专利名称：用于装配密封件的成组部件及方法
技术领域：
本发明涉及一种提供转轴和轴承箱之间动态密封的迷宫式密封装置，以及其装配方法。
背景技术：
迷宫式转轴密封件是该领域公知的。典型地，这些装置包括两个包含转子和定子的同心环结构。该转子与转轴密封地配合，并且该定子与轴承箱密封地配合。使用多种不同类型的密封件，以便密封旋转的转子和固定的定子之间的空间。其包括O形环、唇形橡胶密封件、以及迷宫式密封件。迷宫式密封件是最有效的密封件类型。特殊成型的通道或凹槽形成于密封环的内表面上，以建立在轴承箱的外部和轴承箱的内部之间延伸的迷宫。该迷宫通道用作流体阻碍物，以使液体润滑剂保持在轴承箱内，并防止污染物进入轴承箱。通道越复杂，污染物穿过该结构进入轴承箱的可能性就越小。
一种使通道变得更复杂的方法是增加污染物必须穿越的表面面积，即增加通道的长度。为了获得有效的迷宫式密封件，已经创建了许多复杂的密封结构，包括在转子和定子的两侧上互锁形成密封件的隆起部和凹陷部。通过增加隆起部和凹陷部的数量，增加了通道的总面积/长度，由此达到上述阻挡污染物的目的。假使给定的空间和公差相对较小，则这些指状物(finger)的数量和尺寸将受到限制。
在转轴密封件的另一方面中，需要尽快排除已经移动到该系统中的污染物。特殊物质的堵塞可以损坏密封件和/或引起转子和定子的磨损。此外，需要取回被排出该系统的任何润滑剂液体并使其返回到转子的内部。润滑剂液体的流失将导致零件的损坏和增加系统的摩擦热。
在典型的转子和定子的构造中，需要保持某种最小间隙，以便防止转子和定子彼此接触。在某些应用中，例如飞机着陆齿轮，转子以超过大约5000rpm的速度旋转。如果在此速度下，转子的表面与定子的表面接触，则将产生摩擦热，元件会损坏，并会降低设备的整体效率和工作寿命。因此，保持转子和定子分开很重要。
在转子和定子之间经常采用橡胶或塑料密封装置，以便通过在两个元件之间提供低摩擦接触而使其沿径向分离。在转子受迫朝向定子的情况下，如果同一密封装置能够防止轴向接触是有益处的。
如果转子移动离开定子，则可能会出现相反的问题。随着转子沿轴向离开定子，元件之间的间隙加大，从而增加了污染物进入轴承箱以及润滑剂泄漏到外面的可能性。这些均是不理想的方案，理想的是一种使定子和转子有效地结合在一起的、使它们“成组(unitize)”的密封件。
现有的迷宫式密封件不能提供一种持久且抗磨损的有效的密封件，该密封件能够使定子和转子成组，并能够防止在轴向运动过程中定子和转子之间的接触。
本发明正是针对上述意识到的需求而开发的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于迷宫式密封的成组部件和组件，其在转轴和轴承箱之间提供动态密封。该成组部件防止污染物进入轴承箱，同时还防止轴承润滑剂的流失。该成组的、非接触的构造还能够防止在轴向运动中，转子和定子的磨损。
在本发明的第一方面中，提供了一种环形的成组部件，包括转子配合构件、定子配合构件、以及后构件。该成组部件的径向外表面包括两个不同直径的区域，其中一个区域相应于该转子配合构件，并且另一个区域相应于该后构件，并且该定子配合构件从该环形的成组部件的径向内侧沿径向向内延伸。
在本发明的另一方面中，提供了一种用于密封转轴和轴承箱的密封组件，包括转子，该转子包括沿轴向延伸的环形配合凸缘，其径向侧包含凹槽；定子，该定子包括沿轴向延伸的环形配合凸缘，其径向侧包含凹槽；以及环形的成组部件，该成组部件包括定子配合构件、转子配合构件、以及后构件。该转子配合构件与该转子的凹槽配合，并且该定子配合构件从该成组部件沿径向延伸，以便与该定子的凹槽配合。
