轴承密封件及其应用的利记博彩app

本发明涉及一种轴承密封件、采用该密封件的常规类型的滚动轴承以及车辆后轮驱动系统中的中间支撑轴承总成(central support bearing unit)。

背景技术：

在图1和图2中所示的卡车后轮驱动系统中，中间支撑轴承总成100通过紧固装置(未示出)固定在车身的下方，为传动轴(propeller shaft)200提供径向支撑。在卡车后轮驱动系统中，传动轴200的转速较高，最高可达2,500rpm。为适应这种较高的转速，中间支撑轴承总成100常规采用深沟球轴承。图3所示的是深沟球轴承及其常规密封件的局部截面示意图。在实践中，该总成中的深沟球轴承的失效率非常高，原因在于其密封件难以阻挡外部污染物的进入，容易造成轴承的提前失效。

为解决上述问题，申请人曾一度试图采用图4所示的密封方案。这是一种车辆轮毂轴承所使用的盒式密封件(cassette seal)，包含安装以后相互邻近的内骨架(flinger or inner stamping)2和外骨架(outerstamping)4。在装配以后，内骨架2与轴承内圈的外表面形成紧配合，外骨架4与轴承外圈的内表面形成紧配合。外骨架4上形成有利于防止润滑剂从轴承内部经轴承外圈的内表面向外泄漏的密封体5。密封体5面向内骨架2延伸形成有弹性接触后者内表面的轴向唇口7和径向唇口9，分别用于密封内骨架2与外骨架4之间的轴向间隙和径向间隙。径向唇口9环绕其外围颈部进一步设置有箍紧弹簧(garter spring)3，用于为径向唇口9提供额外的径向约束力。在典型情况下，箍紧弹簧3是一种首尾相连的卷簧，在收缩的状态下能够为径向唇口9提供额外的束紧力。这种用于车辆轮毂轴承的盒式密封件虽然密封性能良好，却难以适应要求更高转速的卡车后轮传动系统。实验证明，即使撤除箍紧弹簧3，消除其对径向唇口9的束缚，径向唇口9与内骨架2之间摩擦效应依然显著，温升实验仍然难以达到标准的要求。 过高的温升极容易导致轴承和密封件的提前失效，因而无法满足车辆对中间支撑轴承总成的技术要求。业界期盼一种能够满足更高转速、温升较小且具有可靠密封效果的轴承密封件。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供一种轴承密封件，包含在装配以后能够与轴承内圈形成紧配合的内骨架和能够与轴承外圈形成紧配合的外骨架。所述内骨架与外骨架在装配以后相互邻近，但互不接触，双方中的至少一方形成有大致在轴向上抵靠另外一方内表面的轴向唇口和大致在径向上抵靠另外一方内表面的径向唇口，分别用于密封内骨架与外骨架之间的轴向间隙和径向间隙。所述径向唇口上形成有弹性折转结构，在装配前不受约束的自然状态下，所述折转结构原始形成有至少两处弯折挠曲点。所述挠曲点为折转结构中相邻折面之间的连接交汇处，是相邻折面之间材料实际发生弯折变形的主要区域所在，相邻折面之间在所述挠曲点处形成预定的弯折角。

弹性折转结构不仅有利于保持径向唇口与内骨架之间的弹性接触，防止轴承内部润滑剂的外泄，而且能够有效降低径向唇口与内骨架之间的接触压力和摩擦扭矩而从根本上降低较高转速下轴承和密封件的温升效应，彻底解决上述工况条件下中间支撑轴承总成中轴承的密封问题。

以下参照附图详细描述本发明的优选实施方式和有益效果。

附图说明

图1为卡车后轮驱动系统的侧视结构示意图；

图2为中间支撑轴承总成及其上、下游部件的立体装配示意图；

图3为采用常规密封件的深沟球轴承的局部截面示意图；

图4为车辆轮毂轴承中所使用的盒式密封件的放大截面示意图；

图5为装配状态下本发明所述中间支撑轴承总成的纵向截面示意图；

图6为采用本发明所述轴承密封件的深沟球轴承的局部截面示意图；以及

图7为本发明所述轴承密封件的放大截面示意图。

具体实施方式

图5为装配状态下本发明所述中间支撑轴承总成的侧视截面示意图。在图中所示的轴承总成100中，滚动轴承10装配在轴承座(bearing housing)20中。轴承座20通过橡胶之类的减震材料(shock-absorbing material)30固定在边框(framework)40中，后者通过紧固装置(未示出)将轴承总成100可靠固定在卡车车身的下方。

典型情况下，滚动轴承10是一种深沟球轴承。图6是采用本发明所述密封件的深沟球轴承的局部截面示意图。从图中可以看出，轴承10包含在径向上由内而外依次分布的内圈(inner ring)12、外圈(outer ring)14以及设置在内圈12和外圈14之间的至少一列滚动体13。滚动体13能够在内圈12和外圈14之间可靠运行。轴承10在其内、外圈之间的宽度方向上的两侧设置有本发明所述的轴承密封件1。

