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1、减速器动密封的设计及应用江苏华电戚墅堰发电有限公司 常州市苏源震华电力工程有限公司 王晓斌摘 要： 通过分析减速器动密封渗漏部位、原因和常见密封结构，设计一种实用的组合密封结构，并合理应用，成效显著。关键词： 减速器； 渗漏； 动密封； 组合密封； 旋向； 应用； 效果0前言众所周知，减速器润滑油的渗漏情况较为常见，低速轴处动密封渗漏更为常见而尤难处理，受外形尺寸和标准化生产的制约，制造厂家还是采用原来设计的结构，一般采用“J”型骨架橡胶油封圈，使用效果和寿命不尽人意，机械密封和磁力密封应用于此的意义不大。设计一种简单、可行和有效的动密封装置迫在眉睫。1动密封常见结构和特点1.1非接触式密封1
2、.1.1间隙节流沟槽密封利用间隙节流、降压效应产生密封作用。工作时无磨损，使用寿命较长，适用于高速和低速场合。在实际的应用中，由于受加工精度和装配精度的影响，节流、降压作用不够明显，单独依靠这种密封结构的动密封装置渗漏情况较为严重，尤其是线速度较低的场合。1.1.2甩油环密封甩油环安装在轴承内圈与轴承内圈定位轴肩间，与轴相当于一组合件，与轴同步旋转，利用离心力将外流的油液甩向箱体轴承孔，自然回流至减速器下箱体。工作时无磨损，使用寿命较长。甩油环属于动力型密封，只适用于高速场合，故一般应用于高速轴动密封处。由于甩油环也相当于一挡油环，能阻挡一部分飞溅润滑的油液，高速端轴承润滑被削弱，易使轴承润滑
3、条件变差。1.1.3迷宫密封利用曲折径、轴向间隙对泄漏润滑油进行节流、降压，从而实现密封作用，工作时无磨损，使用寿命较长，适用于高速和低速场合。在实际的应用中，由于受加工精度和装配精度的影响，节流作用不够明显，单独依靠这种密封结构的动密封装置渗漏情况较为严重。1.1.4螺旋密封在密封部位的轴周表面加工出螺旋槽或螺纹，轴转动时对充满螺旋槽内泄漏的润滑油产生向箱体内的轴向推力，从而达到减少润滑油泄漏的目的。为了有更好的密封性能，槽应该浅而窄，螺旋角也应小些。螺旋密封工作时无磨损，使用寿命长，不适合于线速度过低的场合，另需配置辅助密封装置。1.2接触式密封1.2.1毛毡圈密封在轴承通盖内孔表面加工出
4、沟槽，毛毡安装在沟槽内，并与轴周接触，起到密封作用。安装尺寸紧凑，成本低廉。但磨损较快，无补偿作用，不能用于线速度较高的场合，使用寿命较短。1.2.2机械密封靠动环和静环的直接接触而形成密封，动环安装在转轴上，与轴同步旋转，静环安装在轴承盖内，为静止部件。动环和静环形成的密封面上所需的压力，由弹簧的弹力提供。动环和轴，静环和轴承盖间均安装密封圈，此密封圈除了起静密封作用外，还能吸收振动，缓和冲击。机械密封性能好，摩擦功耗小，使用寿命长，轴不易受损伤，但机械密封结构复杂，价格较贵，轴向尺寸较长，需要一定的加工精度与安装技术。机械密封的动环、静环材料常见的为碳化硅、铬钢、金属陶瓷及碳石墨浸渍巴氏合
5、金、铜合金、碳石墨浸渍树脂等。1.2.3浮动环密封浮动环密封由浮动环、支承环（浮动套）、弹簧或“O”型圈等组成。浮动环密封是藉浮动环与支承环的密封端面在润滑油压力与弹簧力或“O”型圈的弹力的作用下，紧密接触起到径向密封作用。浮动环密封的轴向密封是由轴套的外圆表面与浮动环的内圆表面形成细小缝隙，对润滑油产生节流、降压而达到密封。由于润滑油动力的支承力可使浮动环沿着支承环的密封端面上、下自由浮动，使浮动环自动调整环心，所以浮动环与轴的径向间隙可以做得很小，以减小泄漏量。浮动环密封相对于机械密封来说结构简单，运行也较可靠。可为了保证减小泄漏量，往往是多对使用，故轴向尺寸较长。1.2.4“O”型圈密封
