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使用形状记忆合金元件的温度自适应的径向轴封组件

阅读：63发布：2021-03-01

IPRDB可以提供使用形状记忆合金元件的温度自适应的径向轴封组件专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种动态径向轴封组件及一种将该轴封组件用于旋转轴或往复轴的方法，包括其中至少有一部分与旋转或往复轴成密封连接的弹性密封件；且一与弹性密封件相接触的形状记忆合金元件，其中形状记忆合金元件适于使得形状取向和/或模量特性作为温度变化的函数而改变，以便在从－55℃到约250℃的温度时，改变或维持抵靠旋转轴或往复轴的密封件部分的压缩力和/或密封面积。，下面是使用形状记忆合金元件的温度自适应的径向轴封组件专利的具体信息内容。

权利要求

1、一种用于密封旋转或往复轴的动态轴封组件，该密封组件包括：弹性密封件，其至少一部分与该旋转或往复轴成密封连接；和与该弹性密封件接触的形状记忆合金元件，其中该形状记忆合金元件适于使得形状取向和/或模量特性做为温度变化的函数而改变，以便在从-55℃到250℃的温度，改变或维持该密封件抵靠该旋转或往复轴的压缩力和/或密封面积。

2、如权利要求1所述的动态轴封组件，其中形状记忆合金元件不连续地绕弹性密封件设置。

3、如权利要求1所述的动态轴封组件，还包括从弹性密封件伸出并接触该旋转或往复轴的集尘唇口。

4、如权利要求1所述的动态轴封组件，其中弹性密封件由一弹性体形成。

5、如权利要求1所述的动态轴封组件，还包括与弹性密封件成结构接触的一刚性壳体。

6、如权利要求5所述的动态轴封组件，其中该刚性壳体包括一轴向部分和一径向部分。

7、如权利要求1所述的动态轴封组件，其中形状记忆合金元件安置在绕与旋转或往复轴成密封连接的弹性密封件部分处的一凹槽内。

8、如权利要求1所述的动态轴封组件，其中形状记忆合金元件包括轴向部分。

9、如权利要求1所述的动态轴封组件，其中形状记忆合金元件包括多条具有不同转变温度的线材，其中线材围绕该弹性密封件的与旋转或往复轴成密封连接的部分成圆周式设置。

10、一种温度自适应的密封，包括：弹性密封体；和与弹性密封体成压缩接触的形状记忆合金元件，其中形状记忆^T 元件适于使得形状取向和/iM^量特性作为温度变化的函数而改变，以便在部件暴露于约-55匸到约250r的环嫂温度时，改变或维^T抵'i^亥部件的密封fNP分的压缩接触力和/或密封面积。

11、如权利要求10所述的温度自适应密封，其中形状记忆合金元件不连续地绕弹性密封体布置。

12、如权利要求10所述的温度自适应密封，其中弹性密封体确定选取0形环、V形环、U形环之一。

13、如权利要求10所述的温度自适应密封，其中形状记忆合金元件嵌入到弹性体内。

14、一种将径向轴封组件安装到轴上的方法，其中该轴的外径大于密封组件的内径，该方法包括：将密封组件安装到轴上，该密封组件包括与一弹性密封体部分成压缩连接的形状记忆合金元件，其中形状记'fc^L件处于奥氏糾目态，其中将密封组件安^Jij轴上使得该举性密封体部分及该形状记'It^r元^H申展，以使该形状记'fcit件超举f生地变形并变为马氏糾目态；和一旦去除变形应力其回复到奥氏糾目态g小直径。

15、如权利要求14所述的方法，其中形状记忆合金元件包括多条具有不同转变温度的线材，其中线材围绕弹性密封件的与轴成密封连接的部分成圆周式设置。

16、如权利要求14所述的方法，其中形状记忆元件包括轴向部分。

17、一种密封一可旋转的或往复的轴的方法，包括：将密封组件安装到轴上，该密封组件包括与弹性密封体部分成压缩连接的形状记忆元件，其中形状记忆合金元件适于使得形状取向和/ iM^量特性作为温度变化的函数而改变，以便改变或维持抵靠该旋转的或往复的轴的该密封^P分的压缩接触力和/或密封面积；和在具有至少50"C温差并在约-55TC到约250匸温度范围内的环嫂中操作该密封组件。

