专利名称：具有多孔密封件的轴承隔离器的制作方法
技术领域：
本发明涉及旋转轴密封件。更具体地说，本发明涉及迷宫式密封件。
技术背景迷宫式旋转轴密封件通常包括由转子和定子组成的两个同心环结 构。转子与旋转轴密封接合，定子与轴承壳体密封接合。已经使用许多 不同类型的密封件来试图密封旋转的转子与固定的定子之间的空间。这 些密封件包括O形环、橡胶唇形密封件和迷宫路径。迷宫式密封件往往 是最有效的密封件类型。在密封环的内表面上形成特定轮廓的路径或沟 槽，以生成在轴承壳体的外部与轴承壳体的内部之间延伸的迷宫。迷宫 路径用作流体动力的屏障以保持轴承壳体内的流体润滑剂并防止杂质进 入轴承壳体。路径越复杂，杂质穿过该结构进入轴承壳体的机会越小。此外，在通常的转子和定子构造中，必须保持某一最小间隙以防止 转子和定子彼此接触。在诸如飞机起落架的一些应用中，转子可能以超 过大约5000rpm的速度旋转。如果转子的表面在该速度下与定子的表面接触，就会产生摩擦热，磨损部件，并且设备的总体效率下降、工作寿 命縮短。因此，保持转子和定子分开是很重要的。另外，密封件用于防止杂质从轴承壳体和转子的外部进入内部，并 且防止润滑流体从轴承壳体和转子的内部损失。需要快速排出进入系统 的杂质。密封件或壳体内的颗粒物质的积累会损坏密封件并且/或者导致 转子和定子的磨损增加。另外，还必须收回被挤出系统的任何润滑流体 并使其返回转子内部。润滑流体的损失会导致部件损坏并增加系统的摩 擦热。进入系统的杂质需要被尽快排出。颗粒物质的积累会损坏密封件并 且/或者导致转子和定子的磨损增加。另外，还必须收回被挤出系统的任 何润滑流体并使其返回转子内部。润滑流体的损失会增加系统的摩擦热 并且导致部件损坏。因此，期望提供一种迷宫式密封装置，其具有在诸如碎煤机和水泥 研磨机的多尘环境下特别有用的改进的颗粒排除特性，并且具有减少转 子与定子之间的接触机会或接触持续时间的改进性能。本发明旨在所认识到的这些需求。发明内容本发明的一个实施方式提供了一种密封件，该密封件包括构造成与 轴密封接合的转子、以及构造成与壳体密封接合的定子。所述定子和转 子构造成彼此接合以限定迷宫路径。可在所述迷宫路径内布置单元化元件(unitizing dement)和多孔密封元件以提供杂质排除特性并减少转子 和定子彼此接触的机会。本领域技术人员将意识到，具有单元化元件和多孔密封元件的密封 件的许多不同实施方式都是可行的。此外，本发明的另外的用途、目的、 优点和新颖特征在以下详细说明中阐述，并且本领域技术人员在研究以 下描述或者实践本发明之后将更加清楚。
参照附图阅读以下详细说明将更好地理解本发明的这些和其它特 征、方面和优点，图中图1表示根据本发明一个实施方式的具有多孔密封元件的轴承隔离 器的剖面；图2表示根据本发明一个实施方式的具有用于接收多孔密封元件和 单元化元件的空腔的轴承隔离器的剖面；图3表示根据本发明一个实施方式的具有多孔密封元件的轴承隔离 器的局部剖面；图4表示根据本发明一个实施方式的具有用于接收多孔密封元件和 单元化元件的空腔的轴承隔离器的局部剖面；图5表示根据本发明一个实施方式的单元化元件的剖面；图6表示根据本发明一个实施方式的具有用于接收多孔密封元件和 单元化元件的空腔的轴承隔离器的局部剖视图；以及图7表示根据本发明一个实施方式的具有多孔密封元件的轴承隔离 器的局部剖面。
具体实施方式
