向凸缘也由带有凹口68的橡胶外端面包复层66覆盖。

图3和4示意地表示一种可通过本发明的步骤制造密封件的模具。图2和3表示一个模具组件100，它包括一个上部的嵌入部102、一个下部的芯部104和一个外环部106。当完全闭合(图3)时，模具组件100的上述部分构成一个模腔，在其中用弹性体20包围壳体12而模制密封件。

在图3和4中，下部的芯部104包括一个环形端面成形表面108，其带有周向间隔开来的凸台110，以便在密封件的外端面包复层66上形成凹口。下部的芯部104也包括一个倾面112，其一部分构成挠性部分46的一个表面。表面114构成密封件的空气侧面34，另一截锥形表面116构成唇体30的一部分油侧面32。上述表面在一个尖锐的密封带形成凹口118处会合。模具组件100的环部106包括一个用于形成外部密封安装面24的径向最外成形表面部分120。

上部的嵌入部102包括一个适于形成密封件的轴向内端面28的环形表面122和一个大的台肩124，台肩的径向内部126在制成的密封件上形成径向外部弹簧包复表面39。

图2和4表示一个弹簧***128，它由多个间隔开来的、基本呈L形的销130构成，每个销包括一个径向腿部132和一个轴向腿部134，用于接触和支承环形螺旋弹簧38的表面部分。销130的每个腿部132，134的长度等于弹簧38的螺旋直径。

在大直径密封件中，每个销130的腿部132，134的长度为大约0.230至大约0.250英寸，销的宽度(周向)为大约0.10英寸，肋具有大约相同的宽度。因此，在每周向英寸的密封件尺寸上可以具有大约五个袋和五条肋。

在图2和图9A中，在模具的嵌入部102没有上述销130的部位是完全平的表面136。在具有形成唇体30的径向部分的销130的部位，在制成的密封件上将有凹口46，在没有销130处在制成的密封件上将有肋48。在大直径密封件(外径23英寸)中，将有几百个大约0.100英寸的袋和肋。

关于本发明的方法，环形螺旋弹簧38是由切成适当长度的螺旋弹簧接合而形成环形弹簧的，其放置在模具组件100中的销130上并靠其自身的弹性保持在那里。当弹簧38选择定位时将模具的两部分(102，104)闭合，将流动的橡胶压入由上述模具表面限定的模腔中。

在硫化时，这样制成的密封件具有一个橡胶外径和一个完全或几乎完全由橡胶包复的弹簧。在弹簧的某些部分中，透过薄的残留料片可以看到弹簧的轮廓。肋48覆盖弹簧的其余部分。关于本发明的方法，制成一个不嵌有环形螺旋弹簧的密封件试件，其与图10的密封件相像。在密封件的工具装备中，模腔的唇部形成表面具有3.000英寸的内径。在自由状态中，在这种模具中制的，没有弹簧的密封件收缩0.071”至2.929”(内径)。然后，使用图2和11所示的那种模具制造一个其它方面相同的密封件，将弹簧38形成一个连续的环，测量其装配内径(“A.I.D.”)并将其放置并在弹簧张力作用下保持在销130的轴向腿部134上。使用装配内径相差0.020”的环形螺旋弹簧制成另外几个密封件，所有弹簧在模具的销上作用着张力即预负荷。

在使用环形螺旋弹簧的所有情形中，即使所用的弹簧具有增加密封件径向刚度的效果，初始收缩也是减小的。使用具有最小装配内径(因而具有最大预负荷)的弹簧的密封件的收缩要比那些具有较小预负荷的密封件的收缩大。然而，任何嵌入的弹簧，甚至预负荷的弹簧，也会使密封件的自由状态内径大于没有弹簧的密封件。在一个3英寸内径的密封件中，取决于弹簧的设置及其预负荷，其内径从大约2.929英寸至3.00英寸变化。

