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CN111434936B - 配备有密封装置的滚动轴承 - Google Patents

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CN111434936B CN202010024093.7A CN202010024093A CN111434936B CN 111434936 B CN111434936 B CN 111434936B CN 202010024093 A CN202010024093 A CN 202010024093A CN 111434936 B CN111434936 B CN 111434936B
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Abstract

本发明涉及一种配备有密封装置的滚动轴承，该滚动轴承包括：固定至第一机构(1)的框架(10)，其具有承载密封元件(11)并具有U形几何形状的下游区段(10a)，U形几何形状由基本上轴向的底部(13a)和在该底部的边缘处围绕的内侧壁(13b)和外侧壁(13c)形成，外侧壁通过偏转部(11c)延伸，通过U形几何形状将密封腔(6)分为内侧隔室(6a)和外侧隔室(6b)；固定至第二机构(2)的壁(12)，壁具有外侧部分(12c)，通过偏转部(11c)在腔(6)的外侧开口(7)与外侧隔室(6b)之间形成减小的密封间隙(14)，偏转部(11c)具有置于外侧隔室(6b)中的外侧表面(17a)，并且相对于径向方向以处于10°至80°之间的角度β朝着开口(7)倾斜。

Description

配备有密封装置的滚动轴承
技术领域
本发明涉及一种滚动轴承，该滚动轴承由两个机构和滚动元件组成，滚动元件置于形成在这两个机构之间的滚动区域中而使这两个机构能够绕轴线相对转动。
特别地，本发明适用于机动车辆的滚动轴承，尤其是车轮轴承。有利地，根据本发明的轴承使得能够将驱动轮或非驱动轮安装在机动车辆上，其中一个机构是旋转的并且包括用于固定车轮的装置，而另一机构是固定的并且包括用于将其固定到车辆悬架元件的装置。
背景技术
一方面为了防止存在于滚动区域中的润滑剂泄漏，另一方面为了防止外部污染物污染该区域，可以在滚动区域的至少一侧配备密封装置。
特别地，密封装置可以包括固定至第一机构的框架和固定至第二机构的壁，其中，该框架装有动态密封元件，该动态密封元件具有放置成与壁的一部分摩擦接触的至少一个唇部。
为了符合日益严格的各个系列的涉及密封的规范，尤其是为了机动车辆制造商对车轮轴承的认可，该解决方案导致了较大的摩擦扭矩，除了对轴承旋转所需能量的负面影响之外，该较大的摩擦扭矩还导致了较高的工作温度水平并因而导致摩擦唇过早磨损。此外，因为污染物可以在摩擦部分的高度处进入并在旋转过程中停留在那里，这种磨损更加迅速。
为了尝试解决该问题，可以提出增加偏转部以形成入口弯道，该入口弯道被布置成限制滚动区域与外部之间的交换、特别是在摩擦部分的高度处的滚动区域与外部之间的交换。
特别地，文献WO-2018/192597提供了一种滚动轴承，其中滚动区域的至少一侧具有环形腔，该环形腔经由开口与外部连通，所述轴承装配有如上所述的密封装置，其中：
-框架具有置于腔中的下游区段，该下游区段在两侧分别形成有与开口连通的内侧隔室和与滚动区域连通的外侧隔室，并且在外侧隔室中设置有至少一个摩擦唇部，其中，所述下游区段具有U形几何形状，该U形几何形状中的外侧壁形成偏转部，该偏转部延伸到所述腔中，同时利用该U形几何形状将内侧隔室和外侧隔室分隔；
