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常用旋转密封件的选型与应用

2013-09-26

龚步才
（新会北部精机有限公司，广东江门　529100）
　　摘　要：该文分析了几种旋转轴唇形密封件密封机理，提出合理的选型方案及使用注意点。
　　关键词：动密封；旋转密封；唇形密封
　　前言
　　旋转轴唇形密封其实是动密封的一个分支，人们常常混肴它的这种从属关系，误以为动密封就是滑动密封（滑动密封包含轴用密封、孔用密封）。旋转轴唇形密封不仅仅用于液压与气动，还能用于润滑系统（如：钢厂轧辊）和轴承防尘（如：H形环）等。
　　1　旋转轴唇形密封件的分类
　　动密封件按其功能可分为旋转轴唇形密封件和往复密封件。
　　旋转轴唇形密封件可分为旋转油封（简称：油封）、H形环、旋转高压组合封（也叫旋转格来圈）。其中旋转油封又可分为骨架油封和无骨架油封。
　　骨架油封是Z常用的旋转轴唇形密封件，根据不同结构它可分为外包橡胶型和外露骨架型；根据唇口数量可分为单唇和双唇；根据有无弹簧可分为带自紧弹簧型和无弹簧型。
　　外包橡胶型骨架油封既适用于热胀冷缩较严重的材料（如铝和其它非铁金属）做骨架的腔体时又适用于钢铁材料做骨架的腔体的场合，该结构可防止材料随温度变化，导致骨架可能会从腔体中脱落。它是利用外包橡胶的弹性对其温度补偿，确保油封外圈与腔体孔的紧密配合。（如图1）
　　外露骨架型仅适用于钢铁材料做骨架的腔体的场合，它是利用骨架与腔体孔的过盈配合来实现防脱。（如图2）
　　无骨架油封一般用于大型、重型的旋转轴上，以密封油、脂、水等各种流体。由于该型油封的肩部无骨架较软，一般为橡胶夹织物，唇部为聚四氟乙烯＋橡胶，故该型油封唇口比普通油封许用线速度更高，但安装时须在其肩部加上函盖，用螺钉使之与腔体连接。（如图3）
　　单唇油封仅有一道主密封唇口，它适用于无污染场合或虽有污染但流体密封要求不严格的场合（此时须将唇口朝向污染物，即反装）。（如图4）
　　若遇污染严重，流体密封要求严格场合，须用两只单唇或双唇油封形成背对背双油封结构，内侧油封密封流体，外侧油封挡污（如图2），目前有些生产商将这种“背对背双油封结构”做成一体，即一个油封含有一个共用的“T”形骨架和两个背对背的唇口。
　　无弹簧型油封仅适用于润滑脂密封。（如图5）“V”形环密封机理与油封不一样，油封属于一种径向密封，而“V”形环属于一种轴向密封（又叫端面密封），它工作时是随轴一起旋转，并可利用离心力的作用将污物甩离唇口，实现防尘的效果。它适用于密封要求不严格的场合，常用于轴承端盖处密封，作为轴承防尘毡圈的替代品。（如图6）

　　旋转高压组合封用于液压系统中高压场合（如：旋转接头），它有孔用、轴用两种密封形式。安装同格来圈、斯特封。旋转线速度Z高可达1.0m/s，工作压力Z高可达30MPa。
　　2　常用旋转轴唇形密封件的材质及其性能
　　一般旋转轴唇形密封件的主材料为橡胶（有的含夹织纤维），骨架为薄碳钢板或不锈钢板，自紧弹簧为磷化C72弹簧钢（标准），须防腐蚀时可用AISI302不锈钢。
　　橡胶：
　　①温度适应范围较宽，氟、硅橡胶的应用扩大了橡胶材料的适用范围。[1]
　　②与介质的适应性好，可根据不同工况选择不同胶料。[1]
　　③弹性好，与改性PTFE材料（用作油封唇口）组合，该型油封唇口比普通油封许用线速度更高，适用于高温、高速场合。
　　④跟随性好，低压密封性能好，可用于气动旋转密封。对润滑条件要求高，不可用于无润滑的气动旋转密封。
　　⑤纯橡胶材质较软，不耐高压，须加入夹织纤维以增加其硬度和强度。
　　聚四氟乙烯（PTFE）：
　　①温度适应范围Z宽，既耐高温又耐低温，许用温度范围：-200℃-+270℃。
　　②适用于所有化学介质。
　　③摩擦系数仅为橡胶的1/10，既可用于低速场合，又可用于高速场合。
　　④无弹性，须与弹性好的橡胶件配合使用。
　　⑤材质硬，一般多用于中高压场合。
　　⑥强度低，不耐磨。
　　3　旋转轴唇形密封件使用注意事项
　　（1）高温场合流体选用氟、硅橡胶，工作温度≥160℃，建议用改性聚四氟乙烯（PTFE）材料油封，润滑条件不好场合也建议用改性PTFE油封。
　　（2）液压泵、液压马达须选用耐压、骨架外包橡胶型油封。
　　（3）轴旋转线速度≤5mm/s时，可用丁腈橡胶油封，高速时须用氟、硅橡胶或改性PTFE材料。
　　（4）骨架油封、无骨架油封（如：CARCO）所配合轴的粗糙度Ra 0.2-0.5；所配合腔体孔的粗糙度Ra 3.2（V形环除外）。所配合轴与腔体孔的同轴度很重要，否则油封会快速单边磨损而失效。
　　（5）所配合轴颈须热处理HRC 45-65，因为自紧弹簧压紧力和轴的旋转，会造成弹簧处轴表面磨损。
　　（6）油封对润滑的要求很高，缺乏润滑是造成油封失效的主要原因。
　　参考文献
　　【1】流体传动与控制[J].2005第4第5期
　　【2】雷天觉主编.新编液压工程手册[M].北京理工大学出版社
　　【3】蔡春源主编.机电液压设计手册[M]北京:机械工业出版社
　　【4】ParKer样本
来源：《流体传动与控制》第2期（总第15期） 2006年3月
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