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一 旋转轴唇形密封圈的胶料和基本性能1.旋转轴唇形密封圈的胶料简介目前生产旋转轴唇形密封圈的胶料主要是丁腈橡胶、氢化丁腈胶、丙烯酸酯橡胶和氟橡胶。丁腈橡胶主要由丁二烯和丙稀腈组成。其中，根据丙稀腈的含量分为五个系列：极高丙稀腈含量（43以上）、高丙稀腈含量（36-42）、中高丙稀腈含量（31-35）、中丙稀腈含量（25-30）、低丙稀腈含量（24以下）。氢化丁腈胶是将聚合物链上的不饱和双键经氢化还原成饱和键而成，因此又称高饱和丁腈橡胶。它除了具有丁腈橡胶的性能外，还具有耐高温接近丙烯酸酯橡胶的特点。丙烯酸酯橡胶主要由丙烯酸乙酯或丙烯酸丁酯或其它丙烯酸酯与丙稀腈聚合而得。乙烯丙烯酸甲酯橡胶（AEM）由乙烯、丙烯酸甲酯和少量有机羧酸三元共聚物，其低温性能比ACM要好，主要应用于旋转轴油封。氟橡胶主要由偏氟乙烯和三氟氯乙烯共聚的23型氟胶、偏氟乙烯和六氟丙稀共聚的26型氟胶、偏氟乙烯和四氟乙烯与六氟丙稀三元共聚的246型氟胶。2.常用胶料性能要求及检验情况 表1 京汕油封常用胶料性能 表2 橡胶密封材料物化性能检测表 表3 油封唇口材料对密封介质的适应性- 24 -表1 油封常用胶料性能 机械物理性能NBR-NBR-NBR-ACMHNBR-HNBR-FKMFKM硬 度(A)70580570570705805705805拉伸强度(MPa)121412915151011扯断伸长率(%)250160200170250160170130压缩永久变形B形试样%10070h4010070h4012070h4515070h6012070h4012070h4015070h5015070h50热空气老化硬度变化(A)拉伸强度变化率(%)扯断伸长率变化率(%)10070h 0+10-20-4010070H0+10-20-3512070h 0-+10-20-3515070h0+8-35-4012070h 0+8-20-3512070H0+8-20-3520070h0+8-20-3020070h0+8-20-30耐 液 体1#标准油体积变化率(%)3#标准油体积变化率(%)10070h-10+50+2510070H-8+50+2512070h-8+50+2515070h-5+100+4012070h-10+50+2512070H-8+50+2515070h-3+50+1215070h-3+50+12脆性温度不高于()-40-35-30-20-50-45-25-20表2 橡胶密封材料物化性能检测表 胶 种项 目N701N702N704N802F70F70HN701A701A703胶 种NBRNBRNBRNBRFKMFKMHNBRACMACM外 观黑色黑色兰色黑色棕色黑色黑色黑色黑色邵尔硬度（度）727070787172757475拉伸强度（%）181712201113241314扯断伸长率（%）250270300210260260240260270压缩永久变形（%）12070h10070h10070h10024h20070h17524h15070h15070h14070h262137194245225058热空气老化12070h10070h10070h10024h20070h17524h15070h15070h14070h硬度变化率(度)+5+4+5+2+3+3+2+4+6强度变化率(%)+11+6+5+2+6+6+5+1-7伸长率变化率(%)-8-10-12-5-17-15-5-5-18耐油体积变化率12070h10070h10024h10024h15070h15070h15070h15070h14070h1标准油(%)-7.6-9.2-9.5-6+0.5-0.5+4-1.4-2.13标准油(%)+11+11+2.6+8.5+2.8+5.2+23+14+11脆性温度()GB/T15256-96-40-40-35-35-29-30-55-20-20表3 