密封是一個系統,除油封本身之外,油封的配合部件,密封介質,運動模式,裝配情況,都影響著密封系統的穩定性。即使在油封本身無設計或制造缺陷的情況下,各種外部因素也可能導致油封過早失效。通過了解每種因素的失效機理和典型失效表現,可以為預防和診斷油封故障提供依據。
高溫對橡膠材料既可能造成老化硬化,也可能出現熱軟化。前者多見于持續超溫引發的熱氧老化:分子結構發生變化,唇緣逐步硬化、脆裂,接觸帶彈性衰減,最終密封力不足而泄漏。后者常源于短時或局部過熱:材料強度下降,唇口被擠出、磨耗加速。
低溫同樣不友好:低溫下橡膠彈性降低、啟動瞬間貼合不良,易在啟動初期出現滲漏。低溫導致的橡膠硬化,甚至可能引起啟動時唇口的物理損失,從而之間導致產品失效。
識別與處置:若見唇口發亮變硬、細微龜裂,通常指向老化硬化;若見接觸帶有擠出毛邊或異常磨耗,多與熱軟化相關。控制油溫在材料標稱范圍內,必要時升級耐溫性能更好的材料,并優化冷卻與回油路徑。
油封的結構通常基于一定的壓力進行設計。超壓或壓力脈動會周期性改變接觸壓力與帶寬,誘發翻唇、擠出、啃蝕缺口,甚至彈簧脫槽。長期高壓還可能使油封從座孔中被迫移位。
識別與處置:唇口塌陷、磨損寬度過大、局部缺口與泄漏量突增,常與壓差異常相關。需核實系統穩態壓力與脈動峰值;必要時選用耐壓型結構并配置防擠出支承環,同時對沖擊源進行緩沖或節流。
當潤滑油品或添加劑體系改變,與原材料不相容時,橡膠要么溶脹軟化(體積增大、發粘、強度降低),要么因增塑劑被萃取而收縮變硬。兩者都會破壞密封應力與回彈性能。
識別與處置:出現明顯體積變化、變色或手感異常時,應立即復核油品配方與材料適配性;更換相容材料后,監測密封圈尺寸與硬度的穩定性。
密封依賴于可控的微觀“峰谷”。過粗的軸面會加劇油封的磨損,過光則難以留存油膜,增加干摩概率。工程上常將軸面粗糙度控制在Ra 0.2~0.8 μm(需結合線速度、介質與材料細化)。同時,表面硬度不足會在唇緣持續載荷下形成溝槽,建議達到HRC 30 及以上并確保有效硬化層深度(如 ≥ 0.2~0.3 mm,隨工況調校)。
另一個對密封有直接影響的點是加工紋理:軸向劃痕與螺旋車紋會產生泵送效應,把油液向外抽送,導致滲漏。裝配前務必去毛刺與倒角光順;若不可避免存在紋理,應校核其方向與螺旋角,使之有利于回油而非外抽。
理想狀態下,唇口與軸的接觸壓力圓周方向是均勻的。然而徑向跳動(TIR)與傾擺會令接觸帶隨角度周期性失壓,破壞潤滑膜并提升摩擦熱;同軸度誤差則使一側過壓、一側失壓,最終形成單邊磨損。
識別:若密封唇口出現明顯的偏磨情況,對應的軸表面磨損寬度較大,通常為軸孔偏心過大。而軸跳動會導致唇口磨損寬度增加,軸表面磨損不均勻。
壓裝歪斜會使油面角與氣面角分布失衡,快速泄漏;穿越鍵槽/螺紋時若未采用導向套或膠帶保護,極易劃傷唇口或使彈簧脫槽;干裝或座孔異物殘留,會在起動瞬間造成干摩或刺傷。
最佳實踐:使用專用工裝,平行壓入至規定深度;軸端與座孔入口倒角并拋光;穿越棱邊時采用導向保護;裝配區清潔無屑;唇口與軸面均勻涂覆適量潤滑劑;就位后檢查彈簧狀態是否完整嚙合。
進入接觸界面的硬質顆粒會像磨料一樣劃傷軸面、磨損密封唇口,留下環形磨痕并推高泄漏量;水與化學污染則一方面誘發金屬銹蝕(銹斑反過來劃傷唇口),另一方面加速油品氧化生成酸性物與油泥,進一步催化橡膠老化。
防護策略:提高過濾效率與換油頻率;在粉塵環境中強化外部防護能力,并在副唇外適量填充潤滑脂形成“粘捕層”;控制機油含水率,避免臭氧與強酸堿氣氛的長期暴露。
長期停機會讓油膜回流、唇口長期受壓,出現壓縮永久變形;同時環境老化(氧化、臭氧龜裂)會降低回彈。復啟時由于油膜尚未重建,常在邊界潤滑甚至短時干摩區工作,泄漏風險上升。
頻繁啟停則反復讓系統穿越 Stribeck 曲線的邊界—混合區,摩擦與溫升周期沖擊唇口,熱—機械疲勞裂紋隨之累積。
管理要點:重啟前進行低載預潤滑和空轉,確保形成油膜;對高頻啟停工況,應優化控制方式,選擇抗疲勞材料,并縮短檢查與更換周期。
溫度/壓力:核對實際值與設計范圍,關注是否超限或存在脈動。
介質:確認油品是否變更,評估相容性,觀察密封件狀態變化。
表面:檢查粗糙度、硬度及紋理方向,排除表面缺陷。
幾何精度:測量軸跳動與軸孔偏心,觀察唇口與軸面磨損特征。
安裝:復查工裝使用、倒角處理與保護措施,確認潤滑與彈簧狀態。
清潔度:檢查過濾與含水率,評估防塵措施是否有效。
運行模式:結合啟停頻率與停機時間,制定預潤滑與定期檢查計劃。
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