旋转和往复运动密封装置的制作方法

专利名称:旋转和往复运动密封装置的制作方法
本发明一般涉及到轴的密封，更准确地说，它涉及带孔壳体的密封，而轴穿过该孔并承受旋转运动和轴向移动。
齿轮组、泵类和其机械传动装置通常都安置在不受大气污染、适合滑润的壳体中，而大气污染是指污物，湿气和腐蚀物质等。向那些装置传送动力的轴普遍地得穿过壳体上的孔，为了保持不受污染并能使润滑剂进入，在孔处于外壳和轴之间装设有密封。密封泄漏都会引起润滑液的损失或污物进入壳体，上述两种情况均会导致输出能力降低或传动装置产生机械故障。
轴经过旋转运动，轴向运动或两者将功率输送到壳体内。对单一的旋转运动或轴向运动来说，防止轴、壳之间渗漏的可采用的多种密封是众所周知的。但是，那些密封仅特别适应于轴的一种运动型式，例如轴相对于壳体本来说只有旋转运动，则壳体可以用有薄而柔唇边的密封圈密封，这允许密封圈弥补轴的偏移一即轴偏心旋转一而不产生过量的热。允许轴偏转这一灵活性会降低密封的侧向硬度，因此，在轴向杆产生轴向移动事故中，密封圈容易扭曲。此外，若密封的横断面减薄则当轴相对密封面轴向移动时会使轴上的液体或颗粒较容易滑过油封。反之，一个为轴相对于壳体或密封有轴向运动而设计的密封，则具有较大的断面和硬的唇边，以便刮掉轴移过密封面时其上的颗粒或润滑油。和旋转密封相比，轴向密封具有较大的硬度是必要的，以便可以抵抗轴在轴各运动时所产生的扭曲力。为了保持轴周围与密封完全接触，以取得所希望的刮净效果，加在在国内外向密封的径向硬度也是必要的。然而，在轴偏移情况下硬度的加大会限制密封的位移，如果是轴和轴向密封间增大的摩擦产生高热，同时，在旋转条件下，能引起密封提前损坏。所以，现阶段还没有单个密封部件，能在轴经爱轴向和旋转运动的情况下，提供在壳体孔处的充分的持续的密封。
轴穿过壳体并承受轴向和旋转运动的一个恰当的例子。便是轴向传动轴总成。这种装置的典型例子如颁发给艾恩斯活思(Ainswonth)的美国的专利3，605，930中所示的车辆变位传动轴。在他的专利中，主动轴向方向节壳体中的从动轴传输动力，后者可转动地与安放主动轴的叉形架相连。他的专利采用卡丹型(cardan)万向节将动力从主动轴赂安装在万向节中的中心轴(sun shaft)传递，由于万向节总成相对叉架可以摆动，万向节便产生了偏角。在有偏角情况下，轴的转动会引起整个万向节轴向长度发生变化。于是，当主动轴通过有倾角的万向节向中心轴(sun shaft)传递旋转动力时，会招致一根轴或两根轴产生往复运动。这些轴通过万向节(转向节)和叉形架进入由密封使与大气隔离了的润滑环境中，而密封则安装在万向节壳体和叉形架的孔中。因此，至少必须在一个孔中装一个密封，其能经受穿过那里的轴的相对轴向位移和旋转运动。
解决轴向传动轴问题的一个方法是用一个轴向抑制型万赂节，它可在万向节偏转时，消除轴的往复运动。这类型式的万向节的例子在美国颁发给阿兹波(Rzeppa)的2，046，584号专利中可见到。而一种使用轴向抑制型万向节的转向传动轴示于美国4，482，025号专利中。但是，这些万向节价格比卡丹型高昂，且要求有大型罩，来密封万向节内部的部件，除增加费用外，当车子在不平坦地带行走时，罩的破坏的可能性会使转向传动轴产生另外的事故。所以，希望得到一种允许将卡丹型万向节用于转向传动总成的密封。
所以，本发明的目的在于提供一种有轴穿过的孔的密封装置，其能经受轴的旋转和轴向位移。
本发明的另一目的是改进轴有轴向和旋转运动时，轴孔周围密封的可靠性。
