用于销接头的密封组件.pdf

用于机器(10)的销接头组件(24)包括具有第一和第二密封环(111，112，511，512)和第一和第二垫片或复曲面加载环(121，122，521，522)的密封组件(51，52，451)。第一和第二密封环(111，112，511，512)分别具有加载表面(134，534)和密封面(136，536)。第一和第二密封环(111，112，511，512)彼此邻接，使得密封面(136，536)彼此形成接触关系。第一加载环(121，521)接合轴环(44，244，444)的加载环接合表面(130，330，530)和第一密封环(111，511)的加载表面(134，534)。第二加载环(122，522)接合衬套(42)的加载环接合表面(130，330，530)和第二密封环(112，512)的加载表面(134，534)。轴环(44，244，444)的加载环接合表面(130，330，530)和第一密封环(111，511)的加载表面(134，534)中的至少一个能够相对于第一密封环(111，511)的密封面(136，536)以近侧关系保持第一加载环(121，521)。

权利要求书
1.  一种能够用于密封接头(24)的密封组件(51，52，451)，其具有能够相对于其第二构件(22)围绕转动轴线(RA)枢转的第一构件(20)，第一构件(20)和第二构件(22)分别包括加载环接合表面(130，330，530)，密封组件(51，52，451)包括：
环形的第一和第二密封环(111，112，511，512)，第一和第二密封环(111，112，511，512)分别具有轴向延伸的加载表面(134，534)和径向延伸的密封面(136，536)，第一和第二密封环(111，112，511，512)彼此邻接，使得第一和第二密封环(111，112，511，512)的密封面(136，536)彼此形成接触关系；以及
环形的第一和第二加载环(121，122，521，522)，第一加载环(121，521)在未加载状态下具有大致圆形的横截面形状，第一加载环(121，521)接合第一构件(20)的加载环接合表面(130，330，530)和第一密封环(111，511)的加载表面(134，534)，第二加载环(122，522)接合第二构件(22)的加载环接合表面(130，330，530)和第二密封环(112，512)的加载表面(134，534)；
其中第一构件(20)的加载环接合表面(130，330，530)和第一密封环(111，511)的加载表面(134，534)中的至少一个包括从中径向延伸并能够限制第一加载环(121，521)相对于第一密封环(111，511)的密封面(136，536)的轴向运动的环形突出部(188，388，588)，使得第一加载环(121，521)的横截面中心(C)离开第一密封环(111，511)的密封面(136，536)布置的轴向距离(D)在多达未加载状态下的第一加载环(121，521)的横截面半径(R)的大约两倍的行程范围内。

2.  根据权利要求1所述的密封组件(51，52，451)，其中，环形突出部(188，388，588)能够限制第一加载环(121，521)相对于第一密封环(111，511)的密封面(136，536)的轴向运动，使得第一加载环(121，521)的横截面中心(C)离开第一密封环(111， 511)的密封面(136，536)布置的轴向距离(D)在多达未加载状态下的第一加载环(121，521)的横截面半径(R)的大约百分之一百八十的行程范围内。

3.  根据权利要求1所述的密封组件(51，52，451)，其中，环形突出部(188，388，588)能够限制第一加载环(121，521)相对于第一密封环(111，511)的密封面(136，536)的轴向运动，使得第一加载环(121，521)的横截面中心(C)离开第一密封环(111，511)的密封面(136，536)布置的轴向距离(D)在未加载状态下的第一加载环(121，521)的横截面半径(R)的大约百分之一百五十至大约百分之一百八十的行程范围内。

4.  根据权利要求1-3任一项所述的密封组件(51，52，451)，其中，第一密封环(511)的加载表面(534)包括具有凸出区段(584)的反向弯曲部分(564)，凸出区段(584)限定环形突出部(588)。

5.  根据权利要求1-4任一项所述的密封组件(51，52，451)，其中，第一密封环(111，511)的加载表面(134，534)包括倾斜密封斜面部分(204，604)，并且环形突出部(188，388，588)邻近大致平的截顶锥形区域(363)布置，截顶锥形区域(363)限定具有长度S的加载环放置区域，长度S沿着大致平行于截顶锥形区域(363)的横截面表面(365)的轴线测量，并等于或小于
L+1.2(SG/cosγ)，
其中L是第一加载环(121，521)在布置在第一密封环(111，511)和第一构件(20)之间时的长度，SG是使第一构件(20)和第二构件(22)分开的轴向距离，并且γ是第一密封环(111，511)的倾斜密封斜面部分(204，604)和转动轴线(RA)之间形成的锐角。

6.  根据权利要求5所述的密封组件(51，52，451)，其中，第一加载环(121，521)在布置在第一密封环(111，511)和第一构件(20)之间时的长度L等于大约
W+(πR2-πW2/4)/W，
其中W是第一密封环(111，511)的加载表面(134，534)的 倾斜密封斜面(204，604)和加载环接合表面(130，330，530)的面对倾斜加载斜面部分(162，362，562)之间的距离，并且R是未加载状态时的第一加载环(121，521)的横截面半径。