-密封壁具有外侧区段，该外侧区段自开口在轴向深度范围上界定腔，从而通过偏转部在开口和外侧隔室之间形成了减小的密封间隙。
因此，由于以下原因，外部污染物进入到滚动区域中的风险受到限制：
-偏转部用以形成阻止上述污染物进入其中放置有摩擦唇部的外侧隔室的屏障；以及
-在所述偏转部的上游形成具有适当尺寸的U形内侧隔室以回收通过开口进入的外部污染物，并且可以通过重力清空所述内侧隔室而不会污染外侧隔室。
然而，该解决方案不是完全令人满意的，因为偏转部呈现出的几何形状在污染物进入外侧隔室的情况下使污染物的重力提取变得困难并且因此导致摩擦部分的永久污染。
发明内容
本发明旨在通过特别提出一种装备有密封装置的滚动轴承来完善现有技术，该密封装置的密封界面被优化，特别是通过以利于重力提取进入所述界面中的潜在污染物的方式布置而被优化。
为此目的，本发明提出了一种滚动轴承，其包括两个机构和滚动元件，该滚动元件置于形成在所述机构之间的滚动区域中，使得这两个机构能够绕轴线相对旋转，滚动区域的至少一侧具有经由开口与外部连通的环形腔，并且所述轴承配备有密封装置，该密封装置包括：
-固定至第一机构的框架，其中，所述框架具有置于腔中的下游区段，在下游区段的两侧上分别形成有内侧隔室和外侧隔室，所述下游区段支承密封元件并具有U形几何形状，该U形几何形状由基本上轴向的底部和围绕在该底部的边缘处的两个壁(分别为内侧壁和外侧壁)形成，每个壁均具有径向高度，所述外侧壁通过密封元件的偏转部延伸，该偏转部在所述腔中延伸，同时与该U形几何形状一起分隔内侧隔室和外侧隔室；
-固定至第二机构的壁，所述壁具有外侧部分，该外侧部分自开口在轴向深度上界定腔，并利用偏转部形成了开口和外侧隔室之间减小的密封间隙，
所述偏转部具有置于外侧隔室中的外侧表面，其中，所述外侧表面相对于径向方向以处于10°和80°之间的角度β朝向开口倾斜。
附图说明
本发明的其他目的和优点在以下参照附图的描述中得以阐明，其中：
-图1以局部纵向剖视图示出了根据本发明一个实施例的配备有密封装置的滚动轴承；
-图1a是图1的放大图，其以在偏转部和密封壁的外侧部分之间的交界处形成的减小密封间隙为中心。
具体实施方式
参照这些附图，在下面描述滚动轴承，特别是用于将从动轮或非从动轮安装在机动车辆上的滚动轴承。
轴承包括两个机构，即，图中的置于外侧并固定的第一机构1、以及置于内侧并旋转的第二机构2。在所考虑的应用中，车轮旨在与内侧机构2相关联，并且外侧机构1可以具有用于将轴承固定在机动车辆的悬架元件上的装置。
在这两个机构1、2之间形成滚动区域3，以使这两个机构能够绕轴线相对旋转。在本说明书中，空间位置术语是参照轴承旋转轴线(在图中为水平的)采用的。尤其是：
-术语“内侧”是指靠近该轴线的位置，术语“外侧”是指远离该轴线的位置；
-术语“轴向”和“径向”分别指沿着该轴线的方向以及朝向或远离该轴线运动的方向。
为了能够旋转，每个机构1、2可具有两个轴向分开设置的滚动轨道1a、2a，使得在滚动区域3中形成两个滚动路径，在这两个滚动路径中分别放置了一排滚动元件4，其中，所述滚动元件呈例如滚珠的形式，这些滚珠成排地由保持架5保持。
然而，本发明不限于一种轴承实施方式，特别是在滚动元件4的几何形状方面或是在固定与旋转机构的几何形状和/或相对布局方面。
这些图表示滚动区域3的具有经由形成在机构1、2之间环形的开口7而与外部连通的环形腔6的那一侧。
在该实施方式中，第一机构1具有延伸部8，该延伸部与来自第二机构2的外侧壁9一起限定了开口7，该延伸部呈具有基本上矩形截面的环的形式，该基本上矩形的截面由径向端壁8a、外侧轴向壁8b和内侧壁8c限定，该内侧壁8c主要沿轴向延伸并且在其上形成有滚动轨道1a的一部分。