本发明的另一个目的是为采用卡丹型万向节的轴向传动总成的传动轴提供密封装置。
因此，已经发现，将旋转运动部件与轴向运动部件分开，并提供两种单独的密封，使每一种密封仅径受一种运动型式的办法，有可能得到较为可靠的轴密封。因此，在一个实例里，本发明包括一个将两端间的空间隔开的密封装置，该空间由带孔的隔板所隔开，轴穿过上述孔与两个空间联通。轴上有一个解脱两种轴运动形式的轴套，并设有使轴套和一种型式的轴运动同步运动、而让轴的另一种运动型式仍存在于轴与轴套间的装置，同时还设有防止轴的非同步运动型式在轴和隔板间产生的装置。上述两个空间的联通是沿轴和轴套间缝隙实现的，这条缝隙由一个特殊设计的且能经受轴的轴套间的轴向运动的密封所堵塞。同样，沿隔板和轴套间的缝隙造成的上述环境间的联通由一个特殊设计的且能经受隔板和轴套间的旋转运动的密封所堵塞。这样，轴套作为一个分隔不同运动型式的共用密封元件而容许在轴和隔板间的使用承受单一运动的密封。
在一具体的保护范围较窄的实施例中，本发明是指采用万向节的转向传动总成的油密封装置，该万向节能使旋转轴产生轴向运动。本发明的密封装置可使穿有轴的壳体中的孔对旋转运动和轴向运动都能被密封。
本发明的附加说明和具体装置阐述为下。
图1为采用本发明密封装置的轴向传动总成的纵向剖面图图2和3是和图1相似的视图，但改变了布置。
本发明说明一种变位传动轴时，在有关转向传动总成的上文中已为完整地描述过。图1的转向传动总成有叉架10，其由上部和下部主销组合件14和16可转动地连接到万向节架12上，空心短轴18位于叉架10内，并穿过孔11，轴18通过驱动轴20与动力源(图中未表示)连接，另一空心短轴22们于万向节架12内，并穿过孔12，轴22驱动中心轴24，中心轴24则将动力传给行星齿轮系统26并最后传给转动轮壳28。轴18和22为双卡丹型万向节34的一部分，从图1的方位来看，万向节具有左、右端架32和30，短轴18和22从万向节的右端架32和左端架30开始分别向外延伸。
如对轴的布置仔细地观察则可知，驱动轴20用花键或键连接着轴18并受轴18导向。轴承46使轴18保持在叉架10的孔的中心位置。在变位传动轴的万向节中，轴22和24通过轴22内部和轴24外部的花键48和50啮合，轴22和24间的花键连接，允许两轴间有相对的轴向位移。能满足功率要求时，花键48和50可以用简单的键代替。在与轴18相对一侧的轴24的端部有中心齿轮52，它与行星齿轮54啮合，齿轮54随轴24旋转并将旋转传到固定在万向节架12上的内齿轮56上。行星齿轮54旋转时通过过渡轴58将动力传给轮毂28并使之在一组圆锥轴承60上转动。圆锥轴承驱允许轮毂28旋转但能阻止其产生相对于万向节架12的轴向位移。为经受旋转运动而设计的油封86位于轮毂28和万向节架12之间。轴24的中心线位置由与其左端的行星齿轮54的相位作用与其右端的轴22内的啮合确定。轴22相对于万向节架的导赂由一对环状轴承来70和72来保证，该环状轴承分另地和轴及万向节架12的孔接触。一环形套筒66与环状轴承72和70的内外表面接触，它能自由地在环状轴承之间转动，并成为下面将叙述的密封装置的一部分。轴24相对于万向节架的轴向位移受该轴左端的止推垫圈53和趋向轴中心的台肩51的抑制，台肩右边紧靠套筒66上的一组花键74。
叉架10的一端是轴20的驱动轴壳体36，而万向节架12和轮毂28的一端是轴22和24的行星齿轮壳体38，上述两壳体中盛有为轴、轴承和相关齿轮体系用的润滑剂，壳体36和38亦起着分隔壳内润滑环境和尘埃飞扬的壳外环境的作用。
