文献综述-油封和防尘密封[1]

油封和防尘密封油封油封，即润滑油的密封。它常用于各种机械的轴承处，特别是滚动轴承部位。其功用在于把油腔和外界隔离，对内封油，对外防尘。油封与其他唇形密封不同之处在于具有回弹能力更大的唇部，密封接触面宽度很窄（约为0.5mm）且接触应力的分布图形呈尖角形。图 29.8-1 为油封的典型结构及唇口接触应力示意图。油封的截面形状及箍紧弹簧，使唇口对轴具有较好的追随补偿性。因此，油封能以较小的唇口径向力获得较好的密封效果。 图 29.8-1 油封结构及唇口接触应力示意图1唇口；2冠部；3弹簧；4骨架；5底部；6腰部；7副唇油封与其他密封装置比较有下列优点：结构简单、容易制造。简单油封一次便可以模压成型，即使最复杂的油封，制造工艺也不复杂。金属骨架油封也只需经过冲压、胶接、镶嵌、模压等工序即可将金属与橡胶组成所要求的油封。重量轻、耗材少。每种油封都是薄壁的金属件与橡胶件的组合，其材料耗费极少，因而每个油封的重量很轻。油封的安装位置小，轴向尺寸小，容易加工，并使机器紧凑。密封性能好，使用寿命较长。对机器的振动和主轴的偏心都有一定的适应性。拆卸容易、检修方便。价格便宜。油封的缺点在于不能承受高压，所以只能作轴承润滑油的密封。油封的工作范围如下：工作压力 0.3MPa密封面线速度 低速型4m/s，高速型 415m/s工作温度 60150（与橡胶种类有关）适用介质 油、水及弱腐蚀性液体寿命 5002000h1.1 油封的结构常用油封的结构见图 29.8-2。 图 29.8-2 油封结构1）粘接结构这种结构的特点在于橡胶部分和金属骨架可以分别加工制造，再由胶粘接在一起，成为外露骨架型，有制造简单、价格便宜等优点。美、日等国多采用此种结构。它们的截面形状如图 29.8-2a 所示。2）装配结构它是把橡胶唇部、金属骨架和弹簧圈三者装配起来而组成油封。它一定有内外骨架，并把橡胶唇部夹紧。通常还有一挡板，以防弹簧脱出（参见图 29.8-2b）。3）橡胶包骨架结构它是把冲压好的金属骨架包在橡胶之中，成为内包骨架型，其制造工艺稍微复杂一些。但刚度好，易装配，且钢板材料要求不高。（参见图 29.8-2c）。4）全胶油封这种油封无骨架，有的甚至无弹簧，整体由橡胶模压成型。其特点是刚度差，易产生塑性变形。但是它可以切口使用，这对于不能从轴端装入而又必需用油封的部位是仅有的一种型式，见图 29.8-2d。防尘密封油封可以作防尘密封件使用，但是在粉尘严重或是为了保护其他密封件时，常常使用专门的防尘密封。液压机械的防尘密封多用橡胶，气压机械多用毛毡（方形或梯形）；飞机和寒带工作的液压缸为了对付活塞杆外部结冰而用金属；化工部门为防止活塞杆上的粘着物也用金属（详见图 29.8-6）。 图 29.8-6 非标准橡胶和金属防尘密封方形或梯形防尘圈在密封机理上属于填料密封，防尘能力与接触的紧密程度有关，接触越紧防尘能力越好，但摩擦阻力越大。楔形防尘圈实际上与唇形圈无区别，它依靠唇尖的接触力刮去尘埃和污垢。其摩擦阻力小，但唇尖与轴表面的夹角对密封性和磨损有很大的影响，图 29.8-7 是其防尘效率。唇尖向外时，其夹角只要大于 4便可以获得满意的效果，唇尖向内时，防尘效果不好。 图 29.8-7 防尘效率图 29.8-8 唇与轴的接触状态唇与轴表面的接触状态也直接影响防尘效果和唇的磨损。图 29.8-8 是几种常见的接触情况，其中图 a 为正常接触状态，油膜薄，防尘效果好，磨损少；图 b 的过盈量太大，接触太紧，且接触面宽，改变了接触角，使唇尖翘起，不仅防尘效果不良，而且摩擦阻力大；图 c 唇尖接触不充分，摩擦不大，但却不能防尘；图 d 唇尖接触角太大，防尘效果短暂，很容易磨损，成为严重漏油的原因。防尘密封圈对保护关键性的液压设备部件是极端重要的。渗入尘土，不仅磨损密封件，而且会大大的磨损导向套和活塞杆，杂质进入液压介质中，亦会影响操作阀和泵的功能，在最坏的情况下，亦可能损伤这些装置。防尘圈能除掉活塞杆表面上的任何尘土，但不损坏活塞杆上的油膜，这对密封件的润滑也有益。防尘密封圈的型式和尺寸系列标准的防尘密封圈分 A 型、B 型和 C 型 3 种型号，适用于安装在往复运动液压缸活塞杆导向套上起防法和密封作用。2.1.1A 型密封A 型密封是一种纯橡胶的防尘圈、它是由高硬度（905 邵尔 A）材料压制的，可使用橡胶或橡塑并用材料，要求弹性适合于除尘并具有良好的耐磨和耐天候老化的特性。