本发明的实施方式包括用于旋转轴与轴承壳体之间的转子、定子、 单元化元件和多孔密封元件。转子构造成与位于壳体中的轴接合并与其 一起旋转，而定子构造成与壳体接合并相对其保持静止。转子和定子还 构造成彼此接合，但不彼此接触，尽管有可能发生接触。在接合时，转 子和定子限定出从壳体外部延伸到壳体内部的迷宫路径，以及第一和第 二空腔。迷宫路径可有助于防止润滑剂流出壳体内部，并且/或者可有助 于防止杂质进入壳体内部。第一空腔构造成接收单元化元件，第二空腔 构造成接收多孔密封元件。在一个实施方式中，单元化元件是成形为与由转子和定子限定的一 个以上的空腔配合的环形圈。单元化元件使转子和定子成一单元，并且 可防止分离并可限制运动。该单元化元件也可包含后部构件，该后部构 件在轴向运动的情况下可提供非金属部件以防止转子和定子接触。此外,多孔密封元件可布置在至少一个环形空腔内。多孔密封元件可通过提供 用于颗粒物质的物理屏障，增加由转子和定子形成的密封件的空气颗粒 排除能力。本发明的示出实施方式包括转子，该转子构造成与轴接合并与其一 起旋转，而定子构造成与壳体接合并相对其保持静止。转子和定子接合 并限定出可将壳体外部与壳体内部连接的迷宫路径。在接合时，转子和 定子可构造成保持不彼此接触以防止它们的相应部件磨损。迷宫路径可 构造成有助于防止杂质进入壳体内部，并且有助于防止润滑物质流出至 壳体外部。当杂质试图沿着迷宫路径朝壳体内部通过时，路径的形状可 有助于阻碍杂质运动。此外，杂质可能遇到多孔密封元件。多孔密封元 件可构造成防止杂质穿过该多孔密封元件。例如，如果多孔密封元件内 的孔的孔径小于杂质颗粒的直径，那么就可防止该颗粒穿过多孔密封元 件。另外，当润滑流体在路径内行进时，可通过迷宫路径的形状将润滑 流体朝向壳体内部导回。此外，可通过多孔密封元件防止润滑流体逃离 壳体。下面将通过本发明的具体实施方式
进一步描述本发明，要理解本公 开应视为是对本发明原理的例示。本发明的示例性实施方式在图中示出， 其中相同的标记指代各个实施方式的相同方面。现在参照图i至图4，根据本发明一个实施方式的轴承隔离器包括 定子10、转子50、单元化元件30和多孔密封元件40。转子50和定子 10接合而形成迷宫路径20以及第一空腔90和第二空腔80。单元化元件 30和多孔密封元件40布置在空腔80、 90内。在本发明的一个实施方式 中，转子50和定子10可仅限定一个空腔，单元化元件30和多孔密封元 件40可都布置在该空腔内。在转子50转动时，单元化元件30可通过在 转子50与定子10之间提供低摩擦缓冲防止这两个部件接触，并且还可 保持轴承壳体内的润滑剂并将杂质排除在轴承壳体之外。另外，多孔密 封元件40可提供屏障以防止杂质进入壳体，并且可防止润滑剂流出轴承 壳体。根据本发明的一个实施方式，多孔密封元件40可包括微孔材料。例如，在本发明的一个实施方式中，微孔材料可包括硅酮泡沫。在本发明 的一个实施方式中，多孔密封元件40可包括一种以上的树脂，例如聚氨酯、聚砜或聚乙烯。在本发明的一个实施方式中，多孔密封元件40可包 括纤维材料。本发明的某些实施方式可包括多孔密封元件40，其中限定在多孔密 封元件40内的孔的直径可大约为500到600微米(大约0.020到0.023 英寸)。在本发明的某些实施方式中，多孔密封元件40可具有小于大约 100微米(大约0.004英寸)的孔径。本发明的某些实施方式可包括直径 大于等于IOO微米的孔。在本发明的某些实施方式中，可使用多个多孔密封元件。在本发明 的一个实施方式中，多个多孔密封元件中的每一个可包括直径大致相同 的孔。在本发明的另一实施方式中，多个多孔密封元件中的每一个可包 括直径不同的孔。例如，根据本发明的密封件可包括两个多孔密封元件， 其中第一多孔密封元件的孔径大于第二多孔密封元件的孔径。在本发明 的包括多个多孔密封元件的又一实施方式中，这多个多孔密封元件中的 某些可包括直径大致相同的孔，而某些多孔密封元件可包括直径不同的 孔。在本发明的一个实施方式中，单元化元件30可构造成限制转子50 相对于定子10的径向和/或轴向运动。例如，当轴和转子50运动时，在 轴和/或壳体上可能存在使轴和转子50相对于壳体和定子10轴向运动 (即，沿着旋转轴线运动)的载荷。该运动可能致使转子50朝定子10 运动。