7.  一种销接头组件(24)，包括：
销(40)，其限定纵向轴线；
第一构件(20)和第二构件(22)，其均围绕纵向轴线(LA)与销(40)同轴，第一构件(20)能够相对于第二构件(22)围绕纵向轴线(LA)枢转，第一构件(20)包括内端(80，354，480)和加载环接合表面(130，330，530)，第二构件(22)包括外端(71)和加载环接合表面(130，330，530)，第一构件(20)的内端(80，354，480)与第二构件(22)的外端(71)形成近侧关系，第一构件(20)和第二构件(22)的加载环接合表面(130，330，530)至少部分限定轴向延伸并介于第一构件(20)和第二构件(22)之间的密封腔(54)；以及
布置在第一构件(20)和第二构件(22)之间的密封腔(54)内的根据权利要求1-6任一项所述的密封组件(51，52，451)。

8.  根据权利要求7所述的销接头组件(24)，其中，第二构件(22)的加载环接合表面(130，330，530)和第二密封环(112，512)的加载表面(134，534)中的至少一个包括从中径向延伸并能够限制第二加载环(122，522)相对于第二密封环(112，512)的密封面(136，536)的轴向运动的环形突出部(188，388，588)，使得第二加载环(122，522)的横截面中心(C)离开第二密封环(112，512)的密封面(136，536)布置的轴向距离(D)在多达未加载状态下的第二加载环(122，522)的半径(R)的大约两倍的行程范围内。

9.  根据权利要求7或8所述的销接头组件(24)，其中，第一构件(20)包括第一轴环(44，244，444)，并且第二构件(22)包括衬套(42)，衬套(42)具有第二外端(72)和第二加载环接合表面(130，330，530)，销接头组件(24)还包括：
与销(40)同轴的第二轴环(45)，使得衬套(42)布置在第一轴环(44，244，444)和第二轴环(45)之间，第二轴环(45)包括内端(80，354，480)和加载环接合表面(130，330，530)，衬套(42)的第二加载环接合表面(130，330，530)和第二轴环(45)的加载环接合表面(130，330，530)至少部分限定轴向延伸并介于衬套(42)和第二轴环(45)之间的第二密封腔(55)；
布置在第二密封腔(55)内的第二密封组件(52)；
其中第一和第二轴环(44，244，444，45)分别接合销(40)的第一和第二端部(61，62)，使得第一轴环(44，244，444)和第二轴环(45)与销(40)转动联接；
其中衬套(42)能够相对于销(40)、第一轴环(44，244，444)和第二轴环(45)围绕纵向轴线(LA)转动；
其中第一密封组件(51，451)和第二密封组件(52)分别在衬套(42)和第一轴环(44，244，444)之间以及衬套(42)和第二轴环(45)之间提供运转密封。

10.  一种机器(10)，包括：
具有第一构件(20)的框架(11)；
具有第二构件(22)的部件(21)；以及
具有根据权利要求1-6任一项所述的密封组件(51，52，451)的销接头(24)，部件(21)能够经由销接头(24)枢转地附接到框架(11)。

说明书用于销接头的密封组件
技术领域
本发明总体涉及一种用于机器和设备的销接头，更特别是涉及一种用于销接头的密封组件。
背景技术
销接头用于许多类型的家庭和工业机器和设备，以便在邻接部件之间例如提供枢转点。大多数销接头包括用来帮助防止例如限定保持例如润滑剂的腔室的部件过早损坏或磨损的多种组件和结构。但是，销接头可用来支承造成销接头组件的高机械和热应力和应变的极大径向和轴向载荷。这种应力和应变不仅造成部件损坏和磨损，而且造成润滑剂泄漏或释放，继而会造成进一步的部件损坏和磨损以及环境污染。这种情况变得很频繁，使得一些机械和设备被设计成有规律地泵送新鲜润滑剂到销接头，以代替连续泄漏的润滑剂。由于机器和设备连续更新换代中对于销接头组件需求的增加，越来越希望更加耐用的销接头组件设计。
Oertley的共同拥有的美国专利No.7309186(’186专利)题为“Pin Cartridge for a Pin Joint”。具体地，’186专利描述销筒组件，其包括销、衬套、销的每个端部处的轴环以及衬套的每个端部和销之间的套筒轴承。本领域普通技术人员已知为“罐和唇”密封件的双元件密封件有助于将润滑剂保持在销筒内。
共同拥有的美国专利申请公开文献No.US2010/0209180(’180公开文献)题为“Pin Joint Assembly”。’180公开文献针对销接头组件，其包括限定纵向轴线并具有端部的销；围绕纵向轴线与销同轴并具有端部的衬套；接合销的端部并具有与衬套的端部形成近侧关系的内部和与衬套的端部形成远侧关系的外部的轴环；以及具 有第一和第二密封环和第一和第二加载环的密封件，第一和第二密封环彼此邻接，第一加载环使轴环和第一密封环接合和分离，而第二加载环使衬套和第二密封环接合和分离。
将理解到此背景技术的描述由发明人提供以帮助读者，并且不认为是指明所指出的任何问题本身是本领域所共识的。虽然所描述的原理可在一些方面和实施方式中消除其他系统中固有的问题，将理解到要被保护的创新的范围通过所附权利要求限定，而不是由所公开的特征解决这里给出的任何具体问题的能力来限定。
发明内容
在一种实施方式中，本发明描述一种销接头组件，其包括限定纵向轴线并具有端部的销；围绕纵向轴线与销同轴并具有带加载环接合表面的端部的衬套；接合销的端部的轴环，轴环具有与衬套的端部形成近侧关系并包括加载环接合表面的内部，以及与衬套的端部形成远侧关系的外部；以及密封组件，其具有第一和第二密封环和第一和第二加载环或复曲面环。第一和第二密封环分别具有加载表面和密封面。第一和第二密封环彼此邻接，使得密封面彼此形成接触关系。第一加载环接合轴环的加载环接合表面和第一密封环的加载表面。第二加载环接合衬套的加载环接合表面和第二密封环的加载表面。轴环的加载环接合表面和第一密封环的加载表面中的至少一个能够保持第一加载环与第一密封环的密封面形成近侧关系。
