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骨架油封裝配探討

2013-07-09

傅正勇　藺習英
（重慶凱瑞特力汽車零部件制造廠，重慶，401122）
　　摘　要：從油封的裝配對密封性能的影響出發，針對油封在安裝過程中存在的主要問題，分析了骨架油封的安裝質量與密封性能的影響及骨架油封傾料安裝造成油封偏心量的控制等，闡述了骨架油封的裝配方法、裝配程序和裝配時的注意事項。
　　關鍵詞：骨架油封；密封性；偏心；裝配
　　目前，中等轉速的軸孔類密封大多選用雙唇口的骨架油封，其實際工作壓力一般小于0.1MPa，轉速為80-300r/min之間。油封的密封性好與壞，除了油封本身的結構設計的合理性、材料選擇是否得當、軸與孔之間的設計配合是否恰當以外，油封的密封性與裝配的質量有重要的關系。
　　用戶在使用中出現的油封漏油問題，約占總成總量的1%-3%，其中80%以上都是由于油封裝配不當引起的，這說明油封的密封性與裝配的質量有很大的關聯。在裝配過程中，如何選用正確的安裝方法、使用正確的裝配工具、對偏心量等方面的控制，是解決油封裝配質量的關鍵所在。
　　1　骨架油封的密封原理及密封性能
　　骨架油封的結構比較簡單，一般由三個部分組成：油封體、加強骨架和自緊螺旋彈簧。密封體按照不同部位又分為底部、腰部、刃口和密封唇等，它的結構設計是否合理直接影響油封的密封性能。
　　1.1 骨架油封的密封原理
　　骨架油封在自由狀態下，油封唇口內徑比軸徑小而有一定的過盈量。安裝后，油封刃口的過盈壓力對旋轉軸產生一定的徑向緊力。經一段時間運行后，該壓力會迅速減小乃至消失，加上自緊螺旋彈簧的收縮力可以隨時補償油封自緊力，二者共同作用產生徑向壓力。工作時，油封唇口在徑向壓力的作用下，形成0.25-0.5mm寬的密封接觸環帶，在潤滑油壓力的作用下，油液滲入油封刃口與轉軸之間形成極薄的一層油膜。由于在油封與軸之間存在著油封刃口控制的油膜，此油膜具有流體潤滑特性，在液體表面張力的作用下，油膜的剛度恰好使油膜與空氣接觸端形成一個“新月面”，防止工作介質的泄漏，從而實現旋轉軸的密封。
　　1.2 油封的密封性能
　　油封的密封能力，取決于密封面油膜的厚度。厚度過大，油封泄漏；厚度過小，可能發生干摩擦，引起油封和旋轉軸磨損。密封唇與軸之間沒有油膜，易引起發熱與早期磨損。此外，骨架油封與軸心線須垂直，若不垂直，油封的密封唇會把潤滑油從軸上排干，也會導致密封唇的過度磨損。
　　2　骨架油封安裝中常存在的問題
　　無論是國產油封還是進口油封，密封不嚴是造成油封漏油的關鍵因素。售后服務統計分析資料表明，絕大多數的油封漏油問題都不是由于油封的設計和制作引起。在油封選擇、匹配合理的情況下，裝配不當是造成油封密封不嚴而漏油的主要因素。如組裝作業時因傾斜太大，發生偏心安裝、傾斜安裝、密封唇口撕裂、翻卷、自緊彈簧脫落等，均會造成泄漏。其中，油封傾斜安裝、偏心安裝、唇口撕裂又是主要因素，也是裝配過程中容易忽視的問題。
　　2.1 油封的傾斜安裝
　　油封在安裝時，油封的傾斜（如圖1）會引起骨架油封唇部受力不均、唇部的應力分布狀態發生變化，容易造成油封泄漏。而造成油封傾斜安裝的根本原因是采用沖擊法裝配，特別是在無定位端面時，油封傾斜安裝的機率會更高。另外，在有安裝定位面時，應對其不平度進行很好的控制。