为防止经叉架11产生上述环境中的物质相互掺合或润滑剂的渗漏及尘埃渗入驱动轴壳体，则在轴18的外围设有油封40，而在其中空的内部隋端设有堵板41。轴20相对于轴壳体的轴向位移由止推垫圈43加以抑制，止推垫垫圈嵌合在轴壳体36及轴20上相对着的沟槽中。轴18和20间的相对位移由插入轴18和轴20中的制动环44抑制。由于限制了轴18的轴向位移，使密封40仅承受旋转运动，因而容易解决。
行星齿轮壳体28中供轴22穿越的孔13亦需要密封，但性质与轴18不一样，由于有万向节34和轴18的轴赂限制，轴22承受着轴向和旋转运动。要让轴22相对于轴24沿花键48和50可以自由地轴向窜支，必须另加滑润并消除这一区域的污染，因此，轴22的内部蜍为向花键输送润滑剂的轴向通道，同时，在其右端用堵片45密封。此外，为了适应轴22的两种运动，按本发明，使用了一个环绕轴22布置的密封装置，其总标号为42。
密封装置42由旋转密封64，轴套66和轴向密封68组成，轴套66内表面上的花键74与轴24上的花键50啮合并使轴套66和轴22同步旋转，轴套66相对于万向节架的轴向位移用止推垫圈76阻挡，并卡在垫圈76相当于一个跨接在万向节架12和轴套66间的键的作用，并卡在万向节架12的沟槽80内，轴套66上的环形槽81与止推垫圈76相靠，但它不限制轴套相对垫圈的旋转，在轴套的66的最右端，其内部有一环形凹下部分82，轴向密封68即卡在其中。轴向密封68是为轴套66和轴22间的相对轴向位移而设计的，由于密封被卡在凹下部分82内部，因此，轴22相对轴套66和密封68的轴向移动。在轴向密封外部，在万向节架12上有一凹下部分84卡着旋转密封64，旋转密封64是专为轴套66外表面相对密封66的内表面的相对旋转而设计的。
图1示出块状形式的密封64和68，对这些密封的关键要求是，旋转密封应能承受相对旋转运动，轴向密封应能承受相对的轴向运动，同时，两种密封应能适应壳体的内外环境。能适应上述要求的有多种密封。此外，有多种能分别用于万向节架孔和轴套，及轴套和轴间的密封形状。例如，轴向密封68能用柔性膜或金属膜盒代替，不过在这个较好的实例中，通常考虑用硬像胶制作这两种密封。旋转密封用的橡胶的硬度常常约为80杜拉(durometer)。轴向密封亦可用类似于旋转密封橡胶硬度的橡胶制作，但是在磨损极大的环境里，要求提高轴向密封材料的硬度到90 杜拉上下，这会使轴向密封比旋转密封里坚韧耐磨。虽然，两种密封均可用硬度相同的材料制作，但密封的总硬度可用改变密封厚度来加以改变。一般而论，旋转密封应有薄的断面，且密封唇边和轴套间的过盈度要高，但作用到轴套上的唇边力要小，因此旋转密封较为柔顺(Complant)，与此相反，轴向密封断面很厚，同时，尽可能使过盈或密封唇边压力比旋转密封的小，使之对轴施加较大的总的唇边压力，以获得沿轴22外部必须的摩擦作用。
在运行中，本发明使用这两种性质不一样的密封来完成不同的密封功能。现在来看一看转向传动总成的运行和这些密封的功用;一个机械动力源(未表示)带动心轴20并经轴、万向节、行星齿轮系统、轮毂将动力最后传到驱动轮(未表示)。当轴20和22在同一直线上，即传动总成没有摆动运动时，则轴20经由万向节传输到轴22的实质上为纯一的旋转转动，在这情况下，轴22对轴24和轴套66的相对位置保持不变，于是，在密封装置中仅有的相对转动是在固定于万向节架12中的旋转密封64和随轴24旋转的轴套66的外表面间，由于万向节架12以叉架10为枢轴摆动，万向节34的倾斜会使轴22伸入万向节架12的部分增加，制动环44和止推垫圈43阻止轴18作轴向移动，于是，通过万向节34是角位移所引起的轴向长度的变化整个地被传送到轴22。