具有加强唇部和配合端面的端面密封件的制作方法

本发明总地涉及用于机器的销接头。更确切地说，本发明涉及诸如建筑设备、采矿设备之类的机器的振荡销接头。

背景技术：

用于机器的销接头通常分成两个类别。动态接头和静态接头，在动态接头中，结构构件相对于彼此移动，而在静态接头中，结构构件并不移动。当存在动态接头时，他们可来回移动以进行振荡运动。例如能想象的是，这会产生摩擦和磨损，而摩擦和磨损可能限制销接头的寿命。因此，现有技术已开发限制此种摩擦并且延长销接头的寿命的方案。

建筑设备和采矿设备中的振荡销接头通常包括销和匹配轴承，其压配合到周围结构中。该接头包括通常称为轴承壳体的中间结构构件以及在轴承壳体的任一侧上的外侧结构构件。当机器的臂架的连接件延伸时，轴承壳体和外侧结构构件通常会相对于彼此旋转一定量。当机器的连接件缩回时，此种旋转逆转。因此，这些接头具有振荡旋转运动。

通常在这些接头中采用润滑剂，以减小磨损并且延长接头的寿命。需要对形成在外侧结构构件和轴承壳体之间的接缝进行密封，以防止润滑剂损失，同时仍允许在轴承壳体和外侧结构构件之间发生振荡运动。双锥形密封件通常用在此种接头中，这些双锥密封件采用两个对称布置的金属密封构件，使用弹性负载环驱使这些金属密封构件彼此接触。然而，已确定，此种双锥形密封件更适合于沿一个方向发生连续旋转而不是反向或振荡运动的应用。

例如能想象的是，密封件故障或具有有限寿命的密封件可能会增大需要保持机器启动和运行所需的维护量。这可能导致维护成本增大并且损失建筑、土方或采矿努力等等的利润。因此，会期望开发一种比已设想的更为牢靠的用于机器的动态振荡销接头。

技术实现要素：

提供一种用在动态销接头中的密封组件，其限定轴向方向和径向方向。密封组件包括配对端面密封环子组件，该配对端面密封环子组件包括配对端面密封环构件和第一负载环，该配对端面密封环构件包括径向延伸的平面密封端面和第一定型负载环界面。

提供一种用于机器的销接头。销接头包括销、第一构件、第二构件和密封组件，该销限定轴向方向和径向方向，该第一构件限定第一密封凹槽，该第二构件限定第二密封凹槽，该密封组件包括配对端面密封环子组件，该配对端面密封环子组件设置在第一构件的第一密封凹槽中，且该配对端面密封环子组件包括配对端面密封环构件和第一负载环，该配对端面密封环构件包括径向延伸的平面密封端面和第一定型负载环界面。此外，销接头包括唇部密封环子组件，该唇部密封环子组件设置在第二构件的第二密封凹槽中，且该唇部密封环子组件包括唇部密封环构件和第二负载环，该唇部密封环构件包括唇部密封特征件和第二定型负载环界面，其中，该第一构件和第二构件相对于彼此旋转，且第一负载环接合配对端面密封环构件的第一定型负载环界面，而第二负载环接合唇部密封环构件的第二定型负载环界面。

附图说明

图1是根据本发明一实施例的使用密封组件的振荡销接头的剖视图；

图2是图1的密封组件的放大详图。

图3是诸如大型轮式装载机之类的机器的侧视图，该机器包括臂架，该臂架可具有采用图1和图2的密封组件的振荡销接头。

图4是示作从机器移除以增强清晰度的图3所示的机器的臂架的后视立体图。

图5是图4的臂架的销接头的剖视图。

图6是图5的密封组件的放大详图。

图7描绘了示出根据本发明一实施例的密封组件与现有技术密封组件的负载曲线比较的视图。

具体实施方式

现将详细地参照本发明的实施例，其示例在附图中说明。在可能的情形下，相同的附图标记会在整个附图中用于指代相同或类似的部件。在一些情形中，附图标记会在本说明书中指示并且附图会示出后跟字母(例如100a、100b)或者后跟撇号(例如，100’、100”)等的附图标记。应理解的是，紧跟在附图标记之后使用字母或撇号指示这些特征类似地成形并且具有类似的功能，就像通常几何形状绕对称平面成镜像的情形那样。为了在说明书中易于解释，字母或撇号通常并不包括在这里本文但可在附图中示出，以指示在本书面说明书中讨论的特征重复。