　　從圖1中可以看出，在有傾斜角θ的狀態下，運動時旋轉軸將產生Δt的偏心量，從而對油封唇口會產生Δt的偏心量，導致油封唇口接觸帶和唇口徑向力不合理，使油封唇口和轉軸表面的磨損不均勻，造成油封唇口局部早期過度磨損。
　　對圖1中安裝的傾斜角θ，在運動時對接觸帶將產生Δt的偏心量，它的大小與轉速相關，θ一般在1°-3°之間。
　　2.2 油封偏心安裝
　　偏心安裝是造成靜偏心的主要原因，其主要由三個因素引起：油封的外圓與唇口不同心、唇口與軸不同心及殼體安裝基孔與軸不同心。
　　上述三種情況會引起油封的唇口在與軸接觸面的變形不均勻，在彈簧的作用下，其油封的徑向力不相等，一方面可引起軸的嚴重磨損，另一方面，易引起油封的唇口的跟隨不一致而導致油封漏油。
　　國外油封公司通過大量實驗論證后，認為油封的唇口的偏心安裝不可避免，但對油封安裝的偏心量與轉速的關系作出了指導性建議，如圖2所示。
　　3　骨架油封的正確安裝方法
　　3.1 油封在殼體孔的安裝方法
　　油封裝配時應檢查其內壁有無碎屑、劃痕、灰塵和鑄造砂粒等，應使用專用工裝將骨架油封平穩地推入殼體坐孔內。如圖3所示。
　　3.2 油封在軸上的安裝
　　油封的內徑通常小于軸徑，形成一定的過盈量，在裝配油封時易造成唇部損壞。為防止損壞，一般要使用圓錐形軸肩或圓錐工裝進行裝配。
　　軸上帶有螺紋、溝槽、花鍵時，使用圓錐形軸肩裝配無效，而需要用專用的裝配工具來保護油封唇部，即在螺紋、溝槽、花鍵處套一保護套，避免油封唇部被軸上的尖角、螺紋、溝槽、花鍵等損傷（如圖4）。
　　3.3 骨架油封的安裝程序及裝配時的注意事項
　　a.從油封領取到裝配，必須保持干凈，安裝前不要過早將包裝紙撕開，防止雜物附著在油封表面而帶入工作中。
　　b.裝配前做好機加工檢查程序，油封各部位尺寸是否與軸及腔體尺寸相符。軸與腔體的端面加工要光潔，倒角沒有損傷和毛刺，須清潔裝配部位。軸和座孔應加工有15°-30°的裝配倒角，尤其內倒角，不能有坡度，建議裝配部位采用圓角型倒角。在軸的裝入處（倒角）部份不能有毛刺、沙子、鐵屑等雜物，防止油封唇口的意外損傷。腔體內尺寸要與油封的外徑及寬度相適合。
　　c.檢查油封的唇口是否完整，檢查油封的唇口有沒有損傷、變形，彈簧有沒有脫落、生銹，防止油封在運輸過程中受外力擠壓和撞擊等影響而破壞其真圓度。
　　d.油封有回油線的，要先確定油封的安裝方向與旋向的關系。
　　e.裝配時，應在油封唇口之間適量涂抹添加有二硫化鑰的鋰基脂等清潔油膏，防止軸在瞬間啟動時，對唇口造成干磨現象，影響唇口的過盈量。油封唇部接觸部分表面不應有機加工螺紋痕跡。裝配時在油封外圈涂上密封膠，用硬紙等把軸上的鍵槽或臺階部位包起來，避免劃傷或翻卷油封唇口，或用導向過渡套等專用工具將油封向里旋轉壓進，千萬不能硬砸硬沖，以防油封骨架變形或擠斷彈簧而失效。若出現唇口翻邊、彈簧脫落和油封歪斜時，必須拆下重新裝入。
　　f.正確使用專用安裝工具，保護唇口不受損壞，即使是輕微劃傷也是不允許的，否則容易引起油封泄漏。建議采用油壓設備或套筒工具安裝，壓力不必太大，速度要均勻。
　　g.當油封裝入殼體時，應以均勻的壓力進行，不得傾斜，避免會引起油封外圓變形。
　　h.裝配時須注意安裝方向。需要內密封時，裝有自緊彈簧的一面（即有凹槽的一面）朝向箱體內部，防塵唇向外。
　　參考文獻
　　[1]湯慧瑾主編.機械零件課程設計【M 】,北京:高等教育出版社,1990.
　　[2]化學工業標準匯編,橡膠密封制品和其它橡膠制品(上) [S],2003.
來源：《專用汽車》2007年12期