油封唇口材料对密封介质的适应性密 封 介 质 种 类唇 部 材 料NBRACMHNBRFKM可 使 用 温 度 -50100，120-20150-50150-25225发 动 机 油SAE30优优优优SAE10W优优优优齿 轮 油平齿轮油良良良优双曲线齿轮油良良良优2 号 透 平 油优优优优2 号 机 油优优优优锭 子 油1号良良良优2号良良良优石油系工作油1号优优优优2号优优优优切 削 油可不可可优难燃性工作油磷 酸 脂 类不可不可优优油水乳浊液类优优优优水 甘 醇 类优不可优优硅 油 类良良良优浓 碱可不可可优稀 盐 酸不可可不可优稀 硫 酸可可可优备 注不适应刹车油说明：可为尽量不选；不可为绝对不能选。二旋转轴唇形密封圈基本概念 1. 基本形状及各部位的名称1.外表面 2.前倒角面 3.前表面 4内胶层5.定位处 6.唇部外表面 7.弹簧支撑圈 8.弹簧槽、弹簧9.唇前面 10.主唇 11.腰部 12.唇后面13.内表面 14.副唇前面 15.副唇 16.副唇后面17.副唇外表面 18.底包胶面 19.底包胶层 20.后倒角面 21.外包胶面 22.骨架：唇前角 ：唇后角 1：副唇前角 1：副唇后角b:密封圈宽（高） h:唇宽（高） h1:唇口宽（高） h2:唇冠宽2.骨架的作用：1. 增加油封的刚度；2. 保证唇口相对轴的位置；3. 对客体起到密封作用。3.弹簧的作用：1. 保持冠部的形状；2. 对唇口产生预紧力；3. 保证R值的稳定；4. 对径向力的补偿。二 油封的基本结构和应用场合1.油封结构标注对照 我国的油封标准比较少，种类也不齐全。基本形状只有B型（FB型）、W型（WB型）、Z型（FZ型），对于V型、K型无簧油封，并到了防尘密封圈里。 国际标准化组织ISO对于油封的基本结构标注方式也比较少，只有1型、2型、4型和5型四种结构。欧洲版式的油封主要采用DIN3761标准，内包骨架油封A(AS)型、外露骨架油封B(BS)型、装配式油封C(CS)型，和我国的标准相当。GBISODINJISNOKB1型ASSCW2型BSMSBFB4型ASDTCFW5型BSDMTBZCSASAFZCSDATA 目前比较通用的标注方式是行业标准的标注方式，特别是在汽车密封件行业。这些标注类型比较多。但由于油封的种类和样式又是层出不穷的，因此只能大概介绍主要种类的标注。油封的类型及应用场合内包骨架油封（C型）SC型TC型确保外径的密封性能，广泛用于各种材料的装配孔。允许客体较大的表面粗糙度。外露骨架油封（B型）SB型TB型外圆为铁壳设计，具有较好稳固性能和装配精度。外表面喷漆的定义尾部加“H”。内包骨架油封（G型）SG型TG型外圆橡胶为沟槽设计，特别适合高温膨胀材料，尤其适用于高温环境。装配式油封（A型）SA型TA型组合内壳设计，具有较好的刚性，特别适用较大尺寸或对刚性要求高的场合。外表面喷漆的定义尾部加“H”。外露骨架油封（L型）SL型TL型外圆为铁壳设计，具有较好稳固性能和装配精度,其刚性比B型好一些。外表面喷漆的定义尾部加“H”。外露骨架油封（M型）SC型TC型除了具备B型油封的特点外，由于骨架内部采用了包胶结构，可避免密封介质对骨架的侵蚀。外露骨架油封（Z型）SZ型TZ型类似于M型油封，可改善外圆的密封条件。半包骨架油封(BC型）SBC型TBC型外圆橡胶为半包半露形式，具有B型和C型的特点。