单元化元件30可提供对该轴向运动的阻力并可有助于防止转子50 接触定子IO，从而潜在地防止损坏转子50和/或定子10。另外，如果在 轴上施加有致使相对于轴径向运动(即，垂直于旋转轴线运动)的载荷， 那么单元化元件30可提供对该径向运动的阻力，并可有助于防止转子50 接触定子IO，这又潜在地防止损坏转子50和/或定子10。在本发明的一 个实施方式中，单元化元件30可包括空隙，该空隙允许单元化元件的一 部分挠曲从而吸收由转子相对于定子轴向和/或径向运动引起的某些力。 本发明的一个实施方式可包括多个单元化元件。例如，有利的是将多个单元化元件结合到根据本发明一个实施方式的轴承密封件中，以用 在其中预计在转子和/或定子上存在显著轴向或径向载荷的环境下。多个 单元化元件的使用可通过将转子的接触力散布在多个单元化元件上而有 助于延长轴承密封件的功能寿命。多个单元化元件的使用还可提高杂质 排除或润滑剂保持特性。在本发明的一个实施方式中，本发明的单元化元件30包括适于其预 期目的的材料。可基于一种或多种因素选择这样的材料，所述因素包括 但不限于预期工作温度范围、工作压力范围、材料的摩擦系数或者其它 工作条件(例如，在飞机起落架或很脏的环境下，转子显著轴向或径向运动的可能性)。可用在本发明的某些实施方式中的单元化元件30所用的常用材料包括氟化聚合物或树脂。在本发明的一个实施方式中，单元化元件30包括光滑的塑性材料。在本发明的另一个实施方式中，单元化 元件30包括橡胶，例如氢化丁腈橡胶(NBR)。在本发明的另一个实施 方式中，单元化元件30包括聚四氟乙烯(PTFE)。在本发明的一个实施 方式中，单元化元件30包括填充PTFE。填充PTFE包括到处散布有填 料的PTFE。填料包括但不限于玻璃之类的结构填料以及石墨、二硫化钼、 其它碳填料和其它固体润滑剂之类的润滑剂。在图5中可更加详细地观察单元化元件30，图5示出了该单元化元 件的剖视图。在剖面中看到，该单元化元件包括转子接合构件33、后部 构件32和定子接合构件31。在本发明的一个实施方式中，单元化元件的径向外表面包括两个直 径不同的区域。所述不同直径包括在后部构件32区域的一个直径和在转 子接合部件33区域的不同直径。后部构件32与转子接合构件33之间直 径不等而形成壁34。该壁34可用于在组装期间将单元化元件保持在转子 50内，并且/或者在组装之后使转子50和定子10成一单元。在本发明的 一个优选实施方式中，壁34定位在单元化元件的近似轴向中点处。然而， 本领域技术人员将认识到壁34的位置可以改变。例如，在本发明的一个 实施方式中，壁34的位置可取决于单元化元件所需的功能性以及/或者转 子和定子组件的构造。在本发明的一个优选实施方式中，壁34基本上垂直于旋转轴线。
定子接合构件31从单元化元件30的径向内侧延伸。定子接合构件31从单元化元件30的近似中点处成一角度延伸。定子接合构件31的长 度和位置可取决于转子50和/或定子10的特性，以及/或者有关组装的容 易性。定子接合构件31可具有充足的长度以使密封组件成一单元，同时 具有足以在组装期间挠曲的柔性。在本发明的一个实施方式中，转子接 合构件33与定子接合构件31之间的区域可形成空隙35。该空隙35可提 供一区域，用于在转子50、定子IO、多孔密封元件40和单元化元件30 共同构成密封组件时使定子接合构件31挠曲至该区域内。壁34、后部构件32、转子接合构件33和定子接合构件31的尺寸以 及单元化元件30自身的尺寸可根据单元化元件的预期用途而异。这些尺 寸上的修改对于本领域技术人员显而易见，其落在本发明的范围内。因 此，根据本发明一个实施方式的单元化元件30不限于任何特定尺寸的密 封应用，并且具有广泛的用途。在本发明的一个实施方式中，在图6和图7中可以看到，提供了一 种包括根据本发明一个实施方式的单元化元件30的密封组件。