油封簡介及分類

———油封簡介及分類（一）、油封簡介

油封主要用于旋轉(zhuǎn)運動封油的密封件，大多數(shù)主油封，都裝有彈簧作為密封接觸壓力的主要來源。由于金屬彈簧的耐性、耐疲勞性（長期使用無應力衰減），以及它的可調(diào)性（彈簧長度的調(diào)）好，同時由于油封唇口部位不像"O'形圈那樣直接裝在溝槽里，而是通過一定柔性的腰部與骨架相連，這樣它具有一定的隨應性（即加工精度不需像"O'形那樣高，允許一定的偏心度），新的油封很廣泛用于一般的旋轉(zhuǎn)密封，并經(jīng)過不斷研究，新型的、壽命長的、速度高的油封也正在研制開發(fā)。

常用油封結(jié)構(gòu)形式和特征

類型

特征

單唇口型

最常見形式，用于無塵環(huán)境，壓力0.2－0.3公斤／厘米2

雙唇口型

有防塵唇，用于無塵環(huán)境，兩唇之間填潤滑油

無彈簧型

用于密封潤滑脂或除塵，3-5單唇型并用

耐壓型

一般耐壓3公斤／/厘米2，骨架延伸腰部或唇部

抗偏心型

腰部呈W型，可在偏心較大的部位密封

往復型

往復運動用，主唇封油，外唇保護油膜

兩側(cè)密封型

同時可兩側(cè)封油，不使兩種潤滑油混合

單向回流型

正轉(zhuǎn)能將要漏的油回流，適用于高速密封，反轉(zhuǎn)加速漏油

雙向回流型

可正反轉(zhuǎn)密封，適用于高速密封

（二）油封密封原理

1、邊界潤滑理論：就是油封裝配后至工作狀態(tài)時，唇口與軸的接觸面之間，形成一層油膜，油膜的厚度隨徑向力的大小而變化，當油膜厚度在一寂靜的范圍內(nèi)（平均厚度約為2.5,波動約20-50%,這一厚度隨油的種類不同而異）,可以獲得密封效果,這一油膜稱之為"邊界油膜'它與被密封面對油的吸附能力有關(guān),一量泄漏,就意味著邊界油膜被破壞,形成流體油膜或干摩擦(最終導制流體油膜)。一般情況,接觸壓力呈現(xiàn)尖銳狀分布更利于密封,(見圖)

2、表面張力密封理論:認為在接觸面上，油膜有一定的厚度而不發(fā)生泄漏，是由于油膜存在著表面張力的結(jié)果。（如圖）

唇口下面有一層封閉油膜（厚度約0.003毫米）一方面起到潤滑作用,另一方面油膜的厚度剛好是以在唇口大氣一側(cè)形成彎月面,只要這一彎月面存在，表面張力就可以陰止油液的泄漏,按這一理論,油對被密封表面的"潤滑'性愈差,接觸面的接觸寬度愈大.油的壓力差愈大,表面張力的作用更容易獲得密封,但實際上,對于一般形狀的油封,接觸寬度大是對密封不利的,這是由于加工精度因素影響,接觸寬度愈大,摩擦愈厲害,不易保持油膜的原因.

(三)油封的結(jié)構(gòu)設(shè)計:

1、油封的徑向力與各部尺寸的設(shè)計：徑向力是指油封緊箍在軸上的緊箍力，它來源于彈簧與唇口部位的收縮，及油封腰部的變形。徑向力有全徑向力和單位周長徑向力，它們的關(guān)系如下式：

全周徑向力P=d1pr

式中：P-全周徑向力（克）

d1軸徑（厘米）

pr單位周長徑向力（克／厘米）

徑向力是控制油封質(zhì)量的一項重要指標，過大，過小都將影響密封效果，通過試驗總結(jié)推薦的適宜徑向力范圍列入下表軸徑（毫米）

總徑向力（公斤）

單位周長徑向力（克／厘米）

最低

最高

最低

最高

40

60

80

100

1.6

1.7

2.8

3.1

3.2

3.7

5.8

6.5

121

90.2

111.5

98.5

242

196.3

230.9

209.0

一般高速油封Pr(單位徑向力)在100克／厘米左右,低速油封可以取高一些,油封的徑向力的大小除了通過實際測量,修正外,在設(shè)計時還可以進行計算,如下式

Pr=P過盈量+P腰+P彈

式中:Pr=單位周長的總徑向力克／厘米

P過盈量－唇口部的過盈量引起橡膠收縮,作用于軸上單位長度的徑向力.

