旋轉(zhuǎn)軸唇形橡膠密封性能及密封機(jī)理研究

旋轉(zhuǎn)軸唇形橡膠密封性能及密封機(jī)理研究

旋轉(zhuǎn)軸的嘴唇環(huán)通常被稱為油壓。廣泛應(yīng)用于事業(yè)機(jī)械的換能器、驅(qū)動(dòng)橋等部件，如換能器前后的輸出軸、驅(qū)動(dòng)橋的主減速器、車輪邊緣等。旋轉(zhuǎn)軸的嘴唇環(huán)用于將油壓口的油腔和外部隔離。油壓器確保內(nèi)部密封油和外部防雨。目前，國(guó)內(nèi)大量采用的旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈結(jié)構(gòu)型式比較多，旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈的基本結(jié)構(gòu)包括：橡膠密封部分、金屬骨架或金屬殼體和金屬?gòu)椈伞?油封的密封特性旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈的密封是靠一撓性密封元件(皮革、橡膠、聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯或聚酰亞胺等)與旋轉(zhuǎn)軸之間的過(guò)盈配合形成的。油封密封機(jī)理是：油封唇部和軸之間的接觸表面上同時(shí)并存干摩擦、邊界潤(rùn)滑和流體潤(rùn)滑三種情況，并不斷交替產(chǎn)生。油封干摩擦產(chǎn)生磨損，流體潤(rùn)滑產(chǎn)生密封泄漏，在邊界潤(rùn)滑下，油封唇部與軸的界面之間形成一層穩(wěn)定的流體動(dòng)壓油膜，油膜厚度約0.003mm。這層油膜除用作潤(rùn)滑之外，還起密封作用。如果油膜太厚，流體就會(huì)泄漏;油膜太薄，就不能形成流體潤(rùn)滑膜，唇部就會(huì)磨損。因此，為了獲得良好的密封性能和油封較長(zhǎng)的工作壽命，要求在油封的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、橡膠配方設(shè)計(jì)及油封的安裝使用上都要為形成薄而穩(wěn)定的邊界潤(rùn)滑油膜密封效果提供條件。該油封在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、安裝使用方面，國(guó)內(nèi)常用油封所規(guī)定的條件是非?？量痰?，這也就為密封泄漏故障的頻頻發(fā)生埋下了隱患。2嘴唇形狀密封的不足2.1油封的密封性能旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，目前大量采用的油封是與旋轉(zhuǎn)軸直接進(jìn)行過(guò)盈配合而實(shí)現(xiàn)動(dòng)密封的，油封對(duì)旋轉(zhuǎn)軸的偏心度、尺寸偏差、不圓度、表面粗糙度等都有十分嚴(yán)格的要求：(1）油封對(duì)旋轉(zhuǎn)軸的偏心度。偏心度大小直接影響旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈唇部接觸應(yīng)力的分布狀態(tài)，通常油封要求在0.3mm(軸徑為50～80mm，油封線速度為10～15m/s)以內(nèi)，然而在很多情況下是很難做到的。例如驅(qū)動(dòng)橋主減速器油封的裝配技術(shù)要求：輸入法蘭中心線對(duì)油封座孔中心線的偏心度不小于0.1mm。但由于油封座孔中心線取決于軸承座與托架配合止口的中心位置，輸入法蘭中心線又取決于油封與主動(dòng)螺旋錐齒輪配合花鍵的中心位置，因此，這兩個(gè)中心線的偏移量很難控制在0.1mm的范圍內(nèi)。(2）油封旋轉(zhuǎn)軸的尺寸偏差。只有正確地選擇旋轉(zhuǎn)軸的尺寸偏差才可能獲得性能良好的密封效果。過(guò)大的旋轉(zhuǎn)軸會(huì)增加唇端的接觸載荷，而過(guò)小的旋轉(zhuǎn)軸則會(huì)使唇端接觸面上的密封壓力不夠。旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈壓力過(guò)大會(huì)促使密封過(guò)早失效，而接觸壓力過(guò)小則會(huì)引起泄漏。