油封设计和计算

表1

项目

设计要点

唇口与轴的过盈量

密封安装后，唇口直径应扩大5%~8%。通常轴径小于20mm，唇口过盈取1mm；轴径大于20mm，过盈取2mm

唇口与轴的接触宽度

压差不大时，唇口接触宽度0.2~1mm；若介质压差较大，接触宽度应增大

径向力大小

径向力过小，易产生泄漏；过大，易产生干摩擦，导致唇部烧坏。油封径向力取决于线速度，v＜4m/s时，径向力1.5~2N/cm；v＞4m/s时，径向力1~1.5N/cm

弹簧尺寸

当介质压力大于0.1MPa时，需加设弹簧维持一定的径向力。通常，取钢丝直径0.3~0.4mm，弹簧中径2~3mm。弹簧装入油封后，弹簧本身应拉长3%~4%

油封材料选择

橡胶应具有耐蚀、耐磨和耐热的性能，如丁腈橡胶耐油，聚氨酯橡胶耐磨，硅橡胶耐高温和低温，氟橡胶耐较高温度，其中丁腈橡胶应用最广。橡胶硬度在65~75(邵氏A)之间的油封有较好的密封性能。考虑速度和温度的影响，油封材料的选用如下：

轴的表面粗糙度和硬度

表面粗糙度的推荐值为0.8~3.2μm。表面太光滑，油容易从密封接触面被挤出，油膜变薄或消失，导致唇部发热或烧坏；反之，唇口磨损过快，造成泄漏

轴的表面硬度为30~40HRC或镀铬

轴的振动量

一般油封的允许振动量见下图

轴封允许偏心量

由于轴的偏心、油封内外径不同心、油封安装孔与轴线不同心等原因，造成油封唇口与轴接触不均匀，容易产生泄漏，因此油封装配后要检查偏心度。油封唇口对轴表面允许偏心量见图a，其中，低速、中速和高速的界限见图b

允许转速和线速度

转速越高，发热越严重，当发热超过橡胶允许温度时，油封会老化、龟裂和损坏。各种橡胶的最高允许转速和线速度见下图

胶种代号：D—丁腈橡胶(NBR)；B—丙烯酸酯橡胶(ACM)；

F—氟橡胶(FPM)；G—硅橡胶(MVQ)

热膨胀

橡胶比钢线胀系数大，在一定温度下二者膨胀量将会不同，如果使用外周为钢骨架的油封，而壳体为铝，由于壳体膨胀量大，当温度超过80℃后，外圆配合会松动而产生泄漏。若采用外圆为橡胶的密封，就可解决上述问题。不同橡胶的线胀系数如下

℃^-1

丁腈橡胶

丙烯酸酯橡胶

硅 橡 胶

氟 橡 胶

115×10^-6

100×10^-6

185×10^-6

145×10^-6

橡胶弹性模量变化

温度变化，橡胶弹性模量也随之发生变化。温度过低时，橡胶弹性模量急剧加大，橡胶变硬，失去弹性。反之，油温过高，弹性模量变小，橡胶变软，也会失去要求的弹性。因此，推荐油封工作温度为40~60℃

1—丁腈橡胶；2—硅橡胶；

3—丙烯酸酯橡胶；4—氟橡胶

润滑剂

常用机械油、透平油、锭子油、齿轮油。若要求比较高，可使用精密机床油、发动机油、冷冻机油和硅油

低速可使用润滑脂，但不同性能的润滑脂不能混合使用

润滑油添加剂的影响

润滑油中加入添加剂，如含磷、硫、氯等油溶性有机化合物，能使润滑油在轴承间隙中形成耐高温、耐高压油膜，保证良好润滑性能，但对油封带来不利影响。油中硫、磷、氯、有机化合物受热时分解而产生气体，能与橡胶的不饱和双链相交联，使橡胶硬化，造成油封失去弹性而泄漏。油在高温条件下焦化，产生胶泥，在油封唇口积累，使唇口失效而泄漏。因此，应控制油温低一些。图中所示不同类型的润滑油以及全部淹没轴径、淹没25%轴径的密封唇口的温升情况。从中得知，充填润滑油量不宜过多，以淹没50%轴径为界限

1—润滑脂；2—齿轮油(淹没轴径)；3—发动机油(淹没轴径)；

4—齿轮油(淹没25%轴径)；5—发动机油(淹没25%轴径)

表2 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　唇形密封圈密封设计注意事项

注 意 事 项

简图

说明

密封的沟槽尺寸和表面粗糙度

在壳体上应钻有直径d₁＝3~6mm的小孔3~4个，以便通过该小孔拆卸密封

加套筒的结构

为使密封便于安装和避免在安装时发生损伤，需在轴上倒角15°~30°。如因结构的原因不能倒角则装配时需用专门套筒

加垫圈支承密封两侧的压力差

当密封前后两面之间的压力差大于0.05MPa而小于0.3MPa时，需用垫圈来支承压力小的一面；没有压力差及压力差小于0.05MPa时可以不用垫圈

用于圆锥滚子轴承

密封用于圆锥滚子轴承部位时，在轴承外径配合处应钻有减轻压力的孔

外径配合面

密封外径的配合处不应有孔、槽等，以便在装入和取出密封时，外径不受损伤

挡油圈的安装位置

应保证润滑油能流入密封部位，在密封前不得安装挡油圈