專利名稱：軸的密封裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及撓性唇形密封裝置。特別是涉及能調(diào)節(jié)嚴(yán)重的軸-孔不對準(zhǔn)或動力偏心的唇形密封裝置。
唇形密封裝置是由一種彈性體的或聚合物的材料模制而成，其以密封關(guān)系包繞著一根轉(zhuǎn)動的軸從而在一個該軸從其上延伸出來的外殼內(nèi)提供一個液密或氣密的腔室。這種密封裝置包括的構(gòu)件或元件有一個保持器用以幫助密封體相對于外殼的安裝、退出和定位;和一個或多個彈性體的或聚四氟乙烯的密封唇片。
本發(fā)明唇形密封裝置特別適用于，但并不局限于，與汽車的空調(diào)壓縮機(jī)的結(jié)合應(yīng)用。這種類型的運(yùn)用特別嚴(yán)格。受到密封的冷凍劑對彈性體材料和其它的密封材料常常具有惡化效應(yīng)。其從真空至高壓的壓力范圍及溫度的范圍是極限的。
此外，汽車的生產(chǎn)在經(jīng)濟(jì)上要求不斷努力減小重量和降低成本。設(shè)備的設(shè)計趨向于重量輕或輕負(fù)載。結(jié)果是密封裝置必須在軸與孔之間的可容許的不對準(zhǔn)以及動力偏心方面適應(yīng)更為極端的規(guī)格。
本發(fā)明密封裝置使用了一個具有多個密封唇片的單一密封體。先前的唇形密封裝置使用要求組裝的分開的密封體構(gòu)件。這種先前的設(shè)計形成許多潛在的問題，包括密封構(gòu)件不合適的安裝，丟失密封構(gòu)件，密封構(gòu)件的不適當(dāng)軸向壓縮和一個固定的內(nèi)襯墊壓縮。一個或多個這樣的問題常常結(jié)合在一起造成通過組裝密封裝置的內(nèi)部泄漏。
本發(fā)明密封裝置提供了解決這些問題的辦法。
根據(jù)本發(fā)明設(shè)置了一個限定三個徑向密封唇片的單一彈性體主體。第一個是主要密封唇片，其靠近裝有壓縮液的外殼的一個腔室。一個輔助密封唇片用作主要密封唇片的一個對準(zhǔn)件。最后的密封唇片當(dāng)密封裝置裝配時從腔室朝著外界偏轉(zhuǎn)，阻擋外界的污染進(jìn)入外殼腔室內(nèi)。
密封體是一個單件的環(huán)形彈性體元件，其模制成一個剛性環(huán)形保持器。在密封裝置于裝配期間偏轉(zhuǎn)的輔助唇片與主要唇片的基部相接觸。這一偏轉(zhuǎn)與位于主要唇片基部之上的下切口相結(jié)合可促進(jìn)主要唇片與轉(zhuǎn)動軸的對準(zhǔn)。這個對準(zhǔn)對于調(diào)節(jié)軸與外殼之間的偏心和保持一個液密密封特別重要。
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例予以描述，附圖中

圖1是一幅外殼和轉(zhuǎn)動軸的截面圖，顯示出本發(fā)明的密封裝置組件放置在一個裝配工具上但尚未安裝就位;
圖2是一幅放大的截面圖，顯示已裝配就位的密封裝置組件;
圖3是本發(fā)明密封裝置組件的截面圖;
圖4是本發(fā)明密封裝置組件的透視圖;和圖5是一幅放大的截面圖，顯示在操作狀態(tài)下的密封裝置組件帶有顯著的軸-孔不對準(zhǔn)。
這里首先描述一下使用本發(fā)明密封裝置的場合。圖1中標(biāo)號10表示一根如汽車空調(diào)壓縮機(jī)之類裝置的轉(zhuǎn)動軸。軸10繞著中央軸心12轉(zhuǎn)動并從一個固定的外殼14穿過一個圓筒形鏜孔16。外殼14內(nèi)限定有一個環(huán)形密封表面17。一個徑內(nèi)延伸的臺肩18形成在密封表面17的一端，而在相對的一端則形成有一個卡環(huán)槽19。