试验表明径向负荷可以得到相当大的变化。试验轴的内径为3.00英寸，也制造另外的几根试验轴。每个都比另一个大0.020英寸。使用相同线径和尺寸的弹簧，只是改变其预负荷，即，装配内径，这样可以形成径向负荷大范围的变化。一些密封件形成轴圆周每英寸小于1盎司的径向负荷，而另一些密封件的径向负荷则大于轴的圆周每英寸32盎。具有弹簧和不设弹簧的模制内径的变化，在一个3英寸直径的密封件中几乎达0.070英寸。设置弹簧的效果在于：无弹簧的且模制干涉为公称0.070英寸的密封件的径向负荷只及大0.035英寸但设有环形螺旋弹簧的密封件的一半。无弹簧且干涉为0.70的密封件的径向负荷大致与设有弹簧，干涉仅为0.010英寸的密封件相同。在设置弹簧的情形中，径向负荷随着试验轴直径的增加会增加得更为急剧得多。因此，弹簧的提高径向负荷的能力可以被利用，在制造中加在弹簧上的预负荷可用来最初将密封件的尺寸确定在预定的值上。制造大直径的密封件需要昂贵的装备，而不需要完全新的模具以尺寸的较小变化，模制时的密封件尺寸的显著变化可以通过改变适当定位在密封件唇体中的嵌入的环形螺旋弹簧的装配内径而简单地实现。

在需要相同尺寸的密封件以产生不同的径向负荷的情形中，预负荷的程度可以变化。嵌入的弹簧可以提供向外变形的阻力，也可提供对橡胶收缩的阻力。一个模具可以利用不同装配内径的弹簧来控制出模时的收缩。使用三种不同装配内径的弹簧的一个完全相同的模具改变了密封件出模时内径的尺寸，形成初始尺寸差和与有关轴的不同的模制干涉。采用本发明可以事先确定密封件的性能。

某些模具弹簧***包括形成一个环的各个销130。图12表示各个车销130b可以用作上述销，每个轴销包括一个圆柱形柄部131b和一个径向朝外用于接合环形螺旋弹簧38b的平部133b。模具的嵌入部102b包括一个为柄部131b而设的开口135b。

实际上，在其它实施例中平部133b和径向表面137b构成***的腿部的配对件134B，136b。

在某些销的表面上可以使逆向斜面(图10)。其中，腿部134a的最内的尖端135直径销大于表面151a。这就使弹簧在形成密封件时保持在位，而在从模中取出时逆向斜面或底切又不会阻碍销的卸除。同样，在图8中的销130的整个弹簧接合面可以不象图中所示那样，而是稍许倾斜。

图8表示制造销的一种推荐的方法。模具最初制有一个连续的伸入模腔的台肩。在形成台肩后，制成多个与模具的端面齐平的径向切口，从而使单一的连续台肩变成多个单独的销。在图12的实施例中，不需要上述步骤，因为该实施例在模具端面上简单地设置一系列孔；并将支承弹簧的销轴的柄部压入布置成圆形轨迹的孔中。

Claims (11)

1.一种流体密封组件，以组合的方式包括一个具有轴向和径向凸缘的壳体装置，以及一个包括在内径部分上会合的截锥形空气和油侧面以便在工作中形成与有关轴接触的流体密封带的弹性体的唇体部分，一连续的周向延伸的环形螺旋弹簧嵌在所述唇体中，所述唇体的轴向内表面部分地由多个间隔开来的肋限定的，而其余部分则由具有紧靠所述环形螺旋弹簧的径向和轴向最内部分的部分的袋限定，所述唇体部分通过一个薄的径向横截面的挠性颈部连接于所述壳体的径向凸缘的径向内部，在所述密封组件的自由状态中，所述环形螺旋弹簧施加一个径向向内的预负荷力以阻止所述密封组件的径向扩张，弹性体材料包括径向向内作用在所述弹簧上以便使所述弹簧处于径向压负荷作用下的所述唇体，所述弹簧也阻止所述密封带的尺寸收缩。