密封组件 包括转子50、定子IO、多孔密封元件40和单元化元件30。转子50与穿 过密封组件的中央运转的轴密封接合。转子50包括轴向延伸的环形凸缘 52，该凸缘52包括位于其径向内侧上的转子沟槽54。定子10与轴承壳 体密封接合并包括轴向延伸的环形凸缘12，该环形凸缘12包括位于其径 向外侧上的定子沟槽14。包括转子接合构件33、定子接合构件31和后 部构件32的单元化元件30位于由转子环形凸缘52与定子环形凸缘12 之间的空间形成的区域内。单元化元件30可局部位于转子沟槽54和定 子沟槽14的每一个中，并且后部构件32朝向定子后壁19延伸。图7表示单元化元件30不在原地的本发明的一个实施方式。在本发 明的一个实施方式中，密封组件包括转子50，转子50通过O形环60密 封接合到轴上。转子包括环形凸缘52，该环形凸缘52包括位于其径向内 侧上的沟槽54。沟槽54包括两个相对壁58a和58b。同样，定子10包 括含有沟槽14的环形凸缘12。定子沟槽14也包括两个相对壁18a和18b。在本发明的一个优选实施方式中，转子沟槽的相对壁58a、 58b和定子沟 槽的相对壁18a、 18b近似垂直于轴的轴线。在本发明的一个实施方式中，转子沟槽的每个相对壁与定子沟槽的 对应相对壁轴向对齐，使得相对壁58a与相对壁18a轴向对齐而相对壁 58b与相对壁18b轴向对齐。该构造形成矩形剖面区域，单元化元件30 的转子接合构件33和内部接合构件31容纳在该区域中。在本发明的一个实施方式中，定子沟槽54的至少一个壁偏离转子沟 槽14的对应壁，使得所述对转子沟槽壁58a或58b中的一个与对应的定 子沟槽壁18a或18b不轴向对齐。在本发明的另一个实施方式中，定子IO还包括位于定子的大气侧上 的排除口。该排除口可以将进入密封区域的任何杂质从组件排出。在本发明的一个实施方式中，密封组件包括转子50和定子10，并 在其中容纳有单元化元件30。单元化元件30的转子接合构件33与转子 沟槽54接合，使得转子接合构件33的轴向外侧与转子沟槽54的相对壁 接触。在本发明的一个实施方式中，转子接合构件33在转子沟槽54内 "漂浮"，从而使操作期间的接触和摩擦最小化。当转子和定子相对于彼 此产生轴向移位时，转子接合构件36就可与转子沟槽54的对应壁接触。同样，定子接合构件31与定子沟槽和/或沟槽壁18a接触。在操作期 间，单元化元件在转子与定子之间形成的空腔内"漂浮"。然而，如果组 件在操作期间移位，那么柔性附接到单元化元件30上的定子接合构件31 可以通过与定子沟槽14的壁18a接触而提供将单元化元件30保持在适 当位置的手段。在本发明的一个实施方式中，单元化元件30还包含后部构件32。 后部构件32可防止转子50和定子10在朝向彼此轴向运动的情况下彼此 直接接触。如果转子50朝定子IO移位，那么单元化元件30的后部构件 32可在转子50与定子10直接接触之前与定子后壁19接触。转子50可 通过转子沟槽54的相对壁中的一个壁58a接触和/或压靠单元化元件30。 该动作可迫使单元化元件30的后部构件34压靠定子后壁19。在单元化 元件30由光滑的塑性材料构成的实施方式中，单元化元件30与转子50之间以及单元化元件30与定子10之间的摩擦力可明显小于转子50与定 子10之间直接接触时的摩擦力。从而单元化元件30可在转子50与定子 10的组件之间提供耐磨缓冲。这可用于通过使转子和定子的磨损最小化 而延长这两个部件的使用寿命。当单元化元件30达到其使用寿命终了时， 可对其进行更换，其操作停机时间和更换成本小于与更换转子和定子相 关的操作停机时间和更换成本。在本发明的一个实施方式中，单元化元件30通过填充空腔90并与 转子沟槽的相对壁58a、 58b接触而使转子50和定子10成一单元。接合 构件31在沟槽14内安置在定子10上，但在正常操作期间不与相对壁18a、 18b接触。