CN105864299B - 轮毂轴承及其密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉轮毂轴承及其密封装置。轮毂轴承密封装置包括轮毂轴承内圈、外圈、环形的密封件和密封挡圈，密封挡圈被固定到内圈，密封件的外周被固定到外圈。在密封件内部有金属骨架，密封件通过金属骨架固定在外圈上，并且密封件在金属骨架上设有密封唇缘，所述密封唇缘与密封挡圈形成干涉接触。密封件内部还设有另一金属骨架层，其径向地设置在金属骨架内侧并与金属骨架具有不同的热膨胀系数，与金属骨架构成双金属片式骨架。密封装置工作时，双金属片式骨架可以根据温度的变化动态调节密封唇缘和密封挡圈之间的过盈量。根据本发明的轮毂轴承，起动扭矩小，工作条件下的密封效果好，结构简单，可靠且容易维护。

Description

轮毂轴承及其密封装置

技术领域

在第一方面，本发明涉及轮毂轴承的密封装置。更加具体地，本发明涉及一种轮毂轴承密封装置，其中利用密封件覆盖轮毂轴承的内圈和外圈之间的空间，并且密封挡圈在轴向上设于密封件的外侧上。在第二方面，本发明涉及一种轮毂轴承。

背景技术

例如用于在车辆中使用的轮毂轴承包括密封装置，其利用环形的密封件覆盖外圈和内圈之间的空间，从而抑制异物(诸如水和尘土)侵入轴承内部并防止润滑油脂泄漏。另外，因为轮毂轴承需要允许内圈和外圈之间的相对旋转，所以密封件的外周被固定到外圈，而密封件的内周与内圈形成滑动接触。

但是，仅仅通过密封件覆盖外圈和内圈之间的空间无法获得阻止水和尘土从外侧侵入和阻止油脂泄漏的充分密封性质，并且难以抑制油脂泄漏以及抑制水和尘土从密封件的内周和内圈之间的空间进入轴承的内部。

为了防止外部异物侵入轮毂轴承，通常沿轴向在密封件的外侧上设置呈屏蔽板形式的密封挡圈，密封挡圈被固定到内圈，密封件的内周与密封挡圈形成接触。

图1显示了一种如上所述的传统轮毂轴承密封装置，其中图1是现有技术的轮毂轴承的截面视图，图1A是图1中的部分X的放大视图。在图1中，轮毂轴承为双列滚珠轴承，包括：外圈1’；内圈3’；用于保持双列滚珠(未标出)的保持架(未标出)；用于覆盖内圈3’和外圈1’之间限定的空间的密封件2’；和在轮毂轴承轴向上设于密封件2’外侧的密封挡圈4’。内圈3’、外圈1’、密封件2’和密封挡圈4’构成轮毂轴承的密封装置。

如图1A所示，密封件2’的外周被固定到外圈1’上，与外圈1’一起处于静止状态，密封挡圈4’被固定到内圈3’上，随内圈3’一起旋转。在图1A中，密封挡圈4’是环形金属板，其被弯曲成L形，一条支腿朝轮毂轴承的内部延伸并被固定到内圈3’。此外，在密封件2’内部有金属骨架23’，利用该金属骨架23’使密封件2’的外周与外圈1’固定在一起，并且密封件2’在其金属骨架23’上注射模制有第一径向密封唇缘22’和第二轴向密封唇缘21’，两个密封唇缘分别沿轮毂轴承径向和轴向延伸并与L形密封挡圈4’的两条支腿形成干涉接触。通过设置密封唇缘与密封挡圈的干涉接触程度(即过盈量)，实现密封，其中第一径向密封唇缘22’阻止油脂泄漏，而第二轴向密封唇缘21’阻止水和尘土等外部污染侵入轮毂轴承内部。

现有技术的轮毂轴承密封装置中，密封件主体与金属骨架23’一起形成密封件2’。

传统的设有例如上述密封件2’的轮毂轴承的起动扭矩较高，并且大大高于运行扭矩。如图2A-2B所示，有密封件的轮毂轴承的运行扭矩为0.61Nm,无密封件的轮毂轴承的运行扭矩为0.29Nm，有密封件的轮毂轴承的起动扭矩为1.35Nm,无密封件的轮毂轴承的起动扭矩为0.43Nm。由此可以得出，密封件所引起的起动扭矩为0.92Nm,该数值达到无密封件的轮毂轴承的起动扭矩的2.14倍。这是因为，当轴承起动时，由于密封件的密封唇缘与密封挡圈之间的干涉接触，造成摩擦扭矩较高。