在本发明的再一方面中，提供了一种装配用于密封转轴和轴承箱的密封组件的方法，包括提供转子，该转子包括沿轴向延伸的环形配合凸缘，其径向侧包含凹槽；提供成组部件，该成组部件包括定子配合构件、转子配合构件、包括在该定子配合构件和该转子配合构件之间的区域的空隙、以及后构件；使该成组部件与该转子配合，从而该成组部件的该转子配合构件保持在该转子的环形配合凸缘的凹槽内；进一步提供定子，该定子包括沿轴向延伸的环形配合凸缘，其径向侧包含凹槽；以及最后使该转子和该成组部件与该定子配合，从而该定子配合构件倾斜进入该空隙，直到该成组部件处于适当位置，然后，该定子配合构件延伸进入该定子凹槽的区域。
本发明的特征是一种特殊形状的成组部件的新设计。该成组部件是环形的，且截面基本上是矩形的，以装配在该转子和定子的凹槽的范围内。该成组部件进一步包括定子配合构件，以锁固配合该定子上的凹槽，以及后构件，该后构件延伸以接触该定子的后壁，以防止轴向运动。如果轴向运动使转子朝向定子移动，在转子和定子发生磨损之前，该成组部件产生接触。环上的后构件被精确地设计成在该转子和该定子接触之前接触该定子的后壁。该特征会防止主要元件的任何磨损，并保护迷宫式通道。
本领域的技术人员可以看出，根据本发明，可以有多种迷宫式成组部件和装配方法的不同实施例。下面将详细描述本发明的其他应用、目的、优点以及新特征，并且基于对本发明的如下分析或实施，上述应用、目的、优点以及特征对于本领域的技术人员将变得很明显。
图1是本发明的实施例中的密封组件的等角分解视图。
图2是本发明的实施例的剖视图，其包括密封组件的剖面，并包括成组部件及周围区域的放大视图。
图3是本发明的实施例中没有成组部件的定子和转子的构造的剖视图。
图4是本发明的实施例的成组部件的剖视图。
图5是本发明的实施例的剖视图，其包括密封组件的剖面，并包括定子、转子和成组部件。
图6是带有定子O形环的放大视图的本发明的实施例的密封组件的剖视图。
图7是本发明的密封组件的实施例中的密封组件的等角视图，其显示了润滑剂排出口和污染物排除口。
具体实施例方式
本发明包括一新的成组部件，用于转轴和包括定子的轴承箱之间。该成组部件是一环形的环，该环形成为与在转子和定子中形成的凹槽的相配合。该成组部件使转子和定子成组，防止分离并限制运动。该成组部件还包括后构件，在轴向运动时，其提供非金属元件以防止转子和定子的接触。
在本发明的另一方面中，提供了迷宫式密封组件。该迷宫式密封组件包括与轴承箱配合的定子、以及与转轴配合的转子。在此两元件之间限定了迷宫式通道，以防止润滑剂和/或污染物沿任一方向的移动。该定子包括带有凹槽的、轴向延伸的凸缘。此凹槽与转子上的类似凹槽相匹配。在产生的空腔内包含有环形的成组部件。
在本发明的另一实施例中，提供了一种装配密封组件的方法。在转轴和轴承箱之间采用成组部件，以防止润滑剂从箱中泄漏出来并防止污染物进入箱中。此外，该成组部件使密封组件成组，并防止转子与定子接触。
下面将通过实施例进一步描述本发明，应理解所揭示的应当看作是对本发明的原理的说明。本发明的示例性实施例显示于附图中；在这些附图中，采用类似的标号表示不同实施例的类似部分。
参考图1，图中显示了本发明的成组部件在密封组件中，该密封组件通常包括通过O形环64密封配合于轴承箱的定子10；通过O形环60密封配合于轴的转子50；以及位于该转子50和定子10之间的成组部件30。随着转子旋转，该成组部件30通过在两个元件之间提供低摩擦缓冲来防止转子与定子接触，并进一步保持内部的润滑剂，及防止污染物进入轴承箱。
在图2和图4中可以更详细地观看成组部件，其分别显示了组件的切割视图、以及成组部件的剖视图。从剖视图来看，该成组部件包括转子配合构件36、后构件34以及定子配合构件32。
