Торцовое уплотнение с усиленной кромкой и контртелом
Изобретение относится к узлу уплотнения (300, 500) для подвижного шарнирного соединения (200, 400), образующего осевое (А) и радиальное (R) направления. Узел уплотнения содержит подсборку (302, 502) уплотнительного кольца с контртелом, включающую элемент (306, 506) уплотнительного кольца с контртелом, которое включает плоскую поверхность уплотнения (308, 508), простирающуюся в радиальном направлении, и первую профилированную поверхность сопряжения (310, 510) опорного кольца, и первое опорное кольцо (312, 512). Изобретение повышает надежность уплотнения. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 7 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в целом относится к шарнирному соединению для механического оборудования. В частности, настоящее изобретение относится к шарнирным соединениям с осью качания для механического оборудования, например, строительного оборудования, карьерной техники и т.п.
Предпосылки создания изобретения
Шарнирные соединения для механического оборудования подразделяются на два вида. Подвижные соединения, когда элементы конструкции перемещаются относительно друг друга и неподвижные соединения, когда отсутствует перемещение элементов конструкции. Подвижные соединения способны осуществлять возвратно-поступательное движение и совершать колебательное движение. Это движение приводит к трению и износу, которые способны ограничить срок службы шарнирного соединения. Следовательно, в отрасли техники, к которой относится данное изобретение, осуществляется разработка способов, ограничивающих данное трение и продлевающих срок службы шарнирного соединения.
Шарнирные соединения с осью качания в строительном оборудовании и карьерной технике обычно содержат шкворень и сопрягаемый подшипник, который запрессовывается в несущую конструкцию. Соединение содержит средний несущий элемент, часто называемый корпусом подшипника, и внешние несущие элементы с обеих сторон корпуса подшипника. Корпус подшипника и внешние несущие элементы часто поворачиваются относительно друг друга на определенную величину при выдвижении рычажных механизмов стрелы машины. При втягивании рычажных механизмов стрелы, направление поворота меняется на обратное. Следовательно, эти соединения совершают качательное движение.
В этих соединениях обычно используется смазка для уменьшения трения и продления срока службы соединения. Стык, образованный между внешним несущим элементом и корпусом подшипника, подлежит уплотнению для предотвращения потери смазки, в то же время позволяет осуществлять качательное движение между корпусом подшипника и внешним несущим элементом. В таких соединениях часто применяются двухконусные уплотнения, в которых используются два симметрично расположенных металлических уплотнительных элемента, которые взаимодействуют друг с другом с помощью упругих опорных колец. Однако установлено, что такие двухконусные уплотнения лучше подходят для техники, где имеет место непрерывное вращение в одном направлении, а не реверсивное или качательное движение.
Можно предположить, что неисправность уплотнения или ограниченный срок службы уплотнений способны увеличить объем технического обслуживания, необходимого для поддержания работоспособности машины. Это может привести к увеличению затрат на техническое обслуживание и упущенной выгоде при строительстве, проведении земляных работ или добыче полезных ископаемых и тому подобного. В этой связи существует необходимость в разработке подвижного шарнирного соединения с осью качания для механического оборудования, которое было бы более надежно, чем ужу разработанное.
Краткое изложение существа изобретения
Предлагается узел уплотнения для подвижного шарнирного соединения, образующего осевое и радиальное направления. Узел уплотнения содержит: подсборку уплотнительного кольца с контртелом, включающую элемент уплотнительного кольца с контртелом, которое содержит простирающуюся в радиальном направлении плоскую поверхность уплотнения и первую профилированную поверхность сопряжения опорного кольца, и первое опорное кольцо.
Предлагается шарнирное соединение для машины. Шарнирное соединение содержит: шкворень, образующий осевое направление и радиальное направление; первый элемент, который образует первый паз под уплотнение; второй элемент, который образует второй паз под уплотнение; узел уплотнения, включающий: подсборку уплотнительного кольца с контртелом, расположенную в первом пазу под уплотнение первого элемента; подсборку уплотнительного кольца с контртелом, включающую элемент уплотнительного кольца с контртелом, которое включает простирающуюся в радиальном направлении плоскую поверхность уплотнения и первую профилированную поверхность сопряжения опорного кольца; и первое опорное кольцо. Кроме того, шарнирное соединение содержит: подсборку манжетного сальника, расположенного во втором пазу под уплотнение второго элемента; подсборку манжетного сальника, включающую элемент манжетного сальника, который сдержит деталь манжетного уплотнения и вторую профилированную поверхность сопряжения; и второе опорное кольцо, в котором первый и второй элементы поворачиваются относительно друг друга, а первое опорное кольцо входит в зацепление с первой профилированной поверхностью сопряжения элемента уплотнительного кольца с контртелом, а второе опорное кольцо входит в зацепление со второй профилированной поверхностью сопряжения опорного кольца элемента манжетного сальника.
