文献综述-油封和防尘密封[1]

油封和防尘密封 油封 油封，即润滑油的密封。它常用于各种机械的轴承处，特别是滚动轴承部位。其功用在于把油腔和外界隔离，对内封油，对外防尘。 油封与其他唇形密封不同之处在于具有回弹能力更大的唇部，密封接触面宽度很窄（接触应力的分布图形呈尖角形。图 油封的典型结构及唇口接触应力示意图。油封的截面形状及箍紧弹簧，使唇口对轴具有较好的追随补偿性。因此，油封能以较小的唇口径向力获得较好的密封效果。 图 封结构及唇口接触应力示意图 1 唇口； 2 冠部； 3 弹簧； 4 骨架； 5 底部； 6 腰部； 7 副唇 油封与其他密封装置比较有下列优点： 结构简单、容易制造。简单油封一次便可以模压成型，即使最复杂的油封，制造工艺也不复杂。金属骨架油封也只需经过冲压、胶接、镶嵌、模压等工序即可将金属与橡胶组成所要求的油封。 重量轻、耗材少。每种油封都是薄壁的金属件与橡胶件的组合，其材料 耗费极少，因而每个油封的重量很轻。 油封的安装位置小，轴向尺寸小，容易加工，并使机器紧凑。 密封性能好，使用寿命较长。对机器的振动和主轴的偏心都有一定的适应性。 拆卸容易、检修方便。 价格便宜。 油封的缺点在于不能承受高压，所以只能作轴承润滑油的密封。 油封的工作范围如下： 工作压力 封面线速度 低速型 4m/s，高速型 4 15m/s 工作温度 60 150 （与橡胶种类有关） 适用介质 油、水及弱腐蚀性液体 寿命 500 2000h 封的结构 常用油封的结构见图 图 封结构 1）粘接结构这种结构的特点在于橡胶部分和金属骨架可以分别加工制造，再由胶粘接在一起，成为外露骨架型，有制造简单、价格便宜等优点。美、日等国多采用此种结构。它们的截面形状如图 示。 2）装配结构它是把橡胶唇部、金属骨架和弹簧圈三者装配起来而组成油封。它一定有内外骨架，并把橡胶唇部夹紧。通常还有一挡板，以防弹簧脱出（参见图 3）橡胶包骨架结构它是把冲压好的金属骨架包在橡胶之中，成为内包骨架型，其制造工艺稍微复杂一些。但刚度好，易装配，且钢板材料要求不高。（参见图 4）全胶油封这种油封无骨架，有的甚至无弹簧，整体由橡胶模压成型。其特点是刚度差，易产生塑性变形。但是它可以切口使用，这对于不能从轴端装入而又必需用油封的部位是 仅有的一种型式，见图 防尘密封 油封可以作防尘密封件使用，但是在粉尘严重或是为了保护其他密封件时，常常使用专门的防尘密封。 液压机械的防尘密封多用橡胶，气压机械多用毛毡（方形或梯形）；飞机和寒带工作的液压缸为了对付活塞杆外部结冰而用金属；化工部门为防止活塞杆上的粘着物也用金属（详见图 图 非标准橡胶和金属防尘密封 方形或梯形防尘圈在密封机理上属于填料密封，防尘能力与接触的紧密程度有关，接触越紧防尘能力越好，但摩擦阻力越大。楔形防尘圈实际上与唇形圈无区别，它依靠唇尖的接触力刮去尘埃和污垢。其摩擦阻力小，但唇尖与轴表面的夹角对密封性和磨损有很大的影响，图 其防尘效率。唇尖向外时，其夹角只要大于 4 便可以获得满意的效果，唇尖向内时，防尘效果不好。 图 尘效率 图 与轴的接触状态 唇与轴表面的接触状态也直接影响防尘效果和唇的磨损。图 几种常见的接触情况，其中图 a 为正常接触状态，油膜薄，防尘效果好，磨 损少；图 b 的过盈量太大，接触太紧，且接触面宽，改变了接触角，使唇尖翘起，不仅防尘效果不良，而且摩擦阻力大；图 c 唇尖接触不充分，摩擦不大，但却不能防尘；图 d 唇尖接触角太大，防尘效果短暂，很容易磨损，成为严重漏油的原因。 防尘密封圈对保护关键性的液压设备部件是极端重要的。渗入尘土，不仅磨损密封件，而且会大大的磨损导向套和活塞杆，杂质进入液压介质中，亦会影响操作阀和泵的功能，在最坏的情况下，亦可能损伤这些装置。防尘圈能除掉活塞杆表面上的任何尘土，但不损坏活塞杆上的油膜，这对密封件的润滑也有益。 防尘密封圈 的型式和尺寸系列 标准的防尘密封圈分 A 型、 B 型和 C 型 3 种型号，适用于安装在往复运动液压缸活塞杆导向套上起防法和密封作用。 