具有柔性金属面密封的牙轮钻头的制作方法_2

文档序号:9382709阅读:来源:国知局
形轴表面116和径向表面118限定,其中锥体102被(以本领域技术人员熟知的常规方式)安装到柱形轴表面116,而径向表面118在轴区的基部处远离锥体旋转轴从柱形轴颈表面116垂直地向外延伸。第二压盖108是类似环形沟道的结构,其在轴区104的基部处由一对柱形(沟道侧)表面120和122以及在环形结构的底部处互连柱形表面120和122的径向(沟道底)表面124限定在径向表面118内。在该配置中,应当注意第二压盖通向第一压盖。
[0027]密封系统100进一步包括第一环130 (具有大致方形或矩形的横截面),该第一环在表面110与112相接的拐角处抵靠径向表面110和柱形表面112而被加压装配到第一压盖106内。由表面132限定的第一环130的内直径从轴区104的柱形表面116偏移。第一环130进一步包括第一金属密封面(使用径向延伸表面)134。
[0028]密封系统100进一步包括形成腔室构件的第二环140 (具有不规则的横截面),该腔室构件包括中心主体区142、从中心主体区向后且轴向延伸的后部区144、从中心主体区向内且径向延伸的凸缘区146以及从中心主体区向前且轴向延伸的前部区148。第二环140的后部区144在表面124和120相接的拐角处抵靠径向表面124和柱形表面120被加压装配到第二压盖108内。第二环140的凸缘区146和前部区148形成第三压盖150的一部分,其包括由径向表面152和柱形表面154限定的环形结构,径向表面152由远离锥体旋转轴垂直地向外延伸的凸缘区146限定,而柱形表面154由从径向表面向着第二环140的端部在平行于锥体旋转轴的方向上向前垂直延伸的前部区域148限定。
[0029]密封系统100进一步包括第三环170 (具有不规则形状横截面),第三环170包括具有第二金属密封面(使用径向延伸表面)172的密封区171,该第二金属密封面包括第一部分172a和第二部分172b。第一部分172a和第二部分172b是同轴的并且被环形沟道174彼此分开。环形沟道174形成密封面的非接触区,其用于分开第一部分172a和第二部分172b的功能。沟道174的宽度被选择为确保提高第一部分172a的接触。在第二金属密封面172的第二部分172b中提供多个径向延伸沟道184,以在第三环170的内周界186与环形沟道174之间延伸。沟道184支持在沟道174与标记186处的密封件的油脂侧之间提供压力均衡。压力均衡是期望的,以便第二部分172b将起到轴承表面(不是密封表面)的作用,而第一部分172a起到密封表面的作用(具有压力差)。
[0030]图5B(未按比例绘图)示出沟道184围绕第二部分172b的内周界的角度分布。因此,第二金属密封面172的第二部分172b是周向不连续的,并且因此不参与形成密封件(而第一部分172a是周向连续的,因此负责提供滑动密封表面)。在该说明性实施例中,存在十二个沟道184,从而沟道之间的角度偏移是三十度。在另一个实施方式中,可以提供十六个沟道184。可以根据期望的设计(可能基于锥体的直径和压盖106的直径)提供更少或更多的沟道。
[0031]第二金属密封面172被定位成与第一金属密封面134处于滑动/密封接触。在第二金属密封面172的第一部分172a与第一环130的第一金属密封面134之间实现密封接触。
[0032]第三环170进一步包括主体区173。与第二金属密封面172轴向相对,主体区173包括偏压表面176。在该说明性实施例中,偏压表面176被提供在径向延伸的偏压凸出构件178的远端处。也与第二金属密封面172轴向相对,第三环170进一步包括后表面180。
[0033]主体区173包括表面,这些表面通过呈现环形结构来帮助限定第三压盖150,该环形结构由径向表面192和柱形表面194限定,其中径向表面192远离圆锥旋转轴垂直地向外延伸,而柱形表面194平行于锥体旋转轴从径向表面向着表面176垂直地向后延伸。
[0034]O形环密封构件200 (例如,具有圆形横截面)被嵌入第三压盖150内,并且在第二环140的柱形表面154与第三环170的柱形表面194之间被径向压缩。O形环密封构件200可以进一步在第二环140的径向表面152与第三环170的径向表面192之间被轴向压缩。被压缩的O形环密封构件200在密封系统100的油脂侧和外部侧(例如,淤泥侧)之间形成静态密封。在油脂侧和外部侧之间的滑动密封分别由相对的第一金属密封面134和第二金属密封面172提供。