6、“O”型圈安装在轴承盖内，其外圆与轴承盖内孔紧密接触，起到静密封的作用，内圈与轴周接触，设计时考虑一定的过盈量，依靠“O”型的弹力起一定的补偿作用，此密封结构安装尺寸紧凑，成本低廉。但对轴周的表面粗糙度比较敏感，磨损较快，一般应用于往复运动的场合。1.2.5“J”型骨架或无骨架橡胶油封圈油封的内圆唇口与轴周接触，唇口上有拉伸弹簧圈，起到补偿作用，油封安装在轴承盖内，其外圆与轴承盖内孔紧密接触，起到静密封的作用。此密封结构安装尺寸紧凑，成本低廉。但对轴周的表面粗糙度比较敏感，对装配精度要求也较高。1.3组合密封结构有两种或两种以上的密封装置安装于同一密封点的密封结构称为组合密封，常见的有甩油环+
7、骨架油封，因受空间位置的限制，组合密封的实际应用场合较少，密封效果却比单一的密封结构有很大的提高。2减速器渗漏部位的分析减速器的密封有静密封和动密封两种，静密封一般较易处理，高速轴因线速度较高，油液不易发生轴向流动，一般用甩油环+骨架油封的密封结构就能很好地解决渗漏问题。而动密封点的渗漏一般发生在低速轴轴周处，制造厂家考虑成本一般采用骨架油封密封，油封唇口与轴周接触，工作时两者发生相对滑动，油封的唇口磨损较快。同时现在的减速器为降低噪音和改善啮合，一般都采用斜齿轮，导致产生附加轴向力，轴承选用推力滚子轴承。因有轴向间隙和加工误差的存在，轴、轴承和齿轮组件在工作过程中会发生轻微的摆动现象。当油封
8、的唇口磨损到一定程度后，唇口上拉簧的补偿作用基本丧失，轴在旋转过程中会出现油封唇口与轴周分离，摆动时间隙更大，这就必然导致动密封失效而出现渗漏现象。3组合密封结构的选择和设计根据一般圆柱、圆锥和圆锥圆柱齿轮减速器的结构，同时考虑成本和实用性，合理选择组合密封结构，并加以最优化设计。采用螺旋密封+骨架油封的组合密封结构。具体设计和布置为：在轴承外端设计一螺旋密封，螺旋套与轴采用过盈连接，工作时与轴同步旋转，螺纹外径与轴承滚子分布中心一致，以减少润滑油回流阻力，外圈安装在箱体轴承孔内，静止不动。骨架油封安装在轴承盖内孔处，处于螺旋密封的外端。设计螺旋密封的宽度时综合考虑轴承轴向间隙和安装条件，具体
9、布置如图1所示：图1：组合密封装配图4螺纹旋向和各尺寸的分析和确定4.1螺纹旋向和轴向推力的分析如图1所示，假如轴是逆时针旋转（从左向右看），则螺纹旋向为右旋，润滑油渗漏方向、螺纹轴向推力方向和轴旋转方向如图2所示：图2：外螺纹旋向分析图图2中，螺纹旋向为右旋，润滑油的渗漏方向为从箱内流向箱外，即图2中的从右向左流动，当轴如图2方向旋转时，螺纹的右端斜面相当于是向右作直线运动的，即会产生一向右的轴向推力，便会阻止润滑油向外的渗漏。同理，轴另一端的螺纹旋向应为左旋。4.2螺纹尺寸的确定螺纹外径的选取尽量与轴承滚子分布中心一致，以减少润滑油回流阻力；螺距的选取一般为23mm，以保证合适的轴向推力和
10、回流通道。4.3各配合尺寸的确定带外螺纹件的内孔与轴采用过盈配合，过盈量一般为0.020.03mm；螺纹外径与外圈内孔采用间隙配合，间隙值为0.20.3mm；外圈外径与减速器箱体轴承孔采用间隙配合，间隙值为0.20.3mm，安装“O”型密封圈后，其外径大于减速器箱体，是为了保证静密封有效，过盈量为0.30.4mm；外圈小内孔与轴采用间隙配合，间隙值为0.50.6mm；轴承盖安装油封用内孔与油封外径采用间隙配合，间隙值为0.010.03mm；轴承盖小内孔与轴采用间隙配合，间隙值为0.50.6mm；轴承盖定位圈外径与减速器箱体轴承孔采用间隙配合，间隙值为0.160.2mm。5螺旋密封的其它结构和旋