18、如权利要求17所述的方法，其中形状记忆合金元件包括多条具有不同转变温度的线材，其中线材围绕该弹性密封件的与该旋转或往复轴成密封连接的部分成圆周式设置。

19、如权利要求17所述的方法，其中形状记忆元件包括轴向部分。

20、如权利要求17所述的方法，其中形状记忆元件不连续地绕弹性密封体部分设置。

21、一种将径向轴封组件安装到轴上的方法，其中该轴外径大于密封组件内径，该方法包括：安装一密封组件，该密封组件包括与弹性密封体部分成压缩连接的形状记忆元件，其中形状记'^L件处于奥氏糾目态，其中将密封组件安^，J 轴上使得举性密封体部分及形状记十c^r元^^申展，其中形状记'lt^件呈现出向马氏糾目态变化的应力诱发的变^f^JL其超举,变形；及^^量范围内维持由举性密封体部分所展示的一恒定的密封力。

22、如权利要求21所述的方法，还包括在在具有至少501C温差并在约- 55"C到约250匸温度范围内的环境中操怍该密封组件。

说明书全文

温度自it应的径向^i且件

技术领域

本发明涉;^一种温度自适应的径向轴封装置，其在宽的温度范围内提供了改进的密封，同时减少了与上述M装置相关的摩擦和磨损。

背景技术

大多数的汽车子系统，诸如引擎、变速器、动力传动系统、悬桂减震器、泵、刹车及其它、a/气动致动器，利用密封来防止外来杂质（污紫、灰尘、湿气、
空气等）i^v促动器和/或流^M^:动器溢出。该密封可用在静态或动态应用中。大多数动密封至少有一部分密封与滑移面或旋转面才B^触。例如，减震器具有圆
筒状活S^t，该活^^f贯通了^AJ，j封闭絲、;^t流体的闭合圓筒状管一端处的密封轴承而轴向往复运动。又例如，变速器中的大多数旋转元件需^f^I旋⑩ 密封来防止增压、;^流体的泄漏，比如，防jhitii轴颈轴^jt泄漏。
多种适于单独应用的径向M在市场上有售。才»渗漏率、工作温度范围、
最:UL许摩擦、没有对准、絲、循环寿命等等，每种密封应用具有特定的舰。在汽车的应用中，密封必定有效工作于其中的环境温度通常从大约40n到大约
150t:范围内变动，而某些密封所经受的温度可能处于更宽的温度范围内，诸如
-55匸到250n或更多。尽管市场上可以购得的径向4W满A^—温度极限处的特定应用的大多|»^求，仍难以满足在两个温度极限处所有^!^求。例如，尽管在接ii^度极限的上端（超过100t:的温度）各温M维持足够的密封摩擦/最小渗漏，在温度极限的下端（冰点及以下）各温度处时常难以使密封摩
擦最小化。大多数財技^M，J用弹簧加载的举^W料以随时间和温度而维持足够
的密封。然而，由于用于形成弹簧的材料（例如，弹簧钢、铝、黄铜等等）固有的热膨胀性，在密封所经受的宽的温度范围内，诸如在汽车环境中使用的动密封所承受到的温度范围内，不会出现均衡的弹簧负栽。
贿技术的径向糾的缺点包括^限于：ii^^擦、iiJl渗漏、iM^损、减少的寿命/耐用性、尤其是在所需工作温度范围内的不均匀的柔顺压力 (compliance pressure) /密封压力。有趣的是，最初的两个')":i^在动密封情况中相互«4。将密封紧抵靠往复或旋转元件的良好的压缩力加速了密封磨损并
缩短了使用寿命，反之减小压缩力可导致渗漏，尤其是在可使用动密封装置的温度极限处。因此，每个动密封设计是奴醋期望特性之间形成可接受的平衡的一种妥协。
因此，所需的是提^~种在宽的温度范围内有^LiL均衡fei作的?缓的密封组件。

