油封的设计与开发

油封的设计与开发油封结构的设计主要基于运行条件、装配条件和环境条件。在设计中，应考虑密封性能、使用寿命、材料、制造工艺和经济性等因素。设计油封时，首先要选择合适的油封材料。所用的复合配方应提供合理的综合性能，能满足耐温性、耐油性、耐磨性和良好的工艺性能要求。油封的操作和设计参数结构设计中使用的参数和设计参数应进行调整。表1说明了设计参数和使用参数之间的关系。表1设计参数和使用参数之间的关系设计油封结构时，应考虑以下结构参数。(1)唇干涉(d-d1)如果过盈量大，唇部会过度拉伸，导致老化和磨损，缩短使用寿命。如果过盈量小，密封性能不好。由于干涉与整个唇口的径向力有关，所以应综合考虑。表2所示的干扰值仅供参考。表2不同轴径的干涉量(2)弹簧位置“r”的值该值是设计中的理论接触宽度。“R”值大，接触宽度大，摩擦也大。“R”值小，不利于密封。表3中弹簧位置“R”的值仅供参考。表3不同轴直径的“R”值(3)腰围腰部长度提供的径向力约为油封唇径向力的50%。保持较低的径向力值很重要。实现这一目标的一种方法是延长油封腰部的长度。然而，一般来说，油封的外径长度已经标准化，甚至非标准化的装配空间也限制了该宽度。因此，腰部的线性长度是有限的，并且从腰部的线性部分导出的曲线的弯曲横截面可以解决这个问题。(4)腰段厚度在实验中，发现即使在低压下，图(a)的变形也容易发生，并且简单地增厚腰部不利于嘴唇的跟随能力。腰围变粗会削弱弹簧的功能，也不如细腰跟随偏心的能力好。为了解决腰部变形和跟随能力之间的矛盾，建议将腰部改变成图(b)的形状。这不仅增强了腰部的刚性，而且不影响跟随怪癖的能力。(5)顶部长度在一些油封结构截面图中，头部顶面的长度(t)设计为等于弹簧槽的半径(r)，但在使用中经常发现弹簧自行脱落的现象。为了防止弹簧脱落，设计应使t大于r，并至少满足以下关系：t=4/3 r。(6)弹簧槽的形状许多油封在弹簧槽的设计中有一个错误。弹簧槽半径(R)和弹簧圆半径(R)被设计成不同的值。实验验证表明，某些油封唇上有两条接触带。因此，当R=r时，唇缘应力分布最好，只有一个接触区。然而，由于模具加工、橡胶收缩等原因，在制造中很难实现两者之间的绝对平等，只能保持两者之间的微小差异。(7)金属框架设计金属骨架的主要功能是加强油封的结构刚度。厚度和配置方法取决于油封的工作条件和装配条件。(8)弹簧圈油封中使用两种类型的弹簧，即吊索弹簧和板簧。在这两种弹簧中，吊索式弹簧是最常用的。钢丝直径的弹簧直径、退绕长度和缠绕数的计算请参考相关标准和机械设计手册。(9)径向力径向力是一个极其重要的参数，其对油封使用性能的影响总结如下：1太小的径向力导致密封性能差；2当径向力过大时，会发生磨损，缩短使用寿命；3.径向力直接影响接触区域的摩擦和温度。如果径向力太大，摩擦热将降低目前，合成橡胶是油封的主要材料。由于其选择和结构设计是左右油封密封性能和使用寿命的主要因素，因此正确掌握橡胶性能和正确选择使用的橡胶材料非常重要。哪种橡胶是最适合油封的材料？这应根据油封的相关参数确定，即轴的径向力应足够高以防止油封泄漏，并足够低以保持一定的油膜厚度以保持低摩擦热；油封应具有足够的过盈量，以克服使用中偏心的影响。唇缘在接触区域的面积也是决定因素之一。油封材料直接影响上述三个参数，因为材料随时间和温度而变化，每个关键参数也随温度而变化，例如，随着温度的升高，材料的模量降低，径向力发生变化。热膨胀、密封介质引起的材料膨胀以及橡胶的软硬度都会影响径向力和干涉。基于上述原因，在选择油封材料时应考虑以下特点：与密封介质的相容性，密封介质无膨胀、硬化等现象；具有良好的耐热性和耐磨性；弹性适中，能适应轴粗糙度和偏心率的变化。随着橡胶材料配方的变化，新材料不断出现，现有材料也在不断改进。下面仅简要描述最常用于制造油封的丁腈橡胶、聚丙橡胶、硅橡胶、氟橡胶和聚四氟乙烯。丁腈橡胶在密封件的制造材料中，丁腈橡胶的量可能大于其他弹性体的总和。丁腈橡胶的化学组成是丁二烯和丙烯的共聚物，丙烯含量在18%至40%之间，分为丙烯含量“低”、“中”和“高”丁腈橡胶。