如果施加使转子50远离定子10的轴向力，那么相对壁58b可 能在壁34的区域中与转子接合构件33接触。这可迫使单元化元件30与 转子50 —起运动。单元化元件30的运动可被定子接合构件31与定子沟 槽14的相对壁18a的接触阻止。通过该动作，包括转子50、单元化元件 30、多孔密封元件40和定子10的密封组件可成一单元。在本发明的一个实施方式中，除了密封组件中的单元化效果之外， 单元化元件30还可产生转子50与定子10之间的非接触关系。在转子50 朝向定子10轴向运动的情况下，转子可与单元化元件30接触并迫使后 部构件32与定子后壁19接触。单元化元件30可设计成使得后部构件32 朝定子延伸得比转子环形凸缘52更远。因而，防止转子环形凸缘52与 定子后壁接触，从而通过防止部件的不当磨损而增加转子50和定子10 的使用寿命。虽然已经参照具体实施方式
描述了本发明，但应认识到，这些实施 方式仅仅是对本发明原理的例示。本领域普通技术人员将理解到，本发 明的单元化元件和组件可以通过其它材料按照其它方法和实施方式构造 和实施。因此，这里的描述不应理解为限制本发明，其它实施方式也落 在本发明的范围内。
权利要求
1.一种密封件，该密封件包括转子，该转子构造成与轴密封接合；定子，该定子与所述转子接合以限定迷宫路径以及第一空腔和第二空腔，该定子构造成与壳体密封接合；布置在所述第一空腔内的至少一个单元化元件；以及布置在所述第二空腔内的至少一个多孔密封元件。
2. 如权利要求1所述的密封件，其中，所述多孔密封元件包括微孔 材料。
3. 如权利要求2所述的密封件，其中，所述微孔材料包括硅酮泡沫。
4. 如权利要求2所述的密封件，其中，所述微孔材料包括聚氨酯、 聚砜或聚乙烯中的至少一种。
5. 如权利要求2所述的密封件，其中，所述微孔材料包括纤维材料。
6. 如权利要求1所述的密封件，其中，所述多孔密封元件包括直径 为大约500至U 600微米的孔。
7. 如权利要求1所述的密封件，其中，所述多孔密封元件包括直径 小于大约100微米的孔。
8. 如权利要求1所述的密封件，其中，所述多孔密封元件包括直径 大于等于大约100微米的孔。
9. 如权利要求1所述的密封件，该密封件还包括多个多孔密封元件。
10. 如权利要求1所述的密封件，其中，所述单元化元件包括转子 接合构件、定子接合构件和后部构件。
11. 如权利要求1所述的密封件，其中，所述单元化元件包括橡胶、 氟化聚合物或树脂。
12. 如权利要求1所述的密封件，其中，所述单元化元件包括光滑 的塑性材料。
13. 如权利要求1所述的密封件，其中，所述单元化元件包括填充 聚四氟乙烯。
14. 如权利要求1所述的密封件，该密封件还包括多个单元化元件。
15. —种设备，该设备包括 可旋转的轴；壳体；转子，该转子与所述可旋转的轴密封接合；定子，该定子与所述壳体密封接合，并与所述转子接合以限定迷宫 路径以及第一空腔和第二空腔；布置在所述第一空腔内的至少一个单元化元件；以及 布置在所述第二空腔内的至少一个多孔密封元件。
全文摘要
一种用于密封旋转轴的具有多孔密封元件的轴承隔离器组件，其包括构造成与轴密封接合的转子、以及构造成与组件壳体密封接合的定子。所述定子和转子构造成彼此接合以限定迷宫路径和一个以上的空腔，可在所述空腔中布置单元化元件和多孔密封元件。所述多孔密封元件提供屏障以防止颗粒杂质进入壳体内部，并且防止润滑剂从壳体内部流出。所述单元化元件限制转子相对于定子的轴向和/或径向运动，并在操作期间通过有助于防止转子与定子接触而有助于防止转子和/或定子磨损。
文档编号F16J15/447GK101273224SQ200680031433
公开日2008年9月24日 申请日期2006年8月29日 优先权日2005年8月30日
发明者伊丽莎白·奇特恩 申请人:卡勒克密封技术公司