发明内容

本文所M的是动态M组件及^JU方法。在一个实^fe例中，用于对旋转或往复的轴进行密封的动态轴封组件包括其中至少有4分与旋转或往复轴成密封连接的一萍汰密#^件、和与举性密^^件^^触的1状记')"6^^元件，其中该形状记'fc^r元件适于使得形状取向和/或模量特性作为温度变化的函数而 ?纹，以便扭-55TC到约250iC的温度时，？嫂或维持抵靠该旋转或往复轴的密封^NP分的压缩力和/或密封面积。
在另一实施例中，提供了一种温度敏感自适应的密封，其包括一弹性密封体、和与该齊性密封体^^缩接触的形状记')"6^^元件，其中形状记'fc^^元件适于使得形状取向和/或模量特性作为温度变化的函数而改变，以便在部件暴露于约-55TC到约250匸的环^^;温度时，改变或维^t抵'^i亥部件的密^HW分的压缩接触力和/或密封面积。
本发明提供了一种f径向4W组件安^iJ一轴上的方法,其中该轴具有大于密封组件内径的夕卜径，该方法包括安装一密封组件，该密封组件包4舌与一举性密封体部分^a缩连接的"^状记')t^件，其中形状记')t^件处于奥氏^N态，
其中将密封组件安^，J轴上使得举性密封体部分及形状记'l^^r元^^申展，其中形状记'fc^r变为马氏糾目态，且一旦去除变形应力其超举秘变形并回复到奥氏^目态^小直径。
本发明提供了一种#^径向##组件安^^一轴上的方法，其中该轴具有大于密封组件内径的夕卜径，该方法包括安装一密封组件，该密封组件包括与一弹法密封体部分成压缩连接的1状记'fciL件，其中形状记'l"2aiL件处于奥氏糾目态，
其中将密封组件安装到轴上使得萍性密封体部分及形状记'^^^元##展，其中形状记'fcit件呈现出到马氏^M目态的一种应力诱发的变^J^其超萍狄变形；及 ^ifc^量范围内维持由举性密封体部分所>|1示的一恒定的密封力。
本发明提供了用于密封可旋转或往复轴的方法，包括安装一密封组件，该密封组件包括与一萍汰密封体部分成压缩连接的"^状记十C^件，其中形状记'1"^
6
金元件适于使得形状取向和/或模量特性作为温度变化的函数而改变，以〗Jt^
-551C到约2501C的温度，改变或维持抵靠旋转或往复轴的密封，分的压缩力和/或密封面积；M具有至少5 0 "C温差并在约-5 5匸到约2 5 01C温度范围内的环嫂中辦密封组件。
上述的^^其它特性由下列的附图M細〖兌明所阐明。