在本发明的一个实施例中，该成组部件的径向外表面包括两个不同直径的区域。该不同直径包括在后构件34区域的一直径；以及在转子配合构件36区域的一不同的直径。由后构件34和转子配合构件36之间的直径差异形成一壁38。该壁38是用于在装配中将成组部件保持在转子50中，以及在装配之后使转子50和定子10成组。在本发明的优选实施例中，壁38位于成组部件的轴向中点附近。然而，本领域的技术人员可以了解壁38的位置可以根据成组部件的功能需要及转子和定子组件的构造而改变。在本发明的优选实施例中，壁38基本上垂直于旋转轴。
定子配合构件32从该成组部件30的径向内侧延伸。该定子配合构件32从该成组部件的中点附近以一角度延伸。该定子配合构件的长度和确切位置取决于转子和定子的特征、以及装配方面的容易性。该定子配合构件必须具有足够的强度以使密封组件成组，同时还必须具有足够的柔性以在装配时倾斜。由该转子配合构件36和该定子配合构件32之间的区域形成一空隙40。当转子、定子以及成组部件放在一起成为密封组件时，该空隙40为定子配合构件32的倾斜进入提供了空间。
尽管包括壁38、后构件34、转子配合构件36和定子配合构件32的成组部件30的特定形状对于其运行而言很重要，但是，这些元件以及成组部件本身的确切尺寸可根据成组部件的使用需要而变化。尺寸的改型对于本领域的技术人员而言是明显的，并应落入本发明的范围内。因此，本发明的成组部件不仅局限于任何特定尺寸的密封应用，而同样适合于较宽范围的使用。
本发明的成组部件30包括适用于其特定目的的材料，其取决于特定温度、压力、摩擦系数、以及其他运行特征。用于本发明的成组部件中的普通材料包括氟化的聚合物或树脂。在本发明的一个实施例中，成组部件30包括光滑的塑料材料。在本发明的优选实施例中，该成组部件包括聚四氟乙烯(PTFE)。
在本发明的最优选实施例中，该成组部件30包括填充的PTFE。该填充的PTFE包括具有分散于其中的填充物的PTFE。填充物包括但不局限于结构填充物，如玻璃；以及润滑剂，其包括石墨、二硫化钼、以及其他固态润滑剂。
在本发明的另一方面中，提供一密封组件，其包括本发明的成组部件30。最好在图1和图2中查看作为本发明的密封组件的例子。该密封组件包括转子50、定子10以及成组部件30。该转子50密封地配合于贯穿密封组件的中心的轴。该转子50包括轴向延伸的环形凸缘52，该凸缘52包括位于凸缘52的径向内侧的转子凹槽54。该定子10密封配合于轴承箱68并包括轴向延伸的环形凸缘12，该凸缘12包括位于该凸缘12的径向外侧的凹槽14。成组部件30包括转子配合构件36、定子配合构件32以及后构件34，该成组部件30位于由转子环形凸缘52和定子环形凸缘12之间的空间形成的区域内。更确切地，该成组部件30部分地位于每一转子凹槽54和定子凹槽14内，且后构件34朝向定子后壁20延伸。
图3显示了图2的局部详细图，在其中未放置成组部件。在本发明的一个实施例中，密封组件包括转子50，其通过O形环60与轴密封地配合。该转子包括环形凸缘52，其包括位于其径向内侧的凹槽54。该凹槽54包括两个相对壁58a和58b。类似地，该定子10包括含有凹槽14的环形凸缘12。该定子凹槽14还包括两个相对壁18a和18b。在本发明的优选实施例中，转子的凹槽的相对壁58a、58b以及定子的凹槽的相对壁18a、18b大致垂直于轴的轴线。
在本发明的一个实施例中，如图3所示，转子凹槽的每一相对壁与相应的定子凹槽的相对壁轴向对齐，使得相对壁58a轴向对齐于相对壁18a，并且相对壁58b轴向对齐于相对壁18b。该构造形成了矩形截面区域，在该区域中，容纳有成组部件30的转子配合构件36和内配合构件32。
在本发明的优选实施例中，定子凹槽54的至少一个壁和相应的转子凹槽14的壁是偏置的，使得转子凹槽壁58a或58b以及相应的定子凹槽壁18a或18b其中的一对轴向不对齐。
