封油環受力分析與計算

邵利江

摘 要： 從理論上分析了封油環的密封機理，對不同材料、形式的封油環進行受力分析，得出了封油環設計時需考慮的尺寸、彈力等因素。

關鍵詞：封油環;切向彈力;摩擦力矩

引言

封油環一般用于液力傳動系統中的旋轉軸的密封，使用壓力在0.15～3.0MPa之間。工作時允許存在一定的泄露量，泄漏基本上發生在封油環的接口處。封油環的工作狀態如圖1所示。當軸旋轉時， 封油環在油壓作用下一端面貼緊旋轉軸軸槽密封端面，外圈則以一定的彈力（或工作油壓力）卡緊在殼體上，保證封油環不隨軸轉動。封油環與殼體是相對靜止的，一旦發生滑動，封油環外圓和殼體內表面由于磨損使得封油環開口間隙增大，導致密封失效，而殼體磨出的溝槽又使封油環的拆卸變得困難。因此， 在設計時要確保封油環在使用時不隨軸一起轉動。

1 封油環受力分析

如圖2所示，當封油環隨軸產生相對轉動時，就會產生端面摩擦力矩M1和外環面摩擦力矩M2。當軸高速旋轉時，保證封油環與殼體不產生轉動或只有輕微的轉動，這是封油環要具有的基本要求，以最大限度地減少環外圓與安裝孔內表面的磨損，盡可能地延長環的使用壽命。

由上述計算可以看出，根據公式5可以先確定封油環最大的切向彈力。對公式6，當封油環的軸向厚度L大于一定值（切向彈力Ft和徑向厚度L成正比，如Ft確定的情況下，L增大則可減小封油環自由開口S0），可以使公式6成立，封油環同樣達到了不隨軸轉動的目的，大大減少了封油環外圓與安裝內孔表面的磨損，從而提高了封油環的壽命和可靠性。另外，從公式6可以得出，假如封油環和溝槽尺寸都定的情況下，安全系數c與油壓的大小成反比，即工作油壓越大，安全系數越小。

3 封油環試驗

1）封油環及試驗裝置

試驗封油環型號16Y-15-00079，規格（外徑×徑向厚度×高度）140×5.2×4.5mm，材料HSBSC3（銅合金），接口方式為搭扣式。試驗封油環和試驗裝置示意圖見圖3。

2）相關計算

封油環相關試驗數據：

切向彈力Ft =37 N，徑向厚度L=4.5 mm，內半徑R1 = 64.8 mm，外半徑R3 = 70 mm，試驗軸外徑R2 = 69.5 mm，試驗壓力P = 0.5 MPa，計算時取摩擦因數f1 = f2。

根據公式6計算可得：c=1.087

根據上述分析，安全系數c取值太小（實際產品使用中油壓遠大于0.5MPa，則安全系數更小），可能使封油環隨軸轉動。在試驗中封油環搭扣處漏油隨著旋轉軸的轉動緩慢旋轉，正好說明了封油環在跟軸旋轉。封油環搭扣處漏油見圖4。因此，在設計封油環時，應盡量使安全系數c大一些，確保其不隨軸旋轉。

4結論

根據上面分析計算可以看出，不管哪種結構或材料的封油環，只要滿足以上設計要求，都可以使封油環在工作時不隨軸轉動，達到端面磨損補償的效果，延長封油環的使用壽命。

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