液压与气动--旋转密封件

六、旋转密封件

        6.1 旋转轴唇形密封圈（油封）
   旋转轴唇形密封圈俗称油封。它是安装在旋转轴和静止件之间，用于密封润滑油外泄和防止外界尘土、杂物侵入设备内部的动密封元件。
   普通油封的使用压力小于0.5MPa，耐压油封的工作压力可达1~1.2MPa。
   油封的工作温度范围：
  丁腈橡胶制作:-40~+120℃，氟橡胶制作:-25~+200℃，
  丙烯酸酯橡胶制作:-20~+150℃。
  油封的工作线速度一般小于15m/s。
   油封的分类：
   按轴的旋转线速度高低分类，可分为低速油封（小于6m/s)和高速油封（大于6m/s)。
   按油封所能承受的压力高低分类，可分为常压型油封和耐压型油封。
   按油封的结构及密封原理分类，可分为标准型油封和动力回流型油封。
   按构成油封的组件材质分类，又可分为有骨架型油封和无骨架型油封；有弹簧型油封和无弹簧型油封。
   通常，对油封的要求是：
1）结构简单，制作和装拆容易。
2）安装腔体的尺寸紧凑，加工方便。
3）密封性能好，能长时间保持密封效果。
4）对轴的振摆、偏心的适应性能好。
      1. 密封原理
   油封在旋转轴上的安装情况，如图5-28所示。

   在自由状态下，油封的内径小于轴径，有一定的过盈量。这样，当油封装到轴上后，即使没有弹簧，也有一定的径向力作用在轴上。为了保证密封的可靠性，在油封唇缘的上方，加装一个弹簧（见图5-28）。
   依靠弹簧对轴的抱紧力来克服轴在旋转状态下，因振摆、跳动所造成的间隙，并使油封的唇缘能始终紧贴于轴的表面。
   维持油封密封性能的关键是介于唇缘与轴表面之间的一层油膜。因此，油封的密封原理是建立在滑动轴承的润滑理论上的。
   在轴旋转的动态过程中，油膜的厚度也在不断变化，其变动量一般约在20%~50%之间。油膜厚度变化的原因是维持油膜存在的表面张力在不断波动。而油膜的表面张力则与油的粘度、运动速度等因素有关。
一般认为油膜过厚，容易泄漏；油膜过薄，则会导致干摩擦。
   最理想的情况是保持“临界油膜厚度” ，即始终保持临界润滑状态。而“临界油膜厚度”的形成与保持，与油封对轴的径向力的大小及其分布状况直接有关。
最理想的情况是：尽量采用最小的径向力而得到最尖锐的“峰值”压力分布，可获得最佳的密封效果。
       2. 油封的选用
   选择油封的材料时，必须考虑材料对工作介质、工作温度及唇缘在轴高速旋转时的适应性。
   一般油封工作时若其唇缘的温度高于工作介质温度20~50℃，应引起重视。
   常压型油封的使用压力一般不超过0.05MPa。当工作压力超过0.05MPa时，应选用耐压型油封。目前，国外耐压型油封的使用压力可达10MPa。
   油封的型式和种类很多，可按工作条件与使用要求查阅有关设计手册选用。
油封安装时，为获得适当的初始径向力，应保证唇缘对旋转轴的过盈量要求，其值如表5-10所示。

        6.2 旋转轴格来圈
   旋转格来圈密封装置由一个高级Turcon材料的密封环格来圈和一个弹性施力的O形密封圈组合而成，如图5-29所示。

   为适应高速和低速不同工况的需要，根据格来圈的截面大小不同，在密封面上加工了一个或两个环形沟槽（见图5-29）。
   该沟槽具有以下功能：由于提高了密封表面的比压，因此提高了密封效果；形成一个润滑油腔，从而降低了摩擦力。
   为了保证介质压力能作用到O形密封圈上，在格来圈的侧面开有若干条径向沟槽，用以托住O形密封圈。格来圈的背面，设计成内凹弧形，使之增加接触面，并防止格来圈随轴产生旋转。
   旋转格来圈具有如下优点：
1）内圆密封或外圆密封均能适用；
2）具有润滑腔，摩擦力小，无粘滞现象，起动时不爬行；
3）抗磨性和尺寸稳定性好。
   旋转格来圈密封装置应用于有旋转或摆动运动的轴、杆、销、旋转接头等处的动密封。它可承受两侧压力或交变压力的作用。
   工作压力:不大于30MPa（1m/s时)，或不大于20MPa（2m/s时)；工作温度:-54~+200℃（取决于O形密封圈的材质）；工作介质：石油基液压油、难燃液、环保安全液压液（生物油）、水、空气等。
       6.3 旋转Variseal密封圈
   旋转Variseal密封圈是一种用于旋转轴处的单向作用密封圈。
   它由一个用Turcon材料制作的U形密封圈和一个V形不锈钢弹簧所组成，如图5-30所示。

   在密封圈的外部有一个凸缘，所以可以防止它在沟槽内旋转；它的密封唇短而厚，降低了摩擦，延长了使用寿命，在粘度很高的工作介质中也有良好的密封效果。
   在低压和零压时，初始密封力由弹簧产生。当系统压力升高后，则主要密封力由系统压力形成。因此，从零压到高压均能保证良好密封。
   由于密封圈和弹簧的材质对工作介质都有较好的相容性，所以除液压系统外，还可广泛应用于化学、医药和食品等工业部门。
   若在弹簧处的空腔内充填弹性硅胶，以防止污染物进入密封圈，并可进行消毒，便成为一种“洁净型”的密封圈。这种结构还可用于泥渣、稀浆或胶质等场合，可防止砂粒进入密封圈空腔而妨碍弹簧工作。
   旋转Variseal密封圈的应用实例，如图5-31所示。

   密封圈的工作压力:不大于15MPa（动负载时）或不大于25MPa（静负载时）；
   工作速度:不大于2m/s（旋转运动时）或不大于10m/s（往复运动时）；
   工作温度:-100~+200℃；工作介质：各种液体、化学品和气体。
   旋转Variseal密封圈的优点是：
1）旋转、往复动密封和静密封都能适用；
2）精确控制时无爬行现象；
3）具有良好的刮除效果；
4）具有良好的抗磨性能和尺寸稳定性；
5）能适应急剧的温度变化；
6）可以消毒，对食品和药液等不会污染。

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