油封的密封機理

　　建立在雷諾軸承潤滑理論的基礎上的油封密封理論,實質上是一個軸承潤滑的密封理 論。它表明了在旋轉軸旋轉時，介于油封唇口與旋轉軸間的油液在唇口呈不對稱分布接觸 應力的作用下，它依賴于旋轉軸旋轉過程中建立起來的推進流的作用建立了旋轉軸密封裝 置的密封油膜。并且油封的唇口在自由狀態下，它的內徑小于軸徑。即，有預設的“過盈 量“。且過盈值通常在0.8-2.5mm之間。這樣，當油封裝配在軸上后，即便無彈簧，也能 對軸有一定的徑向力。為減少或者彌補軸在運轉時產生的振動而造成的唇緣與軸徑產生的 局部間隙，從而導致泄漏。必須在油封唇緣的上方加裝一個彈簧。依靠彈簧對軸的抱緊力 來克服軸在高速旋轉狀態下因振擺、跳動而造成的間隙，并使油封的唇緣能始終緊貼于軸 的表面，達到防漏的目的。由于密封唇角和唇緣尖端處刃口與彈簧距離的綜合設計效果，密 封唇處的徑向力在密封唇接觸區產生的不對稱接觸壓力(應力)分布，對于油封裝置構成的 密封狀態具有十分重要的意義。這種呈不對稱分布的接觸壓力，其最大接觸壓力應位于油液 一側。而空氣一側的接觸壓力呈較小的梯度分布。這種對旋轉軸產生接觸壓力和切向力的不對 稱分布。在其作用的軸封密封唇接觸區內將產生一種特有的形變結構，形成一種特殊的來復線 分布，因而在密封唇前側方出現“滯流”。這種呈顯微狀態的來復線可由儀器或它的作用(粘 彈泵作用)檢出。通常，即使在靜態下，在唇和軸間的磨擦面間，介質也會因毛細管作用滲入 其間的粗糙度表面。構成的呈波浪形的微小縫隙中，使之起到潤滑和減摩的作用。當然，在裝 配前于唇緣故和軸面上涂以適量油脂，對于提高油封壽命也是十分必要的，軸旋轉時，油封的 靜態密封的作用漸漸消失，如滾動軸承一樣，磨擦副(即密封副)經過邊界摩擦、混合摩擦的 過程達到最高旋轉速度，最終構成密封副滑移面平滑摩擦和流體動力摩擦，并在密封副介質和 空氣側間構成彎月形的密封油膜。為了維持油膜在空氣側的“滯流”應產生相當于毛細壓力的 負壓。若不能保持這一狀態，或者被塵埃、雜質粒子或唇口表面材質的老化作用而破壞，則油 封就將發生泄漏。一個優秀的油封結構設計，一般應具有最小的接觸壓力和最尖銳的不對稱分 布峰值及最小的唇口接觸寬度。以降低摩擦熱引起的早期熱老化，從而延長油封的使用壽命。 維持油封密封性能的是介于唇緣與軸表面之間的油膜。油封的密封理論是建立在軸承的潤滑理 論基礎上的。在軸旋轉的動態過程中，由于維持油膜存在，其表面張力也是一定數值內不斷變 化的，因此，油膜的厚度也是處于不斷的變化過程中。通常，油膜厚度變動量約在20%—50%之間。油膜表面張力的波動是油膜存在的不穩定因素。當表面張力大于某一定值時，油膜將破 裂，密封失效。該定值與油的粘度，介質溫度，旋轉速度等因素有關。一般認為油膜過厚，油 封容易泄漏。油膜過薄，則會導致干摩擦。最理想的是使油封密封副的滑移面始終保持臨界潤 滑狀態，即保持“臨界油膜”厚度。“臨界油膜”的形成，直接與油封對軸的徑向力狀況以及接 觸力的大小有關。即徑向力分布應保證有“峰值”狀態且尖峰越銳密封效果越好。但徑向力大 并不說明是油封結構的最佳設計方案的唯一因素。因此，最理想的情況應是盡量采用最小的向 力而得到最尖銳的“峰值”壓力分布，以獲得最佳的密封效果。