在一个方面，第一加载环具有包括半径“R”的圆形横截面形状。第一加载环被保持，使其横截面中心基于加载环的半径“R”布置在离开密封面一距离处。在一种实施方式中，该距离在半径“R”的大约1.5倍和半径“R”的大约1.8倍之间的范围内，并包括半径“R”的大约1.5倍和半径“R”的大约1.8倍。
在其他实施方式中，密封组件能够用于密封接头，接头具有能够相对于其第二构件围绕转动轴线枢转的第一构件。第一构件和第二构件分别包括加载环接合表面。密封组件包括第一和第二环形密 封环和第一和第二环形加载环。
第一和第二密封环分别具有轴向延伸的加载表面和径向延伸的密封面。第一和第二密封环彼此邻接，使得第一和第二密封环的密封面彼此形成接触关系。第一加载环具有大致圆形的横截面形状，在未加载状态时具有预定半径。
第一加载环接合第一构件的加载环接合表面和第一密封环的加载表面。第二加载环接合第二构件的加载环接合表面和第二密封环的加载表面。第一构件的加载环接合表面和第一密封环的加载表面中的至少一个包括环形突出部，其从中径向延伸并能够限制第一加载环相对于第一密封环的密封面的轴向运动，使得第一加载环的横截面中心离开第一密封环的密封面布置的轴向距离在多达未加载状态时的第一加载环的横截面半径的大约两倍的行程范围内。
在其他实施方式中，销接头组件包括限定纵向轴线的销、以及围绕纵向轴线与销均同轴的第一构件和第二构件。第一构件能够相对于第二构件围绕纵向轴线枢转。第一构件包括内端和加载环接合表面。第二构件包括外端和加载环接合表面。第一构件的内端与第二构件的外端形成近侧关系。第一构件和第二构件的加载环接合表面至少部分限定介于第一和第二构件之间的轴向延伸的密封腔。
销接头组件还包括布置在第一构件和第二构件之间的密封腔内的密封组件。密封组件包括第一和第二环形密封环和第一和第二环形加载环。
第一和第二密封环分别包括加载表面和密封面。第一和第二密封环彼此邻接，使得第一和第二密封环的密封面彼此形成接触关系。
第一加载环接合第一构件的加载环接合表面和第一密封环的加载表面。第二加载环接合第二构件的加载环接合表面和第二密封环的加载表面。第一构件的加载环接合表面和第一密封环的加载表面中的至少一个包括环形突出部，其从所述表面径向延伸，并能够限制第一加载环相对于第一密封环的密封面的轴向运动，使得第一加载环的横截面中心离开第一密封环的密封面布置的轴向距离在多达 未加载状态时的第一加载环的半径的大约两倍的行程范围内。
在其他实施方式中，机器包括具有第一构件的框架、具有第二构件的部件和具有密封组件的销接头。部件经由销接头枢转地附接到框架。
密封组件包括第一和第二环形密封环和第一和第二环形加载环。第一和第二密封环分别具有轴向延伸的加载表面和径向延伸的密封面。第一和第二密封环彼此邻接，使得第一和第二密封环的密封面彼此形成接触关系。
第一加载环具有大致圆形的横截面形状，在未加载状态时具有预定半径。第一加载环接合第一构件的加载环接合表面和第一密封环的加载表面。第二加载环接合第二构件的加载环接合表面和第二密封环的加载表面。第一构件的加载环接合表面和第一密封环的加载表面中的至少一个包括环形突出部，其从中径向延伸并能够限制第一加载环相对于第一密封环的密封面的轴向运动，使得第一加载环的横截面中心离开第一密封环的密封面布置的轴向距离在多达未加载状态时的第一加载环的横截面半径的大约两倍的行程范围内。
本发明原理的其他和替代方面和特征将从以下详细描述和附图中理解。将理解到，这里公开的用于销接头的密封组件、销接头和机器能够在其他和不同的实施方式中实施，并能够在多个方面调整。因此，理解到以上总体描述和下面的详细描述都只是示例性和说明性的，并不限制所附权利要求的范围。
附图说明
图1是机器的实施方式的局部侧立视图，机器具有包括根据本发明的原理的密封组件的销接头，其将提升臂连接到非发动机端。
图2是图1的销接头的透视图。
图3是沿着图1的线III-III截取的销接头的横截面视图。
图4是对应于图3的圆IV包围的位置的图1的密封组件的放大局部截面图。
图4A是示出了适用于根据本发明的原理构造的密封组件的环形加载环的横截面视图的插入详图，示出了未加载和未压缩状态的加载环。
图5是具有适用于根据本发明的原理构造的密封组件的加载环接合表面的轴环的端部的另一实施方式的放大局部视图。
图5A示出了适用于根据本发明原理构造的密封组件的环形加载环的横截面视图的插入详细视图，其示出了加载环在安装的压缩状态，其中加载环布置在第一构件的加载环接合表面和密封环的倾斜密封斜面部分之间。
图6是根据本发明的原理的密封组件的另一实施方式的类似于图4的放大局部截面视图。
图7是图4的密封组件的密封环的轴向端视图。
图8是沿着图7的线VIII-VIII截取的以透视形式示出的放大横截面视图。
图9是对应于图7的圆IX所包围的位置的图7的密封环的放大局部视图。
图10是说明作为图4的密封组件的加载环离开密封面的距离的函数产生的密封力的图表。
图11是图4的密封组件的视图，类似于图4的视图，但示出了销加载时出现的大变形效果。
图12是图4的密封组件的密封环的轴向端视图，示出了如同图11那样在销加载时出现的大变形效果。
图13是传统密封组件的类似于图4视图的放大局部截面视图。
图14是图13的密封组件的密封环的轴向端视图。
图15是沿着图14的线XV-XV截取的以透视形式示出的放大横截面视图。
图16是对应于图14的圆XVI所包围的位置的图14的密封环的放大局部视图。
