旋转轴唇形密封圈的密封原理
油封是由高分子弹性材料制成,其唇边刃口具有较大的回弹能力,其密封接触面宽度很窄(一般在0.20~0.70mm之间),且接触压力分布均匀,再加上箍紧的弹簧,使唇口对轴颈具有较好的追随补偿性能。唇形密封圈是用“唇”的结构来满足密封要求的,发动机工作时,机体内的润滑油随转动的轴被带上轴颈及油封唇口处,并紧贴在转动轴的界面上,在油封唇口的弹性压力和润滑油的飞溅惯性作用下,其贴合面形成了一层处于临界润滑状态的稳定的流体动压油膜,确保被密封两边的介质不发生交流。这样既封住了油不往机体外泄漏,同时又使这对摩擦副得到有效的润滑
。因此,油封能以较小的唇口径向力,获得良好的密封效果。如果唇口在轴界面上的贴合力不足,油膜就会太厚,形成全液体润滑,其介质就可能产生泄漏;如果贴合力过大,油膜太薄,则不能形成临界润滑状态,虽然短期使用不会产生泄漏,但由于唇口与轴形成干摩擦状态,会使贴合面过热,不仅磨损加快,也无法形成一定的润滑油膜。若过热状况得不到改善,会导致唇部因受热变质而损伤,使用寿命大大缩短。
油封表面上看起来很简单,常装于某一零件上固定不动,但实际上它是一种摩擦件,其使用寿命受多种因素的影响,容易产生老化、变形与损坏,尤其是装于曲轴、输入轴、输出轴、测速轴等处的油封,其线速度达到1~5m/s,这必然使油封唇面产生高温和摩耗。除旋转转速对唇面有一定的影响,它还受轴外圆面粗糙度、偏心度、轴向间隙、油封唇面与轴的接触压力大小的影响。另外,润滑油的种类、质量、粘度、水份、酸性物质和污物的影响等,都会对油封唇口面的密封产生不同程度的影响。
对轴的径向圆跳动值也不可忽视,应严格加以控制。有部分维修人员为图省事,将径向圆跳动超差的轴件勉强代用,结果加速了唇口的磨损和过热,使用时间不长,油封唇口处即发生泄漏,造成油封过早报废。
油封泄漏的主要原因
作为易损零件,油封在使用一段时间会产生老化龟裂、变形与损伤。即使按正常状态使用,机车运行3~5万公里后,也应定期更换同一规格型号的产品,并注意到较正规的摩配商店或生产厂家去购买,以免伪劣配件发生故障而影响您车辆的正常运行。油封泄漏分为密封唇口(即内周)泄漏和配合部位(即外周)泄漏。
(1)油封唇口泄漏的原因有以下几点:
① 唇端部磨损过大,可能是由于油封的过盈量偏大、唇口润滑不足、内压过大(指曲轴箱内的压力过高,多数原因由活塞环处窜气造成)、轴表面粗糙度过大或有尘粒等异物夹入;
② 唇端部偏磨。可能是与之配合的轴颈振摆量过大或油封装入轴座孔体时已歪斜;
③ 唇端部硬化。可能是发动机异常高温、内压偏大、润滑油不足以及密封唇口与轴颈过盈量过大等;
④唇端部软化。这大多数是因为油封的材料不符合技术要求或油封质量低劣等;
⑤ 唇端部损伤。可能是装配前已受损伤,或未用专门的工具装配,或装配方法不当,也可能是有异物夹入所致;
⑥ 弹簧脱落。可能是轴件的倒角过大或组装时操作不慎造成;
⑦ 油封无异常却出现渗漏。可能的原因有:
(a)油封安装方向反了,或未安装到要求的深度,或轴座孔的深度不够。
(b)轴件表面有严重缺陷。
(c)轴颈偏小,过盈量不够。
(d)轴座孔和旋转中心偏心过大或轴承的游隙超大,使轴件总振摆量过大。
(2)油封外圆泄漏的原因有
① 油封歪斜、变形或被挤坏。主要是组装不良,也可能是轴座孔口倒角不对、有毛刺或座孔内径偏小,使过盈量过大;
② 轴座孔体内有明显缺陷、损伤和存在椭圆现象,或轴座孔垂直度严重超差,也可能是油封未安装到位。
油封的安装与保管
(1)油封安装前需仔细检查轴件和座孔是否有锐边、毛刺,清洗干净后应涂适量润滑油便于装配。同时将油封唇口内边的弹簧顺便查看一下,其弹簧接头不得有松脱现象。
(2)装配油封应使用专门的装配工具,有条件时可用压力机将油封压入轴座孔。注意不同类型的油封,其专用工具是不一样的,压入的深度也有所区别。对于有特殊距离要求的地方,需掌握好油封压入的深度。如无专用工具,也可用挡板和锤子等简易工具进行装配。锤击时,可沿油封圆周依次均匀敲打,注意不可使油封歪斜着装入。最好用深度游标卡尺或直尺边测量边装配,直到油封上端面低于座孔口倒角面0.50mm以上为止。但严禁用铁锤或其它棒类直接敲打,否则会损伤油封骨架体,使之变形而留下泄漏隐患。
