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旋轉(zhuǎn)密封作為密封件的集中典型應用之一，在設計的時候需要經(jīng)常接觸,，相較于直線密封旋轉(zhuǎn)密封的選取是有一定的技術(shù)要點,，本課件主要介紹如何高效、合適地選取應用于旋轉(zhuǎn)工況的密封產(chǎn)品,，現(xiàn)分為兩部分來介紹,。本次涉及的是低速（線速度低于2m/s）、高壓（2~40MPa）,、重載應用的一些密封的選取,。 一. 應用場合介紹 低速重載的產(chǎn)品主要應用于以下場景： 液壓旋轉(zhuǎn)接頭
注塑機注射缸
重型移動設備的液壓轉(zhuǎn)向器
重載機械手的換刀/換模
液壓擺動油缸
船舶舵機、推進等
水電
水下設備
制藥/食品灌裝設備 等等其他應用場合 二. 技術(shù)要點 1. 低速,、重載旋轉(zhuǎn)密封在大多數(shù)場合需要承受一些徑向力，這就對機械結(jié)構(gòu)提出了一定的要求,，需要采用滾動/滑動軸承來保證運動部件的軸向跳動,。 2. 低速重載旋轉(zhuǎn)油封一般要求計算油封本身所在工況的PV值。根據(jù)不同的PV值來確定應用的產(chǎn)品,。需要注意的是PV值曲線并不是一條定斜率的直線,，而是類似于下圖中的類雙曲線
3. 在確定PV值以后的特別重要的一點是高壓重載油封的最高允許線速度一般是2m/s，如果運動部位是聚氨酯類的還會更低一些,。 4. 旋轉(zhuǎn)密封場合相對直線運動存在介質(zhì)流動性差,，進而導致潤滑,、散熱情況會更差。 5. 旋轉(zhuǎn)部件會因為磨損（配合部件和密封件都磨損）存在摩擦力變化,。 6. 磨損產(chǎn)生的殘渣碎屑比較難從摩擦部位排出,，會在后續(xù)使用中持續(xù)摩擦磨損部。 三. 密封產(chǎn)品方案 1. 旋轉(zhuǎn)格萊圈
密封原理： PTFE部：摩擦系數(shù)極?。ㄅc鋼摩擦0.04附近）帶有自潤滑特性,，添加劑為石墨類會增加自潤滑的效果。PTFE本身對于介質(zhì)兼容性極強（幾乎耐受所有介質(zhì)）,，適溫范圍極寬（-200℃~260℃）,，耐候性，耐氧化性都非常好,。結(jié)構(gòu)上帶有儲油槽有利于油膜的保持,。但是本體基本沒有變形量，沒有什么補償性,。 O型圈部：為整個油封提供預緊力保證密封處于過盈配合選用不同材料的O型圈可以實現(xiàn)不同介質(zhì)的兼容,，可選的一般為NBR/FKM/EPDM等材質(zhì)。本密封的極限兼容條件都取決于O型圈部,。 密封特點：應用場合比較廣泛,，耐壓等級較高，加工尺寸特別方便,，可以輕松應用于直徑不大于0.5m（部分品牌可以做到2.7m）的密封場合,。此型PV值一般低于2MPa·m/s（壓力和線速度乘積），使用溫度范圍取決于所搭配的O型圈的性質(zhì),，一般可以低至-45℃,，高溫到200℃。請注意低溫和高溫并不是同時存在,。由于該密封在結(jié)構(gòu)上有儲油槽的設計,，會有少量油液存在于儲油槽保證密封件油膜的存在。同時這種類型的旋轉(zhuǎn)密封不能用于長期保壓的工況,，因為PTFE的物理性質(zhì)決定了這種類型油封并無補償量的存在,。 另外本型油封當使用在軸端時，裝配需要工裝輔助,，如PTFE部在裝配過程中變形較大,，需要使用專用的矯正模具進行矯正。裝配指導如下：
其中1號為保護工裝套,，2號為壓裝工裝,，3號為矯正工裝。 需要注意的是在使用過程中隨著密封圈的變形、磨損,，可能會導致O型圈和PTFE部粘連后一起運動（如下圖）,。
O型圈在槽內(nèi)運動，會對溝槽加工精度提出一定的要求,。因此溝槽內(nèi)的表面精度需要低于Ra 1.6,，建議Ra0.2~0.8，配合部（與密封件摩擦部）加工精度建議是Ra 0.2以下最低Ra0.05,，硬度建議HRC 45以上,。 需要特別注意的是旋轉(zhuǎn)格萊圈/斯特封PTFE材料選取添加劑不允許有青銅粉。 2. 從第一種旋轉(zhuǎn)格萊圈發(fā)展而來的帶有泄壓結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)格萊圈,。 密封原理：該型密封特點是帶有面向高壓側(cè)的泄油孔,，將少量油液導入到油封的摩擦面和儲油槽槽內(nèi)，預先行成潤滑,，降低對油封的沖擊和加速油封進入密封狀態(tài),。
由于有結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢，本型油封的PV值要略高于第一種油封,?？梢赃_到2.5MPa·m/s。其他應用注意事項與第一種應用類似,。 我司總代理的阪上密封件在這個項目因原材料和加工工藝的特殊,，目前處于領(lǐng)先的地位，在高壓回轉(zhuǎn)接頭應用介紹如下：
3. 在2號類型上發(fā)展的新結(jié)構(gòu)的密封,。如下圖