此偏置的一个例子显示于图5中，其中，该定子凹槽18b的一个壁包括该定子的后壁20。图5还显示了本发明的另一实施例，其中，转子凹槽的一个壁被消除，从而不存在如图3所示的转子凹槽壁58b。在此实施例中，该成组部件挤压安装于该转子中。该挤压装配实施例的成组部件具有在整个成组部件的长度上固定的外直径。
参考图7，在本发明的另一实施例中，该定子10还包括在密封件的内部轴侧的油排出口22，以便于将移动到成组部件区域中的油排出。经过一段时间，润滑剂可能会经过该定子和成组部件而渗漏出。该油排出口22提供了用于使油返回到密封件的轴承空腔侧的通道，以便润滑转轴。
在本发明的再一实施例中，定子10还包括位于该定子的大气一侧的排除口24。该排除口24允许移动到密封区域的污染物从该组件中被排除。
在本发明的优选实施例中，密封组件包括转子50和定子10及容纳于其内的成组部件30。该成组部件30的转子配合构件36与该转子凹槽54配合，从而该转子配合构件36的轴向外侧与该转子凹槽54的相对壁接触。在本发明的最优选实施例中，该转子配合构件36在转子凹槽54中“浮动”，以便最小化运行中的接触和摩擦。当转子和定子彼此相对地轴向移动时，那么该转子配合构件36将与该转子凹槽54的相应壁接触。
类似地，该定子配合构件32接触该定子凹槽和/或凹槽壁18a。在运行中，该成组部件在由转子和定子形成的空腔内“浮动”。然而，如果在运行中组件移动，则柔性地连接至该成组部件30上的该定子配合构件32能通过接触该定子凹槽14的壁18a而提供一种使成组部件30保持在适当位置的方式。
在本发明的再一实施例中，该成组部件30还包括后构件34。在转子和定子朝向彼此轴向运动的情况下，该后构件34防止该转子和定子彼此直接接触。如果转子朝向定子移动，则在转子和定子直接接触之前，该成组部件30的后构件34将接触定子的后壁20。该转子50通过转子凹槽54的一个相对壁58a接触并挤压抵靠该成组部件30。此动作将迫使成组部件的后构件34抵靠定子后壁20。由于该成组部件优选是由光滑的塑料材料构成，在成组部件30和转子50之间以及成组部件30和定子10之间的摩擦力将显著地低于转子50和定子10直接接触所产生的摩擦力。由此，该成组部件30在该转子和定子元件之间提供了抗磨损的缓冲。这样就通过最小化两零件之间的磨损来延长转子和定子的使用寿命。当该成组部件30到达其使用寿命期限时，可以很容易更换，运行的停工期和更换费用均低于更换转子和定子的情形。
如图6所示，在本发明的另一实施例中，该定子10通过O形环64与该轴承箱68密封地配合。该O形环位于形成于该定子的径向外侧的凹槽内。
该凹槽被特别地形成为使得该凹槽的底部表面倾斜，从而该凹槽的一侧深于该凹槽的相对侧。在如图6所示的结构中，在最接近于该轴承箱的本体的一侧浅于远离该轴承箱的本体的一侧。其效果是，如果定子开始移动离开该轴承箱的本体，则使O形环压缩并增加对轴承箱的压力。该增加的压力将阻止该定子的移动。
如图6所示的特定角度和位置仅仅用于举例。在不同实施例中，该倾斜表面可以包括凹槽底部的一部分、或整个凹槽底部。应当了解此原理和倾斜的O形环槽可以用于通过在转子的径向内表面上的类似凹槽将转子50固定到转轴。因此，当出现不理想的轴向运动时，可以使用多种可能的凹槽形状来增加O形环的压缩。
在本发明的另一方面中，提供了用于装配密封组件的方法。在装配中，本发明的实施例的成组部件30插入到定子10和转子50之间，以形成密封组件。装配密封组件的优选方法包括首先使该成组部件30和转子50配合；然后，使该成组部件和转子与该定子10和轴承箱配合。