密封 A 型密封是一种纯橡胶的防尘圈、它是由高硬度（ 905 邵尔 A）材料压制的，可使用橡胶或橡塑并用材料，要求弹性适合于除尘并具有良好的耐磨和耐天候老化的特性。设计时就考虑对活塞杆有一定的过盈量，因此给密封圈唇口以足够的压紧力，能使活塞杆表面上尘土刮掉，防止尘土和杂物带入缸体。 A 型密封圈适于安装在 A 型密封腔体内起防尘作用。表 A 型密封腔 体用橡胶防尘密封圈的尺寸系列。 表 A 型密封型式的尺寸系列（摘自 d D L 1 S l 6 14 5 4 8 16 6 10 18 8 12 20 0 12 22 2 16 24 4 18 26 6 20 28 8 22 30 0 25 33 3 28 36 6 32 40 0 36 44 4 40 48 8 45 53 3 50 58 8 56 66 3 66 0 70 58 70 63 73 61 73 70 80 68 80 80 90 78 90 90 100 88 100 100 115 15 10 125 25 125 140 40 140 155 55 160 175 75 180 195 95 200 215 15 220 240 17 240 50 270 247 270 280 300 277 300 320 340 317 340 360 380 357 380 型密封 B 型密封圈与 A 型的结构相同，只是在防尘圈底部和外表面增加一个金属骨架。由于金属骨架的关系，这类防尘圈只能压装在开口轴端。 B 型密封腔体用带金属骨架橡胶圈的尺寸系列见表 表 型密封尺寸系列（摘自 d D L1 2 S 14 5 4 8 16 6 10 18 8 12 22 7 2 14 24 4 16 26 6 18 28 8 20 30 0 22 32 2 25 35 5 28 38 8 32 42 30 42 36 46 34 46 40 50 38 50 45 55 43 55 50 60 48 60 60 70 58 70 63 73 61 73 70 80 68 80 80 90 78 90 90 100 88 100 100 115 9 15 110 125 25 125 140 40 140 155 55 160 175 75 180 195 95 200 215 15 220 240 12 217 240 2 250 270 247 270 280 300 277 300 320 340 317 340 360 380 357 380 型密封 C 型密封是组合型防尘圈密封。其弹性密封件是由丁腈橡胶胶 料模压而成。可用于长冲高速的条件下，能控制油膜。橡胶圈内部有一个高刚性的密封唇，能使活塞杆上粘结的尘土和冻霜刮去。外部还有一个弹性的密封唇，当活塞杆完全伸出时，它能将油膜刮至主密封旁边流走。为了避免压力在防尘圈和主密封之间升高，必须在它们之间安置一个排气孔。经验表明，带有这种装置不会有油从气孔中排出。 C 型密封是一种有双向唇的橡胶圈，它适于安装在 C 型密封腔体内起防尘和辅助密封作用。表 C 型密封腔体用橡胶防尘密封圈的尺寸系列。 防尘圈标记示例 表 C 型密封型式的尺寸系列（摘自 1989）（ d D L2 d1 3 S1 2 18 4 8 14 20 0 18 24 4 22 28 8 28 36 5 7 36 36 44 5 44 45 53 4 53 56 66 6 6 70 80 0 90 100 00 110 125 25 40 155 55 防尘密封沟槽型式、尺寸和公差 1） A 型液压缸活塞杆用防尘圈的沟槽型式、尺寸和公差见表 2） B 型液压缸活塞杆用防尘圈的沟槽型式、尺寸和公差见表 3） C 型液压缸活塞杆用防尘圈沟槽型式、尺寸和公差见表 表 A 型液压缸活塞杆用防尘圈沟槽型式、尺寸和公差（摘自 6578 d S 1 2 C 基本 尺寸 极限 偏差 基本 尺寸 极限 偏差 基本 尺寸 极限 