图7为本发明所述轴承密封件的局部放大截面图。图中显示密封件1也是一种盒式密封件，与4图中所示的盒式密封件大体有些类似，均包含在装配以后能够与轴承的内圈12形成紧配合的内骨架2和能够与轴承的外圈14形成紧配合的外骨架4。外骨架4上形成用于防止润滑剂从轴承10内部经外圈14的内表面向外泄漏的密封体5。密封体5面向内骨架2继续延伸，形成有大致从轴向方向上接触内骨架2内表面的轴向唇口7，以及大致从径向方向上接触内骨架2内表面的径向唇口9，分别用于密封内骨架2和外骨架4之间的轴向间隙和径向间隙。轴向唇口7用于防止外部污染物进入密封件1和轴承10的内部，径向唇口9用于防止轴承内部的润滑剂通过密封件1向外泄漏。

从图7中还可以看出，轴向唇口7、径向唇口9和内骨架2的内表面三者之间限定出一个密闭空间6，用于贮存润滑轴向唇口7和径向唇口9所需的润滑剂。密闭空间的设置有利于减小轴向唇口7和径向唇口9与内骨架2之间的摩擦。顺便指出，唇口润滑剂的选用与唇口的材质有关，与轴承内部用于润滑滚动部件所使用的润滑剂在种类和性质上可以有所区别。

从功能上讲，密封体5主要提供静态密封，用于防止轴承外圈14在出 现偏斜扰动(与内圈12不同轴运行)时，润滑剂从轴承10内经外圈14的内表面向外泄漏。类似的，当轴承内圈12出现偏斜扰动(与外圈14不同轴运行)时，密封体5则宜设置在内骨架2上，用以防止润滑剂从轴承10内部经内圈12的外表面向外泄漏。容易理解，当轴承内圈和外圈都有可能出现偏斜扰动时，则内骨架2与外骨架4上均宜设置密封体5，用以防止润滑剂从轴承10内部经内圈和外圈中的任意一方内表面向外泄漏。在实践中，最后一种情况虽然能够更全面地防止轴承内部油脂的泄漏，但也会显著提高密封件的制造成本，因此应视工况需要和成本要求而适宜抉择。

在图7所示的实施方式中，密封体5及其延伸的各唇口7和9均只形成在外骨架4上，这还有以下方面的考虑。在图5所示的轴承总成100中，外圈14固定在轴承座20中，内圈12随传动轴200一起转动。如果密封体5和各唇口7和9均设置在内骨架2上，则势必造成它们会跟随内圈12和传动轴200一起转动。高速旋转所导致的离心力很有可能就此改变唇口7和9的伸展姿态，影响唇口7和9触碰内骨架2内表面的可能性和稳定性，以致造成密封的暂时甚至永久失效。当然，在其它应用场合中，假如轴承内圈固定，外圈转动，则密封体和唇口更宜设置在内骨架，而不是外骨架上，道理相同，此处不再赘述。

有必要指出，在图7所示的具体实施方式中，密封唇口7和9作为密封体5的一部分与密封体5形成为一体。两者生成于同一材质，例如，均可以采用普通橡胶或者低摩擦橡胶(low friction rubber)。这有利于减少部件的数量和模具的总类，从而简化工艺，降低成本。当然，如果密封唇口需要采用不同于密封体的材质，例如密封体采用普通橡胶，而唇口采用聚四氟乙烯(PTFE)材质，则也可以考虑将密封唇口独立于密封体之外设置在内骨架和/或外骨架上。

如图7中所示，径向唇口9在径向方向上还形成有弹性折转结构(flexible convolute structure)9a。在装配前不受约束的自然状态下，所述折转结构9a原始形成大致呈折扇形或者波浪形的截面，且具有两处以上的挠曲点(hinge points)9b和9c，以便于径向唇口9发生弹性形变。所述挠曲点在本发明中被定义为相邻折面(8a和8b、以及8c和8d)之间的连接交汇处，是材料实际发生弯折变形的主要区域所在。在装配前不受约束的 自然状态下，所述折面可以是直面，也可以是曲面，且彼此之间在挠曲点处形成一定的弯折角。图7中折面8c和8d之间的弯折角α与8a和8b之间的弯折角β可以相同，也可以不同。典型情况下，弯折角α的角度范围宜在35-60度之间，弯折角β的角度范围宜在60-90度之间。

有必要指出，弹性折转结构9a不同于传统唇口的挠曲形变。传统唇口的挠曲形变往往是唇口在实际装配以后承受外力压迫变形所致；在未受约束的自然状态下，唇口本身一般并未有原始弯曲形成，或者，即便有，其弯折的角度也并不显著。在图7所示的实施方式中，弹性折转结构9a的截面大致呈N形或Z形，即具有两处弯折挠曲点9b和9c。实际上，具有两处以上的挠曲点，例如，使截面呈M形或W形，也能够实现本发明的目的。