Краткое описание рисунков
На рис. 1 представлен вид в разрезе шарнирного соединения с осью качания, использующего узел уплотнения в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
На рис. 2 представлен увеличенный вид узла уплотнения, изображенного на рис. 1.
На рис. 3 представлен вид сбоку машины, например, колесного погрузчика, который содержит стрелу, оснащенную шарнирным соединением с осью качания, использующим узел уплотнения, изображенный на рис. 1 и 2.
На рис. 4 представлен вид сзади в перспективе стрелы машины, изображенной на рис. 3, снятой с машины для большей наглядности.
На рис. 5 представлен вид в поперечном разрезе шарнирного соединения стрелы, изображенной на рис. 4.
На рис. 6 представлен увеличенный вид узла уплотнения, изображенного на рис. 5.
На рис. 7 представлен график кривой нагрузки узла уплотнения в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения в сравнении с узлом уплотнения известного уровня техники.
Подробное описание изобретения
Ниже приводится подробное описание примерных вариантов осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые рисунки. По мере возможности на всех рисунках будут использоваться одинаковые номера позиций для обозначения тех же или похожих деталей. В некоторых случаях в этом описании будет указываться номер позиции, а на рисунках также будет отображаться номер позиции, за которым следует буква, например, 100a, 100b или апостроф, например, 100’, 100’’ и т.д. Следует понимать, что использование букв или апострофов сразу после номера позиции указывает на то, что эти механизмы имеют одинаковую форму и обладают аналогичной функцией, как это часто бывает при зеркальном отображении в плоскости симметрии. Для удобства объяснения, буквы или апострофы часто не будут включаться в настоящее описание, но могут отображаться на рисунках, чтобы указать на параллелизм механизмов, обсуждаемых в этом документе.
В различных вариантах осуществления настоящего изобретения предлагается усовершенствованная конструкция торцового уплотнения. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, уплотняющая кромка и уплотняющее контртело узла уплотнения усиливаются резиновыми опорными кольцами. Это содействует компенсации осевого смещения различных составных частей узла уплотнения.
В других вариантах осуществления настоящего изобретения, уплотняющее контртело представляет собой отдельную составную часть, которая не встроена в более крупную и дорогую составную часть, например, втулку. Это позволяет усиливать уплотняющее контртело за счет использования дополнительных деталей, например, нанесения покрытия или применения другого материала, который можно собирать из модулей и отделять от основного узла. Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением, для некоторых узлов уплотнения существует возможность подбирать необходимый материал уплотняющего контртела или осуществлять обработку поверхности для конкретного применения.
В дополнительных вариантах осуществления настоящего изобретения, уплотняющая кромка и уплотняющее контртело в радиальном направлении имеют значительно больший размер, чем у некоторых узлов уплотнения известного уровня техники. То есть в радиальном направлении образуется большая площадь поверхности, которая может использоваться для создания герметичного уплотнения среды. Следовательно, данные узлы уплотнения способны обеспечивать лучшую компенсацию смещения в радиальном направлении, так как составные части узла уплотнения смещаются в радиальном направлении по разным причинам.
На рис. 1 и 2 представлено шарнирное соединение 200 для машины 100, в котором шкворень 202 определяет радиальное R и осевое A направления. Шарнирное соединение содержит: первый элемент 204, который образует первый паз 206 под уплотнение; второй элемент 208, который образует второй паз 210 под уплотнение; и узел уплотнения 300, который включает подсборку 302 уплотнительного кольца с контртелом и подсборку 304 манжетного сальника. Подсборка 302 уплотнительного кольца с контртелом размещается в первом пазу 206 под уплотнение первого элемента 204 и включает элемент 306 уплотнительного кольца с контртелом, который в свою очередь включает: простирающуюся в радиальном направлении плоскую поверхностью уплотнения 308 и первую профилированную поверхность сопряжения 310 опорного кольца; и первое опорное кольцо 312. Подсборка 304 манжетного сальника размещается во втором пазу 210 под уплотнение второго элемента 208 и включает: элемент 314 манжетного сальника с деталью 316 манжетного уплотнения и вторую профилированную поверхность сопряжения 318 опорного кольца; и второе опорное кольцо 320. Первый и второй элементы 204, 208 свободно поворачиваются относительно друг друга, а первое опорное кольцо 312 входит в зацепление с первой профилированной поверхностью сопряжения 310 опорного кольца элемента 306 уплотнительного кольца с контртелом, а второе опорное кольцо 320 входит в зацепление со второй профилированной поверхностью сопряжения 318 опорного кольца элемента 314 манжетного сальника. Эти опорные кольца 312, 320 совместно создают необходимое осевое усилие и радиальное усилие, позволяя узлу уплотнения 300 осуществить эффективное герметичное уплотнение среды. Кроме того, эти опорные кольца 312, 320, а также упругий или гибкий элемент 314 манжетного сальника обеспечивают достаточную степень свободы составных частей уплотнения в осевом A и радиальном R направлениях при их перемещении в ходе эксплуатации.