一方面为了防止存在于滚动区域3中的润滑剂泄漏并且另一方面为了防止所述区域被外部污染物、特别是由于淤渣引起的外部污染物污染，腔6配备有密封装置。
密封装置包括：
-框架10，该框架10固定至第一机构1并装配有动态密封元件11，该密封件11包括至少一个置于腔6中的唇部11a、11b。
-壁12，该壁12固定至第二机构2并延伸到腔6中，并且唇部11a、11b与该壁12摩擦接触。
框架10可以由金属材料制成，特别是通过折叠压制钢板来制成。
在图中，壁12形成在第二机构2中。作为变型，壁12可以形成在添加到第二机构2的部件上，其中该部件还可以具有与框架10相似的结构，特别是通过折叠压制钢板而形成。
框架10具有支承密封元件11的下游区段10a，其中该区段被置于腔6中，在两侧分别形成内侧隔室6a和外侧隔室6b。
在说明书中，术语“上游”和“下游”是相对于污染物从外部朝向内部进入开口7的方向定义的。此外，术语“外”和“内”是相对于所示的轴承的取向定义的，并且它们分别指代附图中左侧和右侧的位置。
在所示的实施方式中，通过将密封元件11设置成具有两个唇部11a、11b来增强动态密封，所述唇部11a、11b置于外侧隔室6b中并且在壁12上的两个分开的位置处摩擦接触。作为一种变型，至少一个唇部11a、11b可与壁12形成密封间隙。
在所示的实施方式中，壁12具有：
-径向部分12a，外侧唇部11a在该径向部分12a上摩擦接触，以形成防止外部污染物进入到滚动区域3中的屏障；和
-轴向部分12b，该轴向部分12b特别是通过在所述滚动轨道和径向部分12a之间延伸而设置作为滚动轨道2a的延伸部，并且内侧唇部11b在该轴向部分12b上摩擦接触，以形成防止润滑剂泄漏到所述滚动区域之外的屏障。
下游区段10a具有U形几何形状，该U形几何形状由基本上轴向的底部13a和在该底部13a的边缘上围绕的两个壁(分别是内侧壁13b和外侧壁13c)形成，每个壁都具有径向高度，延伸到腔6中的密封元件11的偏转部11c从外侧壁13c延伸，并与该U形几何形状一起将内侧隔室6a与外侧隔室6b分隔。
该U形几何形状使得能够在内侧隔室6a中形成用于经由开口7进入的外部污染物的回收区，其中底部13a的长度和/或径向壁13b、13c的高度足够大以在该区中容纳所述污染物，从而限制了它们进入外侧隔室6b。
为了增强轴承的动态密封和径向紧凑性，外侧唇部11a的外侧端部25与径向部分12a摩擦接触，同时该外侧唇部11a置于大于U形几何形状中的底部13a的直径D'的直径D上。
为了限制外部污染物进入外侧隔室6b，壁12具有通过圆角18连接到径向部分12a的外侧部分12c，其中，该外侧部分从开口7在轴向深度范围上界定了腔6，并且与偏转部11c一起在所述开口和所述外侧隔室之间形成减小的密封间隙14。
偏转部11c具有自由端15，该自由端在径向上与外侧部分12c相对地设置，且在所述自由端和所述外侧部分之间形成有密封间隙14。
特别地，外侧部分12c和开口7具有公共边缘16，自由端15相对于该公共边缘16轴向地向回缩进，从而避免了来自开口7并直接流动到偏转部11c上的外部污染物的弊端，并因此限制了所述污染物进入外侧隔室6b的风险。
就图1a而言，偏转部11c具有外侧表面17a，该外侧表面17a定位在外侧隔室6b中并且以相对于径向方向成10°至80°之间、特别是40°至60°之间的角度β朝着开口7倾斜。
因此，外侧表面17a形成斜面以朝向外部引导容纳在外侧隔室6b中的潜在污染物，这使得能够通过离心作用和/或重力促进所述污染物从所述外侧隔室的排出。
为了增强将污染物引导到外侧隔室6b之外，外侧部分12c相对于轴向方向以小于30°的角度α向外侧倾斜。
有利地，外侧表面17a的倾斜角β和外侧部分12c的倾斜角α是这样的：β＝-α/2+θ，其中θ是大于α/2且小于80°的正角，使得β大于α。特别地，角度θ可以为大约45°的量级。