由于轴22沿万向节架孔13滑进滑出时，轴套66和轴24相对万向节架轴向位置仍保持不变，所以，仅轴22经受由万向节引起的轴向运动。轴向密封68依靠它夹持在轴套66中，早已随轴22用相同速度旋转，因此，密封68仅承受它本身的内表面和轴22外表面间的相对滑动位移。从而轴套66起着分离轴22的旋转位移和轴向位移的作用，因此在该密封装置中的每一密封仅承受它特别适合的那种运动形式。
图2所示为一组相似但经过改进的使用本发明的密封装置的转向传动总成。图中的旋转密封和轴向密封64’和68’的作用方式和图1中的相似，但在双卡丹(Cardan)万向节34’左端有一连接在实心短轴90上的叉形架88’，短轴90上有一组花键94，它与轴套96内部的能配套的另一组花键98啮合。在花键94的右侧于短轴90的92部分，有一与轴向密封68’内表面相接触的圆形断面。在本实施例中，轴90的全部机械负载被传输到套筒96，再由套筒96通过花键98和50’传到轴24’上，这样，轴90以单一的旋转运动转动轴套96，而轴套96作为一联轴器将动力从轴90传给轴24’。除了改变了轴和轴套之外，图2的传动总成的运行和图1所示的大体上相同。
图3为采用本发明密封装置的另一传动总成。它与图1图2不同之处在密封装置位于转向传动总成的叉形架部分。在本实例中，万向节34’的叉形架端30’还是与空心轴18’相连，空心轴18’用花键连接驱动轴102。在万向节34’的左端，叉形架32’还是与空心轴106相连接，空心轴106用花键与中心轴108相连。轴108对万向节架和轮毂壳体的相对轴向位移为分别与万向节架和轮毂接触的止推垫圈110和112所阻挡。一个与轴108共心的螺栓114穿过该轴而拧紧在万向节叉形架32’的孔116中。当拧紧时，螺栓114防止了轴106和108之间的任何轴向位移。在万向节的万向节叉架端轴向位移受制约的情况下，前面描述的所有的往复动作将在传动总成的叉形架端上发生，因此，轴18’将沿轴102作轴向移动。这样，轴106上有一个为旋转运动设计的油封118，它密封着行星系统壳体38’内部，而本发明的密封总成是环绕在轴18’的周围。
环绕轴18’的密封总成由旋转密封120，轴套100和轴向密封125所组成。各密封和轴套的动作和前面叙述的大体上相同。轴套100随轴18的同步运转是经由轴套100内表面上的一组花键124实现的，因轴套100上的花键124是和轴102外表面上的花键104啮合的，轴套100靠固定在叉架壳体上并伸入轴套100上环形槽128中的止推垫圈126来坻住轴向位移，而槽128有足够间隙，使轴套100能相对垫圈旋转。
虽然结合着转向传动总成的具体图形对本发明的密封装置进行了描述，但本领域的技术人员知道许多可以用来实践本发明的其他用途及变型，因此，本发明不受前面描述的专门细节的限制。
权利要求
1.用于分隔承受旋转和轴向运动的轴的第一、第二两端间的周围环境的密封装置，其特征是它包括划分两个环境的隔板；该隔板上的孔；径向至少包围该轴一部分的轴套；使该轴套和轴的一种运动形式同步运动的装置；在上述轴套和隔板间阻止其它形式的轴的运动的装置；阻止上述环境与该轴套外部连通并与上述轴套和隔板接触的第一密封，与上述轴套和轴接触，并阻挡上述环境经该轴套内部连通的第二密封。