На рис. 1 представлено более подробное изображение составных частей данного конкретного шарнирного соединения 200. Следует понимать, что оно является только примером осуществления, а узлы уплотнения, описанные в данном документе, могут использоваться во всех видах шарнирных соединений, используемых во всех типах машин. В этом соединении 100 шкворень проходит вдоль осевого направления А от одного торца шарнирного соединения 100 до другого. У первого торца 212 шкворня прикреплена пластина 214 с флажковым держателем к первому внешнему несущему элементу 216, предотвращающему смещение пластины 214 с флажковым держателем. Отверстия 218 для крепления выполнены в центре пластины 214 с флажковым держателем и примыкающем торце 212 шкворня 202, что позволяет крепить шкворень 202 к пластине 214 с флажковым держателем и предотвращать перемещение шкворня 202. Аналогичным образом, другой торец 220 шкворня 202 крепится винтом с головкой к пластине 222, которая прикреплена ко второму внешнему несущему элементу 224, примыкающему к другому торцу 220 шкворня 202, и предотвращает перемещение шкворня 202 в осевом А направлении в сторону пластины 214 с флажковым держателем. Внутри отверстий 228 первого и второго внешних несущих элементов 216, 224 выполнены бурты 226, которые окружают шкворень 202.
Средний несущий элемент, часто называемый корпусом 230 подшипника, расположен между первым и вторым внешними несущими элементами 216, 224. Подшипник или втулка 232 размещаются в отверстии 234 корпуса 230 подшипника, например, запрессовываются. Между каждым буртом 226 и втулкой 232, а также корпусом 230 подшипника и каждым внешним несущим элементом 216, 224 образуется стык 236. Возвратно-поступательное перемещение вокруг оси A шкворня 202 необходимо для того, чтобы данное конкретное соединение 200 функционировало в соответствии с подробным описанием в данном документе. Кроме того, в корпусе 230 подшипника и втулке 232 расположены смазочные пазы 238, позволяющие смазке растекаться между втулкой 232 и шкворнем 202. Существует необходимость предотвращать вытекание смазки из стыка 236 между корпусом 230 подшипника и внешним несущим элементом 216, 224. Следовательно, для предотвращения нежелательной потери смазки из стыка 236 узел уплотнения 300 следует размещать между кольцевыми торцевыми поверхностями 240 буртов 226 и кольцевыми торцевыми поверхностями 242 втулки 232. Как описано в данном документе, данный узел уплотнения 300 может применяться в любом варианте осуществления шарнирного соединения.
Как показано на рис. 1 и 2, первое опорное кольцо 312 и второе опорное кольцо 320 узла уплотнения 300 имеют одинаковую конфигурацию, также и первая профилированная поверхность сопряжения 310 опорного кольца и вторая профилированная поверхностью сопряжения 318 опорного кольца имеют одинаковую конфигурацию. Используемый здесь термин «одинаковая конфигурация» означает, что форма и размер одной детали, по меньшей мере, на 80% совпадают с формой и размером другой аналогичной детали. Весь узел способен при необходимости осуществлять поворот в осевой плоскости АР, изображенной на РИС. 2, таким образом, чтобы элемент уплотнительного кольца с контртелом и элемент манжетного сальника были обращены в противоположных направлениях по сравнению с изображением на рис. 2.
В данном варианте осуществления, элемент 314 манжетного сальника представляет собой упругий элемент, а элемент 306 уплотнительного кольца с контртелом представляет собой недеформируемый элемент. Иными словами, элемент манжетного сальника способен деформироваться без разрушения при нормальных условиях эксплуатации, а уплотнительное кольцо с контртелом по существу не деформируется при нормальных условиях эксплуатации. Например, элемент уплотнительного кольца с контртелом может иметь твердость, составляющую от 50 до 60 HRC (твердость по Роквеллу шкала C). С другой стороны, элемент манжетного сальника может иметь твердость, составляющую от 80 до 100 единиц по Шору шкала А, в частности 93 единицы по Шору шкала А. В еще некоторых вариантах осуществления, опорное кольцо может иметь твердость, составляющую от 55 до 75 единиц по Шору шкала А, в частности 64 единицы по Шору шкала А. В некоторых случаях может использоваться среднее значение.