该方法进一步包括提供成组部件30，其包括转子配合构件36、定子配合构件32以及后构件34；以及，提供转子，该转子包括沿轴向延伸的转子环形凸缘52，并且其内具有凹槽54；使该成组部件30位于该转子50的内部，从而该成组部件的转子配合构件36与该转子的环形凸缘内的凹槽54配合。在转子配合构件36和该转子凹槽的相对壁58a、58b之间的接触确保该成组部件保持在适当的位置。
将所装配的转子50和成组部件30与该定子10配合。该定子10包括朝向转子50延伸的环形凸缘12以及在其径向外侧的凹槽14。随着成组部件30围绕该环形凸缘12滑动，该定子配合构件32倾斜并变形进入空隙40，以允许成组部件滑入到围绕该定子环形凸缘的位置。一旦定子配合构件32被推动经过该定子唇缘16，则该定子配合构件32在定子凹槽14内，自由地弯曲回到延伸的位置。该定子配合构件32将在经过该定子唇缘16的外圆周后会在凹槽14延伸，处于延伸的位置。在此位置，该定子配合构件32将用于通过防止转子离开定子的轴向运动，来提供一种保持成组部件30和转子50与该定子10的方式。
在此位置，该成组部件30通过填充转子50和定子10其间的空隙、以及接触该转子凹槽的相对壁58a、58b，使该转子50和定子10成组。该配合构件32位于定子10的该凹槽14内，并在正常的运行中，不与该相对壁18a、18b接触。如果并且当施加轴向力使转子50移动离开定子10时，相对壁58b将在壁38的区域内与转子配合构件36接触。这将使成组部件30与转子50一起移动。通过定子配合构件32与定子凹槽14的相对壁18a的接触，来阻止该成组部件30的移动。通过此动作，使用包括转子、成组部件以及定子的密封组件成组。唯一拆卸该密封组件的方法是施加足够大的轴向力，以不可恢复地损坏该成组部件。
除了密封组件的成组效果，该成组部件还在转子和定子之间建立了非接触关系。在转子50朝向定子10轴向运动的情况下，该转子将与该成组部件30接触，并使后构件34与该定子后壁20接触。该成组部件30被设计成使得该后构件34朝向定子的延伸大于该转子环形凸缘52的延伸。因此，防止该转子环形凸缘与该定子的后壁接触，由此通过防止元件的过度磨损，提高了转子和定子的使用寿命。
虽然参考特定实施例对本发明进行了描述，应当了解，这些实施例仅仅用于解释本发明的原理。本领域的技术人员会理解本发明的成组部件和组件将可以以其他材料、其他方式以及实施方式来构造并实现。因此，此处的描述不应作为本发明的限制，而作为也落入到本发明的范围内的其他实施例。
权利要求
1.一种环形的成组部件，包括转子配合构件、定子配合构件、以及后构件；其中，该成组部件的径向外表面包括两个不同直径的区域，其中一个区域相应于该转子配合构件，并且另一个区域相应于该后构件；以及其中，该定子配合构件从该环形的成组部件的径向内侧沿径向向内延伸。
2.如权利要求1所述的成组部件，其中，在不同直径的两个区域之间的交接处基本上垂直于旋转轴。
3.如权利要求1所述的成组部件，其中，该定子配合构件从该成组部件的轴向中点附近延伸。
4.如权利要求1所述的成组部件，其中，该成组部件包括氟化的聚合物或树脂。
5.如权利要求1所述的成组部件，其中，该成组部件包括填充的聚四氟乙烯。
6.一种用于密封转轴和轴承箱的密封组件，包括转子，该转子包括沿轴向延伸的环形配合凸缘，其径向侧包含凹槽；定子，该定子包括沿轴向延伸的环形配合凸缘，其径向侧包含凹槽；以及环形的成组部件，该成组部件包括定子配合构件；转子配合构件；以及后构件；其中，该转子配合构件与该转子的凹槽配合；以及其中，该定子配合构件从该成组部件沿径向延伸，以便与该定子的凹槽配合。
7.如权利要求6所述的密封组件，其中，该转子的凹槽和该定子的凹槽至少部分地轴向对齐，以在其间形成空隙。
8.如权利要求7所述的密封组件，其中，该成组部件至少部分地保持在该空隙中，该空隙是通过该转子凹槽和定子凹槽至少部分地对齐而形成的。
