具有软定位和碎片排出部件且成套的密封组件 【相关申请的交叉引用】
本申请要求申请日为2007年01月12日的第60/884,780号美国临时申请的优先权，该申请的全部内容通过引用结合在本文中。
【技术领域】
本发明一般涉及一种动态油密封装置，其具有外部环形动密封元件和相关内部环形承磨衬套元件，其中，上述元件组合成一体，在允许进行相对旋转运行的同时防止轴向分离。
背景技术
动密封装置典型地包括可围绕一开口安装于一壳体内部的外部环形密封元件，有时也包括安装于一延伸穿过所述开口的轴上并可沿该轴旋转的内部环形承磨衬套元件。外部密封元件典型地具有一个或多个环形密封唇，用以完善轴与壳体之间的动态流体密封。我们还知道将承磨衬套与密封元件“组合成一体”的方式，可令其在运载和操作过程中彼此不会沿轴向分离而在使用过程中仍能够彼此相对旋转。承磨衬套固定方法是在将该承磨衬套装配到外部密封元件的金属承载边缘与之交叠之后，将承磨衬套的内轴向端径向向外弯曲，以防止轴向分离。另一种方式，如第6,149,158号美国专利中举例说明，预先将承磨衬套的轴向内端径向向外卷曲，以便在承磨衬套与外部密封元件组装时，将承磨衬套的卷曲端从外部密封元件的动密封件挤过去，但仍保持不会反向移动。虽然这些方法能够将承磨衬套有效地固定于外部密封元件上，但本发明的发明人认为仍存在可选的方法，能够固定承磨衬套，而不要求承磨衬套组装后成形或者与动密封件相互作用以将承磨衬套固定于外部密封元件上。
由本发明申请人申请且待审的第11/371,405号美国专利申请提供了一种密封组件，该密封组件通过密封元件上的弹性体定位唇将承磨衬套元件与外部密封元件组合成一体。该定位唇与承磨衬套径向向外延伸缘的端部交叠，并与密封元件的动密封唇轴向相对设置，所述延伸缘位于定位唇与动密封唇之间。当承磨成套轴向受力以与密封元件进行装配时，交叠定位唇稍轴向向延伸缘的边内延伸，产生变形，从而允许延伸缘的端部越过，之后定位唇恢复形状以与延伸缘配合，由此支撑所述元件，令其不会沿相反方向分解。
【发明内容】
根据本发明的一方面，一种密封组件包括与外部密封元件自定位设置的径向内部承磨衬套。该内部承磨衬套设有可围绕轴安装且可相对所述外部密封元件随该轴旋转的轴向延伸管状承磨衬套本体。一缘从邻近所述其中一端的所述本体径向向外延伸。所述外部密封元件具有轴向延伸的外壁和从该外壁径向向内延伸的缘，该缘支撑至少一个径向延伸且与所述承磨衬套的本体密封配合的密封唇。所述外部密封元件包括轴向向外设于所述承磨衬套的缘的弹性体环形定位唇，该定位唇从所述缘的径向外边径向向内延伸。该定位唇在轴向上弹性可恢复地偏转，使得在将所述承磨衬套安装于外壳体的过程中，该承磨衬套的缘能够受力轴向越过所述定位缘。所述承磨衬套的缘受力轴向越过定位缘之后，定位缘能够恢复其原始未偏转形状，于是，定位缘与所述承磨衬套的缘轴向间隔，从而形成迷宫式通道，以便于密封并防止承磨衬套从相反轴向上脱离。环形定位缘进一步包括至少一个碎片排出槽，提供一个穿过该定位缘的轴向延伸通道，以排出碎片。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明的上述和其他方面、特征及优点，以下结合当前较佳实施例、最佳实施方式、所附权利要求以及附图对本发明进行详细描述，其中：
图1是根据本发明当前较佳实施例构造的密封组件的剖视图；
图2是图1中密封组件的定位唇的片断平面示意图；
图3是定位唇的一部分的放大示意图；
图4是根据本发明另一当前较佳实施例构造的密封组件的剖视图；以及
图5是图4中密封组件的外部密封元件的剖视图。
【具体实施方式】
详细参照附图，图1显示了根据本发明当前较佳实施例构成的密封组件10。该密封组件10包括外部环形密封元件12和内部环形承磨衬套元件14。该元件12、14彼此独立制造，组装使用，以便其在使用时可彼此相对旋转。在组装好时，外部密封元件12通过防止内部承磨衬套元件14轴向移动进入分解状态，将内部承磨衬套元件14保持在组装状态。