图17是对于图4的密封组件和图13的现有技术密封组件来说 作为轴环和衬套之间的密封间隙的函数产生的面载荷的图表。
图18是图13的现有技术密封组件的密封环的轴向端视图，示出了如同图11和12那样在销加载时出现的大变形效果。
具体实施方式
现在参考附图，特别是参考图1，示出了轮式装载机形式的机器10。但是应该理解到包括枢转连接机构配置的例如背铲、挖掘机、材料处理机等许多其它类型的机器可利用根据本发明的原理构造的销接头和密封组件。其它这类机器的例子包括用于压实、采矿、建造、耕作、运输等机器。
机器10具有包括前部或非发动机端部13和后部或发动机端部15的框架11。多个地面接合构件16(例如轮、履带等)(示出了其中的一个)可以经由轴、驱动轴或其它部件(未示出)连接到结构框架的前部13和后部15。栓钩配置通过一对铰链接头18将前部13枢转地连接到后部15。框架11的发动机端部15可例如支承功率源和冷却系统部件(未示出)，功率源经由驱动系(未示出)操作地连接，以便驱动至少一个地面接合装置16(例如多个轮，如所示)，使得机器10运动。
框架11的前部13具有与其接合的第一构件20，例如通过彼此形成间隔开关系的框架构件或凸缘。例如提升臂组件或吊杆形式的部件21具有与其接合的第二构件22，并通过销接头组件24枢转地连接到框架11的前部13。
提升缸28枢转地连接在框架的前部13和提升臂组件或吊杆21之间。倾斜缸30连接在前部13和连接机构配置32之间。吊杆21、提升缸28、倾斜缸30和连接机构配置32可例如在加载和卸载操作过程中使得例如铲斗的附接工具34升高、降低和倾斜。
现在参考图3，销接头组件24包括延伸经过衬套42和第一和第二轴环44、45的销40。销40限定纵向轴线“LA”。衬套42沿着纵向轴线“LA”居间地布置在第一和第二轴环44、45之间。第一和第 二金属-金属面密封组件51、52分别布置在第一轴环44和衬套42之间以及衬套42和第二轴环45之间的轴向延伸的第一和第二密封腔54、55内。衬套42可相对于销40、第一和第二轴环44、45围绕纵向轴线“LA”转动，其中第一和第二密封组件51、52分别在其之间提供运转密封。
在一些实施方式中，第一构件20可包括第一轴环44，并且第二构件22可包括衬套42，其均围绕纵向轴线“LA”与销40同轴。衬套42形式的第二构件22可以相对于第一轴环44形式的第一构件20并相对于销40围绕纵向轴线“LA”枢转。但是应该理解到这里的术语“第一”、“第二”等使用只为了便于参照，而不以任何方式限制。
销40包括相对的第一和第二端部61、62。销40包括与纵向轴线“LA”同轴配置的轴向孔口64。轴向孔口64的尺寸可设置成容纳穿过其中的安装元件，例如牵引螺栓。
衬套42包括相对的第一和第二端部71、72。衬套42围绕纵向轴线“LA”与销40同轴。衬套42限定大致中央布置的空腔74，以便接收润滑剂(未示出)。空腔74适用于填充油以润滑销接头组件24的转动界面。在此方面，螺纹开口76被插入可移除的螺纹插塞78，以允许润滑剂添加到空腔74。
第一和第二轴环44、45分别接合销40的第一和第二端部61、62，并适用于与销40可转动地联接。第一和第二轴环44、45围绕纵向轴线“LA”与销40同轴。第一和第二轴环44、45分别具有内部80和外部82。第一和第二轴环44、45的内部80分别与衬套42的第一和第二端部71、72以近侧关系定向。第一和第二轴环44、45的外部82分别与衬套42的第一和第二端部71、72以向外远侧关系定向。
衬套42的第一端部71、第一轴环44的内部80和销40协作以限定第一密封腔54。类似地，衬套42的第二端部72、第二轴环45的内部80和销40协作以限定大致环形的第二通道86，同样用于接 收润滑剂(未示出)。衬套42的第一端部71、第一轴环44的内部80和销40协作以限定第一密封腔54。类似地，衬套42的第二端部72、第二轴环45的内部80和销40协作以限定第二密封腔55。
可以设置第一和第二环形套筒轴承91、92，其围绕纵向轴线“LA”与销40同轴。第一和第二套筒轴承91、92接合销40，并分别接合衬套42的第一和第二端部71、72。
可以设置第一和第二止推环95、96，其围绕纵向轴线“LA”与销40同轴。第一和第二止推环95、96分别位于第一和第二通道85、86内。止推环95、96相对于衬套42以间隔开的关系定向。
第一止推环95在第一轴环44的内部80和第一套筒轴承91之间接合销40。第二止推环96在第二轴环45的内部80和第二套筒轴承92之间接合销40。第一和第二止推环95、96可在销接头组件24的使用过程中分别间歇或连续地接合第一和第二套筒轴承91、92。
第一和第二密封组件51、52分别布置在第一和第二密封腔54、55内，并围绕纵向轴线“LA”与销40同轴。第一和第二密封组件51、52允许衬套42相对于第一和第二轴环44、45转动，并保持第一和第二轴环44、45和衬套42之间的密封关系，使得用于接收润滑剂的第一和第二环形通道85、86基本上保持容纳其中的润滑剂。
第一轴环44、第一止推环95、第一套筒轴承91和第一密封组件51包括销接头组件24的第一子组件101。第二轴环45、第二止推环96、第二套筒轴承92和第二密封组件52包括销接头组件24的第二子组件102。
第一和第二密封组件51、52基本上彼此相同。另外，第一和第二子组件101、102基本上彼此相同。因此应该理解到一个密封组件的描述适用于其它密封组件，并且一个子组件的描述也适用于其它的子组件。
