封油环受力分析与计算

邵利江

摘 要： 从理论上分析了封油环的密封机理，对不同材料、形式的封油环进行受力分析，得出了封油环设计时需考虑的尺寸、弹力等因素。

关键词：封油环;切向弹力;摩擦力矩

引言

封油环一般用于液力传动系统中的旋转轴的密封，使用压力在0.15～3.0MPa之间。工作时允许存在一定的泄露量，泄漏基本上发生在封油环的接口处。封油环的工作状态如图1所示。当轴旋转时， 封油环在油压作用下一端面贴紧旋转轴轴槽密封端面，外圈则以一定的弹力（或工作油压力）卡紧在壳体上，保证封油环不随轴转动。封油环与壳体是相对静止的，一旦发生滑动，封油环外圆和壳体内表面由于磨损使得封油环开口间隙增大，导致密封失效，而壳体磨出的沟槽又使封油环的拆卸变得困难。因此， 在设计时要确保封油环在使用时不随轴一起转动。

1 封油环受力分析

如图2所示，当封油环随轴产生相对转动时，就会产生端面摩擦力矩M1和外环面摩擦力矩M2。当轴高速旋转时，保证封油环與壳体不产生转动或只有轻微的转动，这是封油环要具有的基本要求，以最大限度地减少环外圆与安装孔内表面的磨损，尽可能地延长环的使用寿命。

由上述计算可以看出，根据公式5可以先确定封油环最大的切向弹力。对公式6，当封油环的轴向厚度L大于一定值（切向弹力Ft和径向厚度L成正比，如Ft确定的情况下，L增大则可减小封油环自由开口S0），可以使公式6成立，封油环同样达到了不随轴转动的目的，大大减少了封油环外圆与安装内孔表面的磨损，从而提高了封油环的寿命和可靠性。另外，从公式6可以得出，假如封油环和沟槽尺寸都定的情况下，安全系数c与油压的大小成反比，即工作油压越大，安全系数越小。

3 封油环试验

1）封油环及试验装置

试验封油环型号16Y-15-00079，规格（外径×径向厚度×高度）140×5.2×4.5mm，材料HSBSC3（铜合金），接口方式为搭扣式。试验封油环和试验装置示意图见图3。

2）相关计算

封油环相关试验数据：

切向弹力Ft =37 N，径向厚度L=4.5 mm，内半径R1 = 64.8 mm，外半径R3 = 70 mm，试验轴外径R2 = 69.5 mm，试验压力P = 0.5 MPa，计算时取摩擦因数f1 = f2。

根据公式6计算可得：c=1.087

根据上述分析，安全系数c取值太小（实际产品使用中油压远大于0.5MPa，则安全系数更小），可能使封油环随轴转动。在试验中封油环搭扣处漏油随着旋转轴的转动缓慢旋转，正好说明了封油环在跟轴旋转。封油环搭扣处漏油见图4。因此，在设计封油环时，应尽量使安全系数c大一些，确保其不随轴旋转。

4结论

根据上面分析计算可以看出，不管哪种结构或材料的封油环，只要满足以上设计要求，都可以使封油环在工作时不随轴转动，达到端面磨损补偿的效果，延长封油环的使用寿命。

参考文献：

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[3]周聪蔚、周开方译，《活塞环和密封环手册》，内燃机与配件，2010年第2-3期

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[5]刘子湛，涨圈旋转密封计算方法的改进，湛江港务局修理厂

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