密封元件12包括由刚性材料如金属(例如，钢)制成的外部环形承载部16。该承载部16包括外部大致圆柱状的本体部18，该本体部18的外表面20能够被压入配合或采用其他方式设置于由旋转轴23延伸穿过的壳体21的开口中，以提供该旋转轴23与壳体21之间不漏流体的动态密封。为便于定位承载部16，该承载部16的一端形成有径向向外的安装缘25，该安装缘25与壳体21的配合面支撑配合(seating engagement)。承载部16进一步包括径向向内突伸的密封缘22，该密封缘22与本体部18横向相对设置。至少一个动态环形密封件24稳固设置于密封缘22上，用于为该组件提供主要环形密封。密封件24可由弹性体材料(图1)或按需要由其他材料制成。密封件24可通过适合的粘合剂、键合、夹设或其他将密封件24安装于密封缘22适当位置的方式，稳固设置于密封缘22上。密封件24设有径向内密封唇26，将该密封唇26设置为与和旋转轴23相关的功能密封面配合，以便提供动密封，也就是承磨衬套14，这一点将进一步进行说明。密封唇26将该密封分为密封唇26一侧的轴向内部油侧A和密封唇26轴向相对侧的轴向外部空气侧B。
图1中的密封件24由弹性体，例如橡胶，制成，并且成型于密封缘22，该密封件24由弹簧27支撑。密封件24还可由相同材料与粉尘或碎片隔离唇29成型为一个整体，所述隔离唇29轴向远离密封唇26延伸以与旋转轴23配合。而且，附加粉尘和碎片隔离唇31可由相同材料与密封唇26和碎片隔离唇29成型为一个整体，其中，这些附加碎片隔离唇31从密封缘22向空气侧B轴向延伸，以便与内承磨衬套元件14配合。
承磨衬套元件14包括大致圆柱状地本体部28，该本体部28与外部承载部16的本体部18轴向对齐且沿其径向向内设置。承磨衬套本体部28包括内表面30以及外表面32，其中，该内表面30的大小令其可围绕旋转轴23外表面紧配合设置(也就是，压入配合)，外表面32则提供主要密封唇26的密封或运行面。当本体部28安装于旋转轴23上时，该本体部28能够随旋转轴23旋转，这时，外表面32有效提供与密封唇26配合的受控外部密封面。
承磨衬套14的本体部28包括轴向内端34，其位于密封唇26的油侧A。内端34可由任何径向向外延伸的缘自由构造，以便内端34呈笔直圆柱状以形成运行面32的延伸，或者如果需要的话，该内端34也可径向向内逐渐变细。内端34提供与安装承磨衬套14与外部密封元件12相关的承磨衬套元件14导向端。承磨衬套元件14包括位于本体部28空气侧B且与内端34轴向相对的端缘36。该端缘36从本体部28径向向外延伸，且可与密封缘22大致平行，但与该密封缘22轴向间隔，从而提供环形空气间隙38。可设置粉尘和碎片隔离唇31，令其与端缘36配合，以防止污染物进入油侧A。为了组装元件12、14，承磨衬套14的导向端34从空气侧B轴向延伸穿过密封件24，从而导致密封唇26围绕承磨衬套14的外部运行面32径向向外移动并与其密封配合。
密封元件12的承载部16包括软环形定位唇或缘40，该软环形定位唇或缘40与密封缘22轴向向外间隔的由承载部16径向向内突伸，使得内部承磨衬套元件14的端缘36收容于定位唇40和密封缘22之间且与其存有间隙。因此，定位唇40与端缘36是相邻关系，以便端缘36轴向设置于定位唇40和主要密封唇26之间。定位唇40可由弹性体，例如用于制造图1中的密封唇26的材料制成，并能够与密封唇26成型或模塑为一个整体。定位唇40暴露于密封组件的空气侧B，与承磨衬套元件14的端缘36的共同作用下，提供与空气间隙38相关的迷宫式密封42。如图所示，定位唇40从安装缘25径向向内延伸，并能够与安装缘25大致共面形成。定位唇40与端缘36的端部交叠，以便定位唇40的径向最内边43位于端缘36的径向最外边45径向向内侧。所述交叠提供的初始轴向阻挡，在组装过程中使端缘36由定位缘40轴向向内定位。定位唇40与密封缘22之间的轴向间隔使得在具有足够轴向作用力的安装过程中，最初与定位唇40干涉的端缘36端部可由定位唇40旁边挤过。在端缘36作用下，定位唇40弹性可恢复地变形，从而允许端缘36越过，之后定位唇40恢复其原始未变形状态，与端缘36的最外边45径向交叠，如图1和图4所示。定位唇40和端缘36的径向交叠起到固定承磨衬套元件14、避免其在运送和操作过程中不经意间沿轴向反向分离，从而使得承磨衬套元件14与密封元件12在它们的轴向方向上组合成一体，但仍能够相对该密封元件12旋转。