此外，由于起动时润滑不足，密封件所引起的摩擦扭矩占据轮毂轴承的起动扭矩的较大比例。进而，由于起动扭矩较高，不易起动，因此传统的轮毂轴承需要更强力的驱动装置，这影响了轮毂轴承的性能。

因此，存在对改进的轮毂轴承密封装置的需要。

发明内容

本发明提供一种轮毂轴承密封装置，其包括轮毂轴承内圈、外圈、环形的密封件和密封挡圈，密封挡圈被固定到内圈，密封件的外周被固定到外圈。在密封件内部有金属骨架，利用该金属骨架使密封件的外周固定到外圈，并且密封件在金属骨架上分别设有径向和轴向密封唇缘，其分别沿轮毂轴承径向和轴向延伸并与密封挡圈形成干涉接触。本发明的轮毂轴承密封装置的特征在于，密封件内部还设有另一金属骨架层，其径向地设置在金属骨架内侧并与金属骨架具有不同的热膨胀系数，与金属骨架构成双金属片式骨架，该双金属片式骨架被构造用以在所述密封装置工作时，随温度的变化动态地调节径向和轴向密封唇缘和密封挡圈之间的过盈量。

根据本发明的实施例，该双金属片式骨架被构造为随着温度升高而增加所述密封唇缘和密封挡圈之间的过盈量。

与传统的轮毂轴承密封装置相比，本发明的轮毂轴承密封装置采用双金属片式骨架，代替通常的金属骨架。在工作过程中，双金属片式骨架随着温度变化同时改变径向和轴向密封唇缘与密封挡圈之间的干涉接触程度，特别是在起动阶段和运行阶段。在起动阶段，由于起动时温度低，干涉接触程度小，因此摩擦扭矩小，同时润滑油脂被很好地密封。因此，减小轮毂轴承的起动扭矩，同时保证防尘和密封效果。而在运行阶段，轮毂轴承运转温度高，油膜形成良好，密封唇缘在密封条件下工作，干涉接触程度虽增加但合适。由于稳定运行时温度高，润滑油脂工作良好，干涉接触程度合适，因此润滑油脂被很好地密封，且摩擦扭矩合适。

优选地，在轮毂轴承起动时的通常温度下，双金属片式骨架的内侧金属骨架层向内收缩，使密封件向内弯曲，从而使径向和轴向密封唇缘同时远离密封挡圈移动，减小轴承密封唇缘与密封挡圈之间的干涉接触程度，由此减小了密封唇缘与密封挡圈之间的摩擦扭矩。可选地，在起动时的通常温度下，双金属片式骨架的内侧金属骨架层可以处于常态，既不收缩也不扩张。

在轮毂轴承起动之后，润滑油膜逐渐形成，轴承温度逐渐升高。随着温度升高，双金属片式骨架的内侧金属骨架层向外扩张，使密封件向外弯曲，从而使径向和轴向密封唇缘朝向密封挡圈移动，增加轴承密封唇缘与密封挡圈之间的干涉接触程度，直至轮毂轴承达到稳定的工作温度，金属骨架层从向内收缩状态变为常态或从常态变为扩张状态。

根据本发明的实施例，轴承密封唇缘被注射模制在双金属片式骨架上。

根据本发明的实施例，密封挡圈弯曲为L形，其一条支腿朝轮毂轴承的内部延伸并被固定到内圈，密封唇缘包括分别与密封挡圈的两条支腿分别干涉接触的第一径向密封唇缘和第二轴向密封唇缘。与被固定到内圈的一条支腿干涉接触的第一径向密封唇缘阻止油脂泄漏，而第二轴向密封唇缘阻止水和尘土等外部污染侵入轮毂轴承内部。轮毂轴承的摩擦扭矩由第一径向密封唇缘、第二轴向密封唇缘和密封挡圈之间的摩擦导致，第一径向密封唇缘导致的摩擦扭矩大于第二轴向密封唇缘导致的摩擦扭矩。双金属片式骨架的形状能够随着温度变化而变化，从而改变第一径向密封和第二轴向密封唇缘与密封挡圈之间的摩擦扭矩。

根据本发明的实施例，第二轴向密封唇缘在所述密封件的面对所述密封挡圈的侧表面上在轴向上向所述轮毂轴承的外部扩展。

根据本发明的实施例，第一径向唇缘在所述密封件的面对所述密封挡圈的侧表面上在径向上向所述内圈扩展。

根据本发明的实施例，优选地，在双金属片式骨架上设有周向狭槽。优选地，周向狭槽沿周向均匀布置。通过双金属片式骨架上的狭槽，由于变形所造成的内应力得到了减小。因此，在一定强度的前提下，可以更好地响应温度变化。

