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擺線針輪減速機知識
擺線針輪減速機:油封基礎知識詳解
發佈時間:2018-08-26 20:53:00 點擊:    
一、什麼是油封


擺線針輪減速機2018年8月26日訊  油封是用於密封機械設備中旋轉軸的封油用密封元件,而腔體基本上是靜止的(見下圖),所以油封又稱旋轉軸脣形密封圈。


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機械的摩擦部分由於在機械運轉時有油進入,爲防止這些油從機械的間隙中泄漏而使用油封,並且除了油以外還需要防止水與化學藥液的泄漏以及塵埃及土砂從外部侵入,這時候也要用到油封。


二、油封的主要用途


  • 用於發動機曲軸和凸輪軸的密封

  • 小汽車,摩託車和商用車輛等傳動系統(如齒輪箱、輪轂、橋軸、差速器)的密封

  • 剷車,挖掘機等農業機械和工程機械傳動系統的密封

  • 工業用齒輪箱的密封

  • 液壓元件(泵,馬達)的密封

  • 日用機械洗衣機的密封

  • 廣泛用於機械工程和設備加工工業


三、油封的主要特點


油封外部爲圓筒形用來保證對腔體的靜態密封-採用內包金屬骨架的橡膠外緣;採用外露金屬骨架的外緣,大多需要拋光和鍍敷防腐塗層。

裝有彈簧的密封脣保證軸的動態和靜態密封的密封可靠性。經過長期開發研究的結果,油封的密封脣結構提高到極佳的性能,進而提高在更寬的負荷範圍內的密封可靠性。


四、油封尺寸和規格


油封型式繁多,各個國家和廠家都有自己的標註方法,雖然如此,由於油封是標準件,如果不是因特殊設計而新開模具,油封尺寸一般只給出內徑和外徑,及高度。


參見下圖:油封尺寸標註示意圖

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上圖中小d表示油封的內徑,大D表示油封的外徑,而B表示油封的高度。例:TC30*40*5,表示型式爲TC(雙脣包骨架)內徑爲30mm 外徑爲40mm 高度爲5mm的骨架油封。有時後面也可跟DIN,GB/T9877-88等表示油封所依據的標準。油封的內徑尺寸範圍一般在:Φ16~440mm,寬度常見爲7~20mm。


五、油封各部位的作用


油封主要由密封體、加強骨架和自緊螺旋彈簧等幾部分組成。密封體按照不同部位又分爲底部、腰部、刃口和密封脣等。


下圖是:帶彈簧並附有防塵脣的內包骨架油封各部位主要名稱和術語。

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金屬骨架就如同混凝土構件裏面的鋼筋,起到加強的作用,並使油封能保持形狀及張力。通常,在自由狀態下的骨架油封,其內徑比軸徑小,即具有一定的“過盈量”。因此,當油封裝入油封座和軸上之後,油封刃口的壓力和自緊螺旋彈簧的收縮力對軸產生一定的徑向緊力,經過一段時間運行後,該壓力會迅速減小乃至消失,因而,加上彈簧可以隨時補償油封自緊力。


油封外緣使油封在腔體孔內固定的同時,起防止流體從油封外周面與腔體內表面的接觸面之間泄漏及侵入的作用。另外金屬骨架是當油封固定在腔體內時,起保持配合力的作用。


六、油封的主要型式


油封的各種不同型式,請參見:常用油封結構型式; 常見NOK標準油封型式。


附圖:油封外緣的各種設計型式


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七、油封的密封機理


油封的密封機理涉及兩個因素,一個是腔體的密封,主要是油封外緣(靜態部件)在腔體中的定位;二是密封脣口與旋轉軸表面接觸的動態密封,這是油封的最重要功能。


附下圖:油封密封脣口與旋轉軸表面接觸區

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油封的外緣爲了保證油封在腔體的靜態密封和孔內的穩固定位,並且容易裝配。一般爲橡膠材質包覆金屬骨架,把橡膠彈性體的可靠靜態密封能力和金屬骨架支持定位的優點結合爲一體。油封的外緣設計有倒角,以便於裝配。另有油封在外緣上設計溝槽可以增加附着力,避免油封後退和歪斜的危險,也加大了壓配合公差,可提高油封靜態密封的可靠性。外緣設計爲金屬外骨架的油封適用於要求在腔體中安裝特別牢固和精確的場合,要注意的是當油封座孔內表面糙時應當塗覆密封膠,在密封座處可以使用密封劑。


八、油封的原材料


油封的骨架和彈簧是金屬製作,密封脣口等主要部分爲橡膠。油封根據使用環境,可以用不同的橡膠進行生產,以滿足密封的性能和要求。最常用的耐油橡膠是丁腈橡膠,丁腈橡膠爲目前油封及O型圈使用最普遍的橡膠之一。可說是目前用途最廣、成本最低的橡膠密封件。製造油封常用的還有聚丙酸酯橡膠、硅橡膠、氟橡膠和聚四氟乙烯等。