参考图2，销接头组件24(包括销40、衬套42和子组件101、120)可在一体筒105内设置，以便销接头组件24的容易维护和/或更换。筒105是大致圆柱形的，但可被构造成使其外直径从一个轴 环45的外部82到另一轴环44的外部82略微径向向内渐缩。在其它实施方式中，筒105可在相反方向上渐缩。在另外的实施方式中，筒105的外直径可从筒105的每个远侧端部106、107到其中央圆柱形区域109渐缩。例如，在一种实施方式中，第一和第二轴环44、45的外直径可从内部80到外部82向内渐缩，并且衬套42可以是大致圆柱形的。筒105的渐缩的外直径可设置成通过摆动而帮助允许筒105安装，但是可以在其它实施方式中采用使得筒105安全安装的任何替代结构或特征。
在其它实施方式中，例如在采用销接头组件的应用和环境很关键的那些情况下，销接头组件24可包括子组件101、102中的唯一一个，在这种情况下，只有销20的相应端部和衬套42的端部可以设置子组件，即轴环、止推环、套筒轴承和密封组件。在这种情况下，销40的相对端部和衬套42的与其形成近侧关系的相应端部(没有设置子组件的所有元件)可以不设置子组件的元件，或者设置子组件的一些元件。例如，通过例子并不作为限制，如果销40的第一端部61和衬套42的第一端部71设置第一子组件101，销40的第二端部62和衬套42的第二端部72可以只设置第二套筒轴承92和第二密封组件52，并省略第二轴环45和第二止推环96。
参考图4，第一密封组件51在第一轴环44形式的第一构件20和衬套42形式的第二构件22之间布置在密封腔54内。第一密封组件51包括第一和第二环形密封环111、112，以及第一和第二垫片或环形加载环121、122。第一密封组件51的第一和第二密封环111、112彼此以邻接关系布置。第一和第二加载环121、122分别安装到第一和第二密封环111、112。第一和第二密封环111、112可由任何适当金属制成。第一和第二加载环121、122优选由适当的弹性体材料制成。
在第一密封组件51中，第一加载环121用作垫片，并密封地接合第一轴环44和第一密封环111。第二加载环122用作垫片，并密封地接合衬套42和第二密封环112。因此将理解到在第二密封组件 52中，第一加载环121密封地接合第二轴环45和第一密封环111，并且第二加载环122密封地接合衬套42和第二密封环112。
第一轴环44的内部80与衬套42的第一端部71形成近侧关系。第一轴环44的内部80和衬套42的第一端部71分别包括加载环接合表面130。第一轴环44形式的第一构件20和衬套42形式的第二构件22的加载环接合表面130至少部分限定介于第一构件20和第二构件22之间的轴向延伸的第一密封腔54。将理解到衬套42的第二端部72以类似方式与第二轴环45协作以至少部分限定介于衬套42和第二轴环45之间的轴向延伸的第二密封腔55。
加载环接合表面130是大致环形的，并与纵向轴线“LA”同轴。在所示实施方式中，加载环接合表面130基本上连续环绕围绕纵向轴线“LA”划界的整个周边保持图4所示的横截面形状。
第一和第二密封环111、112基本上彼此相同。第一和第二密封环111、112分别是环形形式。第一和第二密封环111、112分别具有轴向延伸的斜面加载表面134和径向延伸的密封面136。第一和第二密封环111、112的环形的径向延伸的密封面136彼此是相对关系。第一和第二密封环111、112彼此邻接，使得第一和第二密封环111、112的密封面136彼此形成接触关系。
第一和第二加载环121、122大致彼此相同。第一和第二加载环121、122分别具有大致圆形横截面形状，在未加载状态时具有预定半径“R”(见图4A)。
第一加载环121接合第一轴环44的加载环接合表面130和第一密封环111的加载表面134。第二加载环122接合衬套42的加载环接合表面130和第二密封环112的加载表面134。第一和第二加载环121、122被定位成使其将第一和第二密封环111、112的密封面136驱动到一起，以便在其之间限定接触带140。加载环121、122以弹簧的方式作用，以便沿着纵向轴线“LA”在相反方向上分别贴靠第一和第二密封环111、112施加轴向载荷，从而在沿着接触带140的压力下使得第一和第二密封环111、112的密封面136进入面-面密 封接触，从而形成运行液密密封。
第一和第二密封环111、112围绕纵向轴线“LA”相对于彼此可转动地运动。在此配置中，第一密封环111可以认为是固定密封环，因为它与第一轴环44可转动地联接。第二密封环112可以认为是转动密封环，因为它与衬套42联接并可相对于销40转动。
第一轴环44和衬套42的加载环接合表面130适用于分别保持第一和第二加载环121、122与第一和第二密封环111、112的密封面136的近侧关系。第一轴环44和衬套42的加载环接合表面130是镜像的。第一和第二密封环111、112的加载表面134彼此大致相同。因此，应该理解到第一轴环44的加载环接合表面130和第一密封环111的加载表面134的以下描述也分别适用于衬套42的加载环接合表面130和第二密封环112的加载表面134。
第一轴环44的加载环接合表面130和第一密封环111的加载表面134是面对的间隔开的关系，使其限定第一加载环121布置其中的环形的加载环腔144。第一轴环44的加载环接合表面130和第一密封环111的加载表面134一起协作，以限定邻近第一密封环111的密封面136的密封端限制148以及与第一密封环111的密封面136形成远侧关系的加载端限制150。密封端限制148被构造成帮助防止第一加载环121在朝着第二密封环112的方向上轴向滑动离开第一密封环111，并帮助防止第一加载环121延伸到其中的夹持点。加载端限制150被构造成帮助将第一加载环121在离开第一密封环111的密封面136的方向上的相对轴向运动限制在与第一密封环111的密封面136形成近侧关系的放置区域内的预定行程范围。