弹性折转结构9a不仅使径向唇口9具有足够的伸缩弹性，在轴承内、外圈出现不同轴(即发生偏斜，deflection)的状态下，允许密封件1适时跟随内、外圈在径向上间距的变化，而且还具有以下两方面的好处：①弹性折转结构9a能够显著降低径向唇口9与内骨架2之间的接触压力以及由此引起的摩擦阻力，从而有效降低轴承10和密封件1运行时产生的温升效应；②折转结构9a还使得径向唇口9在相对较大的伸缩范围内保持与内骨架2之间接触压力的大体恒定，确保唇口9的摩擦温升保持在稳定可控的局面。

如图7所示，在不受约束的自然状态下，径向唇口9在径向上超出内骨架2内表面的尺寸在本发明中被定义为径向唇口9的径向过盈量。该过盈量实际决定了径向唇口9在安装以后在径向方向上的收缩变形幅度。弹性折转结构9a的作用在于，使径向唇口9接触内骨架2内表面的压力对径向唇口9的径向过盈量变得不敏感，从而降低对径向唇口9设计精度的要求，允许后者采用更大的公差带设计，从而有效地降低生产成本。

类似的，图7中显示的轴向唇口7也同样处于装配前不受内骨架2约束的原始状态。在不受约束的自然状态下，轴向唇口7在径向上超出内骨架2内表面的尺寸在本发明中被定义为轴向唇口7的轴向过盈量。该过盈量决定了轴向唇口7在装配以后在轴向方向上收缩变形的幅度。为确保轴向唇口7能以最小的接触应力触碰内骨架2的内表面以减少摩擦生热，轴 向唇口7在设计上须以弥补公差带(包含尺寸公差和装配公差)可能带来的尺寸缺失所需的最小轴向过盈量接触内骨架2的内表面。换言之，轴向唇口7须首先确保能够可靠触碰到内骨架2的内表面，克服公差带可能带来的轴向唇口7与内骨架2轴向配合尺寸不足的问题；但是，轴向唇口7超过内骨架2内表面的轴向过盈量应尽可能地小，以确保轴向唇口7能够以最小的接触应力触碰到内骨架2的内表面。这种匹配关系可以用以下的数学关系式加以表述：假设轴向唇口7轴向过盈量的名义设计值为ΔX，轴向唇口7与内骨架2在轴向上公差带(包含两者的尺寸公差和装配公差)的设计范围在±σ之间，则ΔX≥σ。上述设计的目的在于尽可能地减少轴向唇口7超出内骨架2内表面的轴向过盈尺寸，最大程度地降低两者之间的摩擦，从而有效降低温升。在临界条件下，ΔX刚好弥补公差存在所引起的轴向唇口7与内骨架2之间配合尺寸的缺失，轴向唇口7与内骨架2的内表面形成“形式接触”。所谓“形式接触”，在理论上讲，是指两个物体之间实现零距离接触，但不会造成相互之间任何力的作用。这是确保轴向唇口7能够实际接触到内骨架2的内表面、防止异物进入密封件和轴承内部的最低要求。

在图7所示的实施方式中，轴向唇口7还形成有易于使自身在径向上向外扩展变形的扩展结构7a。在装配前尚未接触到内骨架2的自然状态下，扩展结构7a的扩展角γ在7-25度范围之间。这种扩展结构有利于减小轴向唇口7与内骨架2之间的接触应力，从而进一步降低摩擦生热。更为重要的是，扩展结构7a本身形成一种散热通气阀(thermal vent)结构，能够将积聚在轴承和密封件内部的热量释放出去，这非常有利于降低温升。

从以上描述中可以看出，本发明所述密封件虽然是被开发用于卡车后轮驱动系统中的中间支撑轴承总成中的深沟球轴承，但实际上也适用于其它各种常规类型的滚动轴承。实际上，任何常规类型的滚动轴承(regular type rolling bearing)，只要在径向上包含由内而外依次分布的内圈、外圈和设置在内圈和外圈之间的至少一列滚动体，都可以在其内、外圈之间宽度方向上的两侧设置有本发明所述的密封件。这些的常规类型的滚动轴承包括(但不限于)深沟球轴承(deep groove ball bearing)、圆锥滚子轴承(tapered roller bearing)、角接触球轴承(angular contact bearing)、自调心球轴承 (self-aligning ball bearing)、球面滚子轴承(spherical ball bearing)、CARB圆环滚子轴承(toroidal roller bearing)等。

在上述应用的基础上，本发明适用于各种车辆传动轴的中间支撑轴承总成。这些轴承总成包含采用本发明所述密封件1的深沟球轴承10、用于固定深沟球轴承的轴承座20、围绕轴承座设置的减震材料(shock-absorbing material)30、围绕减震材料设置的边框(framework)40、以及用于将边框固定在车身上的紧固装置(未示出)。

本领域的技术人员应当理解，任何关于上述密封件的变更和改进，只要符合随附权利要求书的限定，均属于本发明的保护范围。