9.如权利要求6所述的密封组件，其中，该成组部件还包括两个不同直径的相邻区域，一个区域相应于该转子配合构件，并且另一个区域相应于该后构件。
10.如权利要求9所述的密封组件，其中，在不同直径的两个区域的交接处包括壁部。
11.如权利要求10所述的密封组件，其中，通过使该定子的凹槽的一壁与该定子配合构件配合、以及使该转子的凹槽的一壁与连接该成组部件的不同直径的区域的该壁部配合，该成组部件防止在轴向运动的情况下，该转子和该定子分离。
12.如权利要求11所述的密封组件，其中，该成组部件的该壁部基本上垂直于旋转轴。
13.如权利要求6所述的密封组件，其中，在该转子朝向该定子轴向运动的情况下，通过该定子的外壁与该转子的内壁配合，该成组部件防止该转子与该定子之间的接触。
14.如权利要求6所述的成组部件，其中，该成组部件包括氟化的聚合物或树脂。
15.如权利要求6所述的成组部件，其中，该成组部件包括光滑的塑料材料。
16.如权利要求6所述的成组部件，其中，该成组部件包括填充的聚四氟乙烯。
17.如权利要求6所述的成组部件，其中，该定子还包括在该密封件的内侧的排出口，其中，允许润滑剂从该密封件排出回到该轴承箱。
18.如权利要求6所述的成组部件，其中，该定子还包括在该密封件的大气侧的排除口，其中，污染物可从该密封件中排除。
19.如权利要求6所述的成组部件，其中，该定子还包括O形环，以使该定子密封配合于该轴承箱，所述O形环保持于在该定子的径向外圆周形成的凹槽内；所述凹槽包括一内表面，其中，该内表面的一端浅于该内表面的相对端，以提供一锁固机构，以便防止该定子沿远离该轴承箱的方向移动。
20.如权利要求6所述的成组部件，其中，该转子还包括O形环，以使该转子密封配合于一轴，所述O形环保持于在该转子的径向内圆周形成的凹槽内，所述凹槽包括一内表面，其中，该内表面的一端浅于该内表面的相对端，以提供一锁固机构，以便防止该转子沿远离该轴承箱的方向移动。
21.一种装配用于密封转轴和轴承箱的密封组件的方法，包括提供转子，该转子包括沿轴向延伸的环形配合凸缘，其径向侧包含凹槽；提供成组部件，该成组部件包括定子配合构件、转子配合构件、包括在该定子配合构件和该转子配合构件之间的区域的空隙、以及后构件；使该成组部件与该转子配合，从而该成组部件的该转子配合构件保持在该转子的环形配合凸缘的凹槽内；提供定子，该定子包括沿轴向延伸的环形配合凸缘，其径向侧包含凹槽；以及使该转子和该成组部件与该定子配合，从而该定子配合构件倾斜进入该空隙，直到该成组部件处于适当位置，然后，该定子配合构件延伸进入该定子凹槽的区域。
22.如权利要求21所述的方法，其中，该成组部件还包括填充的聚四氟乙烯。
23.如权利要求21所述的方法，其中，该转子的凹槽和该定子的凹槽至少部分地轴向对齐，以在其间形成空隙，并且该成组部件保持在所述空隙中。
全文摘要
一种环形的成组部件(30)，包括转子配合构件(36)、定子配合构件(32)、以及后构件(34)。该成组部件的径向外表面包括两个不同直径的区域，其中一个区域相应于该转子配合构件，并且另一个区域相应于该后构件。该定子配合构件从该环形的成组部件的径向内侧沿径向向内延伸。一种用于密封转轴和轴承箱(68)的密封组件，包括转子(50)，该转子包括沿轴向延伸的环形配合凸缘(52)，其径向侧包含凹槽(54)；定子(10)，该定子包括沿轴向延伸的环形配合凸缘(12)，其径向侧包含凹槽(14)；以及环形的成组部件，该成组部件包括定子配合构件、转子配合构件、以及后构件。
文档编号F16J15/447GK1688834SQ03824620
公开日2005年10月26日 申请日期2003年9月29日 优先权日2002年9月30日
发明者伊丽莎白·吉特林, 克里斯托弗·托内斯 申请人:卡罗克密封技术公司