第一轴环44的加载环接合表面130从其内端面154轴向延伸并径向面向内。第一轴环44的加载环接合表面130包括邻近第一轴环44的内端面154的周边保持唇160、面对的倾斜加载斜面部分162以及反向的弯曲部分164。倾斜的加载斜面部分162布置在保持唇160和反向的弯曲部分164之间。倾斜的加载斜面部分162包括邻近保持唇的密封端166和邻近反向的弯曲部分164布置的加载端167。
保持唇160相对于倾斜的加载斜面部分162的密封端166径向向内伸出。保持唇160与第一密封环111的密封面136的外周边170协作以限定密封端限制148。凹入过渡区段174可以设置在保持唇160和倾斜的加载斜面部分162的密封端166之间。
倾斜的加载斜面部分162在其密封端166处通过凹入过渡区段174限界，并在其加载端167处通过反向的弯曲部分164限界。倾斜的加载斜面部分162的加载端167相对于第一密封环111的密封面136成远侧关系。倾斜的加载斜面部分162是大致截顶锥形的，并且相对于纵向轴线“LA”以预定加载斜面角度“θ”倾斜，使得倾斜的加载斜面部分162的密封端166布置在其加载端167的径向外侧。
反向的弯曲部分164包括凹入区段180、偏转区段182和凸出区段184。凹入区段180邻近倾斜的加载斜面部分162的加载端167，并且凸出区段184与第一密封环111的密封面136成远侧关系地布置。偏转区段182布置在凹入区段180和凸出区段184之间。偏转区段812相对于纵向轴线“LA”沿着大于加载斜面角度“θ”的偏转角度“α”延伸。在所示的实施方式中，偏转角度“α”是斜面角度“θ”的大约四倍。在其它实施方式中，偏转角度“α”可相对于斜面角度“θ”具有不同关系。
反向的弯曲部分164的凸出区段184限定环形突出部188，其相对于倾斜的加载斜面162的加载端167径向向内延伸。突出部188适于限制第一加载环121在沿着纵向轴线“LA”离开密封面136的方向上的相对轴向运动。加载端限制150可以至少部分通过环形突出部188限定。突出部188与第一密封环111的加载端192的外周边190协作，其与密封面136形成相对关系，以限定加载端限制150。
凸出区段184邻近第一轴环44的沉头孔部分194，沉头孔部分194包括与纵向轴线“LA”同轴的大致圆柱形的侧壁195。沉头孔部分194的侧壁195相对于第一密封环111的密封面136的外周边170布置在径向内侧。
第一密封环111的加载表面134径向面向外并包括就座部分 202、倾斜密封斜面部分204和圆柱形部分206。倾斜密封斜面部分204布置在就座部分202和圆柱形部分206之间。
就座部分202相对于倾斜密封斜面部分204径向向外伸出，并终止于密封面136的外周边170。就座部分202在密封面136之间与接触带140径向重叠。就座部分202是大致凹入的，并适用于围绕地接合第一加载环121。就座部分202被构造成使其径向终止于角部210，其适用于在第一轴环44的内端面154和衬套42的第一端部71的端面215之间沿着纵向轴线“LA”的密封间隙距离“SG”非常小的情况下帮助减小加载环变形。
第一密封环111的倾斜密封斜面部分204在密封端220处通过就座部分202限界，并在加载端222处通过圆柱形部分206限界。倾斜密封斜面部分的加载端222相对于第一密封环111的密封面136形成远侧关系。倾斜密封斜面部分204是大致截顶锥形的，并相对于纵向轴线“LA”以密封斜面角度“γ”倾斜，使得密封斜面部分204的密封端220布置在其加载端222的径向外侧。第一密封环111的密封斜面部分204的密封斜面角度“γ”可大致等于第一轴环44的加载斜面部分162的加载斜面角度“θ”。在其它实施方式中，第一密封环111的密封斜面部分204的密封斜面角度“γ”可以大于第一轴环44的加载斜面部分162的加载斜面角度“θ”。在其它实施方式中，第一密封环111的密封斜面部分204的密封斜面角度“γ”可以相对于第一轴环44的加载斜面部分162的加载斜面角度“θ”具有不同关系。密封斜面204被构造成使其沿着纵向轴线“LA”延伸小于加载斜面162，使得密封斜面204的加载端192沿着纵轴线“LA”比第一轴环44的加载斜面162的加载端167更加靠近密封面136，以有助于将第一加载环121放置在希望的放置区域内。
第一密封环111的圆柱形部分206包括外部侧壁225，其是大致圆柱形的，并与纵向轴线“LA”同轴。外部侧壁225限定第一密封环111的加载端192的外周边190，以限定与第一轴环44的突出部188协作的加载端限制150。
在一个方面，希望的放置区域基于第一加载环121的几何结构性能。例如，第一加载环121是大致复曲面形式，具有大致圆形横截面形状230，在未被加载变形时具有半径“R”(见图4A)。在所示实施方式中，第一加载环121被保持使其横截面中心“C”布置在离开第一密封环111的密封面136的距离“D”处，该距离在基于第一加载环121的横截面尺寸的预定行程范围内。在一些实施方式中，距离“D”在多达半径“R”的大约两倍的行程或范围内。在其它实施方式中，距离“D”在半径“R”的大约1.5倍到半径“R”的大约1.8倍的行程或范围内。
在一些实施方式中，第一轴环44的加载环接合表面130和第一密封环111的加载表面134中的至少一个包括径向延伸的环形突出部188，其适用于限制第一加载环121相对于第一密封环111的密封面136的轴向运动，使得第一加载环121的横截面中心“C”离开第一密封环111的密封面136布置的轴向距离“D”在多达未加载状态时的第一加载环111的横截面半径“R”的大约两倍的行程范围内。在其它实施方式中，环形突出部188适用于限制第一加载环121相对于第一密封环111的密封面136的轴向运动，使得第一加载环121的横截面中心“C”离开第一密封环111的密封面136布置的轴向距离“D”在多达未加载状态时的第一加载环121的横截面半径“R”的大约百分之一百八十的行程范围内，并且在其它实施方式中，在未加载状态时的第一加载环121的横截面半径“R”的大约百分之一百五十到大约百分之一百八十的行程范围内。
