摘要：文章结合O型圈、骨架油封的机械密封工作原理，详细阐述影响机械密封的各项关键制造因素。提出一些列优化机械密封设计的建议，并进一步指出如何控制密封件、密封耦合件特性来改进机械密封可靠性。本文在密封件选型、机械密封失效分析等方面具有一定的指导意义。
关键词：O型圈；骨架油封；机械密封
一、O型密封圈、骨架油封工作原理概述
1、O型密封圈密封原理：O型圈密封是一种挤压型密封，其工作原理是依靠密封件发生弹性变形，在密封接触面造成接触压力，只要接触压力大于被密封介质的内压，那么不会发生泄漏，反之则发生泄漏。
2、骨架有弹簧油封密封原理：以其唇部极窄的密封接触面（小于0.5mm）与旋转轴以一定的压力接触，并在液体润滑作用下实现密封。其断面形状及箍紧弹簧使唇口对轴具有较好的跟随补偿性能，从而能以较小的唇口径向力获得良好的密封效果。
二、O型圈的设计选型及注意事项研究
1、O型圈的材料选择
密封件必须优先考虑耐油性、抗老化性、高低温性等关键属性。应用比较广泛的密封圈材质主要有两种：第一选择：丁腈橡胶（代号：NBR），耐油，耐磨，抗老化，应用范围广，价格便宜，其缺点是不适用于磷酸、脂系液压油及含极压添加剂的齿轮油和酮类介质；第二选择：氟橡胶（代号：FKM），耐油、耐热和耐酸、碱性能极佳，几乎耐所有润滑油、燃料油。其缺点是耐寒性和耐压缩永久变形性不好，价格高。
2、O型圈的型号规格选择
2.1、首先确认O型圈使用工况，在工况类型选择在条件许可情况下，设计应尽可能优先考虑轴向密封，即静态密封：“受内部压力的轴向密封”和“受外部压力的轴向密封”。
2.2、O型圈属于标准零件，规格应尽可能按照或参照国标设计，O型圈直径大小d1、截面直径大小d2、对应密封槽外圆直径大小d7、槽宽度尺寸b，槽深度尺寸h等数据按照机械设计手册或设计选型手册，（GB/T3452.3—2005）。
3、密封沟槽和配合偶件表面的表面粗糙度技术要求：沟槽R1.6-R3.2，配合面R1.6-R3.2。
4、O型圈安装要求
4.1、检验O型圈的表面完整无破损，安装过程要注意O型圈不被划伤、不得被拉扯变形。
4.2、检验密封槽对应端面的平整、完整（无凹凸断面）、无明显划伤、粗糙度达标。
4.3、密封槽和密封面必须清洗干净，将O型圈卡入密封槽时，需在O型圈内侧涂抹少许润滑脂，涂抹要均匀，使O型圈与密封槽内侧良好贴合，避免O型圈在安装过程脱槽。
4.4、密封面目测无间隙，若出现间隙过大现象，可能是O型圈已脱槽了，必须重新安装。
三、骨架式有弹簧油封的设计选型及注意事项研究
1、油封材质选型
1.1、油封的材料的选择必须考虑与其工作工况条件下的油介质之间的相容性，相容性差，会出现唇口溶胀、硬化、龟裂等，最终引发漏油故障。因此，油封的选型在设计阶段必须通过油介质相容性试验。
1.2、油封与O型圈同为密封件，其材质可参照“2.1 O型圈的材料选择”对应图表数据选择，优先推介丁腈橡胶（代号：NBR）。
2、轴的设计要求
2.1、油封唇口极容易划伤损坏，轴端不得有毛刺和锐边。为保障轴安装时顺畅，轴端设计必须倒角或圆角，轴径越大倒圆角值越大，最小倒角不得小于1.5mm×45º。
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2.2、轴的材质优先选择碳素钢，接触面必须热处理，其他硬度不足的材质不推荐选用，对于铸铁面，表面容易有气孔，在唇口位置滑动极容易产生泄露，在实在无法避免铸铁面条件下，尽量选用球墨铸铁类。
2.3、轴的配合面硬度不得小于HRC30，对于一些配合面密封等级要求较高的场合，密封唇部与轴的接触面硬度通常要求约为HRC48-HRC55。