В некоторых вариантах осуществления, элемент 314 манжетного сальника изготавливается из уретана, полиуретана, термопластичного или резинового материала. Может использоваться и любой другой подходящий гибкий или упругий материал. Точно так же элемент 306 уплотнительного кольца с контртелом может содержать металл, например, не ограничиваясь, нержавеющую сталь или стеллит. Кроме того, может использоваться любой другой достаточно недеформируемый материал. Опорные кольца 312, 320 могут изготавливаться из уретана, полиуретана, термопластичного или резинового материала. Также может использоваться любой другой подходящий материал.
Как более подробно показано на рис. 2, элемент 314 манжетного сальника представляет собой по существу L-образное тело 322, которое содержит участок 324, простирающийся в осевом направлении, и участок 326, протирающийся в радиальном направлении. Деталь 316 манжетного уплотнения элемента 314 манжетного сальника простирается от проходящего в радиальном направлении участка 326 тела 322 элемента 314 манжетного сальника. Как показано, деталь 316 манжетного уплотнения простирается как в осевом направлении A, так и в радиальном направлении R и предназначена для осевого взаимодействия с элементом 306 уплотнительного кольца с контртелом с целью создания герметичного уплотнения. Простирающаяся в радиальном направлении наклонная поверхность 328 детали 316 манжетного уплотнения обеспечивает ее прочность, особенно в радиальном направлении R, помогая этой детали 316 элемента 314 манжетного сальника противостоять повреждению из-за сдвигающих усилий, действующих на вершину детали манжетного уплотнения, и распространяющихся в радиальном направлении.
Также, элемент 306 уплотнительного кольца с контртелом представляет собой по существу L-образное тело 330, которое содержит участок 332, простирающийся в осевом направлении, и участок 334, протирающийся в радиальном направлении. Проходящая в радиальном направлении плоская поверхность 308 уплотнения образуется, проходящей в радиальном направлении, частью тела 334 элемента 306 уплотнительного кольца с контртелом. Эта поверхность 308 уплотнения или весь элемент 306 уплотнительного кольца с контртелом могут подвергаться различным видам обработки: например, антикоррозионному и абразивостойкому покрытию (полезны, при изготовлении элемента из простой углеродистой стали), нанесению любого материала или покрытия методом высокоскоростного газопламенного напыления (HVOF) или покрытия, наносимого методом физического осаждения из газовой фазы и т. д.
Промышленная применимость
На практике узел уплотнения и шарнирное соединение на рис. 1 и 2 применяются в шкворневых соединениях или шарнирных соединениях, которые используются для перемещения стрелы или рукояти ковша экскаватора, или гусеничных лент, или других механизмов на строительных, землеройных машинах или горнодобывающей технике и т. п. Специалистам в отрасли техники, к которой относится данное изобретение, очевидно, что и другие типы машин могут с успехом использовать данные шкворневые соединения. Механическое оборудование может продаваться с уже установленным узлом уплотнения в одном или нескольких шарнирных соединениях. Кроме того, узел уплотнения или его части могут продаваться в качестве запасных частей для обслуживания или модернизации таких соединений в полевых условиях. Например, шарнирное соединение, изображенное на рис. 1 и 2 уже эксплуатируется в полевых условиях и использует двухконусный узел уплотнения известного уровня техники. Новый узел 300 уплотнения имеет такую конфигурацию, которая позволяет заменять узлы уплотнения известного уровня техники новым узлом 300 уплотнения.
На рис. 3 представлен большой колесный погрузчик в качестве одного примера транспортного средства или машины 100, где могут использоваться шарнирные соединения и узлы уплотнения в соответствии обсуждаемыми здесь различными вариантами осуществления. Машины другого типа, включая, не ограничиваясь, землеройное, строительное оборудование и карьерную технику различных типов, включая машины с гусеничным приводом, могут также использовать описанные здесь различные шарнирные соединения и узлы уплотнения.