偏差 6 4 5 + 14 + 8 8 4 5 16 + 8 10 4 5 18 + 8 12 4 5 20 + 8 14 4 5 22 + 8 16 4 5 24 + 8 18 4 5 26 + 8 20 4 5 28 + 8 22 4 5 30 + 8 25 4 5 33 + 8 28 4 5 36 + 8 32 4 5 40 + 8 36 4 5 44 + 8 40 4 5 48 + 8 45 4 5 53 + 8 50 4 5 58 + 8 56 5 6 + 63 + 10 60) 5 0 + 67 + 10 3 5 3 + 70 + 10 0 5 0 + 77 + 10 0 5 0 + 87 + 10 0 5 00 + 97 + 10 00 115 + 110 + 14 110 25 + 120 + 14 125 40 + 135 + 14 140 55 + 150 + 14 160 75 + 170 + 14 180 95 + 190 + 14 200 15 + 210 + 14 220 10 40 + 18 250 10 70 + 18 280 10 00 + 18 320 10 40 +8 0 0 360 10 80 + 18 注： d（ 60）为非优先选用尺寸。 表 型液压缸活塞杆用防尘圈沟槽型式、尺寸和公差（摘自 6578 d S 1 C 基本尺寸 极限偏差 基本尺寸 极限偏差 6 4 5 + 14 + 8 2 8 4 5 16 + 8 2 10 4 5 18 + 8 2 12 5 7 22 + 11 4 5 7 24 + 11 6 5 7 26 + 11 8 5 7 28 + 11 0 5 7 30 + 11 2 5 7 32 + 11 5 5 7 35 + 11 8 5 7 38 +1 32 5 7 42 + 11 6 5 7 46 + 11 0 5 7 50 + 11 5 5 7 55 + 11 0 5 7 60 + 11 6 5 7 66 + 11 60） 5 7 70 + 11 3 5 7 73 + 11 0 5 7 + 80 + 11 0 5 7 90 + 11 0 5 7 100 + 11 00 115 + 13 4 110 125 + 13 4 125 140 + 13 4 140 155 + 13 4 160 175 + 13 4 180 195 + 13 4 200 215 + 13 4 220 10 12 240 + 16 5 250 10 12 270 + 16 5 280 10 12 300 + 16 5 320 10 12 340 + 16 5 360 10 12 380 + 16 5 注： d（ 60）为非优先选用尺寸。 表 型液压缸活塞杆用防尘圈沟槽型式、尺寸和公差（摘自 6578 d S 1 2 C 基本 尺寸 极限 偏差 基本 尺寸 极限 偏差 基本 尺寸 极限 偏差 6 3 4 + 12 + 7 8 3 4 14 + 7 10 3 4 16 + 7 12 3 4 18 + 7 14 3 4 20 + 7 16 3 4 22 + 7 18 3 4 24 + 7 20 3 4 26 + 7 22 3 4 28 + 7 25 4 5 33 + 28 + 8 8 4 5 36 + 31 + 8 2 4 5 40 + 35 + 8 6 4 5 44 + 39 + 8 0 4 5 48 + 43 + 8 5 4 5 53 + 48 + 8 0 4 5 58 + 53 + 8 6 5 6 66 + 59 + 60） 5 6 70 + 63 + 3 5 6 73 + 66 + 0 5 6 80 + 73 + 0 5 6 90 + 83 + 0 5 6 100 + 93 + 00 115 + 104 + 13 110 25 + 114 + 13 125 40 + 129 + 13 140 55 + 144 + 13 160 75 + 164 + 13 180 95 + 184 + 13 200 15 +04 +3 0 0 220 10 11 240 + 225 + 250 10 11 270 + 255 + 280 10 11 300 + 285 + 320 10 11 340 + 325 + 360 10 11 380 + 365 + 注： d（ 60）为非优先选用尺寸。 