本發(fā)明涉及一種軸承密封件、采用該密封件的常規(guī)類型的滾動軸承以及車輛后輪驅動系統(tǒng)中的中間支撐軸承總成(central support bearing unit)。

背景技術：

在圖1和圖2中所示的卡車后輪驅動系統(tǒng)中，中間支撐軸承總成100通過緊固裝置(未示出)固定在車身的下方，為傳動軸(propeller shaft)200提供徑向支撐。在卡車后輪驅動系統(tǒng)中，傳動軸200的轉速較高，最高可達2,500rpm。為適應這種較高的轉速，中間支撐軸承總成100常規(guī)采用深溝球軸承。圖3所示的是深溝球軸承及其常規(guī)密封件的局部截面示意圖。在實踐中，該總成中的深溝球軸承的失效率非常高，原因在于其密封件難以阻擋外部污染物的進入，容易造成軸承的提前失效。

為解決上述問題，申請人曾一度試圖采用圖4所示的密封方案。這是一種車輛輪轂軸承所使用的盒式密封件(cassette seal)，包含安裝以后相互鄰近的內骨架(flinger or inner stamping)2和外骨架(outerstamping)4。在裝配以后，內骨架2與軸承內圈的外表面形成緊配合，外骨架4與軸承外圈的內表面形成緊配合。外骨架4上形成有利于防止?jié)櫥瑒妮S承內部經軸承外圈的內表面向外泄漏的密封體5。密封體5面向內骨架2延伸形成有彈性接觸后者內表面的軸向唇口7和徑向唇口9，分別用于密封內骨架2與外骨架4之間的軸向間隙和徑向間隙。徑向唇口9環(huán)繞其外圍頸部進一步設置有箍緊彈簧(garter spring)3，用于為徑向唇口9提供額外的徑向約束力。在典型情況下，箍緊彈簧3是一種首尾相連的卷簧，在收縮的狀態(tài)下能夠為徑向唇口9提供額外的束緊力。這種用于車輛輪轂軸承的盒式密封件雖然密封性能良好，卻難以適應要求更高轉速的卡車后輪傳動系統(tǒng)。實驗證明，即使撤除箍緊彈簧3，消除其對徑向唇口9的束縛，徑向唇口9與內骨架2之間摩擦效應依然顯著，溫升實驗仍然難以達到標準的要求。 過高的溫升極容易導致軸承和密封件的提前失效，因而無法滿足車輛對中間支撐軸承總成的技術要求。業(yè)界期盼一種能夠滿足更高轉速、溫升較小且具有可靠密封效果的軸承密封件。

技術實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種軸承密封件，包含在裝配以后能夠與軸承內圈形成緊配合的內骨架和能夠與軸承外圈形成緊配合的外骨架。所述內骨架與外骨架在裝配以后相互鄰近，但互不接觸，雙方中的至少一方形成有大致在軸向上抵靠另外一方內表面的軸向唇口和大致在徑向上抵靠另外一方內表面的徑向唇口，分別用于密封內骨架與外骨架之間的軸向間隙和徑向間隙。所述徑向唇口上形成有彈性折轉結構，在裝配前不受約束的自然狀態(tài)下，所述折轉結構原始形成有至少兩處彎折撓曲點。所述撓曲點為折轉結構中相鄰折面之間的連接交匯處，是相鄰折面之間材料實際發(fā)生彎折變形的主要區(qū)域所在，相鄰折面之間在所述撓曲點處形成預定的彎折角。

彈性折轉結構不僅有利于保持徑向唇口與內骨架之間的彈性接觸，防止軸承內部潤滑劑的外泄，而且能夠有效降低徑向唇口與內骨架之間的接觸壓力和摩擦扭矩而從根本上降低較高轉速下軸承和密封件的溫升效應，徹底解決上述工況條件下中間支撐軸承總成中軸承的密封問題。

