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構特點

半閉式壓力機齒輪傳動多為閉式齒輪傳動，其典型結構如圖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，將油帶入齒面，達到潤滑的目的。

圖1結構中，軸端左側有壓蓋，采用O型圈靜密封，軸端右側飛輪座與機身配合處有O型圈進行靜密封，飛輪座與驅動軸間有相對旋轉運動，采用油封密封。

圖1 半閉式壓力機齒輪傳動示意圖

2 油封結構特點

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

油封學名旋轉軸唇形密封，主要是作為低壓流體介質的旋轉軸用密封件，其作用是防止介質沿軸向外泄漏及外部灰塵、雜質侵入。油封的優點是所需空間小，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，易發生粘-滑現象而引起泄漏，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，不斷交替產生。干摩擦產生磨損，流體潤滑產生泄漏，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，在結構設計、密封件選擇上都要為形成薄而穩定的油膜提供條件。

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徑中心線不重合，偏心度大會使油封唇部抵觸應力分布狀態發生變化而引起泄漏。

（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，特殊結構的可在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，漏油嚴重影響設備的正常運轉以及其工作效率和使用壽命，并引起環境污染，浪費能源。

造成漏油的基本原因是密封部位內外側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熱的作用。

根據半閉式壓力機的結構特點及油封密封特性，下面針對出現泄漏的原因進行分析。

一般來說，漏油與配偶件結構設計、密封件制造質量、產品加工裝配質量以及儲運保養和工作條件有關。主要漏油原因有以下幾點：

（1）配偶件設計結構不合理，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、環境條件不相適應，安裝密封件的溝槽設計不當，間隙與壓縮量選擇不合理，未注意防振、均壓疏導，等。

查找相關件圖紙，零部件的設計尺寸公差及粗糙度均在合理的范圍內，但仔細研究圖1所示結構發現漏油和累積同軸度誤差有關。圖1中，有幾個因素影響油封與驅動軸的同軸度，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，同軸度誤差通過扛桿作用被放大。在實際檢測中該結構的綜合同軸度誤差很難控制，這也是導致漏油的一個主要因素。

其次，因為齒輪結構大多采用斜齒輪結構，斜齒輪結合平穩、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結構中的調心軸承在旋轉過程中，相當于推進器，導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量差。如配偶件的加工精度和表面粗糙度未達到要求，加工方法不合理（如加工紋理不當），當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）密封件質量不好。如密封件結構設計不合理，材質不好，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 合理改進產品結構

（1）方案一。其結構如圖2所示。

①均壓，使密封部位內外側的壓力差均衡，在飛輪座開卸油槽，平衡因調心軸承旋轉產生的壓力。②增加流體力，適當減小飛輪座與驅動軸的間隙，以增加流體阻力。③回流拋甩，可采用回流結構密封，在驅動軸及飛輪座上增設螺旋槽等回流措施以及使用甩油環、甩油槽等將泄漏的油拋回油池。④在近調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構。

在飛輪座和驅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軸線的端面。其結構如圖3所示。

由圖3可見，一套機械密封至少有4處密封：①動環與靜環之間的密封——動密封；②動環與軸或軸套之間的密封——相對靜密封；③靜環與靜環座之間的密封——靜密封；④靜環座（壓蓋）與設備之間的密封——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；驅動軸不受磨損；對驅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

密封件的結構形式和材質很多，而且同樣的結構形式也有不同的適用范圍，因此要根據工況、使用要求及環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，使其達到規定要求。安裝時注意擰緊螺釘，調整好間隙，防止密封件在通過零件棱邊時發生表面損傷而產生泄漏。

4.4 做好庫存工作

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

5 結束語

通過改進結構設計，選擇合適的密封件，嚴格控制外購密封件質量，嚴格控制產品加工裝配質量，漏油問題得到解決。通過售后服務的跟蹤，系統改進后的同類設備未再出現漏油情況，驗證了該漏油問題解決方案的有效性。

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