旋转轴唇形密封的密封性能及应用

旋转轴唇形密封的密封性能及应用

旋转轴的嘴唇型密封是工程机械中常用的材料。全面了解旋转轴唇形密封圈的技术要求和使用要点,是做好工程机械维修工作的重要环节。1.结构和原则(1)旋转轴唇形密封圈的安装旋转轴唇形密封圈主体由橡胶制成,其外径部位设有金属骨架。金属骨架的作用是增强密封圈强度,以便牢固地安装在座孔中。旋转轴唇形密封圈有6种型式,即内包骨架型、外露骨架型、装配型、带副唇内包骨架型、带副唇外露骨架型和带副唇装配型。旋转轴唇形密封圈内径为弹性密封唇,其在弹簧圈作用下与轴颈表面紧密接触,从而防止油液沿轴颈向外泄漏。旋转轴唇形密封圈结构及安装位置如图1所示。(2)旋转油膜密封的形成旋转轴密封圈外圈以过盈配合压入密封圈孔座。二者之间形成小过盈配合,将油液密封住,由此形成旋转轴密封圈外圈密封。而旋转轴内圈密封功能分为内径静态密封和内径动态密封。内径静态密封其密封唇的内径小于旋转轴的公称直径,将其装配后,其产生一个压向旋转轴表面的径向力F内径动态密封旋转轴开始旋转时,在轴与密封唇之间形成1条狭窄的滑动密封表面接触区。由于密封唇的几何形状发生变化,使接触表面产生不对称应力分布。此时接触区摩擦状态是从静摩擦,经过混合摩擦而转变成流体动摩擦。油液的流动形成油膜,是旋转轴密封圈密封的必要条件。密封唇唇口处产生的流动油膜,在液体表面张力作用下,恰好能使油膜与空气接触端形成一个弯月面,从而使流向油液侧的液体产生传送效应,以起到防止油液泄漏、实现旋转轴动态密封效果。如图3所示。油膜厚度直接影响密封圈的密封性能,最佳临界油膜厚度约为1～3μm。油膜厚度过大容易引起泄漏;油膜厚度过小可能引起摩擦部位异常升温、旋转轴表面产生刮痕,甚至导致密封唇过早磨损和密封失效。2.配合方差及配合旋转轴唇形密封圈的技术要求主要包括外径圆度公差、轴与座孔的配合公差及表面粗糙度、轴与座孔之间的动态同轴度公差、轴与座孔之间的静态同轴度公差等。其中外径圆度公差属于制造技术要求,其余3个为装配技术要求。(1)直径偏差和圆度差根据德国DIN3760标准规定,旋转轴唇形密封圈外径偏差和圆度公差如表1所示。(2)旋转轴与唇形密封圈配合的直径大小旋转轴唇形密封圈需要安装到旋转轴轴颈上和座孔中,因此其与轴和座孔的配合应在一定的公差范围之内。根据德国DIN3760标准规定,旋转轴与唇形密封圈配合的轴颈,其直径公差带为h11,其圆度公差等级为IT8;唇形密封圈座孔内径公差等级为H8。与唇形密封圈配合的旋转轴轴颈和座孔的表面粗糙度如表2所示。(3)密封圈的安装由于轴承存在不可避免的径向间隙,当轴旋转时出现径向跳动(尤其在高速旋转)时,若旋转轴唇形密封圈的密封唇由于惯性作用无法贴紧轴颈表面,就会造成密封圈泄漏。因此应选用精度等级较高的轴承,且密封圈的安装位置应尽可能靠近轴承。这样,就可降低旋转时动态同轴度偏差,从而达到理想的密封效果。根据德国DIN3760标准,轴旋转时不同转速允许的动态同轴偏差如图4所示。(4)装座孔中心同轴度偏差为了保证旋转轴唇形密封圈有效密封,应该使旋转轴轴颈中心与密封圈安装座孔中心同轴度偏差尽可能小一些,否则会造成密封圈的密封唇与轴颈偏心接触,从而加快密封唇磨损,缩短密封圈使用寿命。根据德国DIN3760标准,允许的不同直径的轴颈与座孔的静态同轴度偏差如图5所示。3.使用要点(1)密封圈的安装在安装旋转轴唇形密封圈之前,若轴和座孔有棱角或毛刺,应先将棱角倒角或倒圆,并清洗密封圈、轴和安装座孔。密封圈装入座孔时,应选用专用工具推入,以免密封圈扭曲变形。使用非专用工具或器具安装时,应使压入力尽可能均匀地施加在密封圈周边。密封圈安装中要通过螺纹、键槽、花键等部位时,应注意防止其损伤密封唇。密封圈安装后,应在密封圈上涂敷润滑脂或润滑油。若密封圈带密封唇和副唇(防尘唇),应在密封唇与副唇之间的间隙中涂敷润滑脂或润滑油。上述安装工作完成后,再进行静态同轴度检测,其内圆中心与轴颈中心应符合静态同轴度要求。可将座孔端面或孔用挡圈作为密封圈径向定位基准,测量密封圈与轴颈的角度,以保证密封圈与轴颈的角度为直角。(2)旋转轴唇形密封圈的贮藏旋转轴唇形密封圈一般是橡胶或复合橡胶制品,为此要严格按照橡胶制品的贮存要求进行贮存。合理的贮存环境能保持长期存放密封圈的质量和性能不受影响。为使旋转轴唇形密封圈不发生变形、硬化、老化、风化,贮存时尽量不要让其受到温度、湿度、光照、氧、臭氧等因素的影响。贮存的旋转轴唇形密封圈应处于不受力状态,即未拉伸、未受压状态,否则会使其产生拉、压变形。旋转轴唇形密封圈贮存场所应干燥、无尘、通风良好,贮存温度不应低于-