油封的密封机理

　　建立在雷诺轴承润滑理论的基础上的油封密封理论,实质上是一个轴承润滑的密封理 论。它表明了在旋转轴旋转时，介于油封唇口与旋转轴间的油液在唇口呈不对称分布接触 应力的作用下，它依赖于旋转轴旋转过程中建立起来的推进流的作用建立了旋转轴密封装 置的密封油膜。并且油封的唇口在自由状态下，它的内径小于轴径。即，有预设的“过盈 量“。且过盈值通常在0.8-2.5mm之间。这样，当油封装配在轴上后，即便无弹簧，也能 对轴有一定的径向力。为减少或者弥补轴在运转时产生的振动而造成的唇缘与轴径产生的 局部间隙，从而导致泄漏。必须在油封唇缘的上方加装一个弹簧。依靠弹簧对轴的抱紧力 来克服轴在高速旋转状态下因振摆、跳动而造成的间隙，并使油封的唇缘能始终紧贴于轴 的表面，达到防漏的目的。由于密封唇角和唇缘尖端处刃口与弹簧距离的综合设计效果，密 封唇处的径向力在密封唇接触区产生的不对称接触压力(应力)分布，对于油封装置构成的 密封状态具有十分重要的意义。这种呈不对称分布的接触压力，其最大接触压力应位于油液 一侧。而空气一侧的接触压力呈较小的梯度分布。这种对旋转轴产生接触压力和切向力的不对 称分布。在其作用的轴封密封唇接触区内将产生一种特有的形变结构，形成一种特殊的来复线 分布，因而在密封唇前侧方出现“滞流”。这种呈显微状态的来复线可由仪器或它的作用(粘 弹泵作用)检出。通常，即使在静态下，在唇和轴间的磨擦面间，介质也会因毛细管作用渗入 其间的粗糙度表面。构成的呈波浪形的微小缝隙中，使之起到润滑和减摩的作用。当然，在装 配前于唇缘故和轴面上涂以适量油脂，对于提高油封寿命也是十分必要的，轴旋转时，油封的 静态密封的作用渐渐消失，如滚动轴承一样，磨擦副(即密封副)经过边界摩擦、混合摩擦的 过程达到最高旋转速度，最终构成密封副滑移面平滑摩擦和流体动力摩擦，并在密封副介质和 空气侧间构成弯月形的密封油膜。为了维持油膜在空气侧的“滞流”应产生相当于毛细压力的 负压。若不能保持这一状态，或者被尘埃、杂质粒子或唇口表面材质的老化作用而破坏，则油 封就将发生泄漏。一个优秀的油封结构设计，一般应具有最小的接触压力和最尖锐的不对称分 布峰值及最小的唇口接触宽度。以降低摩擦热引起的早期热老化，从而延长油封的使用寿命。 维持油封密封性能的是介于唇缘与轴表面之间的油膜。油封的密封理论是建立在轴承的润滑理 论基础上的。在轴旋转的动态过程中，由于维持油膜存在，其表面张力也是一定数值内不断变 化的，因此，油膜的厚度也是处于不断的变化过程中。通常，油膜厚度变动量约在20%—50%之间。油膜表面张力的波动是油膜存在的不稳定因素。当表面张力大于某一定值时，油膜将破 裂，密封失效。该定值与油的粘度，介质温度，旋转速度等因素有关。一般认为油膜过厚，油 封容易泄漏。油膜过薄，则会导致干摩擦。最理想的是使油封密封副的滑移面始终保持临界润 滑状态，即保持“临界油膜”厚度。“临界油膜”的形成，直接与油封对轴的径向力状况以及接 触力的大小有关。即径向力分布应保证有“峰值”状态且尖峰越锐密封效果越好。但径向力大 并不说明是油封结构的最佳设计方案的唯一因素。因此，最理想的情况应是尽量采用最小的向 力而得到最尖锐的“峰值”压力分布，以获得最佳的密封效果。