(3）油封中軸的不圓度。旋轉(zhuǎn)軸的不圓度很可能會(huì)使彈性體密封唇按照軸的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生變形或失去彈性，從而引起疲勞破壞導(dǎo)致密封失效。(4）油封旋轉(zhuǎn)軸表面粗糙度。一般規(guī)定為Ra在1.6～3.2um。表面太光滑，不利于形成和保持油膜，旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈干磨擦，容易燒傷，引起密封泄漏;太粗糙，磨擦磨損加劇，同樣會(huì)造成油封早期密封失效。2.2旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈密封的安裝安裝前必須在油封唇口上先涂少許潤(rùn)滑脂。由于油封唇部相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸有一個(gè)過(guò)盈量，在安裝時(shí)，必須注意和預(yù)防諸如旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈密封唇部的扭轉(zhuǎn)、擠出，當(dāng)旋轉(zhuǎn)油封軸端不帶圓錐、圓角且有螺紋時(shí)，就更應(yīng)注意，否則容易把旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈唇口劃傷而影響密封效果。2.3現(xiàn)有油密封對(duì)旋轉(zhuǎn)軸的影響現(xiàn)有油封對(duì)旋轉(zhuǎn)軸表面的損傷較敏感，輕微的損傷都可能對(duì)油封密封效果及工作壽命產(chǎn)生極大的影響，甚至直接帶來(lái)密封泄漏。3軸向緩沖器的密封性能新型油封的主要特點(diǎn)是在旋轉(zhuǎn)軸與油封唇部之間設(shè)計(jì)了一個(gè)包覆一層波浪狀橡膠的油封內(nèi)轂，當(dāng)工作時(shí)，油封中內(nèi)轂隨同軸一起旋轉(zhuǎn)，而油封在其唇部與內(nèi)轂外表面之間實(shí)現(xiàn)動(dòng)密封。新型旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈其優(yōu)點(diǎn)有：(1）在油封內(nèi)轂部份包覆一層波浪狀橡膠，油封能適應(yīng)旋轉(zhuǎn)軸比較大的偏心度(通常在0.5mm左右)和軸較大范圍的尺寸偏差，有較佳的軸向及徑向緩沖性能。此種油封在軸的偏心度為0.5mm、轉(zhuǎn)速為800rpm條件下的泥水試驗(yàn)中顯示了良好的密封性能；同時(shí)在50000km的壽命試驗(yàn)中也顯示出非常長(zhǎng)的使用壽命。(2）由于密封是在油封唇部與內(nèi)轂之間實(shí)現(xiàn)的，故對(duì)軸的不圓度、表面粗糙度要求不高，對(duì)軸表面的輕微損傷也不敏感，提高了油封的可靠性。(3）在內(nèi)轂上包覆一層橡膠，能使油封穩(wěn)固地安裝在軸上，如在安裝前在橡膠表面涂點(diǎn)潤(rùn)滑脂，則油封的安裝就會(huì)變得更容易。(4）在油腔與外界之間設(shè)計(jì)了一迷宮式通道，且在通道中布置了兩道防塵唇，使主唇與灰塵及水保持一段距離，延長(zhǎng)了油封的使用壽命。由于新型油封在油封主唇與旋轉(zhuǎn)軸之間布置了一個(gè)帶緩沖性質(zhì)的油封內(nèi)轂，油封主唇并不直接與軸接觸，從而有效降低了旋轉(zhuǎn)軸的偏心、表面粗糙、軸不圓度等外部不利因素對(duì)密封的干擾，同時(shí)也使油封的安裝變得容易，提高了密封效果，延長(zhǎng)了油封使用壽命。此種油封已投入使用，一直效果良好。我公司具體應(yīng)用在齒輪變速箱上，如圖1所示。4新型旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈的應(yīng)用與總結(jié)當(dāng)該齒輪箱批量生產(chǎn)裝配完成后，就沒(méi)有出現(xiàn)漏油現(xiàn)象