专利名称：用于滚动轴承的密封装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于滚动轴承的密封装置，具体而言涉及形成接触式密封装置的密封构件的唇的形状。
背景技术：
滚动轴承设置有密封装置，该密封装置用于防止轴承中的油脂泄漏以及外来物质从外部进入。有两类这样的密封装置。一类包括安装在轴承中的金属遮蔽构件。另一类包括安装在轴承中并由弹性材料(例如合成橡胶)制成的密封构件。本发明属于后一类，即属于包括密封构件的一类。该后一类进一步分为非接触式和接触式，在所述非接触式中，密封构件被固定到轴承圈中的一个上，同时面对另一轴承圈，在所述密封构件和所述另一轴承圈之间限定了曲径间隙，在所述接触式中，密封构件与所述另一轴承圈接触，在其间没有间隙。本发明针对接触式。
通常，使用密封构件的接触式密封装置包括密封槽，形成在轴承的内圈的径向外表面中；密封构件固定槽，形成在外圈的径向内表面中，以与相应的密封槽相对；密封构件，固定在这些槽之间。每个密封构件在其径向内部具有主唇和辅助唇，并且每个密封构件的外边缘安装在形成在外圈的径向内表面中的固定槽之一中或者固定到所述固定槽之一。主唇与密封槽接触，以限定接触密封。在辅助唇和内圈的径向外表面之间限定曲径式密封(见专利文件1-4)。每个密封构件可以包括多个辅助唇(见专利文件2和4)。
对于主唇和辅助唇的形状，通常将形成每个密封构件的合成橡胶的末端分成两部分来限定主唇和辅助唇。在一个配置中，主唇设置在内侧，而辅助唇设置在外侧(见专利文件1和3)。相反，在另一配置中，主唇设置在外侧，而辅助唇设置在内侧(见专利文件2和4)。
为了提高密封性，主唇的过盈优选尽可能大。但是过盈越大，轴承的转矩就越大。相反，过盈越小，轴承的转矩就越小。但是在这种情况下，密封性也降低。在轴承高速旋转期间，轴承的内部压力升高。因此，如果密封性不足，则油脂会与空气一起排出，从而污染轴承的环境。油脂的泄漏也会导致轴承中油脂短缺，因而缩短轴承的寿命。因此，如果要求低转矩，则必须减少主唇的过盈，同时减少密封在轴承中的油脂的量。还需要防止油脂泄漏，以保持密封的油脂的量。
专利文件1日本专利公开46-39361B(实施例；图1)专利文件2日本实用新型公开3-121225A(图2)专利文件3日本专利公开2003-13977A(第一实施例；图1)专利文件4日本专利公开2004-68924A(第一实施例；图2)发明内容本发明的目的如在专利文件1和3中所示，如果主唇设置在内侧，则轴承的内部压力直接由主唇承载，使得趋于设置较高的过盈来保持高密封性。这导致高转矩。相反，在如专利文件2和4中所示的主唇设置在外侧的配置中，因为轴承的内部压力被设置在内侧的辅助唇减小，所以即使主唇的过盈设置得较低，也能以低转矩实现良好密封性。
但是随着当今的轴承旋转速度的增加，需要进一步降低转矩并进一步提高密封性。
因此，本发明的目的是进一步提高主唇设置在外侧的类型的接触式密封装置的密封性并进一步降低转矩。
实现该目的的手段为了实现这个目的，本发明提供了一种用于滚动轴承的密封装置，包括圆周密封槽，形成在内圈的径向外表面中；密封构件，它们的外边缘固定到外圈的面对所述密封槽的径向内表面，所述密封构件中的每个具有设置在其径向内部的主唇和辅助唇，所述主唇与所述密封槽之一接触，以限定接触密封，所述辅助唇靠近所述密封槽设置或者靠近所述密封槽的附近部分设置，以限定曲径式密封，其特征在于，所述密封构件中的每个具有位于与内圈的径向外表面的高度基本上相同的高度处的分支部分，通过所述密封构件的从所述分支部分径向向内延伸的部分形成所述主唇，所述主唇的末端与所述密封槽的外槽壁接触，以限定所述接触密封，通过所述密封构件的从所述分支部分轴向向内延伸的部分形成所述辅助唇，所述曲径式密封限定在所述辅助唇的末端和所述密封槽的内槽壁之间。