2.4、密封唇部与轴的接触面粗糙度推荐为R1.6-R0.8，表面需要精磨削，不得有加工纹。
2.5、轴的公差不得小于h11（注：由于油封唇口的过盈量较大，最小过盈量0.7mm，因此对轴的公差要求不高，而对轴的表面粗糙度、硬度要求非常高）
3、孔的设计要求
3.1、油封安装孔口位置必须有倒角结构，便于安装导向定位。通常倒角值选取≥油封对应安装面倒角，最小倒角值不得小于1.5mm×45º。
3.2、油封安装孔的表面粗糙度范围推荐R1.6-R0.8，油封外圆为非金属时，孔粗糙度要求不宜过高，油封外圆是金属时，孔的粗糙度可以适度偏高，使安装难度减小一些。
3.3、油封安装孔的加工公差一般选用H8即可，直径大于400mm，可以选用H7公差等级。
4、骨架式有弹簧油封安装注意事项
4.1、安装油封前，检查轴颈表面是否有过于粗糙，是否有伤痕、锐边或者毛刺，端面倒角是否到位，尤其是检查与油封唇部接触面是否有明显伤痕。轴颈表面过于粗糙会加速油封唇口的磨损，从而破坏其密封性。
4.2、检查轴颈部分是否存在因加工时装夹不当、拆卸不当等造成的压痕或钝击伤痕，此类缺陷都会使油封与轴面轴颈表面贴合不严实，导致油液渗漏。
4.3、上述两种不良的修复方式：可对伤痕部位堆焊后，重新按规定尺寸车外圆，或者直接更换新轴，对于轴端部分的金属毛刺、飞边，可用锉刀修磨平整即可安装。
4.4、检查油封唇口本身来料状态：是否有破缺、伤裂或者油化腐蚀，若有这些不良特征，必须更换新的油封，不得使用。
4.5、油封安装骨架油封时，为防止油封唇口在压装过程不被拉扯变形或者刮擦损伤，必须采用专用安装工装，为确保压装过程顺滑，可适度在轴端涂抹少量润滑油，压装过程要均匀用力，若遇阻碍需检查油封套入是否到位，不得强压到位，严禁乱敲、猛打，导致油封受力变形。另外，唇口必须朝向储油一侧安装，方向装反会导致后续密封功能减弱或失效漏油。
5、骨架式有弹簧油封漏油对策
5.1、骨架弹簧失效对策。失效形式为弹簧过紧或者松弛无力。过紧会加快油封与旋转轴之间磨损，松弛会导致密封无法达到效果，最终出现漏油。因此安装前必须抽检油封关键尺寸，如唇口尺寸、外径尺寸，确保零件尺寸与轴的极限过盈量在正常范围内。
5.2、工作介质原因及对策。油封的材料与油介质之间相容性差，会出现唇口溶胀、硬化、龟裂等，最终引发漏油故障。对策：油封的选型在设计阶段必须通过油介质相容性试验。
5.3、轴的原因失效对策。一般工况下的，轴与油封配合面的轴面应尽量光滑，粗糙度不得低于R1.6，一些特殊行业或高标准要求产品，因配合位置长期高频运转，轴类配合部位普遍选用粗糙度不低于R0.8，且与油封配合部位须采用高频淬火，硬度不低于HRC30，要求较高的特殊场合需要硬度不低于HRC50。
结束语
产品设计质量、设备可靠性的提升，都离不开良好的机械密封设计结构这个前提。它是一台设备能否具备使用寿命长、运转可靠的有效技术支撑指标。密封失效分析，在于针对性查找、解决密封设计方案缺陷，降低设备维修成本。随着中国制造技术的飞速发展，在高端设备、智能制造等多方面，机械密封设计的优化、密封泄露的应对策略一直发挥着越来越大的作用和价值。
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[3]朱世勇.机泵机械密封泄露分析及对策研究[J].化工设计通讯，2017，04-0121.
论文作者:谢慧军,谢黎
论文发表刊物:《电力设备》2019年第5期
论文发表时间:2019/7/8
标签：油封论文; 骨架论文; 倒角论文; 接触面论文; 机械论文; 表面论文; 轴颈论文; 《电力设备》2019年第5期论文;