密封圈

密封圈

本发明涉及一种用于各种液压和气动设备中的轴的密封的密封圈，更具体地说，涉及一种适用于车辆的自动变速器中的轴和壳体的密封的密封圈。

如图1和图2中所示，这类密封圈5这样地配置在轴1的圆柱形外表面上的一对隔开的环形槽4中，使得其每个圆柱形外表面5’可滑动地与壳体2的圆柱形内表面6相接触，从而通过密封圈5把供给至两个槽4之间的油路的液压油3密封住。

这类密封圈5的圆柱形外表面5’通过液压力被压紧在壳体2的圆柱形的内表面6上，如图2所示，并且密封圈5在环形槽4的侧面4a与密封圈的侧面7之间相对滑动。在这种使用情况下，要求密封圈5具有较小的摩擦损失并且在一个较长的时间周期中保持良好的密封能力。

为了保持如图2所示的良好的密封状态，在密封圈的侧面7与轴1的环形槽4的侧面4a之间的摩擦力必须始终小于在壳体2的圆柱形内表面6与密封圈的圆柱形外表面5’之间的摩擦力。

当在密封圈的侧面7与轴1的环形槽的侧面4a之间的摩擦力增大并且密封圈5开始在圆柱形外表面5’与壳体2的圆柱形内表面6之间滑动时，密封圈的圆柱形外表面的磨损就增加，同时使空隙的间距增加，从而增加了从该空隙的泄漏并且降低了密封能力。此外，如果在每个滑动部分的摩擦损失很大，除磨损外，由于摩擦热还可能发生粘附现象，因而很快发生系统故障。

近来，为改进燃油消耗已经在减轻自动变速器的重量方面取得许多进步，含有接近于共晶结构的硅的铝合金铸件已经用作壳体和轴件。这类铝合金与过去使用的铸铁件相比硬度较低，因而容易磨损。这类铝合金还有一个固有问题，即它的结构由于冷却速度或者组分偏析的影响容易变得不均匀。因此，在该结构不存在共晶硅处就往往会发生磨损或粘附。此外，在加工环形槽时，这类铸铝合金往往容易在槽的侧面上引起撕裂或类似问题，这与切削工具的刀刃的形状、刀座的机械刚度以及切削条件有关。当常规的密封圈与这种硬度低(即结构不均匀)和表面质量不佳的滑动表面相啮合时，往往会发生滑动表面磨损，粘附以及密封能力降低的现象。因此需要重新研究密封圈的形状和材料性能。

为了减少密封圈的侧面的磨损，人们已经提出了各种建议。根据日本实用新型公开说明书平3-88062(1991)，文中提出在具有矩形截面并且用树脂制成的密封圈的圆柱形外表面和侧面提供螺旋状凹口或梳状油兜。但是，虽然原打算从凹口或油兜中有效地把油引入滑动部分，但正是由于提供了凹口而发生了在滑动表面没有油膜形成的问题。此外，只有当转动方向是沿一个特定的方向时，它才能发生泵动效应，因此不但在装配密封圈时必须要选择该方向而且有被错误装配的危险。在梳状油兜的情况下，虽然不存在依赖于转动方向的问题，但是油膜的形成被认为是不够的。也就是说，在滑动表面上有效地形成油膜效应不能只是借助该建议的内容而实现。此外，在圆柱形外表面和侧面上的摩擦力的平衡往往会破坏，因而在两个实例中密封圈可能以其外圆周侧表面固定在壳体件上或者以其侧面固定在轴件上。而且，由于对密封圈的空隙部分没有进行考虑，从而产生了密封圈空隙部分强烈地与轴件或壳体件相接触的问题，由此造成了磨损和粘附。

根据日本实用新型公开说明书平4-84864(1992)，文中提出在密封圈的侧面上提供一种用来贮存润滑油的油兜，该密封圈用树脂制成并具有矩形截面。但是，即使形成了该油兜，也没有油吸入到密封圈的滑动表面上。即使由于滑动而在密封圈的侧面上产生了油膜压力，但由于该油膜压力而浮动的密封圈的圆柱形内表面的运动仍受到阻碍，因为密封圈的圆柱形外表面是平的。因此，摩擦损失没有减少，磨损和粘附仍然会发生并且很难在较长的时间周期内保持密封能力。