附下圖:彈簧及金屬骨架材料的種類及適用介質

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九、油封的密封介質


油封所使用的場合,其適用的密封介質一般是礦物潤滑油、潤滑脂和合成潤滑油、潤滑脂。另外也可密封工業生產中使用的DIN51524液壓油類,VDMA24317以及VDMA24320高阻燃液壓油類,低潤滑特性的硅油類。在特殊情況下也可密封潤滑性低的酸類,鹼類,有機溶劑類等腐蝕性介質。


通常採用氟橡膠材料的油封其耐腐蝕性,耐高溫性都要比NBR材質的好,在無潤滑、純乾燥和多介質的條件下建議採用PTFE密封脣製作的油封,其密封脣有足夠的潤滑能力,大大降低脣緣的磨損。單個油封不宜密封兩種不同的介質,大量的化學物質增加了對於油封材質性能的影響,油封對密封介質的相容性應該通過實驗室試驗來確定。附下圖:油封用不同橡膠對密封介質的適應性密封介質的污染可能是腔體鑄件製作過程遺留的鑄砂殘留物;或者從旋轉元件因摩擦磨損產生的顆粒物。例如渦輪齒輪箱中的青銅渦輪的磨損物;或者由腐蝕性介質產生的產物。爲防止密封介質的污染對密封特性的負面影響,一定要注意儘量保持腔體清潔。


十、對油封的主要要求


  • 密封性好

  • 可靠性高

  • 易於裝配

  • 與被密封介質相容

  • 低摩擦


十一、油封的選擇影響因素


爲了充分發揮油封的功能,必須根據使用條件選定最合適的型式與材料。這裏就主要的影響因素作一簡述。


1、軸的表面線速度:在同一直徑條件下,不同材料製造的油封,適應軸面旋轉線速度的能力不同,其關係如下圖所示。油封使用的線速度範圍一般小於15m/s, 下圖給出的容許的軸的表面線速度是參考值,滿意的潤滑和良好的散熱條件纔是決定性因素。相應較低的數據,適用於更爲苛刻的條件。


2、溫度:由於旋轉軸表面與油封的密封脣部產生摩擦,所以密封脣口部的溫度高於油液中的溫度,一般油封工作時其脣緣的溫度高於工作介質溫度20~50℃。隨着轉速增高,壓力增加密封脣口處的溫度也隨之上升。另外,帶有防塵脣的油封,比無防塵脣的油封會出現高於20℃的過高溫度。當超過容許溫度時會縮短油封的工作壽命,造成密封脣過早永久性硬化,以及磨損加大。油封的工作溫度範圍與油封使用的材料有關:材料爲丁晴橡膠(NBR)時爲-40~120℃,亞力克橡膠(ACM)-30~180℃,氟橡膠(FPM)-25~300℃。


3、壓力:油封主要用於無壓或者在微壓的條件下使用,最大工作壓力0.02~0.05Mpa。當工作壓力超過這個值時應選用耐壓型油封。


4、防塵:爲防止污染物、灰塵、和溼氣等從空氣側進入密封腔體內,建議使用帶有防塵脣的油封。如果污染物侵入嚴重建議採用2個油封,以串聯方式一前一後安裝。


十二、油封安裝部分的設計


軸的設計:


1、表面粗糙度,由於軸的速度與油量不同,一般軸的粗糙度過大或過小,都會影響到油封的泄漏與磨損。軸的表面粗糙度容許範圍爲Rz1.0~5.0μm ;Ra0.2~0.8μm。對旋轉軸用油封,取2.5~1.6μmRz。


2、硬度,旋轉軸的表面硬度一般取≥35HRC。當介質較髒,有來自外界的污染雜質,或軸錶速度>12m/s 時,軸表面硬度應爲55HRC以上,軸表面淬火層深度>0.mm。


3、軸的倒角,推薦值15°~30°,以能讓油封確實裝入,不損傷油封脣緣爲原則。


4、軸的加工,正確的軸加工是保證密封系統正常工作的決定性因素,適宜的油封軸加工方法是橫向給進精研磨,金剛砂紙磨光。不適宜的加工方法是在車牀上精加工,超精加工,滾光加工,金剛砂紙磨光(砂紙在軸向移動磨光)。


5、軸的材料,主要是普通碳素結構鋼,如C35和C45,另外還有鑄鐵,陶瓷類,樹脂塑料,但後三種材料的軸對油封的密封都有缺陷。


腔體的設計:


1、表面粗糙度,及直徑公差見下表:



