樹脂密封環溝槽粗糙度探討

沈小波 覃輝翔 王燕妮 霍德祥 蘭旭恒

摘 要：樹脂密封環常用于有相對運動的結構中，相對運動會引起密封環磨損及老化的故障，在這些影響因素中，樹脂密封環安裝溝槽的粗糙度有很大的影響，由此，合理的溝槽粗糙度在設計中有很大的參考意義。

關鍵詞：樹脂密封環;粗糙度;磨損

1 引言

樹脂密封環由于其良好的彈塑性及耐高溫性能，在變速器行業運用廣泛，比如活塞缸，輸入軸孔等，密封環常見的失效形式為磨損，燒熔，最終導致密封失效。影響樹脂密封環磨損量的主要因素有轉速，油溫，溝槽寬度，配合直徑及粗糙度等，在此，本文通過對粗糙度的研究，找出合理的設計范圍，在保證使用性能的前提下盡可能降低加工難度。

2 問題提出

某公司一自動變速器上使用的樹脂密封環，材料為理氟龍C414，試驗時油溫最大120℃，最大壓力2MPa，軸最高轉速5500rpm，在試驗時出現部分樣件壓力下降明顯，無法繼續試驗，拆機發現樹脂密封環樣件出現嚴重磨損。密封環的裝配位置如圖1所示。

密封環試驗后磨損情況如圖2。

3 分析

3.1 對比分析

對比故障件及合格件的溝槽尺寸，發現溝槽安裝尺寸均合格，但在檢測故障件的溝槽受力側粗糙度Ra值時，發現故障件粗糙度發布不均勻，變差較大，而合格件的粗糙度分布均勻，變差較小，實際檢測結果及檢測方式如下圖所示（由于圖紙要求為Ra評價方式，以下粗糙度均指代Ra值），見圖3。

試驗合格件粗糙度檢測結果如表1所示。

試驗故障件粗糙度檢測結果如表2所示。

對試驗合格件與故障件的數據進行分析可得：

從數據上分析：

a）試驗合格件粗糙度最大為Ra0.36，變差也比較小，最大為Ra0.046;

b）試驗故障件粗糙度最大為Ra1.51，最小為Ra0.6，并且變差也比較大，最小為Ra0.144。

綜合上述檢測結果來看，粗糙度對密封環磨損有很大的影響。

3.2 密封環試驗驗證

對樹脂密封環在不同的粗糙度的條件下進行500h耐久測試，并測試其磨損量，試驗結果如圖4所示：

從上述試驗來看：

a）當粗糙度在Ra0.8以下時，密封環的側面磨損比較均勻，不會對其功能產生影響

b）當粗糙度在Ra0.8以上時，密封環的側面磨損會急劇上升，當粗糙度超過Ra1.2，密封環的磨損量超過0.1mm，會出現功能失效。

3.3 試驗驗證

根據分析結果，在要求供應商對產品加工方式及檢測手段進行優化后重新提供樣件，樣件4個平面粗糙度檢測均在Ra0.8以下，重新進行試驗，未出現試驗失效，試驗完成后重新檢測密封環磨損量，均在接收標準0.1以內，見圖5。

4 結束語

（1）本文通過對密封環溝槽粗糙度的試驗分析，找出密封環溝槽的粗糙度與磨損量之間的關系，將溝槽的粗糙度控制在Ra0.8以內，保證了密封環功能的耐久性能。

（2）粗糙度在加工時受到材料的切削性能、熱處理、刀具工藝參數的影響，還需在接下來的研究中進行深入探討。

參考文獻：

[1]成大先.機械設計手冊（第五版）.北京.化學工業出版社，2007.