本发明的各种实施例提供改进的端面密封件设计。在本发明的某些实施例中，密封组件的密封唇部和密封配对端面两者均由橡胶负载环加强。这可改进补偿密封组件的各个部件的轴向运动的能力。

在本发明的其他实施例中，密封配对端面是分立的部件，该部件并不集成为诸如衬套之类的较大的昂贵部件。这可允许密封配对端面能使用额外的特征(例如，电镀、涂覆或者使用不同的材料)来增强，以模块化并且从主要部件分开。因此，本发明的某些密封组件可具有按照特定应用而根据需要来定制密封配对端面材料或表面处理的能力。

在本发明的又一些实施例中，密封唇部和密封配对端面在径向上显著地大于一些现有技术的密封组件。也就是说，沿径向方向存在可用于产生流体紧密密封的更大表面积。因此，在密封组件的部件出于各种原因而径向地移动时，这些密封组件可允许改进的径向运动补偿。

参看图1和图2，说明用于机器100的销接头200，其中，销202限定径向r和轴向a方向。销接头包括第一构件204、第二构件208以及密封组件300，该第一构件限定第一密封凹槽206，该第二构件限定第二密封凹槽210，且该密封组件包括配对端面密封环子组件302和唇部密封环子组件304。配对端面密封环子组件302设置在第一构件204的第一密封凹槽206中，且包括配对端面密封环构件306和第一负载环312，该配对端面密封环构件具有径向延伸的平面密封端面308和第一定型负载环界面310。唇部密封环子组件304设置在第二构件208的第二密封凹槽210中，且包括唇部密封环构件314和第二负载环320，该唇部密封环构件具有唇部密封特征件316和第二定型负载环界面318。第一构件和第二构件204、208相对于彼此自由地旋转，且第一负载环312接合配对端面密封环构件306的第一定型负载环界面310，而第二负载环320接合唇部密封环构件314的第二定型负载环界面318。这些负载环312、320一起提供所需的轴向力和径向力，以允许密封组件300能提供有效的流体紧密密封。此外，这些负载环312、320以及弹性或挠性的唇部密封环构件314允许当密封部件在使用中移动时这些部件的位置中沿轴向a和径向r方向的合适变化量。

仅仅关注图1，现将描述此种特定销接头200的部件的更详细描述。应理解的是，这仅仅作为示例，且这里描述的密封组件可用在被所有种类的机器所使用的所有种类销接头中。针对此种接头100，销沿着轴向方向a从销接头100的一个端部延伸至另一端部。在销212的第一端部处，标记板214紧固于第一外结构构件216，以防止标记板214的移动。紧固孔口218设置在标记板214的中心以及销202的相邻端部212中，以使得销202可紧固于标记板214，以防止销202的移动。类似地，销202的另一端部220使用帽螺钉紧固于附连板222，该附连板邻近于销202的另一端部220附连于第二外结构构件224，以防止销202沿轴向a方向朝向标记板214移动。设有套环226，该套环设置在第一外结构构件和第二外结构构件216、224的孔228内，并且围绕销202。

通常称为轴承壳体230的中间结构构件位于第一外结构构件和第二外结构构件216、224之间。轴承或衬套232例如通过使用压配合而设置在轴承壳体230的孔234中。接缝236形成在每个套环226和衬套232以及轴承壳体230和每个外结构构件216、224之间。为了使得此种特定接头200工作，需要销202绕轴线a来回旋转，这会在下文中进行更完整地描述。此外，润滑凹槽238设置在轴承壳体230和衬套232中，以允许润滑剂能在衬套232和销202之间流动。当然，可期望防止润滑剂从轴承壳体230和外结构构件216、224之间的接缝236中流出。因此，密封组件300设置在套环226的环形端部表面240和衬套232的环形端部表面242之间，以防止润滑剂从接缝236中的不期望流失。所使用的密封组件300可包括在这里描述的销接头的任何实施例中。