P腰－油封腰部變形而引起的單位長度的徑向力克／厘米

P彈－彈簧收縮引起的單位長度的徑向力克／厘米P過盈－n1EF／R12=（D1-d）EF/2R12

式中：E-油封膠料伸張性模量克/厘米

R1－軸半徑厘米

D1－軸直徑

d－油封自由狀態(tài)內(nèi)徑厘米

n1－油封過盈量的一半

n1=D1－d/2;(D1-d)－過盈量

F－唇口部位的斷面積厘米2

P腰=n1ES13/4L3

式中：S1－油封腰部厚度厘米

L－油封腰部厚度厘米

P彈2（T+P0）/D2

式中：P0－彈簧預應力克

D2彈簧工作狀態(tài)的內(nèi)徑厘米

T彈簧工作狀態(tài)的張應力克

T=L1D44G/64nr3

式中：L1彈簧工作狀態(tài)的拉伸長度厘米

G彈簧鋼材的扭轉(zhuǎn)彈性模量克/厘米2

d4鋼絲直徑厘米

n彈簧的圈數(shù)

r彈簧的平均半徑：r=d3-d4/2

d3彈簧外直徑

各尺寸參照圖（略）

影響油封存的徑向力的大小，其中彈簧是主要的，約占總徑向力的70-80%，它決定于膠料的彈性模量E，過盈量（D1-d），以及唇口部位與腰部的幾何尺寸，而這些幾何尺寸多受油封規(guī)格的限制，不能任意調(diào)整，采用調(diào)節(jié)膠料的彈性模量（或硬度）來調(diào)節(jié)器節(jié)徑向力也不是主要目標。膠料的模量主要從油封的密封性能、壽命、環(huán)境等來考慮的。徑向力的計算雖然是近似的，但它從理論上反映了徑向力的本質(zhì)，對油封的設(shè)計有指導意義。油封各部位尺寸的設(shè)計，參照下列各表

封油彈簧圈各部位參考尺寸單位：毫米油封內(nèi)容

＜18

＞18－30

＞30－50

＞50－80

＞80－120

＞120－180

＞180

d4

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

0.6

0.7

d3

1.6

2.2

2.2

2.5

3.0

3.5

4.0

d2

D1+1

D1+1

D1+1

D1+1

D1+2.0

D1+2.5

D1+2.5

L

d2+L1.0

d2+L1.0

d2+L1.0

d2+L1.5

d2+L2.0

d2+L2.0

d2+L2.0

L

2.5

3.0

3.0

3.5

4.0

5.0

5.0

注：D1為軸徑

2、油封的磨擦扭矩：橡膠的摩擦特性與其他剛體不同，影響的摩擦因素較多，特別受溫度和作用的時間影響較大，而對一般剛體材料則不需要考慮。它可以在較大的溫度范圍（例如金屬與金屬的摩擦）測量出相同的摩擦系數(shù)，同時在接觸面上兩物體停置的時間（作用時間）長短也不影響其數(shù)值。因此對于橡膠的摩擦特性不能采用一般的物理上的概念進行準確有效的測量出它的摩擦系數(shù)。對油封來說，一般只能在特定的條件下，測量它的摩擦扭矩M，通過摩擦扭矩計算出摩擦系數(shù)，控制適當?shù)姆秶?/p>

M=DMPr

式中：M-摩擦扭矩，D1-軸徑，Pr-徑向力，-摩擦系數(shù)

油封摩擦系數(shù)