На рис. 3 представлено транспортное средство 100, которое содержит участок 102 рамы с двигателем, соединенный шарнирным соединением 106 с участком 104 рамы без двигателя. Участок 102 рамы с двигателем и участок 104 рамы без двигателя содержат соответствующую поперечную балку моста, соединенную с колесами 108. Участок 102 рамы с двигателем содержит двигатель 110 или другой агрегат, приводящий в движение колеса машины, и одновременно приводящий в движение другое оборудование машины. Также предусмотрена кабина 130, из которой водитель управляет машиной.
В проиллюстрированном варианте осуществления, транспортное средство 100 содержит землеройное оборудование, которое, в этом случае, представляет собой ковш 122, соединенный с концами пары подъемных рычагов 114, иногда называемых стрелой, которые подвижно соединены шарнирами 116 с участком 104 рамы без двигателя транспортного средства 100. Можно использовать другое рабочее оборудование, например, вильчатый захват, ножницы и т. д.
Ковш 122 прикреплен к подъемным рычагам 114 в нижней шарнирной точке 112 и в верхней шарнирной точке 118. Если оператор приводит ковш в движение, то гидравлический цилиндр 120 перемещает верхний подъемный рычаг, а это движение передается в верхнюю шарнирную точку 118 рычажной системой. Выдвижение и втягивание гидравлических цилиндров вызывает качательное движение различных рычажных механизмов стрелы относительно друг друга. Следовательно, шарнирные соединения, соединяющие эти рычажные механизмы, также выполняют качательные движения.
На рис. 4 представлены различные шарнирные соединения 400 стрелы 114, которые выполняют данные качательные движения и пригодны для использования узла уплотнения 500 (не показан на рис. 4), который включает в себя многие из признаков, которые обсуждались со ссылкой на рис. 1 и 2. Для этого варианта осуществления предполагается, что шарнирные соединения 400 и узел уплотнения 500 будут продаваться вместе с машиной 100 как часть исходного оборудования. Однако узлы уплотнения и их части могут поступать в продажу в качестве запасных частей.
На рис. 5 и 6 представлено шарнирное соединение 400 для машины 100, изображенной на рис. 3, в котором шкворень 402 образует радиальное R и осевое A направления. Шарнирное соединение содержит: первый элемент 404, который образует первый паз 406 под уплотнение; второй элемент 408, который образует второй паз 410 под уплотнение; и узел уплотнения 500, который включает подсборку 502 уплотнительного кольца с контртелом и подсборку 504 манжетного сальника. Подсборка 502 уплотнительного кольца с контртелом размещается в первом пазу 406 под уплотнение первого элемента 404 и включает элемент 506 уплотнительного кольца с контртелом, который в свою очередь включает: простирающуюся в радиальном направлении плоскую поверхностью уплотнения 508 и первую профилированную поверхность сопряжения 510 опорного кольца; и первое опорное кольцо 512. Подсборка 504 манжетного сальника размещается во втором пазу 410 под уплотнение второго элемента 408 и включает: элемент 514 манжетного сальника с деталью 516 манжетного уплотнения и вторую профилированную поверхность сопряжения 518 опорного кольца; и второе опорное кольцо 520. Первый и второй элементы 404, 408 свободно поворачиваются относительно друг друга, а первое опорное кольцо 512 входит в зацепление с первой профилированной поверхностью сопряжения 510 опорного кольца элемента 506 уплотнительного кольца с контртелом, а второе опорное кольцо 520 входит в зацепление со второй профилированной поверхностью сопряжения 818 опорного кольца элемента 514 манжетного сальника. Эти опорные кольца 512, 520 совместно создают необходимое осевое усилие и радиальное усилие, позволяя узлу уплотнения 500 осуществить эффективное герметичное уплотнение среды. Кроме того, эти опорные кольца 512, 520, а также упругий или гибкий элемент 514 манжетного сальника обеспечивают достаточную степень свободы составных частей уплотнения в осевом A и радиальном R направлениях при их перемещении в ходе эксплуатации.
На рис. 5 представлено более подробное изображение составных частей данного конкретного шарнирного соединения 400. Следует понимать, что оно является только примером осуществления, а узлы уплотнения, описанные в данном документе, могут использоваться во всех видах шарнирных соединений, используемых во всех типах машин. В этом соединении 400 шкворень 402 проходит вдоль осевого направления А от одного торца шарнирного соединения 400 до другого. У первого торца 412 шкворня прикреплена упорная пластина 414 к первому внешнему несущему элементу 416, предотвращающему смещение упорной пластины 414. Как показано на рис. 5, это предотвращает смещение шкворня 402 вправо вдоль оси А. Хотя это и не показано полностью, но другой конец шкворня прикреплен аналогичным образом ко второму внешнему несущему элементу 424. Внутри отверстий 428 первого и второго внешних несущих элементов 416, 424 выполнены бурты 426, которые окружают шкворень 402. Бурты 426 приварены к шкворню 402.