在该密封装置中，通过曲径式密封和接触密封来密封油脂，并防止油脂泄漏，其中，所述曲径式密封中的每个由辅助唇限定，所述接触密封中的每个由主唇限定。接触密封和曲径式密封也防止外部物质从外部进入。通过主唇和辅助唇中的每个以及密封槽的面对这些唇的内槽壁来限定具有较大容积的油脂池。油脂池用来减小油脂泄漏的压力。
另外，因为辅助唇的径向外表面在与内圈的径向外表面的高度基本相同的高度处轴向延伸，所以挤出滚道槽的油脂可以平滑地流向它的径向外表面。主唇和辅助唇从其分支的分支部分位于“与内圈的径向外表面的高度基本相同的高度处”。这意味着分支部分位于内圈的径向外表面的轴向延伸部分上或者其附近，使得辅助唇在与内圈的径向外表面的高度基本相同的高度处从分支部分向内圈延伸。
如果辅助唇从内圈的径向外表面的延伸部分径向向外偏移，则辅助唇的末端表面优选地为锥形表面，并且所述锥形表面相对于内圈的径向外表面具有超过90°的倾角。通过设置这样的锥形表面，油脂可以平滑地流到辅助唇的径向外表面上。
本发明的效果如上所述，以与主唇设置在外侧且辅助唇设置在内侧的传统配置相同的方式，内侧辅助唇用来减小内部压力，从而减小作用在主唇上的内部压力。根据本发明，主唇和辅助唇通过倒L形的分支部分相互连接，在这些部分和密封槽的内槽壁之间限定了具有大容积的油脂池。油脂池用来进一步减小内部压力，使得可以减小主唇的过盈，从而减小转矩，而同时提高密封性。
此外，因为辅助唇的径向外表面位于与内圈的径向外表面的高度基本相同的高度处，所以可以将挤出滚道槽(raceway groove)的油脂平滑地引导向辅助唇的径向外表面。这使得可以减小穿过曲径式密封流到油脂池中的油脂的量。因此，可以进一步减小转矩并提高密封性。
实施例1的剖视图[图2](a)实施例1的局部放大剖视图，(b)示出滑动接触部分的小槽部分的放大剖视图，(c)示出滑动接触部分的接触密封的放大剖视图[图3]示出各实施例的转矩值的实际测量结果的曲线图[图4]示出各实施例的油脂泄漏量的实际测量结果的曲线图[图5]实施例2的局部放大剖视图[图6]对比示例的局部放大剖视图[图7]实施例3的局部放大剖视图[图8]实施例4的局部放大剖视图标号说明1.内圈2.滚道槽3.导向面(land)4.密封槽5.外圈6.密封构件固定槽7.滚道槽8.滚珠9.保持架11.密封构件12.金属芯13.合成橡胶14.收缩部分15.分支部分16.主唇
17.辅助唇18.内槽壁19.曲径式密封20.槽底21.外槽壁22.外导向面23.滑动接触部分25.接触密封26.小槽部分27.锥形表面28.锥形表面29.倾斜表面30.端表面31.倾斜表面本发明的优选实施方式下面，参照附图描述本发明的实施例。
实施例1图1和图2中所示的实施例1的滚动轴承在形成于内圈1的径向外表面中的滚道槽2的两侧具有形成在导向面(land)3中的圆周密封槽4。密封构件固定槽6形成在外圈5的径向内表面中，以面对相应的密封槽4。滚道槽7形成在外圈5的径向内表面中，以面对滚道槽2。滚珠8设置在滚道槽2和7之间。滚珠8通过保持架9沿圆周相互分隔预定的距离。