附图说明

52#见附图，附图即M实施例且其中相同元件被标以相同的附图才射己：图1是温度自适应径向^"组件的剖视图的WI"示意图；和图2示出了相l^^/^开的典型形状记')t^件的立体图。
M实施方式
封组件相关的若干问题。已^L现，通iW妙弹簧、吊带、絲等的形状记忆 ^"^i^件，来代替或添加到绕密封唇口^^的标准金属卡紧弹簧、或是箍带、和/或金属壳体，从而可JU^W技术的密封所提出的各问题。形状记忆^r元件是外温度敏感的，且肯M目对于贿技术的密封组件而用于在宽的温度范围内提供增强的密封性能、减小的密封摩擦、减小的密^h渗漏、减小的磨损、增加的密封寿*/或耐用性。
形状记'lt^r (SMA)以多种不同的温度相关的相态存在。这些相态中最常被利用的A^i胃的马氏糾目和奥氏糾目。在下面的讨论中，马氏糾目通常指的是较易变形、较^^显度的相态，而奥氏糾目通常指的是较为刚性的、较高温度的相态。当形状记十C^r处于马氏糾目且被加热时，它开始变j^氏糾目。这种现象开始时的温度经常被称为奥氏体^温度（As ) 。 it种现象完成时的温;l^L称为奥氏体终了温度（Af)。当形状记'lt/^^处于奥氏糾目态且被;HP时，它开始变成马氏糾目，JLit种现象开始时的温度被称作马氏体M温度（Ms)。奥氏体完成到马氏体的转变时的温度被称作马氏体终了温度（Mf )。通常，形状记寸C^r 在其马氏⑩态较^JL更易于变形，在M氏4^态则更坚硬、刚硬和/或更为刚'性。鉴于前述'^t，形状记'lt^r^^^i^tA在等于或低于奥氏皿变温M (^Mbi低于As ) 。 g在奥氏M变温度以Ji^热，导IU^的形^^己十z^r回复到其固定形状。因此，与形状记'fc^^^^M的适合激活信号，是一个热激活信号，其幅值导致在马氏#奥氏糾目态间的变形。形状记'fc^r回'fc^,^热后其高温形状时的温度，可通过轻^?支变^r成分和经由热处理而被调整。例如，在镍-钬形状记'jL^金中，该温度可以从超过约loox:变^f^jij到4氐于约-1oor 。形状^lita^在^5^ui^的范围内，且取决于期望的应用和^r成分可以将变形的开始和终了控制在一或两度内。形状记'It^r^才;L^^H生，4#^它们变形的温度范围内极;^变化，通常提供了形状记忆雌、超举ti^及高阻^:量。
合适的形状记'fc^H"料包括而非旨絲限于：镍-4i^合金、铟-^^合金、镍-铝基妙、镍-镓基棘滅娃（例如，铜-锌妙、铜-^ir、铜-金及铜-^^r)、金-^4^n银-錄M、铟-錄娃、锰-铜基合金、铁-钿基合金、铁-4&i^^r等。这些金属可以是二元的、三元的，或靴更高MitJt的，只^^r成分显示了形状记忆雌，例如：形状取向的变化、屈月艮强度的变化、和/或挠曲模量4«、阻^:量、超弹性等的变化。对合适的形状记十6^^成分的选择取决于构件将工作的温度范围。
图l示出了利用形状记')t^r元件的一种典型的动态径向^^组件10。密封组件10设置为与旋转或往复的径向轴12以密封方i^目连接，M常包括一压缩密封体14， ^A有与轴12成密封接触的至少一个密封唇口 16。设置成与密封唇口成压缩连接的是"^状记'fc^^元件18。该形状记十6^金（SMA)元件可以安置在位于密封体中的凹槽内。该密封装置还包^^金属壳体，以^^于使得密封装置具有刚性，并进一步辅助限定密封装置的内^S^卜径。该壳体包括一轴向部分;s^—径向部分。轴向部^JJJ^伸并I^向内弯曲约90°形成该径向部分。
尽管本发明参照径向轴进^t^述，但是^^页域的^it技^A员#^人识到往复轴的横截面形状可以改变，JL^文所公开的密封组件可以容易地改it^密封地与
轴的特定M面;i^r形树目吻合。
可i^&，密封装置10可以进一步包括额外的唇部，诸如用于防止密封装置 W卜的污祐或其它污染物的i4^。密封装置10的直径如atb^定，即，使其能紧密]iWJ^外部元件22及往复或旋转轴。该密封装置^J4是曲面形状，以致绕轴的圆周紧密SC^。
该形状记'fc^全（SMA)元件可以被构iM/^r结构形式，诸如^Af，JJL^ 合密封体的旋转对称外形的连续^N"或条带。图2示出了典型的形^JL不是旨在
限制。该元件在圆周或径向方向内可以是不同;x^r形状，包括直线形、王冠形、 ^A诸如具有波J^皮谷在径向密封方向内延伸的正弦波形状的波浪形。这些特殊
形状、成分、弹簧数、及形式将;Ut^于应用及期望的压缩负载。例如，具有