密封裝置20以與軸10和與外殼14成密封關(guān)系包繞著軸10。圖1中顯示其處在一個裝配工具11上的中間未裝配位置。圖2顯示出密封裝置20處于其已裝配好的位置。當(dāng)裝配好后，密封裝置20將處于密封裝置一側(cè)的內(nèi)外殼腔室24與處于密封裝置相對一側(cè)的外殼以外處的大氣或外界26分開。
密封裝置20的細(xì)節(jié)顯示在圖3和4中。參看圖3，密封裝置20包括一個結(jié)合在一個剛性保持器32上的環(huán)形密封體30。保持器32是一個環(huán)形像圈一樣的結(jié)構(gòu)，其最好用如鋼之類的金屬制成。它包括一個中央環(huán)形壁60，一個結(jié)合凸緣62和一個退除凸緣64。凸緣64只是在密封體和保持器結(jié)合在一起之后才向內(nèi)模鍛，其目的在下文中可以明了。
密封體30是一個單件的彈性體元件或聚合物元件。它包括一個結(jié)合在保持器壁60上的環(huán)形圈部分34。圈部份34包括一對形成在外表面35上的軸向間隔開的圓周肋條36。肋條36是梯形截面。當(dāng)密封裝置20處于裝配好的位置時，肋條36密封地接合在外殼14的環(huán)形密封表面17上。因此，當(dāng)密封裝置20在未裝配好時肋條32的外徑應(yīng)當(dāng)大于密封壁17的內(nèi)徑。
圈部份34的存在雖然是可取的但并不是絕對必需的。一個液密與氣密的密封裝置同樣可以建立在密封體30和鏜孔16內(nèi)的徑向表面之間而不需要圈部份34，這在下文中將予以說明。
從圈部份34徑向向內(nèi)延伸的是徑向體部份38。徑向體部份38位于密封裝置20的機(jī)內(nèi)軸向端，該軸向端就是當(dāng)密封裝置20裝配好時朝對著內(nèi)外殼腔室24的一端。相對的一端，也就是密封裝置20的機(jī)外軸向端面朝著外界或大氣26。
徑向體部份38限定徑向面40。在密封裝置20處于裝配好的位置時，徑向面40接觸在外殼14的徑向臺肩18上提供一個液密密封。這個密封可以用作在外殼14和密封體30之間的唯一靜態(tài)密封(例如在沒有圈部份34的情況下)。一個環(huán)形下切口或凹口42形成在徑向面40上靠近徑向體部份38的徑向最內(nèi)界限。
從徑向體部份38延伸的是主要唇片44，對準(zhǔn)唇片46和機(jī)外唇片48。當(dāng)密封裝置20處于其裝配好位置時，每個唇片與軸10成圓周接觸。因此，在密封裝置20處于未裝配好位置時，每個唇片構(gòu)件的內(nèi)徑應(yīng)當(dāng)大大地小于軸10的外徑。
圓錐形主要唇片44由環(huán)形基部部份50連接并支承在徑向體部份38上。環(huán)形基部部份50從徑向面40向機(jī)內(nèi)延伸一個大致等于徑向體部份38軸向厚度的軸向距離。它基本上與圈部份34同軸并限定一個靠近下切口42的外圓筒形表面45，和一個內(nèi)圓筒形表面51。下切口42調(diào)節(jié)基部部份50的徑向偏轉(zhuǎn)或彎曲，其目的在下文中可以明了。唇片44在一個斜坡上徑向向內(nèi)延伸，并從基部部份50朝著一個軸向機(jī)內(nèi)方向延伸。
