具有锥度的面密封件的制作方法

本公开涉及一种面密封组件，其防止来自例如推土、建筑和采矿设备等设备中使用的旋转接头的润滑损失。具体而言，本公开涉及用在面密封组件中的面密封件锥形几何形状。

背景技术：

推土、建筑和采矿设备及类似设备通常在高低不平的越野地形中使用。这些机器通常采用具有履带板的履带，履带能够更好地在障碍物和不平坦的地形等这种环境中推进机器。包括板的履带链条通过支承在机器的驱动链轮、惰轮和支承滚轮上的一系列互连的履带链节、销和衬套固定在一起。如可以设想的，需要润滑以便在履带链条在履带滚轮上通过时方便履带滚轮的运动，允许轴(履带滚轮在其上旋转)在滚轮自身旋转时被固定。面密封件通常设置于履带滚轮与轴之间的此接口处，以润滑密封同时允许滚轮在轴上旋转。

类似地，此类设备可使用传动系，所述传动系包括连接到驱动轴或轮轴以向轮移动提供动力的齿轮箱。轴和轮轴被构造成相对于位于其附近的外壳(其保持固定)旋转。需要通过在轴或轮轴和固定构件的接口附近提供润滑来使轴或轮轴相对于外壳或其他固定构件的移动变得容易。面密封件通常设置在外壳或其他固定构件与旋转轴或旋转轮轴之间的此接口处。

随着时间的推移，面密封组件经历磨损。各种因素影响磨损，并且存在各种类型的磨损。例如，可能发生径向磨损和/或不对称磨损。在当前密封面几何形状的情况下，延迟径向磨损可增加不对称磨损且反之亦然。任一类型的磨损，径向磨损或不对称磨损最终将导致面密封件不再有效地将所需润滑剂密封在由旋转部件和固定部件形成的润滑腔中。这会导致机器停机时间，并且给需要更换面密封件的最终用户产生成本。

因此，希望开发一种面密封件密封表面，其打破径向磨损相对不对称磨损的平衡或折衷。

技术实现要素：

根据本公开的实施例的面密封构件包括：圆柱形环形主体，所述圆柱形环形主体限定圆柱轴线、径向方向、第一轴向末端、第二轴向末端、外部径向末端和内部径向末端；包括间隙表面的面密封表面；接触区，所述接触区与间隙表面径向相邻设置，所述接触区限定接触平面；以及锥形表面，所述锥形表面从所述接触区径向延伸，所述锥形表面限定与所述接触平面的锥角，所述锥角随着所述锥形表面从所述接触区朝向所述内部径向末端进一步径向进展而增加。

根据本公开的实施例的面密封组件包括第一面密封构件，所述第一面密封构件包括：圆柱形环形主体，所述圆柱形环形主体限定圆柱轴线、径向方向、第一轴向末端、第二轴向末端、外部径向末端和内部径向末端；包括间隙表面的面密封表面；接触区，所述接触区与间隙表面径向相邻设置，所述接触区限定接触平面；以及锥形表面，所述锥形表面从所述接触区径向延伸，所述锥形表面限定与所述接触平面的锥角，所述锥角随着所述锥形表面从所述接触区朝向所述内部径向末端进一步径向进展而增加。所述面密封组件还可包括与所述第一面密封构件相同构造的第二面密封构件。

根据本公开的实施例的旋转接头包括限定第一密封件保持腔的静止构件和限定第二密封件保持腔的可旋转构件。第一面密封构件可设置于第一密封件保持腔中。所述第一面密封构件可包括：圆柱形环形主体，所述圆柱形环形主体限定圆柱轴线、径向方向、第一轴向末端、第二轴向末端、外部径向末端和内部径向末端；面密封表面，所述面密封表面包括限定接触平面的接触区；以及锥形表面，所述锥形表面从所述接触区径向延伸，所述锥形表面限定与所述接触平面的锥角，所述锥角随着所述锥形表面从所述接触区朝向所述内部径向末端进一步径向进展而增加。所述锥形表面可以是限定切线的弓形表面，所述切线限定所述锥角，所述接触平面可以垂直于所述圆柱轴线且所述接触区可形成所述第二轴向末端。第二面密封构件可设置于第二密封件保持腔中。

附图说明

并入本说明书并构成本说明书的一部分的附图示出了本公开的若干实施例，并且与描述一起用于解释本公开的原理。在附图中：

图1是例如用在可以采用根据本公开的实施例的面密封组件的履带驱动型车辆上的履带滚轮组件的透视截面图。

图2是例如用在可以采用根据本公开的实施例的面密封组件的履带驱动型车辆上的传动系组件的透视截面图。

图3是可以用于图1和图2的组件的面密封件的放大截面图。

图4是示出图3的面密封件在使用时随时间推移会呈现所需的对称磨损的图形。

具体实施方式

现在将详细参考本公开的实施例，其示例在附图中示出。在尽可能的情况下，在整个附图中将使用相同的附图标记来表示相同或相似的部分。在某些情况下，在本说明书中将指出附图标记，并且附图将示出后接字母(例如100a，100b)或后接撇号(例如100'，100”)等的附图标记。应当理解，紧跟在附图标记之后使用字母或撇标志是为了指出这些特征具有相似的形状和相似的功能，在几何结构关于对称平面成镜像时通常就是这样。为了便于在本说明书中阐释，字母和撇号通常不包括在本文中，但是可在附图中示出以指示在本书面说明书中论述的具有相似或相同功能或几何形状的特征的重复。