环形密封构件11设置在每个密封槽4和相应的密封构件固定槽6之间。密封构件11通过在金属芯12上模制合成橡胶而形成。它们的外边缘10安装在相应的密封构件固定槽6中并固定到相应的密封构件固定槽6。金属芯12的内径R1大于内圈1的导向面3的外径R2(在权力要求中，导向面3被称为内圈的径向外表面)。在每个金属芯12的内径和导向面3的轴向延伸部分L之间(见图2)，合成橡胶13形成有收缩部分14(见图2)。在收缩部分14处，合成橡胶13具有减小的壁厚度。
如图2所示，合成橡胶13具有从收缩部分14径向向内延伸的平直部分。分支部分15设置在平直部分的中间点处。所述平直部分的从分支部分15径向向内延伸的部分用作主唇16。合成橡胶13进一步包括从分支部分15向内轴向延伸的部分。这部分用作辅助唇17。主唇16和辅助唇17在分支部分15处以倒L形连接到一起。
分支部分15是主唇16的厚度的延伸部分与辅助唇17的厚度的延伸部分相交叉的部分(图2(a)中点划线包围的部分)。示出的分支部分15从导向面3的延伸部分L径向向内偏移微量(ΔX)。
由于偏移ΔX，所以在导向面3和辅助唇17之间形成台阶(R2-R3)。但是该台阶不会成为油脂从导向面3向辅助唇17流动(见箭头a)的障碍。但是如果ΔX太大，则下面描述的油脂池24的容积减小，从而降低缓解油脂泄漏压力的效果。因此，ΔX的值被限制于偏移ΔX不降低缓解油脂泄漏压力的效果的范围。
如果分支部分15从示出的位置径向向外偏移，使得满足关系R3＞R2，则结果是，台阶成为油脂流动的障碍，优选采取在下面描述的实施例2中采取的对策(见图5中的锥形表面27)。
辅助唇17的末端形成为平行于密封槽4的倾斜的内槽壁18的倾斜表面，从而限定倾斜表面和内槽壁18之间的曲径式密封19。
在图2(a)中，密封槽4的槽底用20表示，它的外槽壁用21表示，外导向面用22表示。外导向面22的半径R4小于导向面3的半径R2。
在主唇16的末端，设置稍微朝外表面弯曲的滑动接触部分23。它的尖端以预定的过盈与密封槽4的外槽壁21接触，从而形成接触密封25(见图2(c))。在图2(c)中，以点划线示出了滑动接触部分23的末端处于自然状态的形状。以实线示出了所述末端由于接触而变形时的形状。因而，图2(c)示出了通过变形的部分形成接触密封25。在其它图中，为了方便，仅通过末端的处于自然状态的形状示出接触密封25。
如上所述，主唇16和辅助唇17通过倒L形的分支部分15连接到一起。倒L形部分和密封槽4的内槽壁18限定的部分用作具有较大容积的油脂池24，其中，所述密封槽4的内槽壁18面对所述倒L形部分。油脂池24通过曲径式密封19与轴承的内部连通，并通过接触密封25封闭。
为了在轴承内的压力非正常上升期间减小压力，在滑动接触部分23的末端形成两个圆周对称小槽部分26(见图2(b))。
如上所述地构造实施例1的密封装置，以油脂密封在轴承中被使用。因为通过设置在主唇16的接触密封25内侧的曲径式密封19减小了油脂的泄漏压力，所以与直接承载压力的配置(主唇设置在内侧的配置)相比，主唇16在接触密封25处的过盈可以被制得较小。通过改变收缩部分14的厚度、主唇16或滑动接触部分23的厚度等可以调节过盈。
在本发明的情况下，由于下面的原因，可以进一步减小接触密封25的过盈。
即，第一原因是，如箭头a所示，通过每个导向面3挤出滚道槽2的油脂的部分流到辅助唇17的径向外表面上。因为辅助唇17的径向外表面平行于轴承轴线，所以防止了油脂被挤回去。在传统的配置中，如在上面提到的专利文件2和4中，因为辅助唇的径向外表面向内倾斜，这增大了油脂压力，所以油脂易于被挤回到轴承中。在本发明的情况下，因为回挤力较弱，所以对油脂压力的影响小，使得油脂不易流向曲径式密封19(见箭头b)。这降低了油脂池24中的压力上升。
