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啤嶺機電設備（上海）有限公司
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常用旋轉密封件的選型與應用

2013-09-26

龔步才
（新會北部精機有限公司，廣東江門　529100）
　　摘　要：該文分析了幾種旋轉軸唇形密封件密封機理，提出合理的選型方案及使用注意點。
　　關鍵詞：動密封；旋轉密封；唇形密封
　　前言
　　旋轉軸唇形密封其實是動密封的一個分支，人們常常混肴它的這種從屬關系，誤以為動密封就是滑動密封（滑動密封包含軸用密封、孔用密封）。旋轉軸唇形密封不僅僅用于液壓與氣動，還能用于潤滑系統（如：鋼廠軋輥）和軸承防塵（如：H形環）等。
　　1　旋轉軸唇形密封件的分類
　　動密封件按其功能可分為旋轉軸唇形密封件和往復密封件。
　　旋轉軸唇形密封件可分為旋轉油封（簡稱：油封）、H形環、旋轉高壓組合封（也叫旋轉格來圈）。其中旋轉油封又可分為骨架油封和無骨架油封。
　　骨架油封是Z常用的旋轉軸唇形密封件，根據不同結構它可分為外包橡膠型和外露骨架型；根據唇口數量可分為單唇和雙唇；根據有無彈簧可分為帶自緊彈簧型和無彈簧型。
　　外包橡膠型骨架油封既適用于熱脹冷縮較嚴重的材料（如鋁和其它非鐵金屬）做骨架的腔體時又適用于鋼鐵材料做骨架的腔體的場合，該結構可防止材料隨溫度變化，導致骨架可能會從腔體中脫落。它是利用外包橡膠的彈性對其溫度補償，確保油封外圈與腔體孔的緊密配合。（如圖1）
　　外露骨架型僅適用于鋼鐵材料做骨架的腔體的場合，它是利用骨架與腔體孔的過盈配合來實現防脫。（如圖2）
　　無骨架油封一般用于大型、重型的旋轉軸上，以密封油、脂、水等各種流體。由于該型油封的肩部無骨架較軟，一般為橡膠夾織物，唇部為聚四氟乙烯＋橡膠，故該型油封唇口比普通油封許用線速度更高，但安裝時須在其肩部加上函蓋，用螺釘使之與腔體連接。（如圖3）
　　單唇油封僅有一道主密封唇口，它適用于無污染場合或雖有污染但流體密封要求不嚴格的場合（此時須將唇口朝向污染物，即反裝）。（如圖4）
　　若遇污染嚴重，流體密封要求嚴格場合，須用兩只單唇或雙唇油封形成背對背雙油封結構，內側油封密封流體，外側油封擋污（如圖2），目前有些生產商將這種“背對背雙油封結構”做成一體，即一個油封含有一個共用的“T”形骨架和兩個背對背的唇口。
　　無彈簧型油封僅適用于潤滑脂密封。（如圖5）“V”形環密封機理與油封不一樣，油封屬于一種徑向密封，而“V”形環屬于一種軸向密封（又叫端面密封），它工作時是隨軸一起旋轉，并可利用離心力的作用將污物甩離唇口，實現防塵的效果。它適用于密封要求不嚴格的場合，常用于軸承端蓋處密封，作為軸承防塵氈圈的替代品。（如圖6）

　　旋轉高壓組合封用于液壓系統中高壓場合（如：旋轉接頭），它有孔用、軸用兩種密封形式。安裝同格來圈、斯特封。旋轉線速度Z高可達1.0m/s，工作壓力Z高可達30MPa。
　　2　常用旋轉軸唇形密封件的材質及其性能
　　一般旋轉軸唇形密封件的主材料為橡膠（有的含夾織纖維），骨架為薄碳鋼板或不銹鋼板，自緊彈簧為磷化C72彈簧鋼（標準），須防腐蝕時可用AISI302不銹鋼。
　　橡膠：
　　①溫度適應范圍較寬，氟、硅橡膠的應用擴大了橡膠材料的適用范圍。[1]
　　②與介質的適應性好，可根據不同工況選擇不同膠料。[1]
　　③彈性好，與改性PTFE材料（用作油封唇口）組合，該型油封唇口比普通油封許用線速度更高，適用于高溫、高速場合。
　　④跟隨性好，低壓密封性能好，可用于氣動旋轉密封。對潤滑條件要求高，不可用于無潤滑的氣動旋轉密封。
　　⑤純橡膠材質較軟，不耐高壓，須加入夾織纖維以增加其硬度和強度。
　　聚四氟乙烯（PTFE）：
　　①溫度適應范圍Z寬，既耐高溫又耐低溫，許用溫度范圍：-200℃-+270℃。
　　②適用于所有化學介質。
　　③摩擦系數僅為橡膠的1/10，既可用于低速場合，又可用于高速場合。
　　④無彈性，須與彈性好的橡膠件配合使用。
　　⑤材質硬，一般多用于中高壓場合。
　　⑥強度低，不耐磨。
　　3　旋轉軸唇形密封件使用注意事項
　　（1）高溫場合流體選用氟、硅橡膠，工作溫度≥160℃，建議用改性聚四氟乙烯（PTFE）材料油封，潤滑條件不好場合也建議用改性PTFE油封。
　　（2）液壓泵、液壓馬達須選用耐壓、骨架外包橡膠型油封。
　　（3）軸旋轉線速度≤5mm/s時，可用丁腈橡膠油封，高速時須用氟、硅橡膠或改性PTFE材料。
　　（4）骨架油封、無骨架油封（如：CARCO）所配合軸的粗糙度Ra 0.2-0.5；所配合腔體孔的粗糙度Ra 3.2（V形環除外）。所配合軸與腔體孔的同軸度很重要，否則油封會快速單邊磨損而失效。
　　（5）所配合軸頸須熱處理HRC 45-65，因為自緊彈簧壓緊力和軸的旋轉，會造成彈簧處軸表面磨損。
　　（6）油封對潤滑的要求很高，缺乏潤滑是造成油封失效的主要原因。
　　參考文獻
　　【1】流體傳動與控制[J].2005第4第5期
　　【2】雷天覺主編.新編液壓工程手冊[M].北京理工大學出版社
　　【3】蔡春源主編.機電液壓設計手冊[M]北京:機械工業出版社
　　【4】ParKer樣本
來源：《流體傳動與控制》第2期（總第15期） 2006年3月