如图1和图2中所示，密封组件300的第一负载环312和第二负载环320相同地构造，且第一定型负载环界面310和第二定型负载环界面318相同地构造。如这里使用的是，“相同地构造”意指一个特征件的形状和尺寸至少与另一类似特征件有80％匹配。整个组件可按期望绕图2中示出的轴向平面ap旋转，以使得与图2中所示出的相比，配对端面密封环构件和唇部密封环构件面向相反方向。

在该实施例中，唇部密封环构件314是挠性构件，而配对端面密封环构件306是刚性构件。也就是说，唇部密封环构件可在正常操作状况下在不破裂的情形下变形，而配对端面密封环在正常操作状况下基本上并不变形。例如，配对端面密封环构件可具有范围从50-60hrc(洛氏硬度c)的硬度。另一方面，唇部密封环构件可具有范围从80-100肖氏a且尤其是93肖氏a的硬度。在又一些实施例中，负载环可具有范围从55-75肖氏a且尤其是64肖氏a的硬度。在一些情形中，可采用中间范围数值。

在一些实施例中，唇部密封环构件314包括聚氨酯、聚亚胺酯、热塑料或橡胶材料。可使用任何其他合适的挠性或弹性构件。类似地，配对端面密封环构件306可包括金属材料，例如但不限于不锈钢或钨铬钴合金。再者，可使用任何其他合适的刚性材料。负载环312、320可包括聚氨酯、聚亚胺酯、热塑料或橡胶材料。还可使用任何其他合适的材料。

例如图2中最佳观察到的是，唇部密封环构件314包括基本上l形主体322，该基本上l形主体包括轴向延伸部分324和径向延伸部分326。唇部密封环构件314的唇部密封特征件316从唇部密封环构件314的主体322的径向延伸部分326延伸。如图所示，唇部密封特征件316沿轴向a和径向r方向两者延伸，并且旨在提供与配对端面密封环构件306的轴向过盈以实现流体紧密密封。唇部密封特征件316的径向延伸倾斜表面328尤其是沿径向r方向为唇部密封特征件提供强度，以有助于唇部密封环构件314的该部分316抵抗由于施加在唇部密封特征件的末端上的径向延伸剪切力的损害。

此外，配对端面密封环构件306包括基本上l形主体330，该基本上l形主体包括轴向延伸部分332和径向延伸部分334。径向延伸的平面密封端面308由配对端面密封环构件306的主体334的径向延伸部分限定。此种密封端面308或整个配对端面密封环构件306可具有施加于其的各种处理，例如耐腐蚀和耐磨蚀涂层(如果构件由普通碳钢构成，则是有用的)、经由高速氧燃料(hvof)热喷涂工艺施加的任何材料或涂层或者通过物理气相沉积工艺放置的涂层等等。

工业实用性

实践中，图1和图2的密封组件和销接头可适用于销连接件或接头，例如那些用于移动臂架和斗杆或履带组件或诸如用在建筑、土方或采矿机器等等上的其他机构的销连接件或接头。例如本领域技术人员会意识到的是，其他类型的机器可同样受益于这些销接头。机器可与已经安装在一个或多个销接头中的密封组件一起出售。替代地，密封组件或其部件可作为替换部件出售，用于在现场维护或更新这些接头。例如，图1和2中示出的销接头已在现场中，并且使用现有技术的双锥形密封组件。新的密封组件300如此构造，以使得现有技术的密封组件可由新的密封组件300替换。

作为车辆或机器100的一个示例，图3示出大型轮式装载机的轮廓图，其可使用根据这里讨论的各个实施例的销接头和密封组件。其他类型的机器(包括但不限于，包括履带驱动机器的各种类型的土方设备、建筑设备和采矿设备)可使用例如这里描述的各种销接头和密封组件。

参照图3，车辆100包括发动机框架部分102，该发动机框架部分由铰接接头106连接于非发动机框架部分104。发动机框架部分102和非发动机框架部分104的每个包括连接于一组车轮108的相应车轴。发动机框架部分102包括发动机110或其他马达，该发动机或其他马达经由车轮驱动机器移动，而且同时驱动机器的其他附件的移动。还设有驾驶室130，在该驾驶室处，操作者控制机器。

所说明实施例的车辆100包括作业器具，该作业器具在该情形中是铲斗122，该铲斗连接在成对提升臂114(有时称为臂架)的端部处，这些提升臂在铰链116处枢转地连接于车辆100的非发动机框架部分104。可使用诸如叉车、剪切机等等的其他作业器具。