[0035]密封区171通过轴向延伸的柔性构件175耦接到主体区173。该柔性构件175允许第三环170的密封区171相对于第三环的主体区173枢转。支撑枢转动作允许第二金属密封面172的角度接触变化,以便更好地符合第一金属密封面134(例如,在由第一环130加压装配到第一压盖106内所造成的密封面134波纹化的情况下)。构件175的柔性来源于具有小(薄)的径向尺寸和明显长的轴向尺寸(长度)。径向薄度(thinness)和轴向长度的选择可以通过设计师根据密封区171相对于平面134的期望周向平面度的相对角刚度(angular stiffness)的分析来实现。
[0036]激励结构206被安装在第一压盖106内处于第三环170和轴区104之间。激励结构206在轴区104的基部处接合径向表面118并且进一步接合第三环170的偏压表面176。因此,激励结构206在径向表面118和偏压表面176之间被压缩。在该配置中,激励结构206的功能是抵靠第三环170施加轴向定向力,以便保持第一环130的第一金属密封面134和第三环170的第二金属密封面172之间的滑动/密封接触。
[0037]在优选实施方式中,激励结构206包括碟形弹簧构件208 (或任意合适的锥形弹簧垫圈设备)和力转移环210。碟形弹簧构件208包括外周边缘212,该外周边缘在轴区104的基部处通过力转移环210与径向表面118接合。碟形弹簧构件208的内周边缘214与第三环170的偏压表面176接合。重要地,接收在第三环上维持的轴向偏压力的该偏压表面176径向地大致定位在第三环的第二金属密封面172的径向中心,以便平衡通过柔性构件175和第二金属密封面172的第一部分172a和第二部分172b抵靠第一金属密封面134施加的力,并且更重要地,确保由第一部分172a施加充足的力,以保持与第一金属密封面134的密封关系。
[0038]就应用驱动扭矩而言,可以利用多种技术来实施。在优选实施例中,提供径向延伸的驱动连接件(在标记230处图示)以互连第二环140和第三环170。径向延伸的驱动连接件230可以采取多个周向间隔的驱动销的形式,这些驱动销径向延伸穿过在第二环140和第三环170中形成的通道。例如,驱动销可以径向向外延伸穿过在第三环170中形成的轴向槽,进入沿着第二环140的内周界形成的开口内(例如,在区域146处或在其周围)。在可替换实施方式中,弹簧构件208的内边缘214可以包括一个或多个周向布置的凹槽,其中从第三环170的表面176向后且轴向延伸的突出部被对应的凹槽接收且与对应的凹槽接合。同样地,凹槽可以在外边缘212中形成,以接收从力转移环210轴向延伸(或可替换地从第二环140轴向延伸)的突出部。用于弹簧构件208的凹槽-突出部配置将因此呈现用于施加驱动扭矩的轴向延伸驱动连接件231。
[0039]现在参考图6,其示出金属面密封系统100的实施例的横截面视图。图6的实施例与图5A的实施例类似,并且相同的附图标记指代相同或类似的部分,其进一步讨论将不会再被提供。对于这些部分,参考图5A的描述。图6的实施例与图5A的实施例的不同之处主要在于激励结构206’的配置。
[0040]激励结构206’被安装到第一压盖106内并处于第三环170和轴区104之间。激励结构206’在轴区104的基部处接合径向表面118,并且进一步接合第三环170的偏压表面176。因此,激励结构206’被压缩在径向表面118和偏压表面176之间。在该配置中,激励结构206’的功能是抵靠第三环170施加轴向定向力,以便在第一环130的第一金属密封面134和第三环170的第二金属密封面172之间保持滑动/密封接触。
[0041]在优选实施方式中,激励结构206’包括碟形弹簧构件208’ (或任意合适的锥形弹簧垫圈设备)。碟形弹簧构件208’包括外周边缘212,该外周边缘212在轴区104的基部处与径向表面118接合。碟形弹簧构件208’的内周边缘214与第三环170的偏压表
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