半包骨架油封(BG型）SBG型TBG型外圆橡胶为半包半露形式，具有B型和G型的特点。多唇型油封（2型）TC2型TB2型增加副唇结构，可提供更好的防尘效果。多唇型油封（6型）TC6型TB6型增加副唇结构，可提供更好的防尘效果。多唇型油封（9型）TC9型TB9型增加副唇结构，可提供更好的防尘效果。D型油封DB型DC型双主唇油封，可分离两种密封介质。DA型DM型N型油封SCN1型TCN1型耐中压型油封，底部露骨架则为N2型。N型油封SGN1型TGN1型耐中压型油封，底部露骨架则为N2型。外露骨架油封（EA型）SEA型TEA型类似于A型油封，可提高油封的耐压条件。外露骨架油封(EB型）SEB型TEB型类似于B型油封，可提高油封的耐压条件。半包骨架油封(EM型）SEM型TEM型类似于M型油封，可提高油封的耐压条件。内包骨架油封（EC型）SEC型TEC型类似于C型油封，可提高油封的耐压条件。2.油封的回油线 图 73.油封的速度划分 油封的速度划分主要是根据密封唇口的线速度来分的，尽管划分范围和称呼有点差异，但这一点是达到共识的。按照过去的共同认识，划分方法如下： 低速油封：线速度低于5m/s 常速油封（中等要求线速度）：线速度510m/s 高速油封：线速度1015m/s 超高速油封：线速度高于15m/s 随着科学技术水平的提高和人们对性能要求的提高，划分标准可能会发生小的变化，高速油封线速度将会提高到20或25m/s,超高速油封线速度将达20或25m/s以上。 4.油封的压力划分 常压油封：压力0.03MPa 低压油封：0.030.1 MPa 中压油封：0.11 MPa 高压油封：12.5 MPa 超高压油封：2.5 MPa三.油封设计基础1.橡胶唇口材料的选择1.1油封胶料适应的工作温度胶料种类丁腈橡胶氢化丁腈胶丙烯酸酯胶硅橡胶氟橡胶温度范围-40+125-50+150-25+150-60+250-25+2251.2唇口温升与轴径、转速的关系 1.3胶料硬度的选择一般胶料硬度选HSA70,当轴径大于150mm或密封腔体压力高于0.03Mpa时胶料硬度选HSA80。当转速大于4000rpm时,一般不选用丁腈橡胶。2油封结构的选择油封结构选择的方法一般选用基本型的结构B型或W型;当油封使用场合为灰尘或污水时,使用FB型或FW型;当装配要求骨架有足够的刚性时,使用Z型FZ型;当油封密封两种不同介质时,使用DB型或DC型;当端面需要密封润滑脂或防尘时选用大喇叭口型油封;当缸体直径和旋转轴直径相差比较大或者装配结构需要时,选用碗型结构油封;当轴的跳动比较大时,选用W型或相近似的油封;当密封形式为低速、密封介质为润滑脂且以防尘为主时,选用无弹簧油封;密封腔体压力高时,选用特殊结构油封(腰部变化、唇宽变化、增加加强环或支撑环)。四.机械零件的设计、加工和安装 为了保证油封的密封效果和较长的使用寿命，与之相配的轴和壳体必须要达到一定的要求，否则将会受到严重影响。 1.旋转轴的要求 1.1轴的材料要求 一般要求材料为碳钢或碳素合金钢，特殊介质时使用不锈钢。轴要进行调质处理，洛氏硬度HRC4045以上，特殊要求时还要更高一点。调质处理时间要长一点，速度要慢，尽量保证其表面组织结构均匀。 高速油封轴镀铬时，镀层要合适，不要使铬层剥落以影响油封密封。 1.2轴的表面粗糙度 轴的表面粗糙度与密封件的线速度有关系（参看右图）。其表面粗糙度随着油封线速度的增加，光洁度要求也越高，但并不是越高越好。太光滑的表面存不住润滑油膜，将会使橡胶体与轴直接产生干摩擦，这样反而会缩短油封使用寿命。一般来讲，轴的表面粗糙度不要超过Ra0.2,否则会使密封效果变差。