第二原因是，因为在通过分支部分15相互连接的主唇16和辅助唇17与面对唇16和17的密封槽4的内槽壁18之间限定了油脂池24，并且该油脂池24具有较大的容积，所以进一步降低了油脂池24的内部压力。
为了确认这些效果，对根据实施例1的本发明的产品(双侧密封)和下面的现有产品进行了对比实验。
(1)现有产品基于专利文件1的图1中公开的内容制造的产品(双侧密封)(2)实验内容对于根据本发明的产品和现有产品，实际测量了在4kgf的轴向载荷下的转矩值。实际测量的值在图3中示出。X表示现有产品的转矩值，A表示本发明的产品的转矩值。另外，在20kgf的径向载荷下进行了油脂泄漏性能测试。测试结果在图4中示出。X表示现有产品的油脂泄漏量，A表示本发明的产品的油脂泄漏量。
(3)实验结果的考虑对于图3中示出的转矩值，本发明的产品A比现有产品X低大约40gf·cm(20％)。因此，发现转矩降低。对于图4中示出的油脂的泄漏量，本发明的产品A与现有产品X相比，直到达到稳定状态的累计泄漏量下降到大约1/4。因此，发现密封性能提高。
实施例2在图5中示出的实施例2的密封装置与实施例1基本相同。差别在于分支部分15的径向位置被确定为在导向面3的延伸部分L的上面，并且辅助唇17的大部分位于延伸部分L之上(即，在密封构件11的径向外部)。辅助唇17的最大直径部分的半径R3大于导向面3的半径R2。对于这个配置，虽然油脂池24的容积增大，但是引起的问题是辅助唇17的末端表面成为油脂从导向面3向辅助唇17的径向外表面流动的障碍。为了避免这个问题，在唇17的末端上，形成锥形表面27，该锥形表面27相对于导向面3的倾角θ不小于90°。
辅助唇17的径向内表面相对于导向面3以预定的角度α倾斜。在这个倾斜的表面29和密封槽4的内槽壁18之间限定了曲径式密封19。
在主唇16的内表面上在其末端也形成锥形表面28，使得锥形表面28和密封槽4的外槽壁21之间的角度β不小于90°。通过将角度β设定为这样大的值，与小于90°的窄角β’(见图6，图6示出了对比示例)相比，油脂更难穿过主唇16的接触密封25。此外，这个实施例在结构、操作和所获得的效果上与实施例1相同。
对于实施例2的密封装置，进行了与对实施例1进行的实验相似的实验。实际测量的转矩值在图3中以B示出，而实际测量的油脂泄漏量在图4中以B示出。从这些结果中明显的是，实现了与实施例1中相同程度的低转矩和高密封性。
实施例3和4在图7中示出的实施例3和在图8中示出的实施例4是在实施例1和2之前被发明的。它们作为实施例1和2的对比示例而公开。
在图7中示出的实施例3中，每个密封构件11只有主密封唇。主密封唇16具有恒定宽度，并在其末端形成有横向端表面30。端表面30的外角与密封槽4的外槽壁21接触，以限定接触密封25。这个实施例与实施例1和2不同之处在于没有设置辅助唇。
确定的是，当主唇16的过盈被设置成与实施例1和2中基本相同时，转矩值C与图3中的值A基本相同。如图4中的字母C所示，密封性为现有产品X的大约1/2。因此，发现密封性劣于A和B。这可能是由于既没设置辅助唇17又没设置油脂池24的事实而导致的。这意味着如在实施例1和2中使用的辅助唇17和油脂池24有助于提高密封性。