2.用于分隔承受旋转和轴向运动的轴的第一、第二端间环境的密封装置，其特征是它包括划分两个环境的隔板;该隔板上的孔，径向至少包围该轴一部分的轴套;使该轴套与该同步旋转的装置;防止该轴套相对于该孔轴向位移的装置;与该轴套和隔板接触、用于阻挡上述环境与上述轴套外部连通的旋转密封，该密封适合在有相对旋转运动的表面间提供密封作用;与该轴套和该轴接触、用于阻挡上述环境间经由上述轴套内部连通的轴向密封，该密封适于在有相对轴向运动的表面间提供作用。
3.如在权利要求
2所述的密封装置，其特征是，上述轴的断面为圆形，置于上述轴套内，而上述轴向密封是安装在该轴和轴套之间的圆形断面外。
4.如权利要求
2所述的密封装置，其特征是，上述轴套外表面的横断面为一圆形，其与上述轴的旋转中心线同心并被上述隔板环绕，同时，上述旋转密封设置在上述轴套的圆形部分、并处于该圆形部分和该隔板之间。
5.如权利要求
2所述的密封装置其特征是，上述使该轴套与该轴同步旋转的装置包括在该轴套上、将该套与该轴偶合并与其同步旋转的装置，该偶合装置允许该轴套和该轴间的相对轴向运动。
6.如权利要求
2所述的密封装置，其特征是，有一个键止动垫圈与上述套筒和隔板啮合，以防止轴套和上述孔之间的相对轴向位移。
7.如权利要求
2所述的密封装置，其特征是，上述轴套被偶合到第二轴，该第二轴和上述第一轴同步旋转。
8.在一个带轴孔的壳休憩和伸入上述轴孔作相对于壳体的轴向和旋转活动的轴的组合体中，在该轴和该壳体间设有密封装置，其特征是它包括位于于上述轴上且处于该轴和壳体之间的轴套，该轴套以花键和该轴连接以便与其同时旋转并且相对其轴向滑移;防止轴套相对于壳体轴向位移而加于该轴套筒壳体间的装置;设在上述轴套和壳体之间并与轴套、壳体密封性接的第一道密封;设于该轴套和轴之间并与该轴套和轴密封性接触的第二道密封。
9.当轴穿过壳体的孔作轴向运动和旋转运动时，为防止通过壳体轴孔泄漏而设置的密封装置，其特征是它包括至少径向包围上述轴的一部分的轴套;接受上述轴的旋转运动并使该轴和轴套同步旋转的装置;防止上述轴套相对于上述轴孔轴向位移的装置;阻止上述轴和轴套间泄漏的第一装置，该第一装置适于防止有相对轴向位移的表面与表面间的泄漏;防止上述轴套和壳体之间泄漏的第二装置，该第二装置适于防止有相对旋转运动的表面间产生的泄漏。
10.如权利要求
9所述的密封装置，其特征是，该第一密封装置包括一个相对于上述轴套固定的密封，该密封对上述轴施加高的密封作用力。
11.如权利要求
9所述的密封装置，其特征是，该轴套至少应有一部分位于上述轴孔内，并且该轴套外表面的横断面为圆形并与该轴的旋转轴线同心。
12.如权利要求
11所述的密封装置，其特征是，该第二装置包括一个相对于上述壳体固定的密封。
13.如权利要求
12所述的密封装置，其特征是，该第二装置在该轴套上施加一个相对低的密封作用力。
14.如权利要求
7所述的密封装置，其特征是，该第二装置为一个具有相对柔韧的密封面的密封。
15.如权利要求
9所述的密封装置，其特征是，该轴与第二轴滑动啮合，以便与其有一致的旋转运动;该第二轴带一组花键，以便与该轴套上的一组花键啮合并使该轴套和该第二轴同步旋转。
16.如权利要求
9所述的密封装置，其特征是，该轴套与上述轴作可滑动而不可旋转的偶全。
17.如权利要求
16所述的密封装置，其特征是，该同步装置包括在上述轴套内并和上述轴上的一组花键相啮合的一组花键。
18.如权利要求