国家标准规定（GB1801）轴的表面粗糙度为Ra0.20.63，Rmax0.82.5 1.3轴的倒角 为了安装油封时不损坏油封唇口，轴应该进行合理的倒角，并且还要保证无毛刺和划痕。轴的倒角如下表要求：表5 轴的倒角：单位mm轴径d1d2(最大)轴径d1d2(最大)轴径d1d2(最大)64.875.786.697.5108.4119.31210.21412.11513.116141714.91815.82017.72219.62421.52522.52825.33027.33229.235323834.94036.84238.74541.64844.55046.45551.25652.35854.26056.16258.16359.165616863.97065.87570.78075.58580.49085.39590.11009510599.9110104.7112106.7115109.6120114.5125119.4130124.3135129.2140133145138150143155250d1-7260500d1-11 1.4轴的精度 轴的精度对密封性能影响不大，但一般不超过h11（GB1301）。国外对于无压油封一般为h9h11,但对于有压油封大都采用h8。 2.壳体的要求 2.1壳体的材料 壳体的材料由用户根据使用情况自己确定。 2.2壳体的倒角 倒角角度一般为1530（国标规定为1525 GB13871-92）,倒角长度l为0.10.15b(b为油封宽度)。 2.3壳体的精度等级 一般壳体精度等级规定为H8，但考虑到实际情况，内包骨架油封精度等级可采用H9,而外露骨架油封精度等级采用H8（我国标准均规定为H8级）。 2.4壳体的表面粗糙度 壳体的表面粗糙度一般不低于Ra3.2,对于外露骨架油封，要适当提高。 3.油封的静态偏心量 对于普通结构油封来讲，其静态许可偏心量随着轴的直径变大而加大，过大的偏心量会影响其密封性能。 4.动态偏心量 对于普通结构油封来讲，其动态许可偏心量随着轴的转速变大而减小，过大的跳动会影响其密封性能。五.包装贮存1. 包装前应将油封清理干净,外露金属表面应涂防锈剂;2.包装应采用经济实惠又安全可靠的不同方法,确保运输过程中和贮存期间不受损伤;3.袋装或盒作小包装应附有产品合格证,大包装采用硬纸箱或木箱包装,每箱包装重量不超过30Kg,且大包装前后面应涂刷明确的标志;4.油封应妥善贮存,库房应保持阴凉(低于30)平均湿度为40-70%,湿度太大也会使某些油封材料变质,还会使金属骨架和弹簧因腐蚀而损坏;5.油封贮存应远离直射光或反射光以及远离可能产生臭氧的电器设备,同时还应该远离放射性物质和烟雾,以防止油封老化而降低寿命;6.油封贮存库房应保持清洁卫生,无灰尘和堆积杂物,同时还应该避免油封遭受昆虫或者是啮齿类生物的侵害;7.装有油封的纸质包装箱存放时应注意不要直接叠放,以避免承重过大而损坏了下层的油封;8.油封不宜存放在作业区内,以免设备和其它下落物对油封造成损伤;9.油封库存应遵循“先入库先出库”的原则,避免长期存放造成的材料变质,一般油封的库存期不要超过三年。六.油封的维护1 未做好安装准备前不要从包装中取出油封，以免造成损坏和污染以及混淆标志；2 拆去包装后的油封应细心维护，防止在装配前受到损害，特别是严重损伤唇口；3 绝对不允许用钢丝、细绳等穿挂油封或将油封挂在钉钩上，以免造成唇口的损坏而影响了密封；4 外露骨架油封易损坏相邻油封的橡胶部分，因此要妥善维护；5 油封不应和其它杂物堆放在工作台上，以免被沙粒、铁屑或其它尘沫弄脏。已润滑的油封更应该注意保持清洁；6 油封需要清洗时，用户应使用制造厂推荐的清洗液和方法，以免油封受损而失效。七.