11、向的确定5.1螺旋密封的其它结构螺旋密封可以加工成螺旋槽或60度公制螺纹，也可以加工成内螺纹或内螺旋槽。5.2旋向的确定如加工成内螺纹，即相当于如图1所示在外圈的内孔加工内螺纹，轴旋向不变，螺纹旋向则应加工成左旋，可理解为轴固定不动，内螺纹外圈则是顺时针旋转（从左向右看），故螺纹旋向应与外螺纹相反，润滑油渗漏方向、螺纹轴向推力方向和轴旋转方向如图3所示：图3：内螺纹旋向分析图图3中，螺纹旋向为左旋，润滑油的渗漏方向为从箱内流向箱外，即图3中的从右向左流动，当轴如图3方向旋转时，螺纹的右端斜面相当于是向右作直线运动的，即会产生一向右的轴向推力，便会阻止润滑油向外的渗漏。同理，轴另一端的螺纹旋向应
12、为右旋。6轴承盖的加工和骨架油封的选择6.1轴承盖的加工轴承盖各加工尺寸与原来的保持一致，在轴向空间条件允许的情况下可以考虑安装两只骨架油封，构成减压密封，以进一步改善密封效果。材料选用20铸钢件。各配合尺寸的表面粗糙度值不应大于1.6，其余的表面粗糙度值不应大于3.2。内孔与定位孔的同心度误差不应大于0.03mm。6.2骨架油封的选择骨架油封选用“J”型的，材料为耐油橡胶。唇口安装如图1所示，即唇口应迎着润滑油渗漏方向，使趋于渗漏的润滑油对唇口有一作用力，起到补偿作用。7装配工序及要求装配质量和工艺对组合密封有很大的影响，工序和要求如下（减速器解体和装复工序略）：7.1装配前，先仔细测量各加
13、工件定形和定位尺寸，保证各尺寸符合要求。7.2清洗、检查轴承和各加工件，同时检查轴承内圈端面是否与轴肩紧贴。7.3用轴承加热器加热带外螺纹件，至120时停止加热，并迅速装配，保证其端面与轴承内圈端面紧贴，待其冷却至环境温度后，再测量螺纹外径尺寸和圆度误差，确认合格后才能进入下一工序。7.4在外圈圆弧面的加工沟槽处安装质量满足要求的“O”型圈，并如图1所示装复此组件。精确定位轴承外圈和外圈组件后（必要时可以加工一工装），多点测量螺纹外径与外圈内孔的间隙，保证此间隙满足要求。7.5分别在轴承盖油封孔表面和骨架油封外圆弧面上涂抹机油后，装配骨架油封圈。7.6在骨架油封唇口处涂抹#3锂基脂后，如图1所
14、示装复轴承盖和骨架油封组件。7.7其它零部件的装配和轴承间隙调整略。8应用无论是圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器还是硬齿面圆锥圆柱齿轮减速器，立式的还是卧式的，其低速轴处动密封都可以采用这种组合密封结构，针对轴向空间位置较小的减速器可以采取如下措施：1、 适当缩小外螺纹套宽度。2、新加工轴承盖，减小定位凸缘宽度，减少骨架油封安装数量，保证可装配的前提下合理增大轴承盖总宽度。3、适当缩小外圈宽度，必要时甚至可以把外圈仅加工成圆环状，以保证外圈与套外螺纹配合的宽度足够。装配后严格调整轴承轴向间隙，以减少轴、齿轮和轴承组件径向跳动量和摆动量。另必须保证减速器呼吸器的畅通，以平衡减速器箱体内压力和大气压力，同时严格控制润滑油油位。设计时必须考虑轴承轴向间隙值和调整量，对于螺栓连接的轴承盖，必须保证减速器低速轴处箱体宽度和轴承盖的间距相对应，以使两轴承盖端面安装密封垫后，轴承轴向间隙满足要求。对于嵌入式的轴承盖，由于其一端本身有起间隙调整用的外螺纹套，只需满足安装条件就行。这种组合密封结构应用于多种不同结构的减速器上均起到了很不错的效果，4年内没发现有渗漏现象。其成本低廉，加工简单，使用寿命长，同时完全可以满足标准化生产要求。参考文献1 崔国泰 机械设计基础 机械工业出版社 19942 成大先 机械设计手册 化学工业出版社 19943 吴克晋 液压传动 中央广播电视大学出版社 1984