Средний несущий элемент, часто называемый корпусом 430 подшипника, расположен между первым и вторым внешними несущими элементами 416, 424. Подшипник или втулка 432 размещаются в отверстии 434 корпуса 430 подшипника. В данном варианте осуществления, втулка 432 содержит три скрепленные друг с другом составные части. Между каждым буртом 426 и втулкой 432, а также корпусом 430 подшипника и каждым внешним несущим элементом 416, 424 образуется стык 436. Возвратно-поступательное перемещение вокруг оси A шкворня 402 необходимо для функционирования данного конкретного соединения 400. Кроме того, стопорный штифт 438, который поджимается пружиной или шайбами в направлении оси А, расположен в корпусе 430 подшипника и втулке 432 для удержания шкворня 402 на месте. Существует необходимость предотвращения вытекания смазки из стыка 436 между корпусом 430 подшипника и внешним несущим элементом 416, 424. Следовательно, для предотвращения нежелательной потери смазки из стыка 436 узел уплотнения 500 следует размещать между кольцевыми торцевыми поверхностями 440 буртов 426 и кольцевыми торцевыми поверхностями 442 втулки 432. Как описано в данном документе, данный узел уплотнения 500 может применяться в любом варианте осуществления шарнирного соединения.
Как показано на рис. 5 и 6, первое опорное кольцо 512 и второе опорное кольцо 520 узла уплотнения 500 имеют одинаковую конфигурацию, также и первая профилированная поверхность сопряжения 510 опорного кольца и вторая профилированная поверхностью сопряжения 518 опорного кольца имеют одинаковую конфигурацию. Иными словами, между этими поверхностями сопряжения существуют лишь небольшие различия. Весь узел способен при необходимости осуществлять поворот в осевой плоскости АР, изображенной на рис. 6.
В данном варианте осуществления, элемент 514 манжетного сальника представляет собой упругий элемент, а элемент 506 уплотнительного кольца с контртелом представляет собой недеформируемый элемент. Иными словами, элемент манжетного сальника способен деформироваться без разрушения при нормальных условиях эксплуатации, а уплотнительное кольцо с контртелом по существу не деформируется при нормальных условиях эксплуатации. Это не обязательно для других вариантов осуществления.
В некоторых вариантах осуществления, элемент 514 манжетного сальника изготавливается из уретана, полиуретана, термопластичного или резинового материала. Может использоваться и любой другой подходящий гибкий или упругий материал. Точно так же элемент 506 уплотнительного кольца с контртелом может содержать металл, например, не ограничиваясь, нержавеющую сталь или стеллит. Опять же, может использоваться любой другой достаточно недеформируемый материал. Опорные кольца 512, 520 могут изготавливаться из уретана, полиуретана, термопластичного или резинового материала. Также может использоваться любой другой подходящий материал.
Как более подробно показано на рис. 6, элемент 514 манжетного сальника представляет собой по существу L-образное тело 522, которое содержит участок 524, простирающийся в осевом направлении, и участок 526, протирающийся в радиальном направлении. Деталь 516 манжетного уплотнения элемента 514 манжетного сальника простирается от проходящего в радиальном направлении участка 526 тела 522 элемента 514 манжетного сальника. Как показано, деталь 516 манжетного уплотнения простирается как в осевом направлении A, так и в радиальном направлении R и предназначена для создания осевого взаимодействия с элементом 506 уплотнительного кольца с контртелом с целью создания герметичного уплотнения. Простирающаяся в радиальном направлении наклонная поверхность 528 детали 316 манжетного уплотнения обеспечивает ее прочность, особенно в радиальном направлении R, помогая этой детали 516 элемента 514 манжетного сальника противостоять повреждению из-за сдвигающих усилий, действующих на вершину детали манжетного уплотнения, и распространяющихся в радиальном направлении.
Также, элемент 506 уплотнительного кольца с контртелом представляет собой по существу L-образное тело 530, которое содержит участок 532, простирающийся в осевом направлении, и участок 534, протирающийся в радиальном направлении. Проходящая в радиальном направлении плоская поверхность 508 уплотнения образуется, проходящей в радиальном направлении, частью тела 534 элемента 506 уплотнительного кольца с контртелом. Эта поверхность 508 уплотнения или весь элемент 506 уплотнительного кольца с контртелом могут подвергаться различным видам обработки: например, антикоррозионному и абразивостойкому покрытию (полезны, при изготовлении элемента из простой углеродистой стали), нанесению любого материала или покрытия методом высокоскоростного газопламенного напыления (HVOF) или покрытия, наносимого методом физического осаждения из газовой фазы и т. д.
