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新型旋转轴唇形密封圈的结构及其优点

时间: 2011-06-24 22:09 来源: 作者: 徐州工程机械点击:
旋转轴唇形密封圈通常称为油封,广泛应用于工程机械的变速箱、驱动桥等部件中,如变速箱的前后输出轴,驱动桥的主减速器、轮边等处,其功用在于把油腔和外界隔离,对内封油,对外防尘。目前国内大量采用的油封结构型式比较多,其基本结构包括密封部分、金属骨架或金属壳体和金属弹簧,图1是现在国内常用的一种普通标准型油封的断面图。

一、油封的密封机理

油封的密封是靠一挠性密封元件(皮革、橡胶、聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯或聚酰亚胺等)与旋转轴之间的过盈配合形成的。它的密封机理是:油封唇部和轴之间的接触表面上同时并存干摩擦、边界润滑和流体润滑三种情况,并不断交替产生。干摩擦产生磨损,流体润滑产生泄漏,在边界润滑下,油封唇部与轴的界面之间形成一层稳定的流体动压油膜(如图2),油膜厚度约0.0025mm;这层油膜除用作润滑之外,还起密封作用。油膜太厚,流体就会泄漏;油膜太薄,就不能形成流体润滑膜,唇部就会磨损。因此,为了获得良好的密封性能和比较长的工作寿命,就要求人们在结构设计、橡胶配方设计和安装使用上都要为形成薄而稳定的边界润滑油膜提供条件。其中在结构设计、安装使用方面,现国内常用油封所规定的条件是非常苛刻的,这也就为泄漏故障的频频发生埋下了隐患。

二、现有油封存在的不足

1.在结构设计上,由于目前大量采用的油封是与旋转轴直接进行过盈配合而实现动密封的,其对旋转轴的偏心度、尺寸偏差、不圆度、表面粗糙度等都有十分严格的要求:

1)轴的偏心度,偏心度大小直接影响油封唇部接触应力的分布状态,通常要求在0.3mm(轴径为50~80mm,油封线速度为10~15m/s)以内,然而在很多情况下是很难做到的。例如驱动桥主减速器油封的装配技术要求(如图3):输入法兰中心线对油封座孔中心线的偏心度小得超过0.1mm。但由于座孔中心线取决于轴承座与托架配合止口的中心位置,输入法兰中心线又取决于其与主动螺旋锥配合花键的中心位置,这两个中心线的偏移量很难控制在0.1mm的范围内。

2)轴的尺寸偏差:只有正确地选择轴的尺寸偏差才可能获得性能良好的密封效果。过大的轴会增加唇端的接触载荷,而过小的轴则会使唇端接触面上的密封压力不够。压力过大会促使密封过早失效,而接触压力过小则会引起泄漏。

3)轴的不圆度:轴的不圆度很可能会使弹性体密封唇按照轴的不规则运动而产生变形或失去弹性,从而引起疲劳破坏。

4)轴表面粗糙度,一般规定为Ral.6~3.2um,表面太光滑,不利于形成和保持油膜,密封圈干磨擦,容易烧伤,引起泄漏;太粗糙,磨擦磨损加剧,同样会造成油封早期失效。

2.在安装使用方面:安装前必须在油封唇口上先涂少许润滑脂,由于油封唇部相对于轴有一个过盈量,安装时必须注意和预防诸如密封唇部的扭转、挤出,当轴端不带圆锥、圆角且有螺纹时,就更应注意,否则容易把唇口划伤而影响密封效果。

3.现有油封对轴表面的损伤较敏感,很轻微的损伤都可能对它的密封效果及工作寿命产生极大的影响,甚至直接带来泄漏。

三、新型油封的结构及其优点

新型油封的结构如图4所示,此种油封的主要特点是在旋转轴与油封唇部之间设计了一个包覆一层波浪状橡胶的油封内毂,工作时,内毂随同轴一起旋转,而油封在其唇部与内毂外表面之间实现动密封。其优点有:

1.在油封内毂部份包覆一层波浪状橡胶,能适应旋转轴比较大的偏心度(通常只要求在0.5mm左右)和轴较大范围的尺寸偏差,有较佳的轴向及径向缓冲性能。此种油封在轴的偏心度为0.5mm、转速为800rpm条件下的泥水试验中显示了良好的密封性能;同时在50000km的寿命试验中也显示出非常长的使用寿命。

2.由于密封是在油封唇部与内毂之间实现的,故对轴的不圆度、表面粗糙度要求不高,对轴表面的轻微损伤也不敏感,提高了油封的可靠性。

3.在内毂上包覆一层橡胶,能使油封稳固地安装在轴上,如在安装前在橡胶表面涂点润滑脂,则安装就会变得更容易。

4.在油腔与外界之间设计了一迷宫式通道,且在通道中布置了两道防尘唇,使主唇与灰尘及水保持一段距离,延长了油封的使用寿命。

四、结论

由于新型油封在油封主唇与旋转轴之间布置了一个带缓冲性质的油封内毂,油封主唇并不直接与轴接触,从而有效降低了轴的偏心、表面粗糙、轴不圆度等外部不利因素对密封的干扰,同时也使安装变得容易,提高了密封效果,延长了使用寿命。此种油封已在徐工集团装载机的驱动桥上投入使用,一直效果良好。

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