2.如权利要求1所述的流体密封组件，其特征在于：所述壳体的轴向凸缘被一个提供径向向外的圆柱形安装表面的圆柱形橡胶结构包覆。

3.如权利要求1所述的流体密封组件，其特征在于：所述袋基本为L形结构。

4.如权利要求1所述的流体密封组件，其特征在于：整个所述壳体基本完全地被包括所述唇体部分的相同弹性体材料包围。

5.一种密封件成形模具组件，以组合的方式包括至少两个可在开、闭位置之间移动的密封件模具部分，其用于在其中接纳一密封件壳体，每个所述模具部分具有多个环形表面，所有这些表面一起在所述模具的闭合位置限定一个模腔，所述表面包括适于形成一个密封件唇体的那些表面，所述密封件唇体包括一个径向最外的唇体表面，部分径向向内的、会合成一密封带的截锥形空气和油侧面，一个将所述唇体连接于所述壳体的挠性颈部，所述模具部分之一还包括一个环形螺旋弹簧***，所述环形螺旋弹簧***包括多个大致在轴向伸入所述模腔的所述唇体形成部分中的周向紧密间隔开来的销，它们将环形螺旋弹簧定位在所述模腔中，所述销具有径向向外的用于防止所述环形螺旋弹簧径向向内移动的表面，并且有用于所述环形螺旋弹簧轴向定位的至少部分地径向延伸的表面，因而当所述模具部分闭合时，所述环形螺旋弹簧定位在所述唇体之中，与其径向外表面和轴向内表面间隔开来，当打开模具时，所述销从所述模腔撤回，从而在所述唇体的所述密封带区域径向之外的部分中形成多个相邻设置的敞口的袋。

6.如权利要求5所述的密封件成形模具组件，其特征在于：限定所述模腔的表面包括形成在所述密封件上的外径安装表面的表面。

7.如权利要求5所述的密封件成形模具组件，其特征在于：限定所述模腔的表面包括完全包围所述密封件壳体的表面，因而其全部表面包在用于形成所述密封件成品的弹性体中。

8.如权利要求5所述的模具组件，其特征在于：所述环形螺旋弹簧***包括许多周向紧密间隔开来的基本呈L形的销，每个所述销具有一个轴向弹簧支承表面和一个径向延伸的弹簧定位表面。

9.如权利要求8所述的模具组件，其特征在于：所述销包括基本轴向延伸的弹簧接合表面，该表面具有逆斜面以便可靠地使所述环形螺旋弹簧定位。

10.如权利要求5所述的模具组件，其特征在于：所述环形螺旋弹簧***包括多个基本轴向延伸的定位销轴，每个所述销轴具有适于接合所述环形螺旋弹簧之一部分的轴向和径向延伸的表面部分。

11.一种成形流体密封件的方法，所述方法包括以下步骤：形成可相对移动的模具部分，所述模具部分具有在其闭合位置限定一油密封件的轮廓的表面，所述密封件包括一个具有沿一圆形轨迹会合的截锥形空气和油侧面以形成与有关轴接触的密封带的密封唇体，以及限定径向最外环形唇体部分和将所述唇体连接于所述密封件的其余部分的挠性颈部的附加表面，所述方法包括使周向连续的环形螺旋弹簧在设于所述模腔中的多个圆周分布的销的径向向外的表面上预张紧，然后定位，在所述环形螺旋弹簧上保持张力；使所述弹簧在所述销上作用径向向内的力时，向所述模具注入流动的可固化的弹性材料，同时保持所述环形螺旋弹簧在所述销上的定位，使所述弹性材料固化，然后从所述模腔撤出所述销以便在所述密封件唇体的轴向内表面上形成多个间隔开来的袋，所述环形螺旋弹簧定位在所述唇体中并作用一个倾向于阻止所述密封带直径扩大的、径向向内的力。

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