在图8中示出的实施例4中，金属芯12的径向内部以“ㄑ”形状向内弯曲，合成橡胶13也沿着芯的弯曲的内部弯曲，从而靠近密封槽4的内槽壁18，辅助唇17a和17b以两排形成在面对内槽壁18的表面上。此外，第三辅助唇17c沿着密封槽4的槽底20设置。通过这些辅助唇17a-17c限定曲径间隙19a、19b和19c。收缩部分14形成在与辅助唇17a-17c相反的表面上，即形成在外表面上。主唇16的外表面连接到收缩部分14的末端，而主唇16的内表面连接到第三辅助唇17c的末端。内表面和外表面交合处的主唇16的末端与密封槽4的外槽壁21接触，限定接触密封25。
实施例4与实施例1和2的显著区别在于有三个辅助唇17a-17c(因而三个曲径式密封19a-19c)，在邻近的辅助唇17a-17c之间的部分以及辅助唇17c和主唇16之间的部分与密封沟槽4的面对这些部分的槽壁之间限定的油脂池具有小的容积，辅助唇17a的轴向突出的量小，并且辅助唇17a的基座连接到向内弯曲的合成橡胶13的内表面。
确定的是，当主唇16的过盈被设置成与实施例1和2中的基本相同时，转矩值D与图3中的值A基本相同。如图4中的字母D所示，密封性大约与C值相同。因此，发现密封性劣于A和B。这大概是因为以三排设置辅助唇17a-17c的效果几乎没有显示出来，油脂池的容积小，辅助唇17a的轴向突出量小，并且它的径向外表面倾斜成靠近合成橡胶13的倾斜表面31。
权利要求
1.一种用于滚动轴承的密封装置，包括圆周密封槽，其形成在内圈的径向外表面中；密封构件，其外边缘固定到外圈的面对所述密封槽的径向内表面，所述密封构件中的每个具有设置在其径向内部的主唇和辅助唇，所述主唇与所述密封槽之一接触，以限定接触密封，所述辅助唇靠近所述密封槽设置或者靠近所述密封槽的附近部分设置，以限定曲径式密封，其特征在于，所述密封构件中的每个具有位于与内圈的径向外表面的高度基本上相同的高度处的分支部分，通过所述密封构件的从所述分支部分径向向内延伸的部分形成所述主唇，所述主唇的末端与所述密封槽的外槽壁接触，以限定所述接触密封，通过所述密封构件的从所述分支部分轴向向内延伸的部分形成所述辅助唇，所述曲径式密封限定在所述辅助唇的末端和所述密封槽的内槽壁之间。
2.根据权利要求1所述的轴承密封装置，其特征在于，所述主唇和所述辅助唇通过倒L形的所述分支部分相互连接，通过所述主唇和所述辅助唇以及所述密封槽的面对所述主唇和所述辅助唇的内槽壁限定油脂池，所述油脂池通过所述曲径式密封与轴承的内部连通，并通过所述接触密封封闭。
3.根据权利要求1或2所述的轴承密封装置，其特征在于，所述辅助唇从内圈的径向外表面的延伸部分径向向外偏移，所述辅助唇的末端表面是锥面，所述锥面相对于内圈的径向外表面的倾角超过90°。
全文摘要
一种用于滚动轴承的接触式密封装置结构，能够通过改进密封构件的唇结构来降低转矩并提高密封性。每个密封构件(11)具有高度与内圈的导向面(3)的高度基本上相同的分支部分(15)。通过所述密封构件的从分支部分(15)径向向内突出的部分限定主唇(16)。主唇(16)的末端与密封槽(4)的外槽壁(21)接触，以限定接触密封(25)。通过密封构件的从分支部分(15)轴向向内突出的部分限定辅助唇(17)。曲径式密封(19)限定在辅助唇(17)的末端和密封槽4的内槽壁(18)之间。
文档编号F16C33/80GK101069026SQ20058004137
公开日2007年11月7日 申请日期2005年12月14日 优先权日2004年12月15日
发明者石田光, 平泽义光, 川北笃史, 清水雄介 申请人:Ntn株式会社