В шарнирном соединении 400 на рис. 5 и 6 также используется упорное кольцо или шайба 536, расположенные под элементом 514 манжетного сальника и между буртом 426 и втулочным подшипником или втулкой 432. Данная составная часть может не использоваться в других шарнирных соединениях.
Во многих вариантах осуществления, внешние несущие элементы неподвижны, а корпус подшипника подвижен относительно несущего элемента, что допускает качательное движение. Для других вариантов осуществления может быть справедлива противоположная компоновка или могут использоваться другие типы движения, например, качательное движение несущего элемента и корпуса. Например, описанные здесь шарнирные соединения и узлы уплотнения также могут использоваться во вращающихся соединениях, которые непрерывно вращаются в одном направлении и т.д.
На рис. 7 представлен график кривой нагрузки узла уплотнения в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения в сравнении с узлом уплотнения известного уровня техники. Из графика следует, что новые узлы уплотнения способны выдерживать в два раза больший осевой прогиб, по сравнению с уплотнением известного уровня техники, при одновременном сохранении соответствующего уплотняющего давления. Кроме того, эффективная постоянная упругости пружины для нового уплотнения больше, чем эффективная постоянная упругости пружины для уплотнения известного уровня техники. Следовательно, новое уплотнение обеспечивает более надежное герметичное соединение, чем узлы уплотнения известного уровня техники и связанные с ним соединения.
Следует понимать, что приведенное выше описание содержит примеры конструкций и способов. Тем не менее, предполагается, что другие варианты реализации изобретения могут отличаться в деталях от вышеприведенных примеров. Все ссылки на раскрытие или примеры подразумевают ссылку на конкретный пример, обсуждаемый в этот момент, и не подразумевает каких либо ограничений в отношении объема изобретения в более общем смысле. Все формулировки отличительных особенностей и пренебрежение определенными признаками предназначаются для указания на отсутствие предпочтения для данных признаков, а не для их полного исключения из объема изобретения, если не указано иное.
Перечисленные в данном документе диапазоны значений в целом предназначены для краткой справки при ссылке на каждое отдельное значение диапазона, если не указано иное, а каждое отдельное значение включено в технические характеристики, так, как если бы оно было указана в данном документе отдельно.
Специалистам в данной области техники очевидно, что согласно изобретению, могут быть сделаны различные модификации и варианты устройств и способов сборки без отклонения от сущности и объема настоящего изобретения. Другие варианты осуществления данного изобретения будут очевидны специалистам в данной области техники в результате рассмотрения спецификации и практики использования различных вариантов осуществления, раскрытых в данном документе. Например, некоторое оборудование конструируется и функционирует иначе, чем описанное здесь, и определенные этапы любого метода могут пропускаться, выполняться в другом порядке, отличном от упомянутого, а в некоторых случаях выполняться одновременно или разбиваться на дополнительные стадии. Более того, могут осуществляться изменения или модификации некоторых аспектов или особенностей различных вариантов осуществления с созданием дополнительных вариантов осуществления, а особенности и аспекты различных вариантов осуществления могут добавляться или замещаться другими особенностями или аспектами других вариантов осуществления, предлагая еще дальнейшие варианты осуществления.
Соответственно, данное изобретение включает все модификации и эквиваленты предмета изобретения, изложенные в формуле изобретения, приложенной к данному документу в соответствии с действующим законодательством. Кроме того, любая комбинация вышеописанных элементов во всех их возможных вариантах охватывается настоящим описанием, если не указано иное или иным образом явно не противоречит контексту.
1. Узел уплотнения (300, 500) для подвижного шарнирного соединения (200, 400), образующего осевое (А) и радиальное (R) направления, содержащий подсборку (302, 502) уплотнительного кольца с контртелом, включающую элемент (306, 506) уплотнительного кольца с контртелом, который содержит простирающуюся в радиальном направлении плоскую поверхность уплотнения (308, 508) и первую профилированную поверхность сопряжения (310, 510) опорного кольца, и первое опорное кольцо (312, 512).
2. Узел уплотнения (300, 500) по п. 1, дополнительно содержащий подсборку (304, 504) манжетного сальника, включающую элемент (314, 514) манжетного сальника, который включает деталь манжетного уплотнения (316, 516) и вторую профилированную поверхность сопряжения (318, 518) опорного кольца, и второе опорное кольцо (320, 520).