滑潤油

最低

最高

2#潤滑油

1#錠子油

3#陸用內(nèi)燃機油

2#氣缸油

0.3

0.2

0.3

0.4

0.8

0.45

1.0

1.2

在表中，是+0油封的摩擦系數(shù)，隨著軸徑的增加，摩擦系數(shù)與軸徑的1/3次方或正比的增加。若摩擦扭矩（或摩擦系數(shù)）太大，導致唇口溫升增加，油封易磨損，使用壽命降低；若太小可能徑向力太小，接觸油膜太厚，易形成流體油膜而導至泄漏。

3.油封唇口溫升：油封接觸面與軸產(chǎn)生相對回轉(zhuǎn)，摩擦生熱，而橡膠又是熱的不良導體，在唇口就會產(chǎn)生局部溫升，溫升的大小與軸的速度，軸徑、膠料的性能，油的種類，徑向力的大小有關(guān)。若其它條件固定，溫升與軸徑D1和角速度的關(guān)系以下式表示：

△TɑɑD11/22/3

膠料種類對溫升的影響如圖示。油封唇口的溫升情況，是以等溫線的形式分布的，如圖七在油封與軸面接觸的最尖處溫度最高，膠料設(shè)計的使用溫度范圍應該考慮唇口的最高溫升，否則唇口部位老化裂口，降低油封的使用壽命。

4.油封膠料的硬度：油封膠料的硬度，直接與膠料的彈性模量有關(guān)。硬度的變化影響到油封唇口部位的接觸寬度，徑向力，摩擦特性等，一般認為油封膠料的硬度在65--75（邵氏）為宜過高或過低對密封都不利。我們指的硬度為常溫測量的數(shù)值，要注意在實際使用中的差異，硬度是會隨溫度，使用時間及油的種類不同而變化。

5.油封唇口的接觸寬度，唇口接觸寬度影響徑向力的分布，摩擦特性，通常控制接觸寬度在0.25毫米以下，同時在使用過程中，接觸寬度仍要增加，增長的速度與膠料的耐磨性能和蠕變性能有關(guān)。

6.偏心距離：油封內(nèi)園和外園兩個園心偏離的距離，偏心距大運轉(zhuǎn)過程中受力不均，同時振動加劇，降低油封的使用壽命（應注意油封本身的偏心和油封座及軸的機械加工或安裝的偏心，影響的結(jié)果是一樣的）。一般要求油封名義內(nèi)徑在50毫米以下者，取大偏心距不得超過0.3毫米。這里所提的是油封本身的要求，如果是設(shè)備本身，偏心距大可選用型防偏心油封。

7.介質(zhì)的壓力：一般油封使用的介質(zhì)較低，在0.3-0.6公斤/厘米，壓力增加油封使用壽命，若壓力較大，需要設(shè)計耐壓油封，或者設(shè)計耐壓支承圈

（四）其它油封：

近年生產(chǎn)的回流油封，為制造高速和長壽命的油封，開辟了新的途徑。它的工作原理如圖十所示，一個是內(nèi)孔高度光滑的金屬軸套，另一個是刻有螺紋的金屬旋轉(zhuǎn)軸，它們之間有很小的間隙（約0.5毫米），當軸轉(zhuǎn)動時，在系統(tǒng)中形成兩股液流（向內(nèi)、向外），一般是螺旋的推移，由于粘附力切力作用，將一定粘度的介質(zhì)推向內(nèi)流，當內(nèi)向流量等于或大于外向流量時，便可實現(xiàn)密封。但若反向轉(zhuǎn)動，螺紋溝便會將介質(zhì)泵向大氣一側(cè)。這種密封原理就是回流油封的工作原理，只要將螺旋刻在油封的唇口上，軸面是光滑的，在運轉(zhuǎn)時同樣可以密封。

1.單向回流油封

反彈向回流油封，為了停機時不漏油，設(shè)計有靜唇邊，在一定的徑向力的作用下，靜唇邊與螺旋凸條同時與軸相接觸，在旋轉(zhuǎn)時（如圖旋轉(zhuǎn)方向），沒同樣存在兩種流向，一是透過靜唇邊向大氣方向一側(cè)泄漏，另一種