[发明专利]密封装置和包括所述密封装置的密封结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种密封装置，且具体地涉及一种用于具有通孔的壳体盖的密封装置，该通孔被设置用于待被密封的旋转轴，该壳体盖例如用于密封一个壳体，例如，车辆发动机或发动机机体的曲轴箱。

背景技术

发动机的现有发动机前盖(曲轴箱端帽)通常由与曲轴箱主体或发动机机体的材料相同的材料制成，或由与曲轴箱主体或发动机机体的材料具有相同的热膨胀系数(CET)的材料制成，以便确保用于密封曲轴的动态密封元件的轴线在整个设计操作温度范围内总是与曲轴同轴对准，避免了动态密封元件的轴线与曲轴的轴线之间的未对准的风险，从而使由于热变形造成的赋予在动态密封元件上的侧向载荷最小化，从而防止泄漏和可能的永久性密封损害。例如，由塑料制成的发动机前盖以比由金属(通常铸铁或铝合金)制成的发动机机体大数倍的速率膨胀；塑料和发动机机体材料之间的CET的失配将使得，当在远离曲轴表面的方向上拉动密封装置的直径相对侧时，密封装置的部分更难朝向曲轴表面按压。密封装置上的不平衡的载荷导致本文提及的侧向载荷。由发动机前盖施加到布置在曲轴周围的密封装置上的侧向载荷将使对设置用于曲轴的动态密封元件的密封唇的磨损加速且可能导致加快的磨损和最后的密封失效。在密封装置的直径相对侧上，动态密封元件的密封唇上减小的载荷甚至可能在密封唇物理磨损之前导致油泄漏，这主要是由于不足的密封载荷造成的。事实上，曲轴箱主体或发动机机体常常由金属制成。因此，鉴于密封装置的上述潜在的失效模式，由除金属之外的其他材料或由与曲轴箱主体或发动机机体的金属具有不同CET的材料(诸如，轻质材料，例如，塑料)制造发动机前盖一直被认为是不实际或不可实行的。

图6示出了由一家公知的密封制造商——Bruss公司生产的用于解决密封中心线与曲轴中心线之间的未对准问题的模块化密封设计，其中该模块化密封设计是一种螺栓紧固密封模块，包括：基座100，其由硬质工程塑料制成；柔性波状S形弹性体200，其被包覆模制(over-mold)到该基座上并且包括一个动态密封唇，该动态密封唇意在充当曲轴的动态旋转密封件；扁平的弹性垫圈300，其被布置在该基座的面对发动机前盖的匹配面上，该垫圈意在密封相对于发动机前盖的模块化密封件，其中发动机前盖必须配备有夹持金属阴螺纹以接收从外部安装并且穿过该基座的组装螺钉。该阴螺纹必须被设计以防止旋转以允许拧紧来自外部的组装螺钉。为了防止由于来自螺栓的夹紧载荷造成的硬质工程塑料基座100的压缩蠕变变形(由于恒定的压缩载荷而变薄)，在每个螺栓位置处都需要一个金属抗压缩垫片，以确保用于螺栓载荷的全金属的加载路径。相反，如果塑料受到一部分的螺栓载荷，则将发生蠕变变形，导致螺栓接合处的力矩损耗。

在该模块化密封设计中，‘S’型波纹内的弹性体材料在密封的操作温度范围(通常在发动机应用中使用从-40℃至150℃的范围)内将受到刚度上的改变。密封中心线与轴中心线之间的未对准将导致施加在该密封件上的侧向载荷。特别是在低温操作时，弹性体材料的刚度变得更高，且侧向载荷也变得更高，导致所述唇处的加速的密封磨损。因此，该模块化密封设计的主要问题是其是对温度改变敏感的。设计者可以想到，在低温期间通过减小波纹弹性体的刚度来减小侧向载荷。具有较低的刚度时，有可能随着时间的过去，弹性体相对于曲轴的扭转摩擦可以引起扭转蠕变。这会导致与钟表弹簧扭转缠绕的方式类似的“卷紧(wind-up)”情况，这导致波纹弹性体的长期蠕变变形。此外，选择的用于波形弹性体的材料必须与用于动态唇密封件的材料相同。因为波形弹性体与动态唇密封件之间的最佳材料性能可能不一样，必须使波形弹性体的满足要求与动态唇密封件的某些性能妥协。另外，该模块化密封设计用螺栓装配至发动机前盖，并且装配过程是相当复杂且工作强度大的。