對準(zhǔn)唇片46放置在主要唇片44和機(jī)外唇片48的中間位置。它在基部部份50與徑向體部份38相連處下面的徑向部份38的一個徑向內(nèi)部末端處連接并支承在徑向體部份38上。在未裝配好的位置上，唇片46以徑向向內(nèi)和軸向朝機(jī)內(nèi)的方向傾斜，限定一個基本上與圓錐形主要唇片44同軸的圓錐形。唇片46限定圓筒形外表面49，圓筒形內(nèi)表面52和環(huán)形尖端47。
一個銳角56限定在基部部份50的內(nèi)表面51與唇片46的外表面49之間。唇片46的厚度是這樣的，即當(dāng)裝入到一個其中軸10和鏜孔16是同軸的裝置內(nèi)的時候，角56即被減小至幾乎是零度。唇片46即從一個圓錐形變形成為一個圓筒形，其外表面49與基部部份50的內(nèi)圓筒形表面51同軸并相接觸，而其內(nèi)表面52與軸10同軸并相接觸。因此，唇片46的厚度被選定成能配合基部50的內(nèi)表面51與軸10之間的標(biāo)稱間隔(當(dāng)軸與鏜孔同軸時)。唇片46的長度是這樣的即環(huán)形尖端47接觸在基部部份50的內(nèi)表面51上在徑向面40的機(jī)內(nèi)處于基部部份50至徑向體部份38和至主要唇片44的連接點(diǎn)之間的大約中間部位處。這種關(guān)系表示在圖2中。
機(jī)外唇片48也是連接并支承在徑向體部份38上。它是以一個機(jī)外軸向的方向傾斜(與唇片44和46的傾斜方向相反)。軸向凹口58形成在唇片48和徑向體部份38之間。
裝配好的位置上，密封裝置20包繞在軸10上而密封體30的徑向面40接觸到外殼14的徑向臺階18上。密封體30的肋條36密封地接合外殼14的環(huán)形密封表面17。密封裝置20由卡環(huán)70固定在這位置上，卡環(huán)由彈力裝入在卡環(huán)槽19內(nèi)靠近保持器32的向后退除凸緣64處。密封裝置20可以通過使卡環(huán)70彎曲或卷折并將其退除的方式使其改換為未裝配位置。然后，一個適當(dāng)?shù)墓ぞ弑挥脕硪ё”３制?2的退除凸緣64并將密封裝置20從外殼14內(nèi)拉出。
唇片44，46和48與軸10形成圓周接觸。主要唇片44以軸向機(jī)內(nèi)方向延伸，并靠近內(nèi)外殼腔室24處與軸10的圓周面相接觸，在內(nèi)外殼腔室和外界之間形成主要密封。
機(jī)外唇片48以軸向機(jī)外方向延伸并在靠近外界或大氣26處與軸10的圓周面相接觸。唇片48將外界污染物擋在外殼腔室24之外，并且如果在外殼腔室24內(nèi)形成真空時，將該裝置密封。發(fā)生這種事態(tài)的一個例子為當(dāng)一個汽車空調(diào)裝置進(jìn)行裝料工序時。凹口58為后唇片48提供大范圍的彎曲。
對準(zhǔn)唇片46，根據(jù)其名稱的提示，為一個用于主要唇片44的對準(zhǔn)件，也就是它使唇片44與軸10始終維持同軸的關(guān)系。在一個像汽車空調(diào)壓縮機(jī)這樣的裝置中，一根直徑為半英寸的軸容易發(fā)生在任何徑向方向上的多至0.025英寸的軸-孔不對準(zhǔn)。這種不對準(zhǔn)可以歸諸許多因系，其中包括抽的支承軸承的不對準(zhǔn)，使用了重量輕或小數(shù)量的支承承和其它部件，或者是在軸與支承軸承之間的過量的容隙。
如果由于軸-孔不對準(zhǔn)而造成軸10與主要唇片14的不對準(zhǔn)則可能引起液漏，這是因?yàn)榇狡?4是內(nèi)外殼腔室24和外界之間主要的液密封裝置。因此，唇片44與軸10成為同圓心，也就是對準(zhǔn)，是很重要的，即使在軸10和鏜孔16成偏心狀態(tài)時也是如此。對準(zhǔn)唇片46就是達(dá)成這一目的的。