增加而逐步增加刚度，以#|^尝密##耕|^^量的#^减小。同样地，形状记忆
^(SMA)餅/絲环可以^A^密封体内，该线材/絲在密封装置的安装 ^jt常工作温度下将处于^:氏^^态。这将提#-种密封装置，例如其中密封
#形状记忆^ (SMA)元件可以^tt^iW申^安^轴上；该形^^己忆合金（SMA) ^N"呈现出到马氏体形态的应力诱导相变，即超举性，一J9^多除变形应力，超举I4能导致SMA线材回复到M小直径并抵靠该轴。
在另一实施例中，提供了一种将径向轴封组件安^'J轴上的方法，其中轴的外径大于密封组件的内径，该方法包括糾常包含了形状记'lt/^^元件的一密封组件安装为与一弹性密封体部分成压缩连接，其中形状记忆元件处于奥氏糾目态，其中将密封组件安鈔'J轴上伸展了举汰密封体部分及形状记'fc^^元件，其中形状记'fc^件呈现出到马氏糾目态的一种应力诱导相变且其超弹l^变形；应力^tA变形足以导致形状记')"6^r元WMt在马氏糾目态，且因jH^^量范围内、例女，在全工作温度范围内维持由举性密封体部分所展示的一恒定的密封力。
在又一个实施例中，使用不连续的形状记'lt^金（SMA )元件（见图2C及E)，例如其中优先脉圆周和/或径向模子内将密封##料从SMA元件，以iiJiJ所期望的功能性。形状记十6^r/成分材料的特性基于密封要^i^取。如絲底密封在高温处;^R供足够的密封，_0^>(^显处有过量的摩擦，SMA的特性可以被调，加阈值温度以上的密封压力来防#漏，同时在^S处可以释放过量的压力 (由于SMA的低温马氏糾目态的较^^量）以减少密封摩擦，或反之亦然。加热时的形状记忆效应可以复原密封的;U5T形;^5L密封压力。尽管唇式动态^H皮示作范例，有可能采#^>开其它类型的密封形状，诸如0形环、磨损环、V形环、U 形环及其它类型的密封形状，iM^得适于密封的行为及预期作用的温度响应。用于制造这些密封的典型材料包括^(a^局限于，腈、»欧、聚四氟乙烯（PTFE)、聚M曱酸乙酯等。SMA元件可以连续或非连续^AJ'J或布置在上面所指出的密封形状的^""表面上。
该主体^^也由##^料形成。适合的举^N"料包括：聚丁二烯、聚异丁烯、苯-丁-苯乙烯、聚乙烯、多减化物、g胶、腈等。
有利的是，具有形状记'lt^L件的密封组件^N如对于"fit汽车应用而言约-40C到约150"C间的宽温度范围上的密封磨损;5L^率，？说为对于i^fel端情况的汽车应用而言在宽约-551C到约250t:的温度范围的密封磨损^t率。在一个实施例中，密封组件所受的温差大于501C，和在另一实施例中大于701C， JL在又
一个实施例中大于100"C。
如本文所使用的，术语"第一"、"第二"等不表示^n^或重要性，
而A^于4f-元件与另一元件区分开来，-B沭语"该"、"一个（a )"、和"一个（an)"不表示数量限制，而A^示至少一个所M项的存在。jrt^卜，针对相同数量的给定构件或测量的所有范围都包括端点，且可以独立^i且合。
尽管^Z/Hf已参考实施例加以说明，;M页域的熟练技权员将贿为在不离开本公开的范围的情况下，可以进行各种更改、且可以使用等效物来^f戈其元件。另夕卜，在不离开本公开的实质范围的情况下，可以作出许多变型以使特殊形
势或材被于;^^的指导。因此，>^/>^的意图是不局限于作为所设想的^^亍 ;^>开的最#^式而公开的特殊实施例，但该>5^将旨在包括属于所附权矛溪求
范围内的所有实施例。

标题	发布/更新时间	阅读量
轴封-专利编号CN105008776B	2020-05-12	430
轴封-专利编号CN103994222A	2020-05-12	373
轴封-专利编号CN102094972A	2020-05-13	123
轴封-专利编号CN101156008A	2020-05-11	373
轴封-专利编号CN105090509A	2020-05-12	139
轴封装置-专利编号CN110785588A	2020-05-13	531
轴封-专利编号CN105008776A	2020-05-11	178
轴封-专利编号CN103994222B	2020-05-11	340
轴封-专利编号CN108506132A	2020-05-11	626
轴封装置-专利编号CN103906953B	2020-05-13	785

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