现将讨论可使用本公开的面密封件的各种实施例的设备(例如旋转接头)的各种实施例。然后，将讨论根据本公开的各种实施例的面密封组件和面密封构件。

参看图1，公开了用于履带滚轮102的旋转接头100。旋转接头100包括限定第一密封件保持腔104的静止构件102和限定第二密封件保持腔108的可旋转构件106。第一面密封构件300设置于第一密封件保持腔104中，且第二面密封构件300’设置于第二密封件保持腔108中。第一面密封构件300和第二面密封构件300’可具有相同构造，但不一定如此。还示出了负载环110(例如，环面)，其可以是某种类别的弹簧或弹性体材料，使第一面密封构件300和第二面密封构件300’偏置以彼此接触。

对于图1中所示的特定实施例，静止构件102是限定第一密封件保持腔104的端盖112，且可旋转构件是附接顶盖构件116的履带滚轮组件114，该履带滚轮组件限定第二密封件保持腔108。还示出了衬套构件118，其在履带滚轮组件114围绕也是静止的轴120旋转时减小摩擦。示出了具有两个对称侧114、114’的一个履带滚轮组件。

图2示出了呈传动系最终驱动器122形式的旋转接头100，该传动系最终驱动器包括轮齿轮箱124，轮或轮胎可附接到该轮齿轮箱周围。可旋转轴126从限定第一密封件保持腔104的固定外壳128和可旋转外壳130延伸，该可旋转外壳含有轮齿轮箱124且限定第二密封件保持腔108并将与其一起旋转。

除了图中具体示出或在本说明书中讨论的那些以外的其它类型的设备和旋转接头可使用现在将以更详细的形式论述的面密封组件或面密封构件的各种实施例。

现在将参照图3描述根据本公开的实施例的面密封组件200。面密封组件200可包括第一面密封构件300，该第一面密封构件包括：圆柱形环形主体302，所述圆柱形环形主体限定圆柱轴线304、径向方向306、第一轴向末端308、第二轴向末端310、外部径向末端312(在一些实施例中也可以称为密封凸缘的外径)和内部径向末端314；以及面密封表面316。

面密封表面316可包括限定接触平面320的接触区318(在一些实施例中也可称为平坦带)以及从接触区318径向延伸的锥形表面322，所述锥形表面限定与接触平面320的锥角324，所述锥角随着锥形表面322从接触区318朝向内部径向末端314进一步径向进展而增加。如图3中所示，示出了在磨损发生之前的初始接触区。然而，应理解，随着时间的推移，将会发生磨损，这可使得随着时间推移接触区改变构造和位置等。

面密封表面316还可包括从外部径向末端32径向延伸到接触区318的间隙表面326。接触区318可以包括由间隙表面326与锥形表面322的相交形成的过渡线328。在实践中，一旦加载，接触区318中的变形就可以使接触线变宽到接触区。

在一些实施例中，间隙表面326可以包括由于加载而变形之前径向延伸的平坦表面330。在其它实施例中，间隙表面326即使由于加载而变形之前可以与径向方向306和/或接触平面320形成范围从0度到1度的间隙角332。

加载可由接触第一面密封构件300的第一负载环110提供。可提供与第一面密封构件300相同构造的第二面密封构件300’。还可以提供可以与第一负载环相同构造的第二负载环110。在其它实施例中可能不是这种情况。

现在关注图3中锥形表面322，锥形表面322可以是限定切线336的弓形表面334，所述切线限定锥角324。在一些实施例中，接触平面320可以垂直于圆柱轴线304，并且接触区318可以形成第二轴向末端310。在其他实施例中，接触平面320可以不垂直于圆柱轴线304，并且接触区318可以不形成第二轴向末端310。

在一些实施例中，可以在一些实施例中锥角324的范围从径向邻近接触区318的0.5度到径向邻近第二轴向末端310的10度。在特定实施例中，锥角可以从径向邻近接触区318的3度到径向邻近第二轴向末端310的6度。在其它实施例中，锥角的位置和值可根据需要或期望变化以与本文中具体提及的情况不同。

