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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）
（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(fā)，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(zhì)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(guān)鍵詞：骨架油封；密封性；偏心；裝配
目前，中等轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速為80-300r/min之間。油封的密封性好與壞，除了油封本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性、材料選擇是否得當、軸與孔之間的設(shè)計配合是否恰當以外，油封的密封性與裝配的質(zhì)量有重要的關(guān)系。
用戶在使用中出現(xiàn)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(zhì)量有很大的關(guān)聯(lián)。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(zhì)量的關(guān)鍵所在。
1 骨架油封的密封原理及密封性能
骨架油封的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)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(tài)下，油封唇口內(nèi)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(zhuǎn)軸產(chǎn)生一定的徑向緊力。經(jīng)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(chǎn)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(huán)帶，在潤滑油壓力的作用下，油液滲入油封刃口與轉(zhuǎn)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(zhì)的泄漏，從而實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)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(fā)生干摩擦，引起油封和旋轉(zhuǎn)軸磨損。密封唇與軸之間沒有油膜，易引起發(fā)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(dǎo)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(chǎn)油封還是進口油封，密封不嚴是造成油封漏油的關(guān)鍵因素。售后服務(wù)統(tǒng)計分析資料表明，絕大多數(shù)的油封漏油問題都不是由于油封的設(shè)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(yè)時因傾斜太大，發(fā)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(yīng)力分布狀態(tài)發(fā)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(yīng)對其不平度進行很好的控制。
關(guān)鍵詞：骨架油封；密封性；偏心；裝配
目前，中等轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速為80-300r/min之間。油封的密封性好與壞，除了油封本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性、材料選擇是否得當、軸與孔之間的設(shè)計配合是否恰當以外，油封的密封性與裝配的質(zhì)量有重要的關(guān)系。
用戶在使用中出現(xiàn)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(zhì)量有很大的關(guān)聯(lián)。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(zhì)量的關(guān)鍵所在。
1 骨架油封的密封原理及密封性能
骨架油封的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)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(tài)下，油封唇口內(nèi)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(zhuǎn)軸產(chǎn)生一定的徑向緊力。經(jīng)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(chǎn)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(huán)帶，在潤滑油壓力的作用下，油液滲入油封刃口與轉(zhuǎn)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(zhì)的泄漏，從而實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)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(fā)生干摩擦，引起油封和旋轉(zhuǎn)軸磨損。密封唇與軸之間沒有油膜，易引起發(fā)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(dǎo)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(chǎn)油封還是進口油封，密封不嚴是造成油封漏油的關(guān)鍵因素。售后服務(wù)統(tǒng)計分析資料表明，絕大多數(shù)的油封漏油問題都不是由于油封的設(shè)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(yè)時因傾斜太大，發(fā)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(yīng)力分布狀態(tài)發(fā)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(yīng)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(tài)下，運動時旋轉(zhuǎn)軸將產(chǎn)生Δt的偏心量，從而對油封唇口會產(chǎn)生Δt的偏心量，導(dǎo)致油封唇口接觸帶和唇口徑向力不合理，使油封唇口和轉(zhuǎn)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(chǎn)生Δt的偏心量，它的大小與轉(zhuǎn)速相關(guān)，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(dǎo)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(zhuǎn)速的關(guān)系作出了指導(dǎo)性建議，如圖2所示。
對圖1中安裝的傾斜角θ，在運動時對接觸帶將產(chǎn)生Δt的偏心量，它的大小與轉(zhuǎn)速相關(guān)，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(dǎo)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(zhuǎn)速的關(guān)系作出了指導(dǎo)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(yīng)檢查其內(nèi)壁有無碎屑、劃痕、灰塵和鑄造砂粒等，應(yīng)使用專用工裝將骨架油封平穩(wěn)地推入殼體坐孔內(nèi)。如圖3所示。
3.1 油封在殼體孔的安裝方法
油封裝配時應(yīng)檢查其內(nèi)壁有無碎屑、劃痕、灰塵和鑄造砂粒等，應(yīng)使用專用工裝將骨架油封平穩(wěn)地推入殼體坐孔內(nèi)。如圖3所示。
3.2 油封在軸上的安裝
油封的內(nèi)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）。
油封的內(nèi)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(lǐng)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(yīng)加工有15°-30°的裝配倒角，尤其內(nèi)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(nèi)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(guān)系。
e.裝配時，應(yīng)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(xiàn)象，影響唇口的過盈量。油封唇部接觸部分表面不應(yīng)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(dǎo)向過渡套等專用工具將油封向里旋轉(zhuǎn)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(xiàn)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(shè)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(yīng)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(nèi)密封時，裝有自緊彈簧的一面（即有凹槽的一面）朝向箱體內(nèi)部，防塵唇向外。
參考文獻
[1]湯慧瑾主編.機械零件課程設(shè)計【M 】,北京:高等教育出版社,1990.
[2]化學(xué)工業(yè)標準匯編,橡膠密封制品和其它橡膠制品(上) [S],2003.
a.從油封領(lǐng)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(yīng)加工有15°-30°的裝配倒角，尤其內(nèi)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(nèi)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(guān)系。
e.裝配時，應(yīng)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(xiàn)象，影響唇口的過盈量。油封唇部接觸部分表面不應(yīng)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(dǎo)向過渡套等專用工具將油封向里旋轉(zhuǎn)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(xiàn)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(shè)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(yīng)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(nèi)密封時，裝有自緊彈簧的一面（即有凹槽的一面）朝向箱體內(nèi)部，防塵唇向外。
參考文獻
[1]湯慧瑾主編.機械零件課程設(shè)計【M 】,北京:高等教育出版社,1990.
[2]化學(xué)工業(yè)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
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