铲斗122在下铰链点112和上铰链点118处附连于提升臂114。当由操作者触发铲斗的移动时，液压缸120移动上提升臂，且此种运动由连接件系统传递至上铰链点118。液压缸的膨胀和收缩致使臂架的各个连接件以振荡的方式相对于彼此移动。因此，将这些连接件连接在一起的销接头也是振荡的。

图4示出臂架114的各个销接头400，这些销接头提供此种所需的振荡运动并且适合于使用密封组件500(图4中未示出)，该密封组件包含许多与参照图1和2所讨论的特征相同的特征。针对该实施例，可设想的是，销接头400和密封组件500会作为原始设备的一部分而与机器100一起出售。然而，密封组件及其各部分同样会类似地作为替换部件来出售。

参看图5和图6，说明用于图3中的机器100的销接头400，其中，销402限定径向r和轴向a方向。销接头包括第一构件404、第二构件408以及密封组件500，该第一构件限定第一密封凹槽406，该第二构件限定第二密封凹槽410，且该密封组件包括配对端面密封环子组件502和唇部密封环子组件504。配对端面密封环子组件502设置在第一构件404的第一密封凹槽406中，且包括配对端面密封环构件506和第一负载环512，该配对端面密封环构件具有径向延伸的平面密封端面508和第一定型负载环界面510。唇部密封环子组件504设置在第二构件408的第二密封凹槽410中，且包括唇部密封环构件514和第二负载环520，该唇部密封环构件具有唇部密封特征件516和第二定型负载环界面518。第一构件和第二构件404、408相对于彼此自由地旋转，且第一负载环512接合配对端面密封环构件506的第一定型负载环界面510，而第二负载环520接合唇部密封环构件514的第二定型负载环界面818。这些负载环512、520一起提供所需的轴向力和径向力，以允许密封组件500能提供有效的流体紧密密封。此外，这些负载环512、520以及弹性或挠性的唇部密封环构件514允许当密封部件在使用中移动时这些部件的位置中沿轴向a和径向r方向的合适变化量。

仅仅关注图5，现将描述此种特定销接头400的部件的更详细描述。应理解的是，这仅仅作为示例，且这里描述的密封组件可用在被所有种类的机器所使用的所有种类销接头中。针对此种接头400，销402沿着轴向方向a从销接头400的一个端部延伸至另一端部。在销412的第一端部处，标记板414紧固于第一外结构构件416，以防止标记板414的移动。如图5中所示，这防止销402沿着轴线a向右移动。虽然并未完全地示出，但销的另一端部类似地相对于第二外结构构件424捕获。设有套环426，该套环设置在第一外结构构件和第二外结构构件416、424的孔428内，并且围绕销402。套环426焊接于销402。

通常称为轴承壳体430的中间结构构件位于第一外结构构件和第二外结构构件416、424之间。轴承或衬套432设置在轴承壳体430的孔434中。在该实施例中，衬套432包括附连于彼此的三个部件。接缝436形成在每个套环426和衬套432以及轴承壳体430和每个外结构构件416、424之间。为了使得此种特定接头400工作，需要绕销402的轴线a来回旋转。此外，由弹簧或垫圈朝向轴线a偏置的销保持器438设置在轴承壳体430和衬套432中，以将销402保持就位。可期望防止润滑剂从轴承壳体430和外结构构件416、424之间的接缝436中流出。因此，密封组件500设置在套环426的环形端部表面440和衬套432的环形端部表面442之间，以防止润滑剂从接缝436中的不期望流失。所使用的密封组件500可包括在这里描述的销接头的任何实施例中。

如图5和图6中所示，密封组件500的第一负载环512和第二负载环520相同地构造，且第一定型负载环界面510和第二定型负载环界面518相同地构造。也就是说，在这些环界面之间存在一些细微差别。如果期望的话，整个组件可绕如图6中示出的轴向平面ap旋转。

在该实施例中，唇部密封环构件514是挠性构件，而配对端面密封环构件506是刚性构件。也就是说，唇部密封环构件可在正常操作状况下在不破裂的情形下变形，而配对端面密封环在正常操作状况下基本上并不变形。对于其他实施例可能并不如此。