设计时就考虑对活塞杆有一定的过盈量，因此给密封圈唇口以足够的压紧力，能使活塞杆表面上尘土刮掉，防止尘土和杂物带入缸体。A 型密封圈适于安装在 A 型密封腔体内起防尘作用。表 29.8-10 为 A 型密封腔体用橡胶防尘密封圈的尺寸系列。 表 29.8-10 A 型密封型式的尺寸系列（摘自 GB/T10708.3-1989）（mm） d D L D1 D1 S l6 14 4.6 148 16 6.6 1610 18 8.6 1812 20 10.6 2012 22 12.5 2216 24 14.5 2418 26 16.5 2620 28 18.5 2822 30 20.5 3025 33 23.5 3328 36 26.5 3632 40 30.5 4036 44 34.5 4440 48 38.5 4845 53 43.5 5350 58548.5 583.5 556 66 53 6660 70 58 7063 736.361 734.3 6.370 80 68 8080 90 78 9090 100 88 100100 115 97.5 115110 125 107.5 125125 140 122.5 140140 155 137.5 155160 175 157.5 175180 195 167.5 195200 2159.5197.5 2156.5 9.5220 240 217 240250 270 247 270280 300 277 300320 340 317 340360 38012.5357 3808.7 12.52.1.2 B 型密封B 型密封圈与 A 型的结构相同，只是在防尘圈底部和外表面增加一个金属骨架。由于金属骨架的关系，这类防尘圈只能压装在开口轴端。B 型密封腔体用带金属骨架橡胶圈的尺寸系列见表 29.8-11。 表 29.8-11 B 型密封尺寸系列（摘自 GB/T10708.3-1989）（mm） d D L1 d1 D2 S l16 14 4.6 148 16 6.6 1610 1858.6 183.5 512 22 10.5 2214 24 12.5 2416 26 14.5 2618 28 16.5 2820 30 18.5 3022 32 20.5 3225 35 23.5 3528 38 26.5 3832 42730 424.3 736 46 34 4640 50 38 5045 55 43 5550 60 48 6060 70 58 7063 73 61 7370 80 68 8080 90 78 9090 100 88 100100 115 97.5 115110 125 107.5 125125 140 122.5 140140 155 137.5 155160 175 157.5 175180 195 177.5 195200 2159197.5 2156.5 9220 240 217 240250 270 247 270280 300 277 300320 340 317 340360 38012357 3808.7 122.1.3 C 型密封C 型密封是组合型防尘圈密封。其弹性密封件是由丁腈橡胶胶料模压而成。可用于长冲高速的条件下，能控制油膜。橡胶圈内部有一个高刚性的密封唇，能使活塞杆上粘结的尘土和冻霜刮去。外部还有一个弹性的密封唇，当活塞杆完全伸出时，它能将油膜刮至主密封旁边流走。为了避免压力在防尘圈和主密封之间升高，必须在它们之间安置一个排气孔。经验表明，带有这种装置不会有油从气孔中排出。C 型密封是一种有双向唇的橡胶圈，它适于安装在 C 型密封腔体内起防尘和辅助密封作用。表 29.8-12 为 C 型密封腔体用橡胶防尘密封圈的尺寸系列。防尘圈标记示例 表 29.8-12 C 型密封型式的尺寸系列（摘自 GB/T10708.31989）（mm） d D L2 d1 d2 D3 S1 l112 18 10.5 11.2 1814 20 12.8 13.2 2018 24 16.8 17.2 2422 28420.8 21.2 284.2 428 36 26.5 27 3636 44 34.5 35 4445 53543.5 44 535.5 556 66 54.2 54.8 6670 80 68.2 68.8 8090 100688.2 88.8 1006.8 6110 125 107.8 108.4 125140 155 8.5 137.8 138.4 155 9.8 8.5防尘密封沟槽型式、尺寸和公差1）A 型液压缸活塞杆用防尘圈的沟槽型式、尺寸和公差见表 29.8-13。2）B 型液压缸活塞杆用防尘圈的沟槽型式、尺寸和公差见表 29.8-14。3）C 型液压缸活塞杆用防尘圈沟槽型式、尺寸和公差见表 29.8-15。 表 29.8-13 A 型液压缸活塞杆用防尘圈沟槽型式、尺寸和公差（摘自 GB/T6578-1986）（mm） L1 D1 D2d S 基本 尺寸极限 偏差基本 尺寸极限 偏差基本 尺寸极限 偏差L2 R1 R2 C6 4 5 14 +0.1100 11.5 +0.1100 8 0.3 0.5 28 4 5 16 +0.1100 13.5 +0.1100 8 0.3 0.5 210 4 5 18 +0.1100 15.5 +0.1100 8 0.3 0.5 212 4 5 20 +0.1100 17.5 +0.1100 8 0.3 0.5 214 4 5 22 +0.1300 19.5 +0.1300 8 0.3 0.5 216 4 5 24 +0.1300 21.5 +0.1300 8 0.3 0.5 218 4 5 26 +0.1300 23.5 +0.1300 8 0.3 0.5 220 4 5 28 +0.1300 25.5 +0.1300 8 0.3 0.5 222 4 5 30 +0.1300 27.5 +0.1300 8 0.3 0.5 225 4 5 33 +0.1600 30.5 +0.1600 8 0.3 0.5 228 4 5 36 +0.1600 33.5 +0.1600 8 0.3 0.5 232 4 5+0.2040 +0.1600 37.5 +0.1600 8 0.3 0.5 236 4 5 44 +0.1600 41.5 +0.1600 8 0.3 0.5 240 4 5 48 +0.1600 45.5 +0.1600 8 0.3 0.5 245 4 5 53 +0.1900 50.5 +0.1900 8 0.3 0.5 250 4 5 58 +0.1900 55.5 +0.1900 8 0.3 0.5 256 5 6.3 66 +0.1900 63 +0.1900 10 0.4 0.5 2.5(60) 5 6.3 70 +0.1900 67 +0.1900 10 0.4 0.5 2.563 5 6.3 73 +0.1900 70 +0.1900 10 0.4 0.5 2.570 5 6.3 80 +0.1900 77 +0.1900 10 0.4 0.5 2.580 5 6.3 90 +0.2200 87 +0.2200 10 0.4 0.5 2.590 5 6.3 100 +0.2200 97 +0.2200 10 0.4 0.5 2.5100 7.5 9.5 115 +0.2200 110 +0.2200 14 0.6 0.5 4110 7.5 9.5 125 +0.2200 120 +0.2200 14 0.6 0.5 4125 7.5 9.5 140 +0.2500 135 +0.2500 14 0.6 0.5 4140 7.5 9.5 155 +0.2500 150 +0.2500 14 0.6 0.5 4160 7.5 9.5 175 +0.2500 170 +0.2500 14 0.6 0.5 4180 7.5 9.5 195 +0.2900 190 +0.2900 14 0.6 0.5 4200 7.5 9.5 215 +0.2900 210 +0.2900 14 0.6 0.5 4220 10 12.5 240 +0.2900 233.5 +0.2900 18 0.8 0.9 5250 10 12.5 270 +0.3200 263.5 +0.3200 18 0.8 0.9 5280 10 12.5 300 +0.3200 293.5 +0.3200 18 0.8 0.9 5320 10 12.5+0.30340 +0.360 333.5 +0.360 18 0.8 0.9 50 0360 10 12.5 380 +0.3600 373.5 +0.3600 18 0.8 0.9 5注：d（60）为非优先选用尺寸。 表 29.8-14 B 型液压缸活塞杆用防尘圈沟槽型式、尺寸和公差（摘自 GB/T6578-1986）（mm） L1 D1d S基本尺寸 极限偏差 基本尺寸 极限偏差 L2 C6 4 5 14 +0.0270 8 28 4 5 16 +0.0270 8 210 4 5 18 +0.0270 8 212 5 7 22 +0.0330 11 2.514 5 7 24 +0.0330 11 2.516 5 7 26 +0.0330 11 2.518 5 7 28 +0.0330 11 2.520 5 7 30 +0.0330 11 2.522 5 7 32 +0.0390 11 2.525 5 7+0.5 035 +0.0390 11 2.528 5 7 38 +0.0390 11 2.532 5 7 42 +0.0390 11 2.536 5 7 46 +0.0390 11 2.540 5 7 50 +0.0390 11 2.545 5 7 55 +0.0460 11 2.550 5 7 60 +0.0460 11 2.556 5 7 66 +0.0460 11 2.5（60） 5 7 70 +0.0460 11 2.563 5 7 73 +0.0460 11 2.570 5 7 80 +0.0460 11 2.580 5 7 90 +0.0540 11 2.590 5 7 100 +0.0540 11 2.5100 7.5 9 115 +0.0540 13 4110 7.5 9 125 +0.0630 13 4125 7.5 9 140 +0.0630 13 4140 7.5 9 155 +0.0630 13 4160 7.5 9 175 +0.0630 13 4180 7.5 9 195 +0.0720 13 4200 7.5 9 215 +0.0720 13 4220 10 12 240 +0.0720 16 5250 10 12+0.50270 +0.081 16 50280 10 12 300 +0.0810 16 5320 10 12 340 +0.0890 16 5360 10 12 380 +0.0890 16 5注：d（60）为非优先选用尺寸。 表 29.8-15 C 型液压缸活塞杆用防尘圈沟槽型式、尺寸和公差（摘自 GB/T6578-1986）（mm） L1 D1 D2d S 基本 尺寸极限 偏差基本 尺寸极限 偏差基本 尺寸极限 偏差L2 R1 C6 3 4 12 +0.1100 8.5 +0.0900 7 0.3 28 3 4 14 +0.1100 10.5 +0.1100 7 0.3 210 3 4 16 +0.1100 12.5 +0.1100 7 0.3 212 3 4 18 +0.1100 14.5 +0.1100 7 0.3 214 3 4 20 +0.1300 16.5 +0.1100 7 0.3 216 3 4 22 +0.1300 18.5 +0.1300 7 0.3 218 3 4+0.2024 +0.1300 20.5 +0.1300 7 0.3 220 3 4 26 +0.1300 22.5 +0.1300 7 0.3 222 3 4 28 +0.1300 24.5 +0.1300 7 0.3 225 4 5 33 +0.1600 28 +0.1300 8 0.3 2.528 4 5 36 +0.1600 31 +0.1600 8 0.3 2.532 4 5 40 +0.1600 35 +0.1600 8 0.3 2.536 4 5 44 +0.1600 39 +0.1600 8 0.3 2.540 4 5 48 +0.1600 43 +0.1600 8 0.3 2.545 4 5 53 +0.1900 48 +0.1900 8 0.3 2.550 4 5 58 +0.1900 53 +0.1900 8 0.3 2.556 5 6 66 +0.1900 59 +0.1900 9.7 0.3 2.5（60） 5 6 70 +0.1900 63+0.1900 9.7 0.3 2.563 5 6 73 +0.1900 66 +0.1900 9.7 0.3 2.570 5 6 80 +0.1900 73 +0.1900 9.7 0.3 2.580 5 6 90 +0.2200 83 +0.2200 9.7 0.3 2.590 5 6 100 +0.2200 93 +0.2200 9.7 0.3 2.5100 7.5 8.5 115 +0.2200 104 +0.2200 13 0.4 4110 7.5 8.5 125 +0.2200 114 +0.2200 13 0.4 4125 7.5 8.5 140 +0.2500 129 +0.2500 13 0.4 4140 7.5 8.5 155 +0.2500 144 +0.2500 13 0.4 4160 7.5 8.5 175 +0.2500 164 +0.2500 13 0.4 4180 7.5 8.5+0.30195 +0.290 184 +0.290 13 0.4 40 0200 7.5 8.5 215 +0.2900 204 +0.2900 13 0.4 4220 10 11 240 +0.2900 225 +0.2900 16.5 0.5 5250 10 11 270 +0.3200 255 +0.3200 16.5 0.5 5280 10 11 300 +0.3200 285 +0.3200 16.5 0.5 5320 10 11 340 +0.3600 325 +0.3600 16.5 0.5 5360 10 11 380 +0.3600 365 +0.3600 16.5 0.5 5注：d（60）为非优先选用尺寸。 油封材料鉴于油封处于大气和油的环境中，所以要求材料的耐油性、耐大气老化性能良好；同时它常遇灰尘、泥水，且有很高的转速，因此要求耐磨性和耐热性良好。某些特殊情况例如油封用来密封化学品时，则要求其材料应与介质相适应。用作油封的橡胶主要是丁腈橡胶、丙烯酸酯橡胶和聚氨醋橡胶，特殊情况用到硅橡胶、氟橡胶和聚四氟乙烯树脂。丁腈橡胶的耐油性能优异；聚氨酯橡胶的耐磨性能突出；而硅橡胶耐高、低温性能都很好；氟橡胶则较耐高温。它们对各种润滑油、液压油的适应性如表 29.8-1。考虑周速及温度时对油封的选择可参考表 29.8-2。 表 29.8-1 四种橡胶的耐介质性能 丁腈橡胶 丙烯酸酯橡胶 硅橡胶 氟橡胶ASTM1号润滑试验油 优 优 优 优ASTM2号润滑试验油 优 优 优 优ASTM3号润滑试验油 优 优 优 优ASTM4号润滑试验油 良 优 可 优燃料试验油 A 优 良 可 优燃料试验油 B 优 良 可 优SAE 20 号 优 优 良 优SAE 30 号 优 优 优 优SAE 90 号 优 优 优 优发动机油 优 优 优 优主轴油 优 优 良 优机械油 优 优 优 优轻油 优 良 可 优透平油 优 优 优 优变压器油 优 优 良 优柴油 优 优 优 优电机油 优 优 优 优汽缸油 优 优 优 优汽缸变速器油 良 优 良 优极压润滑油 良 优 可 优GL-4 齿轮机 良 优 可 优MIL-L2105B 良 优 可 优ML-L-5606 优 优 良 优MIL-L7808 良 良 优 优石油系液压油 优 优 优 优磷酸酯系液压油 可 可 优 优防护及润滑用特殊液压油 500号可 可 优 优防护及润滑用特殊液压油 700号可 可 优 优二脂系合成油 良 良 优 优制动器油 良 可 可 良动植物油 优 可 优 良汽油（高辛烷值） 优 良 可 良汽油 优 良 可 优灯油 优 良 可 优JP-4（喷气机燃料） 优 良 可 优稠结润滑脂 优 优 优 优底盘润滑脂 优 优 优 优纤维状润滑脂 优 优 优 优轴承润滑脂 优 优 优 优硅润滑脂 良 良 优 优合成油脂 良 良 优 优DC-200 硅油 优 优 优 优苯 可 可 可 优煤油 优 可 可 优甲苯 可 可 可 优二甲苯 可 可 可 优氯乙烯 可 可 可 优三氯乙烯 可 可 可 优丙酮 可 可 良 可甲基乙基甲酮 可 可 良 可甲基异丁基甲酮 可 可 良 可四氯化碳 优 可 可 优丙烷 优 优 良 优丁烷 优 优 良 优醇类 优 可 良30%氨水 优 可 可浓石碱水 优 良 优乙二醇 优 良 优氟利昂-12 优 可 优水 优 可 优浓盐水 优 优 良耐酸性 优 良 可耐碱性 良 可 良此外，油封还用到骨架材料和弹簧材料。前者常用一般冷压或热轧钢板、钢带，只有海水及腐蚀性介质才用不锈钢板；后者用一般弹簧钢丝、琴钢丝或不锈钢丝等。油封胶种的选择，建议参见图 29.8-3。 图 29.8-3 摩擦线速度、轴径的和转速关系图 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）油封的使用1 油封的润滑与漏油油封使用情况的好坏，大致可以用泄漏量是否在允许范围内、以及使用寿命的长短来衡量。由于油封的影响因素甚多，要作到绝对不漏是不可能的。为此各国对油封的允许泄漏量作了规定。若实际泄漏量在此规定范围之内，就算密封情况良好，详见表 29.8-3油封常用的润滑方法有： 表 29.8-