9所述的密封装置，其特征是，上述防止该轴套相对轴向位移的该装置包含与该壳体和该轴套连接的止推垫圈。
19.在带轴孔的壳体系统中，第一轴伸入上述轴孔，相对于该壳体作轴向和旋转运动并带有一个通向壳体内部的轴向通路，同时，壳体中第二轴伸入第一轴的轴向孔，且以花键与第一轴相连，以便与其同时旋转，并相对于其轴向滑动，在第一轴和壳体间设有密封装置，其特征是它包括位于上述轴上并处于该第一轴和壳体之间的轴套，该轴套与上述两轴中的一轴以花键连接，以便与上述轴同时旋转并相对于该第一轴轴向位移;防止轴套相对于壳体轴向位移的装置，位于所述轴套和壳体间的且密封性地和二者接触的第一密封。
20.在带轴孔的壳体系统中，第一轴伸入上述轴孔，作相对于壳体的轴向运动和旋转运动，在壳体中听第二轴和该第一轴在同一轴线上;其改进包括位于所述轴上且在该第一轴和该壳体之间的轴套，该轴套和上述二轴间用花键相连，以便与它们同时旋转，并至少相对于该第一轴轴向位移，阻止该轴套相对于壳体的轴向位移并作用于上述轴套和壳体间的装置人;位于所述轴套和壳体间密封性地和二者接触的第一密封;位于所述轴套和轴间并密封性地和二者接触的第二密封。
21.转向传动总成的密封装置包括可转动地绕枢轴连接轴的第一轴壳体和第二轴壳体，第一和第二轴分别穿过上述第一轴壳体和第二轴壳体;一个围绕上述轴枢连接上述两轴的万向节;限制上述第一轴和该万向节相对于该第一壳体的相对轴向位移的装置;一个开在上述第二壳体上供该第二轴通过的孔;阻止经该孔泄漏的密封装置，其特征是所述密封装置包括至少环绕该第二轴一部分的轴套，使该轴套与该第二轴同步旋转的装置;防止上述轴套相对于该第二壳体轴向位移的装置;与该轴套和第二壳体接触的旋转密封，该密封适于密封有相对旋转的表面;与该轴套和该第二轴相接触的轴向密封，该密封适于密封有相对轴向位移的表面。
22.在如权利要求
21所述的轴向传动总成中，其特征是所述轴套的横断面基本为环形。
23.在如权利要求
21所述的转向传动总成中，其特征是所述旋转密封位于上述壳体中限定该孔的区域，并相对于上述第二壳体固定。
24.在权利要求
21所述的转向传动总成中，其特征是所述轴向密封安装在上述轴套内并相对其固定。
25.在权利要求
24的转向可转动传动总成中，其特征是上述防止轴套的相对轴向位移的装置包括一个伸入上述轴套和壳体的键。
26.在如权利要求
25的转向传动总成中，其特征是该第二轴包括一个从万向节叉架伸出的空心轴和一根与该空心轴可相对滑动而不可相对旋转地连接的主动轴或从动轴。
27.在如权利要求
25的轴向传动总成中，其特征是该第二轴包括一根与上述万向节的叉架相连的实心短轴，该轴套可滑动地但不可旋转地与短轴相连。
专利摘要
在轴穿过孔并同时有旋转和轴向两种运动情况下，为轴和转轴孔间提供可靠的密封装置。密封组件包括在轴套和被密封面间有相对旋转运动时用的密封、一个轴套、一个在该轴套和被密封面间有相对轴向位移时用的密封。轴套用于隔离轴的旋转和轴向运动，使每个密封只感受一种运动。为完成这一任务，抑制轴套相对于轴孔的轴向运动而与轴有同步旋转运动。在转向传动总成中，所使用的简单万向节会使驱动轴往复运动，此时这种密封装置特别有用。
文档编号B60K17/04GK86106261SQ86106261
公开日1987年4月22日 申请日期1986年9月18日
发明者斯坦利·马丁·格雷格逊 申请人:迪尔公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan