旋轉(zhuǎn)密封作為密封件的集中典型應(yīng)用之一，在設(shè)計(jì)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(diǎn)，本課件主要介紹如何高效、合適地選取應(yīng)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(yīng)用的一些密封的選取。

一. 應(yīng)用場合介紹

        低速重載的產(chǎn)品主要應(yīng)用于以下場景：

 液壓旋轉(zhuǎn)接頭

注塑機(jī)注射缸

重型移動設(shè)備的液壓轉(zhuǎn)向器

重載機(jī)械手的換刀/換模

液壓擺動油缸

船舶舵機(jī)、推進(jìn)等

水電

水下設(shè)備

制藥/食品灌裝設(shè)備

        等等其他應(yīng)用場合

二. 技術(shù)要點(diǎn)

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(jī)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(yùn)動部件的軸向跳動。

2. 低速重載旋轉(zhuǎn)油封一般要求計(jì)算油封本身所在工況的PV值。根據(jù)不同的PV值來確定應(yīng)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(diǎn)是高壓重載油封的最高允許線速度一般是2m/s，如果運(yùn)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(yùn)動存在介質(zhì)流動性差，進(jìn)而導(dǎo)致潤滑、散熱情況會更差。

5. 旋轉(zhuǎn)部件會因?yàn)槟p（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?jiān)樾急容^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(qiáng)（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(bǔ)償性。

O型圈部：為整個油封提供預(yù)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(shí)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(diǎn)：應(yīng)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(yīng)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(shè)計(jì)，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?yàn)镻TFE的物理性質(zhì)決定了這種類型油封并無補(bǔ)償量的存在。

另外本型油封當(dāng)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(jìn)行矯正。裝配指導(dǎo)如下：

其中1號為保護(hù)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(dǎo)致O型圈和PTFE部粘連后一起運(yùn)動（如下圖）。

O型圈在槽內(nèi)運(yùn)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(diǎn)是帶有面向高壓側(cè)的泄油孔，將少量油液導(dǎo)入到油封的摩擦面和儲油槽槽內(nèi)，預(yù)先行成潤滑，降低對油封的沖擊和加速油封進(jìn)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。可以達(dá)到2.5MPa·m/s。其他應(yīng)用注意事項(xiàng)與第一種應(yīng)用類似。

我司總代理的阪上密封件在這個項(xiàng)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(yīng)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(dǎo)入到儲油槽內(nèi)，進(jìn)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(yīng)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(chǔ)上增加了導(dǎo)油孔，當(dāng)?shù)膶?dǎo)油孔在壓力油進(jìn)入的時候會直接進(jìn)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(dǎo)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(shí)現(xiàn)了雙向高壓，同時可以允許密封以非常高的PV值運(yùn)行（某品牌可以做到10MPa·m/s），響應(yīng)快，摩阻力低，但是相應(yīng)的內(nèi)泄會增加一些。

5. 在旋轉(zhuǎn)格萊圈的基礎(chǔ)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(chǔ)構(gòu)架與上面旋轉(zhuǎn)格萊圈的是類似的，與運(yùn)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(bǔ)償性、易裝配等優(yōu)點(diǎn)。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(diǎn)。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(dāng)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(dá)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(chǔ)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）。可以說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(yīng)力集中點(diǎn)，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(dá)到6.5MPa·m/s。需要注意的是本形狀的油封為單向油封。應(yīng)用場合多在伐木機(jī)械和工業(yè)機(jī)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(dāng)?shù)蛪?、低溫、低速時由彈簧保證密封性，當(dāng)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(chǔ)原理類似于Y型圈的密封原理，當(dāng)壓力介質(zhì)進(jìn)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(yīng)用于像水下、食品、醫(yī)療行業(yè)、注塑機(jī)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(dá)10MPa·m/s，同時允許15m/s以下的線速度。但是缺點(diǎn)是由于PTFE沒有變形量和彈性，在密封和運(yùn)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(yīng)用范圍方面多應(yīng)用于減震器或者作為油缸的的緩沖環(huán)，或者注塑機(jī)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(yīng)用特殊，需要特別對應(yīng)的一種應(yīng)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(xì)的密封選型歡迎到我司進(jìn)行交流。