在图中，密封元件11具有位于外侧壁13c的径向延伸部中的冠状部11d，偏转部11c从所述冠状部延伸。
特别地，冠状部11d的厚度比偏转部11c的厚度大，使得可以将所述偏转部定位得非常靠近外侧部分12c，并因此减小了密封间隙14的尺寸，同时限制所述偏转部的径向高度，以限制偏转部在污染物于其上流动时的弯曲。
为了可靠地确保没有污染物从内侧隔室6a转移到外侧隔室6b，偏转部11c具有位于所述内侧隔室中、围绕U形几何形状中的底部13a的内侧表面17b。
特别地，内侧表面17b相对于径向以在40°和60°之间的角度γ朝向开口倾斜，这使得容纳在内侧隔室6a中的潜在污染物能够被朝向开口7引导。
在所示的实施方式中，角度α是在三角法(trigonometrical)方向上相对于轴向方向测量的，角度β和γ是在反三角法(anti-trigonometrical)方向上相对于径向方向测量的。特别地，外侧表面17a和内侧表面17b分别相对于冠状部11d的一侧的径向方向朝向开口7倾斜。
就图1a而言，内侧表面17b的角度γ小于外侧表面17a的角度β，以形成具有从冠状部11c朝向其自由端15渐缩的锥形几何形状的偏转部。
有利地，内侧表面17b以与开口7和外侧部分12c之间的公共边缘16基本上对准的方式定位，这使得能够将污染物从所述内侧表面直接朝向所述开口引导。特别地，公共边缘16以与内侧表面17b的角度γ基本上相等的角度δ呈现斜面。
在所示的实施例中，框架10具有将其连接至外侧机构1的上游区段10b，其中所述上游区段具有以如下方式延伸的径向壁19a：
-在其内侧端部通过将该径向壁与下游区段10a的内侧壁13b相连接的锥形壁19b延伸；以及
-在其外侧端部通过基本上轴向的外侧壁19c延伸；
径向壁19a和外侧壁19c分别抵靠延伸部8的径向端壁8a和外侧壁8b定位。
有利地，连接上游区段10b和下游区段10a的壁19b的锥形几何形状能够使所述下游区段与滚动区域轴向分离，并且还能够使偏转部11c的自由端15在轴向上从开口7回缩定位，其具有前面提到的优点。
在图中，开口7至少部分地形成在上游区域10b和第二机构2之间。特别地，为了限制外部污染物进入开口7，上游区段10b具有：
-基本上径向的偏转部20，该偏转部插入在开口7的外侧和上游部分之间，以形成防止外部污染物进入所述上游部分的弯道；以及
-密封膜21，该密封膜位于径向壁19a上并且轴向上面对壁9的内侧部分，能够与所述内侧部分一起形成轴向尺寸减小的开口7。
此外，外侧区段10b具有端头22(bead)，该端头紧靠延伸部8定位以形成静态密封。特别地，外侧壁19c具有径向偏移的自由边缘23，以使得端头22与外侧轴向壁8b之间能够接触并因此确保静态密封。
密封元件11可以通过与框架10包覆模制而相关联。特别地，密封元件可以由柔性材料制成，例如弹性体，特别是基于丁腈橡胶(NBR)共聚物，如果需要的话可以通过诸如炭黑的填充物机械地增强，或是基于氢化NBR(HNBR)、含氟聚合物或聚丙烯酸酯。

Claims (15)

1.一种滚动轴承，所述滚动轴承由两个机构(1、2)和滚动元件(4)构成，所述滚动元件(4)置于形成在所述两个机构之间的滚动区域(3)中，使所述两个机构(1、2)能够绕轴线相对旋转，其中，所述滚动区域的至少一侧具有经由开口(7)与外部连通的环形腔(6)，所述滚动轴承配备有密封装置，所述密封装置包括：