油封材料 鉴于油封处于大气和油的环境中，所以要求材料的耐油性、耐大气老化性能良好；同时它常遇灰尘、泥水，且有很高的转速，因此要求耐磨性和耐热性良好。某些特殊情况例如油封用来密封化学品时，则要求其材料应与介质相适应。 用作油封的橡胶主要是丁腈橡胶、丙烯酸酯橡胶和聚氨醋橡胶，特殊情况用到硅橡胶、氟橡胶和聚四氟乙烯树脂。丁腈橡胶的耐油性能优异；聚氨酯橡胶的耐磨性能突出；而硅橡胶耐高、低温性能都很好；氟橡胶则较耐高温。它们对各种润滑油 、液压油的适应性如表 虑周速及温度时对油封的选择可参考表 表 四种橡胶的耐介质性能 丁腈橡胶 丙烯酸酯橡胶 硅橡胶 氟橡胶 优 优 优 优 优 优 优 优 优 优 优 优 良 优 可 优 燃料试验油 A 优 良 可 优 燃料试验油 B 优 良 可 优 20 号 优 优 良 优 30 号 优 优 优 优 90 号 优 优 优 优 发动机油 优 优 优 优 主轴油 优 优 良 优 机械油 优 优 优 优 轻油 优 良 可 优 透平油 优 优 优 优 变压器油 优 优 良 优 柴油 优 优 优 优 电机油 优 优 优 优 汽缸油 优 优 优 优 汽缸变速器油 良 优 良 优 极压润滑油 良 优 可 优 轮机 良 优 可 优 优 可 优 优 良 优 良 优 优 石油系液压油 优 优 优 优 磷酸酯系液压油 可 可 优 优 防护及润滑用特殊液压油 500号 可 可 优 优 防护及润滑用特殊液压油 700号 可 可 优 优 二脂系合成油 良 良 优 优 制动器油 良 可 可 良 动植物油 优 可 优 良 汽油（高辛烷值） 优 良 可 良 汽油 优 良 可 优 灯油 优 良 可 优 气机 燃料） 优 良 可 优 稠结润滑脂 优 优 优 优 底盘润滑脂 优 优 优 优 纤维状润滑脂 优 优 优 优 轴承润滑脂 优 优 优 优 硅润滑脂 良 良 优 优 合成油脂 良 良 优 优 油 优 优 优 优 苯 可 可 可 优 煤油 优 可 可 优 甲苯 可 可 可 优 二甲苯 可 可 可 优 氯乙烯 可 可 可 优 三氯乙烯 可 可 可 优 丙酮 可 可 良 可 甲基乙基甲酮 可 可 良 可 甲基异丁基甲酮 可 可 良 可 四氯化碳 优 可 可 优 丙烷 优 优 良 优 丁烷 优 优 良 优 醇类 优 可 良 30%氨水 优 可 可 浓石碱水 优 良 优 乙二醇 优 良 优 氟利昂 可 优 水 优 可 优 浓盐水 优 优 良 耐酸性 优 良 可 耐碱性 良 可 良 此外，油封还用到骨 架材料和弹簧材料。前者常用一般冷压或热轧钢板、钢带，只有海水及腐蚀性介质才用不锈钢板；后者用一般弹簧钢丝、琴钢丝或不锈钢丝等。 油封胶种的选择，建议参见图 图 摩擦线速度、轴径的和转速关系图 胶种代号： D 丁腈橡胶（ B 丙烯酸酯橡胶（ F 氟橡胶（ G 硅橡胶（ 油封的使用 1 油封的润滑与漏油 油封使用情况的好坏，大致可以用泄漏量是否在允许范围内、以及使用寿命的长短来衡量。由于油封的影响因素甚多，要作到绝对不漏是不可能的。为此各国对油封的允许泄漏量作了规定。若实际泄漏量在此规定范围之内，就算密封情况良好，详见表 封常用的润滑方法有： 表 各国标准中规定的油封泄漏量 国名 标准 泄漏允许量 美国 美国汽车协会标准 国军用标准 车公司标准 建筑公司标准 无规定 不超过 4h 不超过 1104h 不超过 0h 英国 英国国家标准（ 不超过 0h 日本 日本工业规格 允许漏油 德国 德国国家标准（ 无规定 1）安装时对油封唇部涂润滑脂。通常，应根据使用条件对脂基进行选择。锂基润滑脂的耐热、耐水性能好，温度