本发明还提供一种轮毂轴承，其特征在于：其包括上述的轮毂轴承密封装置。

与传统的轮毂轴承相比，根据本发明的轮毂轴承具有以下优点：

1.结构简单，容易制造，制造成本低。

2.同时调节径向和轴向密封唇缘与密封挡圈之间的干涉程度可以获得理想的起动扭矩。

3.起动时，旋转速度低，润滑不充分，而径向和轴向密封唇缘与密封挡圈干涉接触程度较小，由此可以提供密封效果并且减小起动扭矩。

4.起动时，润滑油膜可能尚未形成，而径向和密封唇缘与密封挡圈干涉接触程度较小，由此可以有效避免密封唇缘与密封挡圈之间的干摩擦所造成的损伤。

5.起动时，第一径向密封唇缘和第二轴向唇缘所引起的摩擦均得到减小，由此减小了较大比例的摩擦，从而显著减小了起动扭矩。

6.径向和轴向密封唇缘和密封挡圈之间的干涉接触由温度变化控制，当温度不变时，干涉程度保持稳定。这非常适合于轮毂轴承的密封。

7.轮毂轴承密封装置在保证工作状态下的密封效果的同减小了起动扭矩。

附图说明

本领域技术人员通过参照附图，通过下文例证性实施例的详细说明，将明白和理解本发明的这些和其它方面和优点。在图中：

图1是现有技术的轮毂轴承的截面视图；

图1A是图1中与轮毂轴承密封装置有关的部分X的放大视图；

图2A-2B分别是在有密封件和无密封件的情况下所引起的摩擦扭矩的示意图表；

图3是本发明实施例的轮毂轴承的截面视图；

图3A是图3中与轮毂轴承密封装置有关的部分X的放大视图；和

图4是本发明实施例的轮毂轴承密封装置的双金属片式骨架的示意图。

附图标记列表

1’ 外圈

2’ 密封件

3’ 内圈

4’ 密封挡圈

21’ 第二轴向密封唇缘

22’ 第一径向密封唇缘

23’ 金属骨架

1 外圈

2 密封件

3 内圈

4 密封挡圈

21 第二轴向密封唇缘

22 第一径向密封唇缘

23 金属骨架

24 金属骨架层

25 狭槽

具体实施方式

在下文例证性实施例的详细说明中，将参照图3-4描述本发明的各个特征和方面。

图3示出包括根据本发明实施例的轮毂轴承密封装置的轮毂轴承的局部截面视图。图3A示出图3所示的轮毂轴承的密封装置部分X的放大视图。

在图3中，轮毂轴承为双列滚珠轴承，包括：外圈1；内圈3；用于保持双列滚珠(未标出)的保持架(未标出)；用于覆盖内圈3和外圈1之间限定的空间的密封件2(例如为橡胶材料)；和在轮毂轴承轴向上设于密封件2外侧的密封挡圈4。内圈3、外圈1、密封件2和密封挡圈4构成轮毂轴承的密封装置。

如图3A所示，密封件2的外周被固定到外圈1，与外圈1一起处于静止状态，密封挡圈4被固定到内圈3，随内圈3一起旋转。在图3A中，密封挡圈4是环形金属板，其被弯曲成L形，一条支腿朝轮毂轴承的内部延伸并被固定到内圈3。此外，在密封件2内部设有金属骨架23，利用该金属骨架23使密封件2的外周与外圈1固定在一起，并且密封件2在其金属骨架23上注射模制有第一径向密封唇缘22和第二轴向密封唇缘21，两个密封唇缘分别沿轮轴承轴向延伸并与L形密封挡圈4的两条支腿形成干涉接触。通过设置密封唇缘与密封挡圈的干涉接触程度，实现密封，其中第一径向密封唇缘22阻止油脂泄漏，而第二轴向密封唇缘21阻止水和尘土等外部污染侵入轮毂轴承内部。

密封挡圈4面对密封件2的侧表面被形成为平行于密封件2的侧表面的平坦表面。

此外，密封件2内部还设有另一金属骨架层24，其径向地设置在金属骨架23内侧。该金属骨架层与金属骨架23具有不同的热膨胀系数，从而与金属骨架23构成双金属片式骨架。在本实施例中，该双金属片式骨架的热膨胀系数选择成低温下减小密封唇缘21和22与密封挡圈4之间的过盈量，且随着温度升高而增加密封唇缘21和22与密封挡圈4之间的过盈量。例如，可以这样设置，在起动温度下，内侧的金属骨架层24向内收缩，而在工作温度下，内侧的金属骨架层24恢复到常态。或者，在起动温度下，内侧的金属骨架层24处于常态，而在工作温度下，内侧的金属骨架层24向外扩张。