丁腈橡胶的耐油性随着丙烯含量的增加而增加，但同时其柔韧性在低温下降低。为了获得良好的低温性能，通常有必要牺牲一些耐高温燃料和油的性能。丁腈橡胶具有良好的物理性能。它的耐冷流性、抗撕裂性和耐磨性比大多数其他橡胶都好，但它不耐臭氧、天气和阳光。这方面的性能可以通过配方设计来改善。丁腈橡胶适用于石油基油、燃料油、水、硅油、硅酯和乙二醇的混合物。然而，它不适合与极压油、卤代烃、硝基碳化物、磷酸盐液体、酮或强酸以及某些汽车刹车油接触。聚丙烯酸酯橡胶聚丙烯酸酯橡胶是丙烯酸烷基酯和其他不饱和单体的乳液共聚物。常用的丙烯酸烷基酯是乙烯乙酯和丙烯酸丁酯。聚丙烯酸酯橡胶的性能介于丁腈橡胶和氟橡胶之间。由于其分子主链不含双键，因此具有较高的耐热性、耐臭氧性和耐候性。侧链上含有氯(C1)或(CM)的官能团也具有优异的耐油性，可用于170-180的热油中.这种胶的主要特点之一是耐178矿物油，其双曲线油和黄油性能良好。它具有良好的耐老化性和抗弯曲开裂性，适合用作油封材料。这种胶的主要缺点是加工性能差、混合时粘辊、低温性能差、不耐水和耐蒸汽、耐乙二醇和高芳烃油、压缩永久变形大以及对金属模具和轴的严重腐蚀。弹性、耐磨性和电绝缘性差。此外，由于其高饱和硫化速度较慢。适当的配方可以显著提高其耐磨性，但仍不如丁腈橡胶。硅橡胶硅橡胶能在较宽的温度范围内保持其力学性能，在-65时仍能保持柔韧性，在230时能长时间工作。虽然硅橡胶的机械性能可以通过特殊的配合得到改善，但其强度、抗撕裂性和耐磨性基本较差。耐碱性、耐弱酸性和耐臭氧性一般较好。但是耐油性中等。化学性质可以通过配混剂来改善，例如更好的耐油性和耐燃油性。然而，一般来说，硅橡胶不适用于碳氢化合物，如汽油、石蜡和轻质矿物油，它们会导致硅橡胶在上述介质中膨胀和软化。硅橡胶的主要优点是在非常低的温度下仍能保持弹性。而且在高温下也不会长时间硬化，因此与其他橡胶相比，可以在更大范围内用于高温和低温密封。用作旋转密封，其使用温度高于普通橡胶。但是硅橡胶的价格比大多数其他橡胶都高。氟硅橡胶是一种价格较高的橡胶。工作性能与硅橡胶基本相同，但应用范围较窄。氟硅橡胶的主要优点是耐油性好，与丁腈橡胶相当或接近。因此，它不仅可以在丁腈橡胶的使用温度极限之外使用，而且具有硅橡胶所缺乏的耐油性。氟橡胶氟橡胶是在主链或侧链的碳原子上含有氟原子的饱和聚合物，具有独特的优异性能。它具有耐高温、耐油、抗腐蚀性强、耐溶剂、耐气候老化、耐臭氧、低透气性和良好的物理性能，可在200-250下连续工作。缺点是低温性能不太好，压缩永久变形大。为了提高氟橡胶的压缩永久变形，国内外进行了大量的研究。聚四氟乙烯塑料通常是半刚性材料，通常不用作密封件。聚四氟乙烯是一种具有独特性能的氟碳化合物，除此之外，它最突出的特点是耐化学腐蚀的温度范围。与金属接触的摩擦系数较低，但在没有填充增强材料的情况下，其机械强度不高。聚四氟乙烯的一个非常有用的方面是用作具有复合结构的密封件。例如，机械加工或模制的聚四氟乙烯可用作低摩擦表面和耐化学腐蚀涂层表面。油封材料的性能油封材料的工作温度工作温度是影响油封使用寿命的一个极其重要的因素。几种常用油封材料的工作温度如表4所示。表4常用油封材料的工作温度低温下的性能变化与高温下的非常不同。随着温度的降低，几乎所有的弹性体材料都会随着弹性的丧失而逐渐硬化，并且变形的恢复速度会变慢。同时，它也会引起一些材料的结晶，但结晶速度非常慢。如果在接近脆化点之前没有替代的弹性体材料，必要的弹性可以由弹簧力提供。在高温下，所有弹性体都失去弹性，并趋于软化。高温还会加速材料的老化，通常表现为弹性的丧失以及硬度和模量的逐渐增加。油封材料的耐磨性材料的耐磨性是油封的一个重要指标。橡胶的耐磨性与其硬度和抗撕裂性有关。通常，耐磨性随着硬度的增加而提高，具有良好的抗撕裂性和耐磨性。此外，材料的耐磨性还与材料的摩擦系数、配合面的亮度等因素有关。与密封介质的兼容性随着液体介质被材料吸收，体积发生变化。过度膨胀将导致材料的物理和机械性能下降和失效。此外，过度膨胀还会导致某些化学效应，如材料本身的某些成分的溶解或相互反应，或表面脆化导