在一些实施例中，第一面密封构件300和/或第二面密封构件300’可由任何合适的材料(例如陶瓷、金属等)制成。在一些实施例中，诸如当第一面密封构件300和/或第二面密封构件300’由金属制成时，主体302可具有范围从25洛氏等级c到70洛氏等级c的表面硬度。在一些实施例中，接触区318未被涂覆。在其他实施例中，接触区318可以具有热喷涂、激光熔覆、mig焊接、电镀、dlc或pvd涂层等。

继续参考图3，根据本公开的实施例的第一面密封构件300可以如下表征。第一面密封部件300可包括：圆柱形环形主体302，所述圆柱形环形主体限定圆柱轴线304、径向方向306、第一轴向末端308、第二轴向末端310、外部径向末端312和内部径向末端314；以及面密封表面316。

面密封表面316可包括从外部径向末端312径向延伸的间隙表面326；与间隙表面326径向相邻设置的接触区318，所述接触区限定接触平面320；以及从接触区318径向地延伸的锥形表面322，所述锥形表面限定与接触平面320的锥角324，所述锥角随着锥形表面322从接触区318朝向内部径向末端314进一步径向进展而增大。

接触区318可以包括由锥形表面322与间隙表面326的相交限定的过渡线328。间隙表面326可以包括平坦表面330，所述平坦表面与接触平面320形成间隙角332。锥形表面322可以是限定切线336的弓形表面334，所述切线限定锥角324。接触平面320可以垂直于圆柱轴线304，并且接触区318可以形成第二轴向末端310。

锥角324的范围可以从径向邻近接触区318的3度到径向邻近内部径向末端314的6度。在一些实施例中，间隙角332的范围可以从0度到1度。在一些实施例中，主体302由金属(例如，钢)制成，具有范围从25洛氏等级c到55洛氏等级c的表面硬度。对于其它实施例可能不是所述情况。类似地，在一些实施例中，接触区318可以具有铬、dlc或pvd涂层，但在其它实施例中可以未被涂覆。

在一些实施例中，间隙表面径向长度338可以在1.5mm到4.0mm的范围内，例如未磨损部件，而在其它实施例中，锥形表面径向长度340可以在2.0mm到12.0mm的范围内，例如当部件未磨损时。在其它实施例中，这些尺寸中的任一个可根据需要或期望而变化，以不同于本文中已具体提及的那些尺寸。

可根据需要或期望改变面密封组件或面密封构件的这些各种部件的布置和功能。

工业适用性

实际上，可以在原始设备制造商(oem)或售后背景下销售、购买、制造或以其他方式获得根据本文中描述的任何实施例的旋转接头、面密封组件或面密封构件。

在一些情况下，锥形表面的弓形表面可包括一系列径向弧、椭圆弧、诸如样条等的多项式等。cad(计算机辅助设计)程序可用于创建弓形表面。例如，可以将一系列点和切线曲线创建为构造几何结构。然后，样条可以通过与曲线相切的点拟合，从而创建样条。除了使用样条之外或代替使用样条，可创建带各种锥角的与切线相切的各种径向弧，这些径向弧也彼此相切以创建合适的几何形状。当首先创建样条时，cad软件包中的函数可在需要的情况下将样条转换成一系列弧等。一旦在cad中创建几何形状，那么类似的cim(计算机集成制造)软件包可用于创建期望的机加工数据以加工弓形表面。

由于锥形几何形状，第一面密封构件与第二面密封构件之间的磨损可以随时间推移是对称的，如图4中所示。另外，可最小化径向磨损的量。换句话说，可使用由本文公开的面密封构件的各种实施例采用的锥形面密封件几何形状来打破径向磨损相对对称磨损的平衡或折衷。

虽然本文已具体讨论传动系和底盘应用，但可以想到的是，根据本公开的各种实施例的面密封构件、面密封组件等可用于其它应用中。例如，此类其他应用可包括农业、石油、隧道、废物处理、林业建设、军事和废物处理等。密封件可用于各种部件，例如钻头、泵、隧道镗刀，以及前述最终驱动器、轮轴和底盘平台。

面密封构件和面密封组件的各种实施例可以包括具体实施例，例如金属面密封件、双锥(duo-cone)密封件、浮动密封件、机械面密封件和重型双面(hddf)。因此，一个实施例的权利要求和特定特性不应被解释为在本文中预期的所有实施例中都是必要的。

对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以对本文中讨论的设备和组装方法的实施例进行各种修改和变化。考虑到本文中公开的各种实施例的说明和实施，本公开的其它实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。例如，一些设备可以被构造并且不同于本文中所述起作用，并且任何方法的某些步骤可以被省略，按照与具体提到的不同的顺序被执行或者在一些情况下同时或在子步骤中被执行。此外，可以对各种实施例的某些方面或特征进行变化或修改以产生另外的实施例，并且各种实施例的特征和方面可以补充或替代其它实施例的其它特征或方面以便提供另外的实施例。

因此，说明书和示例旨在认为是示例性的，本发明的真实范围和精神由下面的权利要求及其等效物限定。