(3)如果发现轴座孔存在缺陷(孔口倒角不圆或有毛刺等),可在油封外周或座孔壁涂适量不加固化剂的环氧树脂,以确保其密封。若轴颈上有键槽、螺纹等,需车一个尺寸相当的护罩,将油封内径(即唇口刃边处)套上装配,也可用生料带等将轴上的键槽、螺纹包妥后,再装油封。另外,有些油封为两个主唇结构,可在两主唇之间涂填适量锂基润滑脂。但使用初期可能有少量油脂渗出,请予注意。
(4)在安装时必须保证油封处于正确的安装状态。如配合过盈量过小,当机件受热膨胀后,其配合面会失去过盈而产生松动;若配合过盈量过大,则会使油封的外圆产生切边而损伤油封。配合过盈量过小或过大其后果都会造成油封与座孔的配合面出现渗漏。
(5)油封的内圈刃口是油封能否密封的最关键部位,若刃口直径过大(指与轴颈的配合过松),或油封本身橡胶弹性差或弹性不足,会导致油封与轴颈之间的密封性能下降,严重时会失去密封作用;当其刃口直径过小(指与轴颈的配合过紧)、弹簧弹力过大或橡胶材质差(大多数为再生橡胶制品)、组织僵硬等,则会因油封对轴颈的接触压力过高,润滑油不易在油封刃口与轴颈之间形成良好的润滑油膜,造成摩擦力急剧增加,使油封唇口处产生过热现象,从而加速油封橡胶的老化和龟裂。
(6)油封保管时应注意防潮湿、防锈蚀、防阳光久晒和防灰尘杂质等,尽量不要放在高温热源附近,不要受重物挤压或受到冲击,更不要将油封用细绳捆扎或吊挂起来,那样会使油封产生永久变形。
使用注意要点
(1)与油封配合的轴颈及轴座孔倒角处应无毛刺、尖角锐边等,如有须用适当工具予以修整使其配合处圆滑、无缺陷。只有这样,才能有效地防止刮伤油封的工作刃口和工作表面。
(2)油封安装前需仔细检查其外观,工作表面应光滑平整,不得有裂纹、斑点、伤痕、皱折、豁口等缺陷。测量油封刃口直径时,可不拆去弹簧,用手将油封细心整形使内圈尽量平整,可多测几个方位取其平均值。油封唇边刃口及外表面须涂洁净机油,并持专用工具进行压配,施力时要保证工具垂直于机体座孔的平面,均匀有序地将油封压装到底,避免粗心大意装歪或用力过猛而损伤油封。
(3)当检修机体不便将油封卸下重新安装轴件时,应注意检查油封唇口及弹簧是否良好,轴件头部需涂抹适量机油,最好是旋转装入以确保油封唇口不受损伤。对更换机体重新安装油封时,要注意检查油封座孔与油封配合轴颈处的同轴度,同轴度严重超差的机体严禁代用,以免后患无穷。
(4)二冲程车曲轴油封弹簧脱落重新安装时,应逆弹簧的旋转方向转1~2圈,稍用力插紧后再顺弹簧的旋转方向转回原位,使插紧后的弹簧又往前窜1~2圈,以增加其连接力。
(5)对于大修的发动机,机体上的油封原则上应全部更换,切不可单观其外表尚可而勉强代用,因为油封老化用肉眼是难以分辨的。实践经验证明:经过数万公里的运行,绝大部分油封都处在老化、龟裂的边缘。大修发动机时必须更换全部油封,决不能麻痹大意而留下故障隐患。
(6)对于油封唇口和油封外圆处的渗漏,有时在机体上难以分辨判断。遇此情况可将机车熄火,待完全冷却后醮适量汽油把渗漏疑点处的油封及其周围洗净,等汽油挥发完毕,用粉笔灰均匀地喷晒在渗漏处,重新启动发动机仔细观察,就会明显看出是油封唇口与轴颈处,还是油封与座孔处存在渗漏。如是唇口处渗漏除观察油封唇边刃口有无缺陷外,还必须仔细检查轴颈上是否有划痕、斑点、毛刺等,若发现油封外圆与座孔配合过松,手边又无正品油封件更换时,可用厌氧型密封胶适量涂于油封外圆和座孔内,再小心持专用工具压入作应急使用。
(7)油封唇口的密封性能与使用中的润滑油密切相关。若曲轴箱内的润滑油量过少或润滑油粘度过稀,会引起油封过热,造成刃口处急剧磨损甚至撕裂;如润滑油过多,因曲轴运转阻力加大,使机体的冷却空间相对减少而压力增大,此工况得不到及时改善,油封唇口处会承受不了机体内的高压而产生渗漏现象。应严格按照车辆使用说明书的要求,谨慎选用粘度合适、质量上乘的润滑油,禁用假冒伪劣油品,并依照车辆保养里程定期进行更换。
(8)油封唇口的耐压是有一定限度的。若机内压力过高,极易产生渗漏现象(通常的原因是曲轴箱通气管堵塞,或活塞环对口产生窜气等现象),应及时予以排除,同时保持曲轴箱通气管的畅通,以确保油封在正常的压力工况下使用。
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