第二轴向密封唇缘21在密封件2的面对密封挡圈4的侧表面上在轴向上向轮毂轴承的外部扩展，而第一径向密封唇缘22在密封件2的面对密封挡圈4的侧表面上在径向上向内圈3扩展。

为减小双金属片式骨架变形所造成的内应力，在双金属片式骨架上沿周向均匀地设有周向狭槽25，如图4所示。

本发明实施例的轮毂轴承密封装置中，密封件主体与由金属骨架23和金属骨架层24构成的双金属片式骨架一起形成密封件2。

在本实施例中，在起动时的通常温度下，双金属片式骨架的内侧金属骨架层24向内收缩，使密封件2向内弯曲，从而使密封唇缘21、22远离密封挡圈4移动，减小轴承密封唇缘21、22与密封挡圈4之间的干涉接触程度，由此减小了密封唇缘21、22与密封挡圈4之间的摩擦扭矩。由于起动时温度低，干涉接触程度小，因此摩擦扭矩小，同时润滑油脂被很好地密封。因此，减小轮毂轴承的起动扭矩，同时保证防尘和密封效果。

在轮毂轴承起动之后，润滑油膜逐渐形成，轴承温度逐渐升高。随着温度升高，双金属片式骨架的内侧金属骨架层24向外扩张，使密封件2向外弯曲，从而使密封唇缘21、22朝向密封挡圈4移动，增加轴承密封唇缘21、22与密封挡圈4之间的干涉接触程度，直至轮毂轴承达到稳定的工作温度，金属骨架层24恢复到常态。此时，油膜形成良好，密封唇缘21、22在密封条件下工作，干涉接触程度合适。

上面参考例证性实施例描述了本发明。但是，通过阅读和理解本发明的说明书和附图，本领域技术人员可以想到其它变型和替换。例如，在实施例中，第二轴向密封唇缘21在密封件2的面对密封挡圈4的侧表面上在轴向上向轮毂轴承的外部扩展，密封挡圈4被固定到内圈3。但是，第二轴向密封唇缘也可以在密封件的面对密封挡圈的侧表面上在径向上向内圈扩展，密封挡圈也可以被直接固定到轮毂轴承所安装的轴。因此，本发明不限于以上描述的实施例，而是可以在权利要求书的范围内对本发明作出修改和变化。本发明的意图是包含所有这些变型和替换，它们均落入附权利要求书及其等同物的范围内。

Claims (7)

1.一种用于轮毂轴承的密封装置，其包括轮毂轴承内圈、外圈、环形的密封件和密封挡圈，所述密封挡圈被固定到内圈，所述密封件的外周被固定到所述外圈，在所述密封件内部有金属骨架，利用该金属骨架使所述密封件的外周被固定到所述外圈，并且所述密封件在金属骨架上设有密封唇缘，所述密封唇缘与所述密封挡圈形成干涉接触，其特征在于，所述密封件内部还设有另一金属骨架层，其径向地设置在所述金属骨架内侧，与所述金属骨架具有不同的热膨胀系数，并且与所述金属骨架构成双金属片式骨架，所述双金属片式骨架被构造用以在所述密封装置工作时，随温度的变化动态地调节所述密封唇缘和密封挡圈之间的过盈量，该双金属片式骨架被构造为随着温度升高而增加所述密封唇缘和密封挡圈之间的过盈量，

该双金属片式骨架被构造为在轮毂轴承起动时为向内收缩状态，而在轮毂轴承工作状态下为常态，或者

该双金属片式骨架被构造为在轮毂轴承起动时为常态，而在轮毂轴承工作状态下为扩张状态。

2.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于，所述轴承密封唇缘被注射模制在所述双金属片式骨架上。

3.根据权利要求1或2所述的密封装置，其特征在于，所述双金属片式骨架上设有周向狭槽。

4.根据权利要求1或2所述的密封装置，其特征在于，所述密封挡圈弯曲为L形，其一条支腿朝轮毂轴承的内部延伸并被固定到所述内圈，且所述密封唇缘包括分别与所述密封挡圈的两条支腿分别干涉接触的第一径向密封唇缘和第二轴向密封唇缘。

5.根据权利要求4所述的密封装置，其特征在于，所述第二轴向密封唇缘在所述密封件的侧表面上沿轴向向所述轮毂轴承的外部扩展，所述侧表面面对所述密封挡圈。

6.根据权利要求4所述的密封装置，其特征在于，所述第一径向密封唇缘在所述密封件的侧表面上沿径向向所述内圈扩展，所述侧表面面对所述密封挡圈。

7.一种轮毂轴承，其特征在于，其包括权利要求1-6中任一项所述的密封装置。