根据本日实用新型公开说明书平6-18764(1994)，文中提出多个润滑凹槽不是从密封圈侧面的内或外圆周侧的一侧进入到对置侧，而是都沿着密封圈侧面的圆周方向。但是，正是由于提供了该润滑凹槽，使油膜不能充分地形成。

因为该润滑凹槽或凹形部分对于密封圈的空隙构形具有一种影响，所以必须对它们作出改进。根据日本实用新型公开说明书平6-45172(1994)，文中提出在密封圈侧面上沿圆周方向提供多个润滑凹槽，该密封圈的对接端被切出一个斜角并且形成多个与该切出的斜端面相交的凹槽。但是，这种结构也很难在较长的时间周期内保持密封能力。

因此，本发明的目的是通过提供一种既能减少摩擦损失又能获得良好密封性能的密封圈来解决上述问题，这些问题的产生是与减轻自动变速器的重量相连系的并且很难用上述现有技术来解决。

为了解决上述问题，本发明基本上采用了在密封圈的与环槽侧面相接触的侧面上沿圆周方向隔开地提供多个油槽和与该油槽保持连续的凹面部分的装置。

通过采用该装置，进入轴的环形槽的底部的液压油被吸入油槽并且充满在凹面部分中，当密封圈相对于轴滑动时，在环形槽的侧面与密封圈的侧面之间就形成了油膜，并且在环形槽与密封圈之间的相对滑动可通过油膜压力所造成的浮力而加速。此时，凹面部分作为楔子作用生成面起作用并且确保上述油膜的产生。

具体地说，根据本发明提供了一种用于密封可以相对转动的轴和壳体的密封圈，其中密封圈安装在轴的圆柱形外表面上形成的一个环形槽内，密封圈的与环形槽面对的侧面上具有多个与圆柱形内表面的一侧相通的隔开的油槽，以及作为楔子作用生成面的倾斜凹面部分，而该凹面部分沿圆周方向在油槽的两个侧面上延伸并与该油槽相连。

如上述构成的密封圈的作用将在下面说明。密封圈的面向环形槽侧面的侧面被这样的配置，使得只与圆柱形内表面一侧相通的多个油槽和作为楔子作用生成斜面的凹面部分都沿圆周方向配置，其中，该斜面沿圆周方向与在油槽的两侧的密封圈的侧面上的平面相连接。因此，液压油就从与密封圈的圆柱形内表面相通的油槽中吸入，通过在密封圈的楔子作用生成斜面处的楔子作用，油模进入滑动表面以产生油膜压力，由作用在密封圈上的液压油压力所引起的载荷通过油膜压力造成的浮力而减小，并且在环形槽与密封圈的侧面之间形成的油膜也减小了摩擦系数。

在密封圈侧面与环形槽之间的摩擦力通过否则会把密封圈的侧面压紧在环形槽上的载荷的减小和摩擦系数的减小的有效作用而显著地减小。此外，由于在密封圈的圆柱形外表面一侧处密封圈与环形槽之间的油膜与在密封圈的圆柱形内表面一侧的油膜相比更薄(这是由于密封圈侧面形状和油膜压力的缘故)，从而提高了侧面的油封性能。

由于在空隙部分通过楔子作用产生的液压力而造成的浮力的作用，可以防止密封圈间隙端面部分与环形槽发生强烈地接触，并且通过在面对环形槽的侧面上提供楔子作用生成斜面可以使否则会在空隙部分发生的摩擦损失和磨损减少。

由于具有上述结构的密封圈在侧面处的摩擦力总是小于圆柱形外表面处的摩擦力，并且壳体不与密封圈的圆柱形外表面发生滑动，因此优良的密封性能可以保持很长的时间周期。况且，通过使密封圈的两个侧面的形状配置成相同的设计形式，可以在装配密封圈时防止错误装配的发生。