油封的安装1 安装前应检查油封，确保油封清洁和完好无损；2 油封在安装前应涂抹适量的润滑剂，防尘用的油封应涂抹适量的润滑脂；3 轴的端部和腔体的内孔口部应有符合GB13871规定的倒角；4 安装垂直度是油封的一个重要特性（见表25中给出的垂直度公差），为了保证垂直度的要求，必须通过一定的专用夹具来实现。安装时尽量采用机械设备来安装。表6 油封对轴的垂直度轴的直径范围25以下25-8080以上垂直度公差0.10.20.3针对不同结构的安装形式，要采用不同的专用夹具。下面图示为基本夹具型式。 图 12图 13 图 14图 15 图 16 图 17 图 18 图 19九影响油封性能的因素影响油封密封性能的因素很多。据不完全统计，有近百种因素会影响油封的密封性能和使用寿命，除了油封本身的材料、结构等因素外，还有密封介质、环境温度、腔体压力、旋转速度、线速度、润滑、轴的质量、壳体的质量、相关件的质量、装配等诸多因素有关。因此，提高油封的密封性能，延长油封的使用寿命，是我们共同的责任。 1.密封介质 参看表1，不适应的介质将会直接影响到油封的密封性能和使用寿命，因此再选定好介质后再确定胶料，同样的，一旦选定胶料，密封介质也不要随便更换。对于含有磷酸脂的介质，只能选用氟橡胶类制品；而对于刹车油介质来讲，千万不能选用氟橡胶。 2.温度 低温会使橡胶唇口变脆，高温却会使橡胶老化而导致唇口变硬。这些都会使油封丧失性能而导致泄漏。一般来讲，高温会直接影响油封的使用寿命。 高温情况下，油的粘度降低，还有可能分解出对橡胶材料有影响的氧化物，同时橡胶材料在高温介质中会产生溶胀或者析出，改变了油封的断面结构。 高温情况下，胶料性能迅速下降，使油封径向力变小。表7 26型氟橡胶在不同高温下的使用时间项 目使 用 温 度 （）230260288315使用时间（h）3000100024048表8 过氧化物硫化的丁腈橡胶热空气老化性能变化温度时间h拉伸强度MPa扯断伸长率硬 度邵尔A-13.23806812010006.42092150726.82090表9 不同温度下胶料的性能变化项 目室 温80100拉伸强度MPa13.56.52.8长度伸长率%2608045 从上面几个表中可以看出,温度对性能的影响和使用寿命的影响。而造成温度上升的因素有：转速、轴的表面粗糙度、不良的润滑以及轴承的发热等诸多因素。 3.压力对密封性能的影响对于普通油封，一般要求工作压力不大于0.03MPa，实际上即使稍微增高一点，即达到0.05MPa左右，对中、低速油封密封性能影响不大。但过高的压力将会迫使油封唇口打褶，还会使跑合接触面积加大，摩擦力加大，温度骤升。下图为压力与线速度的关系图。 4.速度对密封性能的影响速度的提高，导致摩擦热的增加和温度上升，当唇口温度超过该油封产品材料使用极限，并且长时间处于该极限状态时，胶料就会失效或者缩短油封使用寿命。要保证一定的速度，就必须选用合理的轴，包括轴的硬度、表面粗糙度、安装精度等各方面的因素。右图是摩擦系数和轴的表面粗糙度的关系 摩擦的加大，导致胶料的磨损，是油封唇口形状改变，失去密封机能，导致泄漏。 右图是对于丁腈橡胶来讲的漏油率和转速的关系。当然它还与使用时间有关系，这只是指在一定的内的漏油率。 5.装配对泄漏的影响 装配不良，对密封性能影响很大，尤其是偏心度、轴的跳动和油封装配对轴的垂直度，这些都会造成油封的疲劳、偏磨损等一系列影响密封性能的因素。因此合理地选择控制参数，是保证密封性能和使用寿命的必要前提。 为了减小轴的径向跳动对性能的影响，除了选用高精度的轴承外，还要尽量使油封靠近轴承。 装配环境也是影响泄漏的重要因素。不洁的环境，可能会使粉尘、细屑、沙粒等物质夹持在跑合面上，损伤轴或油