半閉式壓力機漏油原因分析及解決方案

肖 政

（江蘇省徐州鍛壓機床廠集團有限公司，江蘇 徐州 221116）

1 半閉式壓力機齒輪傳動結(jié)構(gòu)特點

半閉式壓力機齒輪傳動多為閉式齒輪傳動，其典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

傳動齒輪必須進行潤滑，以減少齒輪磨損，提高機器使用壽命，保持正常的工作精度，降低能量消耗和維修費用。圖1所示的閉式齒輪傳動中，采用的就是浸油稀油潤滑，一般油位要求高于小齒輪1/2齒高。通過小齒輪的高速旋轉(zhuǎn)，將油帶入齒面，達(dá)到潤滑的目的。

圖1結(jié)構(gòu)中，軸端左側(cè)有壓蓋，采用O型圈靜密封，軸端右側(cè)飛輪座與機身配合處有O型圈進行靜密封，飛輪座與驅(qū)動軸間有相對旋轉(zhuǎn)運動，采用油封密封。

圖1 半閉式壓力機齒輪傳動示意圖

2 油封結(jié)構(gòu)特點

一般來說，靜密封的密封性能非常可靠，泄漏主要發(fā)生在動密封處，也就是圖1所示的油封處。

油封學(xué)名旋轉(zhuǎn)軸唇形密封，主要是作為低壓流體介質(zhì)的旋轉(zhuǎn)軸用密封件，其作用是防止介質(zhì)沿軸向外泄漏及外部灰塵、雜質(zhì)侵入。油封的優(yōu)點是所需空間小，價格低廉，易裝卸，密封有效性高。不足之處是使用壓力范圍有限，壽命較短，易發(fā)生粘-滑現(xiàn)象而引起泄漏，需要潤滑等。

油封的密封機理：密封圈唇部和軸之間的接觸表面上同時并存干摩擦、邊界潤滑和流體潤滑三種情況，不斷交替產(chǎn)生。干摩擦產(chǎn)生磨損，流體潤滑產(chǎn)生泄漏，在邊界潤滑下，密封圈唇口與軸的界面之間形成一層穩(wěn)定的流體動壓油膜，這層油膜除用作潤滑之外，還起密封作用，油膜太厚，液體就會泄漏，油膜太薄，如不能形成流體潤滑膜，唇部就會磨損，因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計、密封件選擇上都要為形成薄而穩(wěn)定的油膜提供條件。

油封一般由橡膠、金屬骨架和彈簧三部分組成。影響油封的使用性能和工作壽命的主要因素有：

（1）密封材料，一般為具有一定強度、耐熱性、耐磨性、抗曲撓性、抗老化性好的橡膠材料，目前使用的彈性體主要有丁腈橡膠、丙烯酸酯橡膠、硅橡膠、氟橡膠等。

（2）軸表面粗糙度和偏心度。粗糙度和偏心度對油封使用性能影響甚大，軸表面的粗糙度一般規(guī)定為1.6μm～3.2μm，表面太光滑，不利于形成和保持油膜，密封圈唇部干摩擦易燒傷，引起泄漏。軸表面太粗糙，摩擦磨損加劇，影響壽命。軸的偏心度會使軸的中心線與油封內(nèi)徑中心線不重合，偏心度大會使油封唇部抵觸應(yīng)力分布狀態(tài)發(fā)生變化而引起泄漏。

（3）唇口的過盈量（其要求見表1），指油封唇口未裝彈簧時在自由狀態(tài)下的直徑與軸徑的差值。

表1 油封過盈量和軸的偏心量要求

（4）壓力，油封通常在0.02MPa～0.1MPa的壓力下工作，特殊結(jié)構(gòu)的可在0.5MPa（此時速度低于15m/s）壓力下工作。

（5）速度，一般油封最高線速度約為20m/s左右。

（6）溫度，油封的工作溫度由彈性體性能而定，丁腈橡膠密封圈在100℃以下工作。

表2 常用橡膠特性

3 漏油原因分析

漏油是一個不可忽視的問題，漏油嚴(yán)重影響設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)以及其工作效率和使用壽命，并引起環(huán)境污染，浪費能源。

造成漏油的基本原因是密封部位內(nèi)外側(cè)的壓力差或濃度差使流體流動，以及密封上有間隙，使流體溢出。但需要注意的是相對運動的結(jié)合面間保持有壓力的薄層流體膜并不會引起泄漏，而是起著降低密封部位的摩擦與磨損以及防止其發(fā)熱的作用。

根據(jù)半閉式壓力機的結(jié)構(gòu)特點及油封密封特性，下面針對出現(xiàn)泄漏的原因進行分析。

一般來說，漏油與配偶件結(jié)構(gòu)設(shè)計、密封件制造質(zhì)量、產(chǎn)品加工裝配質(zhì)量以及儲運保養(yǎng)和工作條件有關(guān)。主要漏油原因有以下幾點：

（1）配偶件設(shè)計結(jié)構(gòu)不合理，如選用的密封件不能滿足工作壓力以及速度與溫度方面的要求，與介質(zhì)、環(huán)境條件不相適應(yīng)，安裝密封件的溝槽設(shè)計不當(dāng)，間隙與壓縮量選擇不合理，未注意防振、均壓疏導(dǎo)，等。