這種類型的油封直接把泄油槽導入到儲油槽內(nèi),，進一步降低了旋轉(zhuǎn)格萊圈摩擦力，同時平衡了一部分側(cè)向力,，因此這種結(jié)構(gòu)的密封圈摩阻力更低,，但是相應內(nèi)泄量也要大于前兩種。 同時需要注意,，本型油封是一種單向油封,，帶有泄油槽的這一面需要面向高壓密封區(qū)域，如果雙側(cè)都有高壓,，那么需要背靠背搭配使用,。 4. 為了解決第三種旋轉(zhuǎn)格萊圈單向密封的問題，在第三種結(jié)構(gòu)上又發(fā)展出了第四種旋轉(zhuǎn)格萊圈,。如下圖：
該密封的密封原理如右上圖,，密封本身在泄油槽的基礎上增加了導油孔，當?shù)膶в涂自趬毫τ瓦M入的時候會直接進入油封中部的槽內(nèi)形成和第三種旋轉(zhuǎn)格萊圈一致的受力狀態(tài),，同時油封中的星型圈密封住另一側(cè)的導油槽，防止內(nèi)泄。而后的密封原理與其他旋轉(zhuǎn)格萊圈是一致的,。 這種密封的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了雙向高壓,，同時可以允許密封以非常高的PV值運行（某品牌可以做到10MPa·m/s），響應快,，摩阻力低,，但是相應的內(nèi)泄會增加一些。 5. 在旋轉(zhuǎn)格萊圈的基礎上現(xiàn)在發(fā)展出了基于聚氨酯結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)密封圈,，其結(jié)構(gòu)如下：
密封原理：基礎構(gòu)架與上面旋轉(zhuǎn)格萊圈的是類似的,，與運動部件接觸的采用聚氨酯橡膠為材料的摩擦部件，頂部采用O型圈保證密封性,。聚氨酯具有耐磨性好,，能注塑加工，有彈性,、有補償性,、易裝配等優(yōu)點。但是同時也有耐溫差（一般-25℃~100℃為極限）,、耐介質(zhì)差（不耐酸堿,、水等）、摩擦系數(shù)高（0.18附近,，大約是PTFE的4~5倍）等缺點,。同時聚氨酯材料響度PTFE比較軟，容易發(fā)生形變,，不容易保證密封形狀,。
本型油封特性是類似于上圖，當部件帶壓旋轉(zhuǎn)的時候,，由于油封變形承壓的背向側(cè)只有兩條線密封,，摩擦面極小，產(chǎn)生的結(jié)果是此型油封的摩擦力反而低于上面的PTFE作為摩擦部的旋轉(zhuǎn)格萊圈,。某品牌最大PV值也可以達到6.5MPa·m/s,。同時在30MPa的高壓情況下，本型油封的摩擦力矩只有其他幾種旋轉(zhuǎn)格萊圈的1/2,，磨損量只有上面幾種格萊圈的1/5~1/8,，與此同時本型油封由于材料基礎性質(zhì)問題，基本沒有泄露（泄漏量是上面幾種油封的1/10不到這樣）,?？梢哉f這種類型油封在高壓狀況下是非常好的一類油封。 6. 特異型的斯特封
這幾種屬于同一種密封原理,。即類似旋轉(zhuǎn)格萊圈,，但是在唇口有特殊的形狀，接觸面有應力集中點，更方便密封和刮除雜質(zhì),，同時對O型圈提供支撐作用改善O型圈的受力情況,。此型密封的耐受PV值也可以達到6.5MPa·m/s。需要注意的是本形狀的油封為單向油封,。應用場合多在伐木機械和工業(yè)機械手,。 7. 泛塞封
密封原理： 泛塞封分為密封部件和V型彈簧兩部分，密封部的材質(zhì)為PTFE類材料,，彈簧部根據(jù)不同的介質(zhì)選定不同的金屬（絕大多數(shù)為不銹鋼）作為材料,。當?shù)蛪骸⒌蜏?、低速時由彈簧保證密封性,，當轉(zhuǎn)速提升后和帶壓情況下就以密封唇來保證，密封的基礎原理類似于Y型圈的密封原理,，當壓力介質(zhì)進入唇口后會把唇口撐開自形成自密封的結(jié)構(gòu),。 基于本密封密封唇口的材料性質(zhì)，本類型油封大多應用于像水下,、食品,、醫(yī)療行業(yè)、注塑機等對于介質(zhì)兼容性,、安全性有較高要求的場合,。 8. 純PTFE矩形密封環(huán)
密封原理：與矩形密封圈是一致的，采用過盈配合,。由于只使用了PTFE作為密封材料,，這種密封圈的特性非常好。介質(zhì)兼容性極佳,，耐溫范圍-200℃~260℃,，PV值可高達10MPa·m/s，同時允許15m/s以下的線速度,。但是缺點是由于PTFE沒有變形量和彈性,，在密封和運動部件的配合間隙是有一些漏油量的，因此這種密封天然的是具有內(nèi)泄,、泄壓的特性,。 應用范圍方面多應用于減震器或者作為油缸的的緩沖環(huán)，或者注塑機的旋轉(zhuǎn)密封,。這種密封環(huán)可選開口和閉口,，在開口部分可以選擇切口的形狀，滿足不同的工況要求,。 四. 總結(jié) 總體來說低速,、高壓,、重載油封是一種應用特殊，需要特別對應的一種應用場合,。根據(jù)不同的使用工況選擇不同參數(shù)的密封結(jié)構(gòu)才能做到最終性能的滿足,。如需更詳細的密封選型歡迎到我司進行交流。
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