以下參照附圖詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式和有益效果。

附圖說明

圖1為卡車后輪驅動系統(tǒng)的側視結構示意圖；

圖2為中間支撐軸承總成及其上、下游部件的立體裝配示意圖；

圖3為采用常規(guī)密封件的深溝球軸承的局部截面示意圖；

圖4為車輛輪轂軸承中所使用的盒式密封件的放大截面示意圖；

圖5為裝配狀態(tài)下本發(fā)明所述中間支撐軸承總成的縱向截面示意圖；

圖6為采用本發(fā)明所述軸承密封件的深溝球軸承的局部截面示意圖；以及

圖7為本發(fā)明所述軸承密封件的放大截面示意圖。

具體實施方式

圖5為裝配狀態(tài)下本發(fā)明所述中間支撐軸承總成的側視截面示意圖。在圖中所示的軸承總成100中，滾動軸承10裝配在軸承座(bearing housing)20中。軸承座20通過橡膠之類的減震材料(shock-absorbing material)30固定在邊框(framework)40中，后者通過緊固裝置(未示出)將軸承總成100可靠固定在卡車車身的下方。

典型情況下，滾動軸承10是一種深溝球軸承。圖6是采用本發(fā)明所述密封件的深溝球軸承的局部截面示意圖。從圖中可以看出，軸承10包含在徑向上由內而外依次分布的內圈(inner ring)12、外圈(outer ring)14以及設置在內圈12和外圈14之間的至少一列滾動體13。滾動體13能夠在內圈12和外圈14之間可靠運行。軸承10在其內、外圈之間的寬度方向上的兩側設置有本發(fā)明所述的軸承密封件1。

圖7為本發(fā)明所述軸承密封件的局部放大截面圖。圖中顯示密封件1也是一種盒式密封件，與4圖中所示的盒式密封件大體有些類似，均包含在裝配以后能夠與軸承的內圈12形成緊配合的內骨架2和能夠與軸承的外圈14形成緊配合的外骨架4。外骨架4上形成用于防止?jié)櫥瑒妮S承10內部經外圈14的內表面向外泄漏的密封體5。密封體5面向內骨架2繼續(xù)延伸，形成有大致從軸向方向上接觸內骨架2內表面的軸向唇口7，以及大致從徑向方向上接觸內骨架2內表面的徑向唇口9，分別用于密封內骨架2和外骨架4之間的軸向間隙和徑向間隙。軸向唇口7用于防止外部污染物進入密封件1和軸承10的內部，徑向唇口9用于防止軸承內部的潤滑劑通過密封件1向外泄漏。

從圖7中還可以看出，軸向唇口7、徑向唇口9和內骨架2的內表面三者之間限定出一個密閉空間6，用于貯存潤滑軸向唇口7和徑向唇口9所需的潤滑劑。密閉空間的設置有利于減小軸向唇口7和徑向唇口9與內骨架2之間的摩擦。順便指出，唇口潤滑劑的選用與唇口的材質有關，與軸承內部用于潤滑滾動部件所使用的潤滑劑在種類和性質上可以有所區(qū)別。

從功能上講，密封體5主要提供靜態(tài)密封，用于防止軸承外圈14在出 現(xiàn)偏斜擾動(與內圈12不同軸運行)時，潤滑劑從軸承10內經外圈14的內表面向外泄漏。類似的，當軸承內圈12出現(xiàn)偏斜擾動(與外圈14不同軸運行)時，密封體5則宜設置在內骨架2上，用以防止?jié)櫥瑒妮S承10內部經內圈12的外表面向外泄漏。容易理解，當軸承內圈和外圈都有可能出現(xiàn)偏斜擾動時，則內骨架2與外骨架4上均宜設置密封體5，用以防止?jié)櫥瑒妮S承10內部經內圈和外圈中的任意一方內表面向外泄漏。在實踐中，最后一種情況雖然能夠更全面地防止軸承內部油脂的泄漏，但也會顯著提高密封件的制造成本，因此應視工況需要和成本要求而適宜抉擇。

