如上图,在很多密封机械设备中,腔体与旋转轴之间一般存在轴承或类似的支撑件,而这些支撑件防油效果达不到要求,这时就需要增加油封来密封防漏油。油封就是用于密封机械设备中旋转轴的封油用的密封元件,而密封的腔体是静止的,故油封又称旋转轴唇形密封圈。 油封结构由三部分组成:橡胶本体(重要密封位置:密封唇部②、防尘唇部③、配合部④)、金属嵌件(又称骨架,提供刚性、密封性和装配定位)和抱紧弹簧(提供密封唇部抱紧力,使得唇部与轴一直处于接触状态)。油封是如何防止润滑油从轴与腔体之间泄漏的呢? 油封外圆弹性配合部与腔体之间为过盈装配,处于静态密封;油封弹性密封唇部与轴之间也为过盈状态,且由弹簧提供一定的抱紧力,当轴不旋转时,处于静态密封,当轴旋转时,处于动态密封。密封唇部与轴直接接触,在腔体内油侧和外部空气侧之间形成一层油膜,阻止油的泄漏。 油封密封的特点:防止润滑油渗漏,也可防水和灰尘进入;转矩小、密封性好;结构简单,装拆方便;能适用较高转速;可适用不同使用环境。
二、骨架油封选型: 油封的结构类型非常多,应用场景也很多,选择类型可同油封供应商充分沟通。附某知名厂家的选型流程:
在工具上选用种类并不多,主要用TC型油封。典型的场景是腔体内填充较多润滑脂,工作时有温升,内部会产生压力(一般小于0.3bar),外部有灰尘的场合。
应用示例:电锤转子与减速箱安装处、转套与箱体之间。
油封材料选择:受油封圆周速度的影响,依据轴直径和旋转速度,依据下图,可初步确定油封材料。工具上,一般轴径较小,转速较低的油封用NBR丁腈橡胶;转速高或高温环境或圆周速度大的场景用FPM氟橡胶。比如丁腈橡胶的O形圈最大的线速度是2m/s,而丁腈橡胶的油封最大的线速度可到7m/s。其它尺寸公差一般油封厂家都会提供推荐值。
旋转轴的要求:表面粗糙度为Ra0.2~0.8μm,在接触部位不允许有任何沟痕。一般硬度不能低于HRC45,圆周速度超过4m/s,轴的硬度不得小于HRC55。轴的安装端需要有倒角导向。
三、油封的安装: 1、油封压入油封孔中。要求油封骨架受力,且一周受力均匀。压装后,油封密封唇部平面与旋转轴中心线垂直。
2、轴端套导锥套引导,穿过油封,保护油封唇口。
导锥套简图:轴端部放入导锥套孔内。
3、安装注意点: ①密封唇口提前涂润滑脂,确保良好润滑; ②油封安装孔口部要设置倒角,方便压入和预防配合部的橡胶切肉; ③大部分压装是压大端面,但有些情况要压小端面的,注意压头要压到骨架上。总的原则是压装时要让骨架周圈均匀受力,如下图;
④压装方式和位置控制:依据设计给出的定位基准的不同,压装方法和压装定位的限位控制也不一样。图a是工装的上压头台阶限位,图b是油封孔底台阶限位,图c是中间定位芯棒限位,红线是限位位置。图d是中心定位杆定心装配方式。
工具上油封主要失效现象是唇口漏油。针对唇口漏油失效,可参照下列鱼骨图排查。在居多应用中,最容易忽视的是密封唇口弹簧的抱紧力,过大过小均不好,因此要在设计阶段与厂家交流,结合橡胶选材+轴的转速+工作环境等综合考虑,设计抱紧力。
总之,油封的知识非常多,这里也只是简单介绍了一下功能、选型、安装和失效模式,遇到问题与专业厂商沟通,一定能找到解决方案。
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