2、安裝倒角推薦值15°~30°。

3、腔體的材質是鋼或鑄鐵,使用外周是橡膠或金屬的油封都行。一般輕合金和樹脂熱膨脹係數較大,適宜採用外周爲橡膠的油封。

4、不適宜的腔體結構,如採用衝壓加工的,採用螺紋組合安裝的,對開型的腔體等。


十三、油封的泄漏


發現由油封泄漏時,首先應確認發生泄漏的部位,如果不是由油封泄漏,有時是由於附着了油脂等泄漏以外的原因而誤認爲是泄漏。

導致油封泄漏的主要原因:

1、由於尺寸公差不符合標準規範而使油封外緣與腔體配合的靜態密封表面發生變形;

2、由於工況條件過於苛刻引起材料龜裂,尤其是在油封密封刃口上的龜裂;

3、由於工況條件過於苛刻和橡膠彈性體與工作介質不相容引起橡膠硬度增加,或者彈性體的硬度太高;

4、密封介質使橡膠溶脹,降低了橡膠的硬度,由此使油封過早的老化和磨損;

5、由軸至密封脣口區的腐蝕,將給密封系統的密封性能留下永久性的故障隱患;

6、潤滑劑失效而使系統處於幹運轉狀態,從而使密封脣快速磨損;

7、綜合性老化,橡膠彈性體與密封介質雙雙老化;

8、在密封脣口處形成“油碳”污垢,使油封密封脣緣被託起,引發密封系統的泄漏故障;

9、油封的密封脣緣不再追隨軸表面的振動以及軸的跳動;

10、污染物從密封的裏外面永久性的嵌入密封刃口上造成軸表面和密封脣緣的過早磨損;

11、裝配過程不規範引起軸表接觸面被破壞而造成密封脣過早磨損;

12、密封刃口在儲存、運輸和裝配過程中受到損壞。


當油封泄漏時,應着重分析其泄漏的不同情況,從而採取不同的措施。

油封不同階段的泄漏應分爲:

1、不透水,在油封上看不到溼氣;

2、溼潤,在密封刃口區出現不影響密封功能的溼氣膜,但溼氣膜沒有擴展到背面;

3、潮溼,溼氣膜擴展到背面,並形成水珠,但尚未連續滴下;

4、可測量的泄漏,可以看到腔體外部有從油封背面流出的可以識別的微小液流流量;

5、暫時的泄漏,密封系統短暫的故障,例如由於密封刃口下的污染物微粒引起的,它可以在繼續使用時把它們沖洗掉;

6、明顯的泄漏,暫時的漏泄導致密封脣和防塵脣由於在密封脣與防塵脣之間,加註的潤滑脂過多。溢流出來的油脂表現爲系統外部的明顯泄漏。

另外,根據油封使用運轉的時間過程來分析泄漏原因,例如:剛開始使用就泄漏的早期破損;使用短時間後開始泄漏的過早損壞;使用較長一段時間後在工作工程中發生泄漏的損壞和發生油封設計使用壽命末期的泄漏損壞等等。


十四、油封的運輸和裝配


一、油封是精密元件,裝配與保管不當回影響使用性能。


油封在運輸和儲存時應注意:

1、不要打開原包裝,注意包裝是否損壞,裝配前儘量把油封留在原包裝裏;

2、避免日光直曬,也不要放置在高溫熱源附近,因爲這會促使橡膠老化;

3、油封不得隨意散放,要注意防塵和防土,確保使油封處在封閉或有蓋狀態;

4、在運輸和使用油封時,爲防止油封變形和彈簧脫落,請不要給與過分衝擊;

5、油封也不能用細繩捆紮,也不要掛在釘子或金屬線上,這樣會損傷密封脣;

6、不得把油封放到潮溼的地方,這樣會使金屬部件生鏽;

7、不要將密封件放在靠近電視和產生臭氧的地方;

8、請不要用指甲或硬物摩擦脣口端部,以防損壞密封脣;


二、油封的裝配,無論油封的安裝部分設計和油封的選擇多麼適宜,如果組裝的粗糙,也不能充分發揮油封預定的功能。

1、油封安裝時,外表面應塗上適當的潤滑劑,脣口應塗上適合的清潔潤滑脂,帶有防塵脣的油封,應在主付脣間填滿適合的清潔潤滑脂,再進行裝配.

2、把油封的密封脣口端朝向密封介質一側,切忌反向裝配.

3、油封裝入座孔時,應採用專用工具推入,防止位置偏斜.

4、油封脣緣通過的螺紋,鍵槽,花鍵等處應採取各種措施來防止脣緣損傷,並用專用工具裝配.

5、油封應水平放入座孔,並均勻加壓,請勿傾斜強制推進。