-固定至第一机构(1)的框架(10)，其中，所述框架具有置于所述环形腔(6)中的下游区段(10a)，所述下游区段在两侧分别形成内侧隔室(6a)和外侧隔室(6b)，所述下游区段支承密封元件(11)并具有U形几何形状，该U形几何形状由在底部的边缘被两个壁围绕的、基本上轴向的底部(13a)形成，所述两个壁为内侧壁(13b)和外侧壁(13c)，所述两个壁均具有径向高度，所述外侧壁通过密封元件(11)上的偏转部(11c)延伸，该偏转部延伸到所述环形腔中，同时以所述U形几何形状分隔内侧隔室(6a)和外侧隔室(6b)；
-固定至第二机构(2)的壁(12)，固定至第二机构的所述壁具有外侧部分(12c)，该外侧部分自所述开口(7)在轴向深度上界定所述环形腔(6)，与所述偏转部(11c)一起在所述开口(7)和所述外侧隔室(6b)之间形成减小的密封间隙(14)，
所述偏转部(11c)具有置于所述外侧隔室(6b)中的外侧表面(17a)，其中，所述外侧表面相对于径向方向以处于10°与80°之间的角度β朝着所述开口(7)倾斜，所述滚动轴承的特征在于所述偏转部(11c)具有自由端(15)，所述自由端与所述外侧部分(12c)径向相对地设置。
2.根据权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，所述角度β处于40°与60°之间。
3.根据权利要求1或2所述的滚动轴承，其特征在于，所述偏转部(11c)具有置于所述内侧隔室(6a)中的内侧表面(17b)，其中，所述内侧表面围绕所述U形几何形状的所述底部(13a)。
4.根据权利要求3所述的滚动轴承，其特征在于，所述内侧表面(17b)相对于径向方向以处于40°与60°之间的角度γ朝向所述开口(7)倾斜。
5.根据权利要求4所述的滚动轴承，其特征在于，所述内侧表面(17b)的角度γ小于所述外侧表面(17a)的角度β。
6.根据权利要求4所述的滚动轴承，其特征在于，所述外侧部分(12c)具有与所述开口(7)共同的边缘(16)，所述内侧表面(17b)设置成基本对准所述共同的边缘。
7.根据权利要求1或2所述的滚动轴承，其特征在于，所述外侧部分(12c)相对于轴向方向以小于30°的角度α在外侧倾斜。
8.根据权利要求7所述的滚动轴承，其特征在于，所述外侧表面(17a)的倾斜的角度β和所述外侧部分(12c)的倾斜的角度α呈：β＝–α/2+θ，其中，θ为大于α/2且小于80°的正角，使得β大于α。
9.根据权利要求1或2所述的滚动轴承，其特征在于，所述密封元件(11)具有置于所述外侧隔室(6b)中的唇部(11a)。
10.根据权利要求9所述的滚动轴承，其特征在于，固定至所述第二机构的所述壁(12)具有径向部分(12a)，所述唇部(11a)具有在所述径向部分(12a)上摩擦接触的外侧端部(25)，其中，所述外侧端部置于大于所述U形几何形状的所述底部(13a)的直径D′的直径D上。
11.根据权利要求1或2所述的滚动轴承，其特征在于，固定至所述第二机构的所述壁(12)具有轴向部分(12b)，所述轴向部分(12b)置于所述第二机构(2)的滚动轨道(2a)的延伸部中，其中，所述密封元件(11)具有置于所述外侧隔室(6b)中的唇部(11b)。
12.根据权利要求1或2所述的滚动轴承，其特征在于，固定至所述第二机构的所述壁(12)形成在所述第二机构(2)中。
13.根据权利要求1或2所述的滚动轴承，其特征在于，所述密封元件(11)具有置于所述外侧壁(13c)的径向延伸部中的冠状部(11d)，其中，所述偏转部(11c)从所述冠状部延伸。
14.根据权利要求1或2所述的滚动轴承，其特征在于，所述框架(10)具有连接至所述第一机构(1)的上游区段(10b)。
15.根据权利要求14所述的滚动轴承，其特征在于，所述上游区段(10b)具有偏转部(20)，所述偏转部(20)插入在所述开口(7)的外侧与上游部分之间。
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