在一些实施例中，唇部密封环构件514包括聚氨酯、聚亚胺酯、热塑料或橡胶材料。可使用任何其他合适的挠性或弹性构件。类似地，配对端面密封环构件506可包括金属材料，例如但不限于不锈钢或钨铬钴合金。再者，可使用任何其他合适的刚性材料。负载环512、520可包括聚氨酯、聚亚胺酯、热塑料或橡胶材料。还可使用任何其他合适的材料。

例如在图6中最佳观察到的是，唇部密封环构件514包括基本上l形主体522，该基本上l形主体包括轴向延伸部分524和径向延伸部分526。唇部密封环构件514的唇部密封特征件516从唇部密封环构件514的主体522的径向延伸部分526延伸。如图所示，唇部密封特征件516沿轴向a和径向r方向两者延伸，并且旨在提供与配对端面密封环构件506的轴向过盈以实现流体紧密密封。唇部密封特征件316的径向延伸倾斜表面528尤其是沿径向r方向为唇部密封特征件提供强度，以有助于唇部密封环构件514的该部分516抵抗由于施加在唇部密封特征件的末端上的径向延伸剪切力的损害。

此外，配对端面密封环构件506包括基本上l形主体530，该基本上l形主体包括轴向延伸部分532和径向延伸部分534。径向延伸的平面密封端面508由配对端面密封环构件506的主体534的径向延伸部分限定。此种密封端面508或整个配对端面密封环构件506可具有施加于其的各种处理，例如耐腐蚀和耐磨蚀涂层(如果构件由普通碳钢构成，则是有用的)、经由高速氧燃料(hvof)热喷涂工艺施加的任何材料或涂层或者通过物理气相沉积工艺放置的涂层等等。

图5和图6的销接头400还使用止推环或垫圈536，其设置在唇部密封环构件514下面以及套环426和套筒轴承或衬套432之间。该部件可在其他销接头中省略。

在许多实施例中，外结构构件固定，而轴承壳体能相对于结构构件移动，以允许振荡移动。对于其他实施例可以是相反的，或者可允许其他类型的运动，例如结构构件和壳体之间的振荡移动。例如，这里描述的销接头和密封组件还可用在沿单个方向持续地旋转的旋转接头等等中。

图7描绘了示出根据本发明一实施例的密封组件与现有技术密封组件的负载曲线比较的视图。例如能观察到的是，新的密封组件能与现有技术的密封件相比适应双倍的轴向偏转，而同时仍提供合适的密封负载量。此外，用于新密封件的有效弹簧常数大于用于现有技术的密封件的有效弹簧常数。因此，新的密封件提供比现有技术密封组件和与之相关联的接头更可靠的流体密封接头。

应意识到的是，前文描述提供所公开设计和功能的示例。然而，可设想的是，本发明的其他实施方式可在细节上与前文示例不同。对于本发明或其示例的所有参照旨在参照在该点处讨论的特定示例并且并不旨在暗示更一般地对本发明的范围有任何限制。关于某些特征的差别和贬低突出描述和淡化描述(disparagement)(disparagement)的所有语言旨在指示表明缺乏对这些特征的偏好，但不是将这些完全排除在本发明的范围之外，除非另有指示。

本文中对数值范围的引用仅仅是一种速记方法，单独表示落在该范围内的各个独立的值，除非另有说明，各个独立的值包括在说明书范围内，如同它们被单独引用。

对本领域技术人员显而易见的是，能对这里本文讨论的设备和组装方法的实施例做出各种修改和改变，而不会偏离本发明的范围或精神。考虑到说明书和对这里本文公开的各个实施例的实践下，本发明的其他实施例对于本领域技术人员会是显而易见的。例如，其中一些设备可与这里本文已描述的不同地构造和起作用，并且任何方法的某些步骤可省略，以与已确切提及的顺序不同的顺序执行或者在一些情形中同时地或者以子步骤来执行。此外，可对各个实施例的某些方面或特征做出改变或修改以产生又一些实施例，且各个实施例的特征和方面可添加至或替代其他实施例的其他特征或方面以提供又一些实施例。

因此，本发明包括包括适用的法律所允许的所附权利要求书中列举的主题的所有修改和等同物。此外，本发明包含本发明所有可能变型中的上述元件的任何组合，除非这里本文另有指示或者否则与上下文明显矛盾。