假如發(fā)生了軸-孔不對準(zhǔn)，則唇片46就產(chǎn)生位移，位移的大小和方向等于軸和鏜孔軸心之間的位移(由于軸10和唇片46的內(nèi)表面52之間的同軸接觸)。這個位移又使基部部份50位移一個相應(yīng)的量，這是由于唇片46的外表面49和基部部位50的內(nèi)表面51之間的同軸接觸?；坎糠?0的位移轉(zhuǎn)化成唇片44的徑向位置的調(diào)整以便使其維持與軸10的同軸。以這種方式，對準(zhǔn)唇片46行使不斷促使主要唇片44與軸10在其整個圓周面上的均勻接觸的作用。
圖5顯示在軸-孔不對準(zhǔn)情況下的密封操作。軸10的軸心12和外殼鏜孔16的軸心13發(fā)生偏移，也就是它們沒有對準(zhǔn)。軸10在徑向上朝著外殼鏜孔的“上面”部份位移一個距離D(此外D是軸的軸心12和鏜孔的軸心13之間的距離)，如圖5中所示。
由于當(dāng)軸10與鏜孔16同軸時對準(zhǔn)唇片46接觸在軸10的外表面和基部部份50的內(nèi)表面51上，這個不對準(zhǔn)造成唇片46位移一個相等于軸10的位移的距離D。依次，基部部份50也位移一個距離D?；坎糠?0的位移轉(zhuǎn)化成主要唇片44位置的徑向調(diào)整，其量額(D)相當(dāng)于軸的位移。因此，軸的軸心的徑向偏移或挪動緊接著跟隨以相應(yīng)的主要唇片的徑向偏移。盡管軸10和外殼鏜孔16之間有偏心，軸10和唇片44之間始終能維持一個恒定的同心接觸面。
下切口42對主要唇片44的對難是一個重要的輔助手段，這是因?yàn)樗芨鶕?jù)由軸-孔不對準(zhǔn)造成的對準(zhǔn)唇片46的位移調(diào)節(jié)基部部份50的位移。因此，在圖5中，下切口42的上面部份具有一個減小的，或壓縮的徑向?qū)挾龋虑锌?2的下面部份具有一個擴(kuò)大的徑向?qū)挾?，以便根?jù)軸10的位移調(diào)節(jié)基部部份50的“向上”偏移(如圖5中所示)。
本發(fā)明的各種不同特點(diǎn)已結(jié)合在實(shí)施例的顯示和描述中予以說明。但必須明確，各種改進(jìn)可以做出而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.在一個限定一個繞著一條鏜孔軸心作為中心的鏜孔并具有一根繞著一條軸的軸心作為中心的轉(zhuǎn)動軸的外殼內(nèi)，一個環(huán)形密封裝置以密封關(guān)系安裝在所述軸的四周以便在所述外殼內(nèi)提供一個密封的腔室，所述密封裝置包括一個單一的密封體，密封體限定一個在內(nèi)端和外端之間徑自延伸和在機(jī)內(nèi)端和機(jī)外端之間的軸向延伸的主體部份，其中所述機(jī)內(nèi)端比所述機(jī)外端更為靠近所述密封腔室，所述密封體包括一個圓筒形基部部份軸向地從所述主體部份延伸并限定一個內(nèi)基部表面；一個主要唇片徑向地從所述基部部份向內(nèi)延伸并以密封關(guān)系接合所述軸；和一個對準(zhǔn)唇片連接在所述主體部份的所述徑向內(nèi)端并限定一個內(nèi)對準(zhǔn)表面和一個外對準(zhǔn)表面，當(dāng)所述軸的軸心與所述鏜孔的軸心對準(zhǔn)時，所述內(nèi)對準(zhǔn)表面接觸所述軸而所述外對準(zhǔn)表面接觸所述內(nèi)基部表面。
2.如權(quán)利要求1中所述的密封裝置，其特征在于其中所述對準(zhǔn)唇片的厚度等于所述軸的外表面與所述內(nèi)基部表面之間的徑向距離，因而所述軸的軸心從所述鏜孔軸心的位移造成所述基部部份和所述主要唇片的相應(yīng)的徑向位移以維持所述主要唇片繞著所述軸的軸心的同軸心。