3. Узел уплотнения (300, 500) по п .2, отличающийся тем, что первое опорное кольцо (312, 512) взаимодействует с первой профилированной поверхностью сопряжения (310, 510) опорного кольца, а второе опорное кольцо (320, 520) взаимодействует со второй профилированной поверхностью сопряжения (318, 518) опорного кольца.
4. Узел уплотнения (300, 500) по п. 2, отличающийся тем, что первое опорное кольцо (312, 512) и второе опорное кольцо (320, 520) имеют одинаковую конфигурацию, также и первая профилированная поверхность сопряжения (310, 510) опорного кольца и вторая профилированная поверхностью сопряжения (318, 518) опорного кольца имеют одинаковую конфигурацию.
5. Узел уплотнения (300, 500) по п. 2, отличающийся тем, что элемент (314, 514) манжетного сальника представляет собой упругий элемент, имеющий твердость по Шору шкала A, составляющую от 80 до 100, а элемент (306, 506) уплотнительного кольца с контртелом представляет собой недеформируемый элемент, имеющий твердость по Роквеллу шкала С, составляющую от 50 до 60.
6. Узел уплотнения (300, 500) по п. 5, отличающийся тем, что элемент (314, 514) манжетного сальника изготавливается из уретана, полиуретана, термопластичного или резинового материала, элемент (306, 506) уплотнительного кольца с контртелом изготавливается из нержавеющей стали или стеллита, а опорное кольцо (312, 512) изготавливается из уретана, полиуретана, термопластичного или резинового материала.
7. Шарнирное соединение (200, 400) машины (100), содержащее шкворень (202, 402), образующий осевое (А) направление и радиальное (R) направление, первый элемент (204, 404), который образует первый паз (206, 406) под уплотнение, второй элемент (208, 408), который образует второй паз (210, 410) под уплотнение, узел уплотнения (300, 500), содержащий подсборку (302, 502) уплотнительного кольца с контртелом, размещенную в первом пазу (206, 406) под уплотнение первого элемента (204, 404) и включающую элемент (306, 506) уплотнительного кольца с контртелом, который содержит простирающуюся в радиальном направлении плоскую поверхность уплотнения (308, 508) и первую профилированную поверхность сопряжения (310, 510) опорного кольца, и первое опорное кольцо (312, 512), и подсборку (304, 504) манжетного сальника, размещенную во втором пазу (210, 410) под уплотнение второго элемента (208, 408) и включающую элемент (314, 514) манжетного сальника, который включает деталь манжетного уплотнения (316, 516) и вторую профилированную поверхность сопряжения (318, 518) опорного кольца, и второе опорное кольцо (320, 520), в котором первый и второй элементы (204, 404, 208, 408) поворачиваются относительно друг друга, а первое опорное кольцо (312, 512) входит в зацепление с первой профилированной поверхностью сопряжения (310, 510) опорного кольца элемента (306, 506) уплотнительного кольца с контртелом, а второе опорное кольцо (320, 520) входит в зацепление со второй профилированной поверхностью сопряжения (318, 518) опорного кольца элемента (314, 514) манжетного сальника.
8. Шарнирное соединение (200, 400) по п. 7, отличающееся тем, что элемент манжетного сальника представляет собой упругий элемент, имеющий твердость по Шору шкала A, составляющую от 80 до 100, а элемент уплотнительного кольца с контртелом представляет собой недеформируемый элемент, имеющий твердость по Роквеллу шкала С, составляющую от 50 до 60.
9. Шарнирное соединение (200, 400) по п. 7, отличающееся тем, что элемент (314, 514) манжетного сальника представляет собой по существу L-образное тело (322, 522), которое содержит участок (324, 524), простирающийся в осевом направлении, и участок (326, 526), протирающийся в радиальном направлении.
10. Шарнирное соединение (200, 400) по п. 9, отличающееся тем, что деталь (316, 516) манжетного уплотнения элемента (314, 514) манжетного сальника простирается от проходящего в радиальном направлении участка (326, 526) тела (322, 522) элемента (314, 514) манжетного сальника; элемент (306, 506) уплотнительного кольца с контртелом включает по существу L-образное тело (330, 530), которое содержит участок (332, 532), простирающийся в осевом направлении, и участок (334, 534), а простирающаяся в радиальном направлении плоская поверхность уплотнения (308, 508) образована проходящим в радиальном направлении участком (334, 534) тела (330, 530) элемента (306, 506) уплотнительного кольца с контртелом.