本发明的上述和其他优点通过下面的说明和附图(其中相同的标号表示相同的零件)将更加清楚。

图1是示出液压设备的一个密封圈的典型使用状态的主要结构部分的剖视图；图2是示出现有技术的一个具有矩形截面的密封圈的使用状态的主要部分的剖视图；

图3是示出本发明的密封圈的一个实施例的简图，图中示出了具有楔子作用生成面的油槽和凹面部分是如何在侧面上形成的情况；图4是示出沿图3中所示密封圈的IV-IV线截取的本发明的密封圈的一个实施例的使用状态的主要部分的剖视图；图5是示出沿图3中的V-V线截取的本发明实施例的密封圈的侧面上形成的凹面部分的一个截面和油槽与楔子作用生成面的情况的简图；图6是示出在本发明的一个实施例的密封圈的空隙处没有用来生成楔子作用的油槽的情况下的简图；图7是示出在本发明的一个实施例的密封圈的空隙处设置有楔子作用生成面的情况的简图；图8是示出在本发明的一个实施例的密封圈的空隙处设置有楔子作用生成面的情况的简图；图9是示出在本发明的一个实施例的密封圈的空隙处设置有楔子作用生成面的情况的简图；图10a和10b示出了另一个实施例，其中把该楔子作用生成面制成两级，图10a为顶视图，而图10b示出了沿图10a中的箭头方向看去的主要部分。

下面将参照附图说明本发明的最佳实施例。在图3、4和5中示出了本发明的一个实施例，其中轴1安装在壳体2内以进行相对转动。一对环形槽4在轴1的外圆周上形成，密封圈的主体5a放在该槽中以便对液压油3进行密封。筒形面6b(即密封圈的主体5a的圆柱形外表面)在液压力作用下压紧在壳体2的圆柱形内表面上。此外，密封圈的侧面7a在液压力的作用下压紧在环形槽4的侧面4a上，使得它可相对于环形槽4的侧面4a滑动。

面对本实施例的环形槽的侧面的密封圈主体5a的侧面7a主要是由一个平面部分7a和多个通向密封圈的圆柱形内表面8并且沿径向延伸的油槽9以及作为楔子作用的生成斜面10a和10b的凹面部分组成的，这些斜面在圆周方向上与油槽9的两侧的平面部分7a相连接并且沿圆周方向分开配置。油槽9沿径向的尺寸应这样决定，使得在密封圈被装在轴1上并且轴1插入壳体2中的情况下，它安置在轴1的圆柱形内表面的一侧而不是轴1的圆柱形外表面11一侧。

对用于客车类的自动变速器中的密封圈来说，油槽9的深度范围设定为0.05-0.5毫米，其宽度范围设定为0.1-2毫米。楔子作用生成面10a和10b的尺寸应这样设定，使得图5中的尺寸L的范围为0.2-2毫米，在该范围内的深度H为5-20微米。当尺寸H不变时，尺寸L越大，通过由楔子作用产生的油膜压力而作用在密封圈上的浮力也越大。设置在密封圈上的凹面部分的数目以及尺寸L和H的最佳范围可以设定在上述范围内，该范围取决于密封圈的尺寸，作用在密封圈上的液压油的压力以及轴的环形槽的加工表面不平度。

此外，当把油槽9和作为楔子作用生成面的凹面部分10a和10b配置在非常靠近在图6中所示的空隙时或者通过还在如图7所示的空隙处提供楔子作用生成面10a和10b时，可以减少摩擦损失。应当指出，虽然在这种情况下(见图7)无需提供油槽，但可在楔子作用生成面与限定该空隙的端面之间的连接部分作出斜度或倒角以便消除毛剌的影响。在密封圈具有如图8中所示形状的空隙的情况下，就可以形成如图中所示沿着限定空隙的端面延伸的倾斜的楔子作用生成面10a和10b。

如果把凹面部分布置成轴对称的，通过由油膜产生的液压力的作用可以对密封圈产生均匀的浮力，从而可防止单面空隙的出现，使摩擦损失减少并且发挥良好的密封性能。

当空隙的形状被制成为如图9中所示伸出部分在圆柱形内和外侧面处于面对面的位置时，包括一个作为楔子作用生成面的斜面的凹面部分10a和10b可以设置在圆柱形内表面的一侧。凹面部分10a和10b的最大深度可设定为该空隙的棱边。