3.如權(quán)利要求2中所述的密封裝置，其特征在于其中一個徑向面形成在所述主體部份的所述機(jī)內(nèi)端處，所述基部部份軸向地在所述徑向面的機(jī)內(nèi)側(cè)延伸，一個下切口形成在所述徑向面上徑向地在所述基部部份的外面，所述下切口調(diào)節(jié)所述基部部份的徑向位移。
4.如權(quán)利要求1中所述的密封裝置，其特征在于其中所述對準(zhǔn)唇片具有這樣一個長度以致所述對準(zhǔn)唇片的軸向延伸部分在一個軸向位置接觸所述內(nèi)基部表面，該位置位于所述主體部份的所述徑向面和所述主要唇片與所述基部部份連接處之間的中間部位。
5.如權(quán)利要求1中所述的密封裝置，其特征在于其中所述基部部份的長度大約相等于所述主體部份的所述機(jī)內(nèi)端和機(jī)外端之間的距離。
6.如權(quán)利要求1中所述的密封裝置，其特征在于其中所述密封體還包括一個機(jī)外唇片靠近所述主體部份的所述機(jī)外端并徑向地內(nèi)和軸向地朝機(jī)外延伸以便接觸所述軸，從而將外界的污染物排除在所述密封腔室之外。
7.如權(quán)利要求1中所述的密封裝置，其特征在于它還包括一個結(jié)合在所述密封體上的保持器。
8.如權(quán)利要求1中所述的密封裝置，其特征在于所述密封體是由彈性體材料或聚合物材料制成的。
9.如權(quán)利要求3中所述的密封裝置，其特征在于其中所述主體部份的所述徑向面緊靠在形成在所述外殼內(nèi)的一個環(huán)形臺肩上。
10.如權(quán)利要求1中所述的密封裝置，其特征在于其中所述密封體限定一個環(huán)形部份，該環(huán)形部分靠近所述主體部份的所述徑向外端，所述環(huán)形部份相對于所述基部部份同軸地延伸。
11.如權(quán)利要求10中所述的密封裝置，其特征在于其中所述環(huán)形部份的外表面包括多個形成在其上的軸和軸向間隔開的圓周肋條，所述的肋條以密封關(guān)系接合在所述外殼的一個內(nèi)環(huán)形密封表面上。
12.如權(quán)利要求6中所述的密封裝置，其特征在于其中一個凹口形成在所述主體部份上徑向地在所述機(jī)外唇片的外面以調(diào)節(jié)所述機(jī)外唇片的徑向位移。
13.如權(quán)利要求1中所述的密封裝置，其特征在于其中所述外殼限定一條環(huán)形凹槽，一個卡環(huán)設(shè)置在所述凹槽內(nèi)使所述密封裝置固定在所述外殼內(nèi)。
全文摘要
一個密封裝置組件以密封關(guān)系安裝在一根軸上以便在一個外殼內(nèi)提供一個密封的腔室，軸就是從這腔室中穿過。密封裝置包括一個單件的環(huán)形密封體附接一個環(huán)形保持器上。密封體包括三個接合在軸上的徑向密封唇片。一個主要唇片靠近密封腔室提供主要的液密封。一個輔助唇片位于主要唇片的后面使主要唇片對準(zhǔn)軸。一個后唇片阻擋外界污染物使其不能進(jìn)入密封腔室。
文檔編號F16J15/32GK1101406SQ9411630
公開日1995年4月12日 申請日期1994年9月16日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月16日
發(fā)明者C·B·希曼, L·海達(dá)克, J·E·福比斯, J·克羅澤 申請人:約翰起重機(jī)有限公司