在圖7所示的實施方式中，密封體5及其延伸的各唇口7和9均只形成在外骨架4上，這還有以下方面的考慮。在圖5所示的軸承總成100中，外圈14固定在軸承座20中，內圈12隨傳動軸200一起轉動。如果密封體5和各唇口7和9均設置在內骨架2上，則勢必造成它們會跟隨內圈12和傳動軸200一起轉動。高速旋轉所導致的離心力很有可能就此改變唇口7和9的伸展姿態(tài)，影響唇口7和9觸碰內骨架2內表面的可能性和穩(wěn)定性，以致造成密封的暫時甚至永久失效。當然，在其它應用場合中，假如軸承內圈固定，外圈轉動，則密封體和唇口更宜設置在內骨架，而不是外骨架上，道理相同，此處不再贅述。

有必要指出，在圖7所示的具體實施方式中，密封唇口7和9作為密封體5的一部分與密封體5形成為一體。兩者生成于同一材質，例如，均可以采用普通橡膠或者低摩擦橡膠(low friction rubber)。這有利于減少部件的數量和模具的總類，從而簡化工藝，降低成本。當然，如果密封唇口需要采用不同于密封體的材質，例如密封體采用普通橡膠，而唇口采用聚四氟乙烯(PTFE)材質，則也可以考慮將密封唇口獨立于密封體之外設置在內骨架和/或外骨架上。

如圖7中所示，徑向唇口9在徑向方向上還形成有彈性折轉結構(flexible convolute structure)9a。在裝配前不受約束的自然狀態(tài)下，所述折轉結構9a原始形成大致呈折扇形或者波浪形的截面，且具有兩處以上的撓曲點(hinge points)9b和9c，以便于徑向唇口9發(fā)生彈性形變。所述撓曲點在本發(fā)明中被定義為相鄰折面(8a和8b、以及8c和8d)之間的連接交匯處，是材料實際發(fā)生彎折變形的主要區(qū)域所在。在裝配前不受約束的 自然狀態(tài)下，所述折面可以是直面，也可以是曲面，且彼此之間在撓曲點處形成一定的彎折角。圖7中折面8c和8d之間的彎折角α與8a和8b之間的彎折角β可以相同，也可以不同。典型情況下，彎折角α的角度范圍宜在35-60度之間，彎折角β的角度范圍宜在60-90度之間。

有必要指出，彈性折轉結構9a不同于傳統(tǒng)唇口的撓曲形變。傳統(tǒng)唇口的撓曲形變往往是唇口在實際裝配以后承受外力壓迫變形所致；在未受約束的自然狀態(tài)下，唇口本身一般并未有原始彎曲形成，或者，即便有，其彎折的角度也并不顯著。在圖7所示的實施方式中，彈性折轉結構9a的截面大致呈N形或Z形，即具有兩處彎折撓曲點9b和9c。實際上，具有兩處以上的撓曲點，例如，使截面呈M形或W形，也能夠實現(xiàn)本發(fā)明的目的。

彈性折轉結構9a不僅使徑向唇口9具有足夠的伸縮彈性，在軸承內、外圈出現(xiàn)不同軸(即發(fā)生偏斜，deflection)的狀態(tài)下，允許密封件1適時跟隨內、外圈在徑向上間距的變化，而且還具有以下兩方面的好處：①彈性折轉結構9a能夠顯著降低徑向唇口9與內骨架2之間的接觸壓力以及由此引起的摩擦阻力，從而有效降低軸承10和密封件1運行時產生的溫升效應；②折轉結構9a還使得徑向唇口9在相對較大的伸縮范圍內保持與內骨架2之間接觸壓力的大體恒定，確保唇口9的摩擦溫升保持在穩(wěn)定可控的局面。

如圖7所示，在不受約束的自然狀態(tài)下，徑向唇口9在徑向上超出內骨架2內表面的尺寸在本發(fā)明中被定義為徑向唇口9的徑向過盈量。該過盈量實際決定了徑向唇口9在安裝以后在徑向方向上的收縮變形幅度。彈性折轉結構9a的作用在于，使徑向唇口9接觸內骨架2內表面的壓力對徑向唇口9的徑向過盈量變得不敏感，從而降低對徑向唇口9設計精度的要求，允許后者采用更大的公差帶設計，從而有效地降低生產成本。