最好如图2和图3所示，定位唇40设有至少一个、可以为多个槽或开口44。这些槽44是开放的或者径向向外延伸进定位唇40的最内部径向边43，并且可仅延伸定位唇40的部分径向宽度或者延伸定位唇40的整个径向宽度。槽44可围绕定位唇40周向等间隔设置。槽44对空气间隙38开放，形成至少一部分的迷宫式密封42并起到出口槽或端口的作用，以便释放沿轴向向内进入定位唇40的间隙的污染物，也指碎片。污染物可包括在密封装置运行过程中或当密封装置固定不动时落入或排出槽44的水、泥、污垢、粉尘以及其他不希望出现在该空隙中的流体或固体。
现在参考图4和图5，举例说明了根据本发明另一当前较佳实施例构造的密封组件110，其中围绕100形成的相似的参考数字指示相似的特征。该密封组件110具有外部密封元件112和内部承磨衬套元件114。该内部承磨衬套元件114大致与以上描述构造相同，因此，具有圆柱状本体部128，该本体部128内表面130的大小令其可围绕旋转轴123外表面紧配合设置，外表面132则提供密封或运行面。本体部128包括笔直圆柱状的轴向内端134和端缘136，如上所述。
如上述在先实施例，外部密封元件112包括外部环形承载部116，该承载部116包括外部大致圆柱状的本体部118，该本体部118的外表面120能够被压入配合或采用其他方式设置于壳体121的开口中。承载部116的一端形成有径向向外环形安装缘125，该安装缘125与壳体121的配合面支撑配合(seating engagement)。承载部16具有径向向内突伸的密封缘122，该密封缘122与本体部118横向相对设置。至少一个动态环形密封件124稳固设置于密封缘122上，用于为该组件提供主要环形密封。与上述在先实施例不同之处在于，密封件124至少部分采用结合于密封缘122上、例如通过弹性体支撑结合于密封缘122上的PTFE(聚四氟乙烯)密封件33制成，所述弹性体如橡胶等。此外，密封件124可通过适合的粘合剂、键合、夹设或其他方式稳固设置于密封缘122上。PTFE件33具有密封唇126，该密封唇126在使用中能抵靠在该承磨衬套元件14上，并且可以向油侧A或向空气侧B延伸。
如上述在先实施例中所述，密封件还可包括轴向远离密封唇126延伸以与旋转轴123配合的粉尘或碎片隔离唇129。而且，附加粉尘和碎片隔离唇131可由相同材料与碎片隔离唇129成型为一个整体，但与密封唇121分离，其中，这些附加碎片隔离唇131从密封缘122向空气侧B轴向延伸，以便与内承磨衬套元件114配合。
承载部116包括软环形定位唇或缘140，如在先实施例中所述。该定位缘140可由弹性体制成，例如用于制造碎片隔离唇129、131。虽然定位唇140可由与密封唇126相分离的材料制成，但仍如上所述实施例中同样的构造、设置以及运行。因此，定位缘140具有径向最内边143，该最内边143位于端缘136的径向最外边145径向向内侧，从而形成迷宫式密封通道142，该通道142内设有径向延伸的槽144。
密封组件110具有附加的编码器部件或环35，该编码器部件或环35设置于安装缘125的轴向向外表面37上。该编码器或环35具有暴露面39，该暴露面39由多个在北极(N极)和南极(S极)之间交替的磁极化扇区构成，以便与传感器例如基于应变的可变磁阻(VR)传感器(图未示)建立通信。VR传感器的位置接近编码器环35的暴露面39，且VR传感器的磁场投向极化扇区，以通过磁场响应极化扇区的移动产生正弦波电流。该正弦波电流的频率与相对转速成比例。优选地，虽然不必要，但编码器环35是成分已知的弹性体基陶瓷磁性类型的编码器环。若极化扇区的数量是均衡的且其弓形尺寸充分相等，则编码器环35可分为任何数量的极化扇区。各扇区表示在暴露面39上的一个N极或S极，且相邻扇区所表示的极性是不同的，使得暴露面39围绕其周向尺寸以规律的N-S增量交替。
由于这种编码器环35的磁感应强度是相当弱的，因此VR传感器在磁场中产生的磁通量通常较弱而无法感测。然而，因为安装缘125优选由碳钢材料制成且完全面-面接触地支撑编码器环35，故将编码器环35产生的磁场强度提高至VR传感器能够感测且受磁间断性影响的点。
可以理解，在任何最终获得授权的权利要求范围内，本发明可以采用其他方式实施，以实现本文所描述的相同功能。