参考图5，示出了适用于与根据本发明的原理构造的密封组件一起使用的加载环接合表面330的另一实施方式。加载环接合表面330布置在第一轴环244上。
第一轴环244的加载环接合表面330从其内端面354轴向延伸，并径向面向内。第一轴环244的加载环接合表面330包括邻近第一轴环244的内端面354的周边保持唇360、面对的倾斜加载斜面部分362和限定环形突出部388的反向的弯曲部分364。倾斜的加载斜面 部分362布置在保持唇360和反向的弯曲部分364之间。
沉头孔部分394包括大致圆柱形的侧壁395，侧壁395与纵向轴线“LA”同轴。弯曲的过渡部397设置在沉头孔部分394的侧壁395及其基部399之间。图5的加载环接合表面330在其它方面类似于图4的加载环接合表面130。
在一些实施方式中，环形突出部388的位置可以基于限定加载环放置区域的倾斜加载斜面部分362的大致平的截顶锥形区域363的希望长度“S”，其中长度“S”沿着大致平行于截顶锥形区域的横截面表面365的轴线测量。环形突出部388可以邻近大致平的截顶锥形区域363布置。
大致平的截顶锥形区域363的长度“S”可以基于第一加载环121在加载状态下在加载环接合表面330和第一密封环111之间所具有的长度“L”。例如，在一些实施方式中，大致平的截顶锥形区域363的长度“S”可以根据以下公式确定：
S≤L+1.2(SG/cosγ)
(1)
其中“L”例如是加载环121布置在第一密封环111和第一轴环44形式的第一构件20之间时的长度；“SG”是使得第一轴环44形式的第一构件20和衬套42形式的第二构件22分离的轴向距离(见图4)；以及“γ”是形成在第一密封环111的倾斜密封斜面部分204(与加载环接合表面330相关)和转动轴线“LA”之间的密封斜面锐角角度。
在其它实施方式中，可以使用用第一轴环44的加载斜面部分162的加载斜面角度“θ”代替第一密封环111的密封斜面部分204的密封斜面角度“γ”的类似公式来确定大致平的截顶锥形区域363的长度“S”。在多种实施方式中，第一密封环111的密封斜面部分204的密封斜面角度“γ”和第一轴环44的加载斜面部分162的加载斜面角度“θ”可以是多达大约30度、其它实施方式中的多达大约25度、其它实施方式中的多达大约20度、其它实施方式中的大 约8度和大约20度之间的锐角角度。
在第一密封环111的密封斜面部分204的密封斜面角度“γ”大致等于加载斜面部分362的加载斜面角度“θ”的情况下，并假设加载环包括不可压缩的弹性体材料，加载环121在布置在第一密封环111和例如第一轴环44形式(见图5A)的第一构件20之间时的长度“L”可以根据以下公式确定：
L＝W+(πR2-πW2/4)/W
(2)
其中“W”是第一密封环111的加载表面的倾斜密封斜面204和加载环接合表面130的面对的倾斜加载斜面部分162之间的距离(见图5A)，并且“R”是未加载状态时的第一加载环121的横截面半径“R”(见图4A)。
参考图6，示出了密封组件451的另一实施方式。密封组件451包括第一和第二密封环511和512以及第一和第二垫片或复曲面加载环521、522。第一加载环521密封地接合第一轴环444和第一密封环511。第二加载环522密封地接合衬套442和第二密封环512。
第一轴环444的内部480与衬套442的第一端部471形成近侧关系。第一轴环444的内部480和衬套442的第一端部471分别包括加载环接合表面530。第一和第二密封环511、512分别包括加载表面534和密封面536。
第一加载环521接合第一轴环444的加载环接合表面530和第一密封环511的加载表面534。第二加载环522接合衬套442的加载环接合表面530和第二密封环512的加载表面534。第一和第二加载环521、522被定位成使其将第一和第二密封环511、512的密封面536驱动在一起，以便在其之间限定接触带540。
第一轴环444的加载环接合表面530和第一密封环511的加载表面534是面对的间隔开的关系，使其限定其中布置第一加载环521的环形加载环腔544。加载环腔544被构造成帮助将第一加载环521沿着纵向轴线“LA”在离开第一密封环511的密封面536的方向上 的相对轴向运动限制在放置区域内的预定行程范围内。
第一轴环444的加载环接合表面530从其内端面554延伸，并径向面向内。第一轴环444的加载环接合表面530包括邻近第一轴环444的内端面554的周边保持唇560和倾斜的加载斜面部分562。
第一密封环511的加载表面534径向面向外，并包括就座部分602、倾斜密封斜面部分604、反向的弯曲部分564和圆柱形部分606。倾斜的密封斜面部分604布置在就座部分602和反向的弯曲部分564之间，弯曲部分564继而布置在倾斜的密封斜面部分604和圆柱形部分606之间。圆柱形部分606与第一密封环511的密封面536形成远侧关系。
反向的弯曲部分564包括限定环形突出部588的凸出区段584，突出部588相对于倾斜的密封斜面部分604的加载端622径向向外延伸。突出部588与加载斜面部分562协作，以限定加载端限制550。突出部588适用于限制第一加载环521在沿着纵向轴线“LA”的方向上离开密封面536的相对轴向运动，使得第一加载环521的横截面中心“C”离开第一密封环511的密封面536布置的距离“D”在预定放置区域内，使得第一加载环521与密封面536形成近侧关系。密封组件451在其它方面类似于图4的第一密封组件51。