類似的，圖7中顯示的軸向唇口7也同樣處于裝配前不受內骨架2約束的原始狀態(tài)。在不受約束的自然狀態(tài)下，軸向唇口7在徑向上超出內骨架2內表面的尺寸在本發(fā)明中被定義為軸向唇口7的軸向過盈量。該過盈量決定了軸向唇口7在裝配以后在軸向方向上收縮變形的幅度。為確保軸向唇口7能以最小的接觸應力觸碰內骨架2的內表面以減少摩擦生熱，軸 向唇口7在設計上須以彌補公差帶(包含尺寸公差和裝配公差)可能帶來的尺寸缺失所需的最小軸向過盈量接觸內骨架2的內表面。換言之，軸向唇口7須首先確保能夠可靠觸碰到內骨架2的內表面，克服公差帶可能帶來的軸向唇口7與內骨架2軸向配合尺寸不足的問題；但是，軸向唇口7超過內骨架2內表面的軸向過盈量應盡可能地小，以確保軸向唇口7能夠以最小的接觸應力觸碰到內骨架2的內表面。這種匹配關系可以用以下的數學關系式加以表述：假設軸向唇口7軸向過盈量的名義設計值為ΔX，軸向唇口7與內骨架2在軸向上公差帶(包含兩者的尺寸公差和裝配公差)的設計范圍在±σ之間，則ΔX≥σ。上述設計的目的在于盡可能地減少軸向唇口7超出內骨架2內表面的軸向過盈尺寸，最大程度地降低兩者之間的摩擦，從而有效降低溫升。在臨界條件下，ΔX剛好彌補公差存在所引起的軸向唇口7與內骨架2之間配合尺寸的缺失，軸向唇口7與內骨架2的內表面形成“形式接觸”。所謂“形式接觸”，在理論上講，是指兩個物體之間實現(xiàn)零距離接觸，但不會造成相互之間任何力的作用。這是確保軸向唇口7能夠實際接觸到內骨架2的內表面、防止異物進入密封件和軸承內部的最低要求。

在圖7所示的實施方式中，軸向唇口7還形成有易于使自身在徑向上向外擴展變形的擴展結構7a。在裝配前尚未接觸到內骨架2的自然狀態(tài)下，擴展結構7a的擴展角γ在7-25度范圍之間。這種擴展結構有利于減小軸向唇口7與內骨架2之間的接觸應力，從而進一步降低摩擦生熱。更為重要的是，擴展結構7a本身形成一種散熱通氣閥(thermal vent)結構，能夠將積聚在軸承和密封件內部的熱量釋放出去，這非常有利于降低溫升。

從以上描述中可以看出，本發(fā)明所述密封件雖然是被開發(fā)用于卡車后輪驅動系統(tǒng)中的中間支撐軸承總成中的深溝球軸承，但實際上也適用于其它各種常規(guī)類型的滾動軸承。實際上，任何常規(guī)類型的滾動軸承(regular type rolling bearing)，只要在徑向上包含由內而外依次分布的內圈、外圈和設置在內圈和外圈之間的至少一列滾動體，都可以在其內、外圈之間寬度方向上的兩側設置有本發(fā)明所述的密封件。這些的常規(guī)類型的滾動軸承包括(但不限于)深溝球軸承(deep groove ball bearing)、圓錐滾子軸承(tapered roller bearing)、角接觸球軸承(angular contact bearing)、自調心球軸承 (self-aligning ball bearing)、球面滾子軸承(spherical ball bearing)、CARB圓環(huán)滾子軸承(toroidal roller bearing)等。

在上述應用的基礎上，本發(fā)明適用于各種車輛傳動軸的中間支撐軸承總成。這些軸承總成包含采用本發(fā)明所述密封件1的深溝球軸承10、用于固定深溝球軸承的軸承座20、圍繞軸承座設置的減震材料(shock-absorbing material)30、圍繞減震材料設置的邊框(framework)40、以及用于將邊框固定在車身上的緊固裝置(未示出)。

本領域的技術人員應當理解，任何關于上述密封件的變更和改進，只要符合隨附權利要求書的限定，均屬于本發(fā)明的保護范圍。