虽然用来说明本实施例的各例在附图中所示出的密封圈都是当两个侧面处于平行时的情况，但是即使当该两个侧面是处于梯形状态时，其作用和效果也是相同的，并且也被包括在本发明中。

虽然在图4中所示的情况是圆柱形内表面8与密封环的两个侧面7a都为直角连接，但当圆柱形内表面8通过倒角或曲面与侧面7a相连接因而使油槽9不直接通向圆柱形内表面8的部分时，则由于应力集中在油槽上而使密封圈破裂的情况可以减少，并且向油槽补充液压油将更方便。

虽然在图5所示的实施例中，油槽9具有矩形截面，但它可以具有任何形状例如半球形的形状。此外，虽然该实施例已经配置成使楔子作用生成面10a和10b具有单个平面，但即便它是抛物面，其作用也是一样的。还有，通过形成如图10a和10b中所示的两级楔子作用生成面，使得位于圆柱形内表面一侧的楔子作用生成面10a和10b的面积大于位于圆柱形外表面一侧的楔子作用生成面10a’和10b’的面积，以增加作用在密封环的圆柱形内表面一侧的浮力，从而可使密封性能得到改进。应当指出，最好使油槽9沿径向的深度相等并且最好使在圆柱形外表面一侧作为楔子作用生成面的凹面部分10a’和10b’的深度稍微小于在圆柱形内表面一侧的凹面部分10a和10b的深度。在圆柱形外表面一侧的凹面部分10a’和10b’的径向外边缘在安装轴1时沿径向位于该轴的圆柱形外表面的内部。

应当指出，虽然密封圈的侧面(其中形成了如上所述的凹面部分)的形状，既使只是通过单侧面起作用，但从装配方面考虑最好这样形成，使得其两个侧面制成相同的设计形式。

此外，本发明密封圈的作用与效果即使它是用树脂或者金属制成成也是相同的。由于在密封圈侧面上的凹面部分可以通过注射模塑法很容易由一个模具加工成形，因此本发明可以由通过注射模塑法成形的树脂制成的密封圈而经济地实现。

如上所述，通过沿径向配置多个只通向圆柱形内表面一侧的油槽和由楔子作用生成斜面构成的凹面部分，并且该斜面在圆周方向上与在密封圈的面对环形槽的侧面的侧面上的油槽的两侧的平面侧面相连接，本发明密封圈通过密封圈与轴件的相对滑动能有效地将油膜带到滑动表面中。由于液压力作用在密封圈上的载荷将由于在油膜中产生的液压力所造成的浮力而减少，摩擦系数将由于在环形槽与密封圈的侧面之间形成油膜而减少，从而使在密封圈与环形槽之间的摩擦损失减少因而可以显著地减少磨损和粘附的发生。此外，由于在密封圈的圆柱形外表面一侧的油膜是很薄的，所以密封性能可以得到提高。

也可以防止密封圈的空隙部分与环形槽的强烈接触，从而减少了摩擦损失(否则这种损失是会由空隙部分产生的)，同时通过楔子作用在空隙部分产生的液压力而造成的浮力也减少了粘附和磨损的发生，其中，该楔子作用是在密封圈的空隙部分面对环形槽的侧面上提供楔子作用生成斜面而产生的。由于在采用如上所述密封圈的情况下，在密封圈的侧面与轴之间的摩擦力总是小于在密封圈的圆柱形外表面与壳体的圆柱形内表面之间的摩擦力，并且因而壳体不会与密封圈的圆柱形外表面发生滑动，因此，该空隙的间距将不会由于密封圈的圆柱形外表面的磨损而增加，因而优良的密封性能可以保持很长的时间周期。

况且，通过使密封圈的两个侧表面的形状配置成相同的设计形式，在装配密封圈时就不会发生错误的装配。

虽然上面已经对几个最佳实施例作了说明，但是在下面的权利要求书中所叙述的本发明构思的范围内，本领域的普通技术人员还可以对它进行各种更改。