例子1
参考图7-9，示出了图4的第一密封组件51的第一密封环111。使用有限元分析模拟技术，在第一加载环121布置在放置区域内时，确定密封面136之间的接触带140邻近密封面136的外周边170，密封面136和第一加载环121的横截面中心“C”之间具有距离“D”，其中距离“D”在第一加载环121的半径“R”的大约1.5倍和第一加载环121的半径“R”的大约1.8倍之间并包括所述大约1.5倍和大约1.8倍的行程范围内。图10是示出了沿着纵向轴线“LA”作用的密封力“F”(见图4)如何作为第一加载环121的横截面中心“C”离开第一密封环111的密封面136的距离“D”的函数来变化的图表。
例子2
参考图11和12，使用有限元分析模拟技术，所述第一密封组件51沿着大致垂直于纵向轴线“LA”的径向轴线“RA”进行径向变形。如图12所示，接触带140保持连续围绕至少一个密封环112的密封面136的外周边170。
工业实用性
从以上描述中容易理解这里描述的设置密封组件的销接头的实施方式的工业实用性。所描述的原理适用于包括位于一对构件之间的枢转连接机构配置，使得一个构件相对于另一构件可转动地运动的机器和设备。具有根据本发明原理构造的至少一个密封组件的销接头可用来提供枢转连接机构。这种机器的例子包括压实机器，例如包括轮式装载机。这里公开的密封组件可有利地设置在新设备上，或者可以用来改装在实地操作的现有设备。
在使用过程中，销接头组件24的销40可通过第一和第二轴环44、45保持固定。衬套42可在接合销40和第一和第二套筒轴承91、92的同时围绕纵向轴线“LA”转动。第一和第二套筒轴承91、92继而在接合衬套42和销40的同时围绕纵向轴线“LA”转动。第一和第二套筒轴承91、92介于衬套42和销40之间提供了两对硬件界面，即一对衬套-套筒轴承界面以及一对套筒轴承-销界面。因此，如果使得衬套42转动的任何特定硬件界面失去润滑，由此造成界面完全或部分阻滞，其它的未阻滞硬件界面可帮助使得衬套42继续转动。以此方式，多种硬件界面提供冗余，以帮助使得衬套42在销接头组件24的日常使用过程中进行所要求的转动。
销接头组件24在使用过程中承受径向载荷以及沿着或大致平行于纵向轴线“LA”的轴向载荷。在套筒轴承91、92帮助销接头组件24承受径向载荷的同时，第一和第二止推环95、96帮助销接头组件24承受轴向载荷。具体地，在使用过程中，止推环95、96沿着销40滑动和/或反作用于轴向载荷而压缩和解压缩，由此缓冲轴向载荷，并通过延伸，帮助减小轴向载荷造成的销接头组件24的磨损。 止推环95、96分别完全位于通道85、86内，并因此能够更好地根据需要运动以实现这种缓冲。另外，套筒轴承91、92分别延伸超过衬套42进入通道85、86，由此使得止推环95、96与衬套42间隔开，从而在销接头组件24的使用过程中帮助防止衬套42的转动与止推环95、96的运动和/或压缩和解压缩干涉。
第一和第二密封组件51、52分别帮助防止润滑剂(未示出)泄漏离开通道85、86。具体地，每个密封组件51、52的第一和第二密封环111、112以密封接合关系彼此贴靠转动。每个密封组件51、52的加载环121、122以弹簧方式作用，以便分别贴靠第一和第二密封环111、112沿着纵向轴线“LA”在相反方向上施加轴向载荷，使得每个密封组件51、52的第一和第二密封环111、112的密封面136在压力下沿着接触带140进入面-面密封接触，从而形成运行液密密封。每个密封组件51、52的结构分别保持第一和第二加载环121、122与第一和第二密封环111、112形成近侧关系，以促进第一和第二密封环111、112彼此贴靠地施加相对的轴向力。因此，在困难的加载状态下，可限制润滑剂(未示出)逃逸出第一和第二通道85、86以及第一和第二子组件101、102。
计算机建模模拟已经表明根据本发明构造的密封组件可以提供优于现有技术密封组件构造的改进轴向密封力。参考图13，示出了具有传统密封环811的传统密封组件751。参考图14-16，使用类似于例子1中的那些的有限元分析(FEA)模拟技术，确定图13的传统密封组件751的密封环811、812的密封面836之间的接触带840偏离密封环811的外周边870。
参考图17，进行FEA模拟以确定密封面载荷“F”如何作为密封间隙“SG”(见图4)的函数变化。FEA模拟示出了根据本发明原理构造的密封组件51(例如图4所示的)具有比图13的传统密封组件751更高的面载荷。
另外，参考图18，使用类似于例子2中的那些的FEA模拟技术，图13的传统密封组件751进行沿着大致垂直于纵向轴线“LA”的径 向轴线“RA”的径向变形。如图18所示，传统密封环811的接触带840具有多个不连续部871、872。但是如图12所示，根据本发明原理构造的图4的密封组件51的接触带140保持连续围绕至少一个环112的密封面136的外周边170。这些意料之外的结果说明通过根据本发明的原理构造的用于销接头的密封组件获得了比传统密封组件增加的密封力和密封整体性。
将理解到以上描述提供本发明的系统和技术的例子。但是，设想到本发明的其它应用可在细节上不同于以上例子。对于这里的公开或例子的所有参考旨在参考那时正在描述的特定例子，并不旨在对于更加广泛的本发明的范围施加任何限制。对于一些特征的区别性和轻视性的所有描述旨在说明所述特征并不是优选的，而不是将其完全排除在本发明范围之外，除非这里明确指明。
这里的数值范围的引用只用作单独参考落入该范围内的单独数值的简便方法，除非这里另外明确指明，并且每个单独数值被结合到说明书中，似乎是它在这里被单独引用。这里描述的所有方法可以任何适当顺序执行，除非在这里另外指明，或者与文字描述明显相反。