查找相關(guān)件圖紙，零部件的設(shè)計尺寸公差及粗糙度均在合理的范圍內(nèi)，但仔細(xì)研究圖1所示結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)漏油和累積同軸度誤差有關(guān)。圖1中，有幾個因素影響油封與驅(qū)動軸的同軸度，分別為：①前后機身孔的同軸度；②飛輪座與機身配合孔的間隙；③前軸承與機身孔的配合間隙；④后軸承與機身孔的配合間隙；⑤軸承游隙；⑥密封圈距離支承位置較遠(yuǎn)，同軸度誤差通過扛桿作用被放大。在實際檢測中該結(jié)構(gòu)的綜合同軸度誤差很難控制，這也是導(dǎo)致漏油的一個主要因素。

其次，因為齒輪結(jié)構(gòu)大多采用斜齒輪結(jié)構(gòu)，斜齒輪結(jié)合平穩(wěn)、噪聲低、承載力強，但存在軸向力，故軸承必須能夠承受軸向力。圖1結(jié)構(gòu)中的調(diào)心軸承在旋轉(zhuǎn)過程中，相當(dāng)于推進器，導(dǎo)致油封需要承受一定的油壓。這也是泄漏的一個次要原因。

（2）配偶件制造與裝配質(zhì)量差。如配偶件的加工精度和表面粗糙度未達(dá)到要求，加工方法不合理（如加工紋理不當(dāng)），當(dāng)安裝時密封件通過尖銳棱邊時由于未加保護而損失唇口，外界雜物的混入等。

（3）密封件質(zhì)量不好。如密封件結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，材質(zhì)不好，制造工藝和精度差，模具有缺陷等。

4 漏油問題解決方案

4.1 合理改進產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

（1）方案一。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

①均壓，使密封部位內(nèi)外側(cè)的壓力差均衡，在飛輪座開卸油槽，平衡因調(diào)心軸承旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的壓力。②增加流體力，適當(dāng)減小飛輪座與驅(qū)動軸的間隙，以增加流體阻力。③回流拋甩，可采用回流結(jié)構(gòu)密封，在驅(qū)動軸及飛輪座上增設(shè)螺旋槽等回流措施以及使用甩油環(huán)、甩油槽等將泄漏的油拋回油池。④在近調(diào)心軸承端增加一處油封，減小同軸度對密封的影響，提高密封效果。

（2）方案二。改用更加可靠的機械密封結(jié)構(gòu)。

在飛輪座和驅(qū)動軸間可采用大軸徑機械密封，機械密封的主要特點是密封面為垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面。其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

由圖3可見，一套機械密封至少有4處密封：①動環(huán)與靜環(huán)之間的密封——動密封；②動環(huán)與軸或軸套之間的密封——相對靜密封；③靜環(huán)與靜環(huán)座之間的密封——靜密封；④靜環(huán)座（壓蓋）與設(shè)備之間的密封——靜密封。

圖2 改進方案一

圖3 機械密封

機械密封有如下優(yōu)點：密封可靠，在一個較長的使用期中，不會泄漏或很少泄漏；使用壽命長，正確選擇摩擦副材料和比壓的機械密封可用2～5年，最長的達(dá)9年；維修周期長，在正常工作的情況下，不需要維修；摩擦功率消耗少；驅(qū)動軸不受磨損；對驅(qū)動軸的振擺和飛輪座孔的偏斜不敏感。

4.2 正確選用密封件

密封件的結(jié)構(gòu)形式和材質(zhì)很多，而且同樣的結(jié)構(gòu)形式也有不同的適用范圍，因此要根據(jù)工況、使用要求及環(huán)境條件等正確選擇密封件。從表2各密封材料的特性來看，針對半閉式壓力機的特點，優(yōu)先選用丁腈橡膠作為密封材料，為了加強密封效果，雙密封的情況可考慮一個選用丁腈橡膠，一個選用氟橡膠。

4.3 加強生產(chǎn)工藝管理

在零件加工裝配過程中，要注意防止零件及密封件表面碰傷、拉毛，嚴(yán)格檢驗密封溝槽尺寸，配合面平直度與軸的圓度及表面粗糙度，使其達(dá)到規(guī)定要求。安裝時注意擰緊螺釘，調(diào)整好間隙，防止密封件在通過零件棱邊時發(fā)生表面損傷而產(chǎn)生泄漏。

4.4 做好庫存工作

外購密封件要嚴(yán)格做好入庫驗收及保管工作，橡膠密封件在倉庫內(nèi)的保管期限不超過兩年。

5 結(jié)束語

通過改進結(jié)構(gòu)設(shè)計，選擇合適的密封件，嚴(yán)格控制外購密封件質(zhì)量，嚴(yán)格控制產(chǎn)品加工裝配質(zhì)量，漏油問題得到解決。通過售后服務(wù)的跟蹤，系統(tǒng)改進后的同類設(shè)備未再出現(xiàn)漏油情況，驗證了該漏油問題解決方案的有效性。

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