油封簡介及分類
發布時間：2014-12-22 10:32:07 人瀏覽
來源： 橡膠技術網
（一）、油封簡介
油封主要用于旋轉運動封油的密封件，大多數主油封，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），以及它的可調性（彈簧長度的調）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密封，并經過不斷研究，新型的、壽命長的、速度高的油封也正在研制開發。
常用油封結構形式和特征
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類型
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特征
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單唇口型
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最常見形式，用于無塵環境，壓力0.2－0.3公斤／厘米2
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雙唇口型
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有防塵唇，用于無塵環境，兩唇之間填潤滑油
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無彈簧型
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用于密封潤滑脂或除塵，3-5單唇型并用
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耐壓型
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一般耐壓3公斤／/厘米2，骨架延伸腰部或唇部
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抗偏心型
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腰部呈W型，可在偏心較大的部位密封
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往復型
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往復運動用，主唇封油，外唇保護油膜
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兩側密封型
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同時可兩側封油，不使兩種潤滑油混合
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單向回流型
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正轉能將要漏的油回流，適用于高速密封，反轉加速漏油
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雙向回流型
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可正反轉密封，適用于高速密封
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（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（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,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生泄漏，是由于油膜存在著表面張力的結果。（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)油封的結構設計:
1、油封的徑向力與各部尺寸的設計：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，通過試驗總結推薦的適宜徑向力范圍列入下表
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軸徑（毫米）
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總徑向力（公斤）
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單位周長徑向力（克／厘米）
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||
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最低
|
最高
|
最低
|
最高
|
|
|
40
60
80
100
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1.6
1.7
2.8
3.1
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3.2
3.7
5.8
6.5
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121
90.2
111.5
98.5
|
242
196.3
230.9
209.0
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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－油封自由狀態內徑 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—彈簧工作狀態的內徑 厘米
T—彈簧工作狀態的張應力 克
T=L1D44G/64nr3
式中：L1—彈簧工作狀態的拉伸長度 厘米
G—彈簧鋼材的扭轉彈性模量 克/厘米2
d4—鋼絲直徑 厘米
n—彈簧的圈數
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格的限制，不能任意調整，采用調節膠料的彈性模量（或硬度）來調節器節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，對油封的設計有指導意義。油封各部位尺寸的設計，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+L’±1.0
∏d2+L’±1.0
∏d2+L’±1.0
∏d2+L’±1.5
∏d2+L’±2.0
∏d2+L’±2.0
∏d2+L’±2.0
|
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，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。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，控制適當的范圍。
M=∏DMP r
式中：M-摩擦扭矩，D1-軸徑，P r-徑向力，µ-摩擦系數
油封摩擦系數
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滑潤油
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最低
|
最高
|
|
2#潤滑油
1#錠子油
3#陸用內燃機油
2#氣缸油
|
0.3
0.2
0.3
0.4
|
0.8
0.45
1.0
1.2
|
在表中，是ρ+0油封的摩擦系數，隨著軸徑的增加，摩擦系數與軸徑的1/3次方或正比的增加。若摩擦扭矩（或摩擦系數）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：油封接觸面與軸產生相對回轉，摩擦生熱，而橡膠又是熱的不良導體，在唇口就會產生局部溫升，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。若其它條件固定，溫升與軸徑D1和角速度ω的關系以下式表示：
△TɑɑD11/2ω2/3
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。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65º--75º（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。
6.偏心距離：油封內園和外園兩個園心偏離的距離，偏心距大運轉過程中受力不均，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，影響的結果是一樣的）。一般要求油封名義內徑在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，如果是設備本身，偏心距大可選用型防偏心油封。
7.介質的壓力：一般油封使用的介質較低，在0.3-0.6公斤/厘米，壓力增加油封使用壽命，若壓力較大，需要設計耐壓油封，或者設計耐壓支承圈
（四）其它油封：
近年生產的回流油封，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，一個是內孔高度光滑的金屬軸套，另一個是刻有螺紋的金屬旋轉軸，它們之間有很小的間隙（約0.5毫米），當軸轉動時，在系統中形成兩股液流（向內、向外），一般是螺旋的推移，由于粘附力切力作用，將一定粘度的介質推向內流，當內向流量等于或大于外向流量時，便可實現密封。但若反向轉動，螺紋溝便會將介質泵向大氣一側。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，在旋轉時（如圖旋轉方向），沒同樣存在兩種流向，一是透過靜唇邊向大氣方向一側泄漏，另一種是油經螺旋凸條的推移，將泄漏的油透過靜唇邊流向油側（稱之為回流），只要回流油量等于漏油量就可以獲得密封，回流的油之所以能夠克服靜唇邊的阻力，流向油側，是積在螺旋凸附近的油壓逐步升高所致。（相當于一個泵的作用）但若反轉，螺旋凸條就會將泄漏的油，加速流向大氣側，就起不到回流的作用。如果在反轉時靜唇邊仍能起密封作用的話，也可以保持不漏，但往往這種設計的靜唇邊密封能力是不夠的，只能適合在低速時反轉（如汽車倒車的反轉）由于這種油封適合單向旋轉，所以稱之為單向回流油封。
2.雙向回流油封
以同樣的速度正轉，或者反轉都可以回流，獲得同樣的密封效果，目前這種油封仍在繼續研究，按所試驗的種類來說有三角形，波紋形作用原理和單向回流的原理類似。
圖十二在油接觸帶區，沒有間隔的三角凹穴相平行的一邊凸棱都相當于螺紋凸條，這樣就構成了雙向回流的螺紋凸條，而未被切斷的周向連續接觸帶，相當于靜唇邊。當軸如圖所示的方向旋轉時，透過靜唇邊的油進入三角凹穴處X的一邊（X）油壓以Xa至X0是逐漸增中的，最后透過靜唇邊產生回流。而沿三角穴區的另一邊（Y），產生負壓有將油透過靜唇邊，向大氣一側泄漏的趨勢。壓力分布如圖Ya至Y0的情況，但透過的油，馬上被轉軸帶向X一側面回流。只要回流量等于漏油量就可以達到雙向回流的目的。停止轉動時，靜唇帶又可以密封。根據這一原理設計的油封還有波紋形雙向回流油封。
回流油封（或稱液壓動力油封），它的最大特點劉在接觸面得到很好的潤滑。隨著轉速的增加，回流的油壓迅速增加，克服靜唇徑向壓力，油液在接觸面上進進出出，既減少了接觸面的摩擦，而帶走了由于摩擦所積累的熱量，所以唇口溫升低，當停止轉動時，靜唇又可以有效的密封（波浪級油封的連續的波浪筋條又可起靜唇的作用），所以這種類型的油封可使用在高速旋轉的場合，而且有很長的使用壽命。
轉自：橡膠技術網，橡膠行業門戶網站！
橡膠技術網 www.m.jlxczjs.com！
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