动态密封、骨架油封失效、选型案例统计分析浅谈

摘要：本文通过对动态密封中骨架油封失效案例的统计分析，深入探讨了漏油状况及其原因。研究分析了漏油数量与时间分布、漏油位置与产品应用地区的分布，并重点对漏油原因进行了详细剖析。在漏油原因分析中，考虑了油封型号与品牌选择、工作环境、密封要求、封距和封口尺寸以及安装设计与步骤设计等多个方面。文章指出，油封的选型需综合考虑轴的直径、转速、工作环境温度、腐蚀性介质以及密封要求等因素，同时油封与配套轴、箱体尺寸的配合也至关重要。此外，安装过程中的不当操作也是导致油封失效的重要原因。文章最后提出了预防油封漏油的措施，包括选用优质油封、确保油封与旋转轴的匹配性、检查轴径外表面的粗糙度和清洁度、涂抹润滑油脂以及使用专用工具进行安装等。

关键词：动态密封；骨架油封；失效分析；漏油状况；油封选型；安装设计；预防措施

一、引言

本报告对骨架油封作为机械设备中重要的密封元件，其性能稳定与否直接关系到设备的正常运行和安全性。近年来，骨架油封漏油事件频发，不仅影响了设备的正常运行，还对环境造成了污染。本文基于大量的漏油事件数据，对骨架油封漏油事件的分布、地域分布以及使用时间分布进行了详细的研究和分析，以期为油封的设计、生产和使用提供有益的参考。由于涉及企业数据安全。本报告不显示精确数值，只作趋势非精确量化介绍。

本篇对基于统计累计超过5年的工程机械、风电等应用场景的漏油数据的收集与分析，确定了漏油的主要分布、原因及改善方向，为后续的改进工作提供了有力的数据支持。

二、漏油状况介绍

1.漏油数量与时间分布

· 骨架油封漏油在工程机械、风电行业漏油数据成双峰数据分布。横轴是使用年限、纵轴是失效数量。

农机、工程机械行业质保相对风电行业封油质保较短。横轴是使用年限、纵轴是失效数量。

农机行业：以短期失效，1～2年内为主

风电行业：以质保内2～5年为主

工程机械行业：以质保内500H运行时间为主

·短期3年以内、甚至更短时间漏油以安装、现场环境、油封质量控制原因为主。

·在超出试验寿命、选型样册时间。认为油封材料的老化、磨损等原因，导致油封出现漏油现象，往往与工况现场未定期维护保养、油品更换、油封更换等强相关。

2.漏油位置与产品应用的地区的分布

通过对大量漏油事件数据的统计分析，我们发现骨架油封漏油事件在各类机械设备中均有发生，但分布不均。其中，在工程机械、矿山机械、农业机械等重载设备中，骨架油封漏油事件的发生率较高。与这些设备的工作环境恶劣、负载大、振动强烈、环境因素

对于极短时间的漏油，和不同型号的骨架油封在漏油事件中的分布也存在差异。设计不合理、材料选择不当或制造工艺与漏油强相关。

矿山、农机对短期漏油表现更敏感。选型中对轴向抱紧力、过盈量可以增加。

风电行业对封油质保时间最长。材料、加工精度要求更高。

由于不同主流油封材料应用场地不同。对应的材料耐受有差异。主流的油封材料选型差异：

不同材料在特定温度范围内的性能。材料的温度范围分别是NBR低温性能满足-45至30°C、HNBR低温性能满足-40至30°C、ACM低温性能满足-35至-20°C、VMQ低温性能满足-55至-40°C、FKM低温性能满足-55至-40°C。NBR耐高温度范围为100至120°C、HNBR耐高温度范围为140至150°C、ACM耐高温度范围为150至175°C、VMQ耐高温度范围为175至200°C、FKM耐高温度范围为200至230°C.

基于固定结构油封、相同材料、相同整机输入要求。基于各省份的3年漏油失效率，大类齿轮箱在27个省份各失效比例。失效比例与各省份的极限低温成负强相关。内蒙古的比例最高为16.7%，而四川省的比例最低为2.3%。低温极度环境与漏数量的相关性系数达到-0.74。（0.5系数说明有相关性，＞0.7有强相关性）

3.漏油原因分析

· 油封型号、品牌的选择

骨架油封选型涉及的项目主要包括以下几个方面，这些项目是：

1. 轴的直径和转速匹配性：

根据轴的直径和转速选择合适的骨架油封型号和规格。不同直径和转速的轴需要不同设计

转速、轴径跳、轴向窜动为油封配合主要影响因素。

2. 工作环境：

考虑设备使用的环境温度，包括低温至高温的范围。例如，如果环境温度比较低，可选择硬质纯橡胶材质的油封；如果环境温度比较高，则可选择聚氨酯等高温材料。

评估工作环境中是否存在腐蚀性介质，以便选择具有防腐性能的油封材料，如氟橡胶。

PTFE综合适用温度范围广与氟橡胶

材料的选择往往与中产期失效相关。

3.密封要求：

根据密封要求选择合适的骨架油封结构和密封唇材料。例如，单唇式适用于低速度、低温度、低压差的情况下使用；双唇式适用于高速度和高温度环境下使用。

与现场使用工况转速的匹配性。

与工况使用端介质匹配性，介质在不同温度下的流动性直接影响了油膜的形成。

4.封距和封口尺寸：

油封涉及配套轴、箱体尺寸的考虑因素主要包括以下几个方面：

4.1油封座孔及旋转轴的加工精度和粗糙度

4.1.1油封座孔

直径公差：对于无骨架油封，通常采用H11公差；对于骨架油封，则使用H9或H8公差。

表面粗糙度：座孔的表面粗糙度应满足一定的标准，以保证油封与座孔之间的良好配合。

4.1.2旋转轴

直径公差：旋转轴的直径公差通常采用H9或f9。

表面粗糙度：旋转轴的表面粗糙度也应满足一定要求，以确保油封唇部的有效密封。

4.2油封外径与圆周公差

油封的外径和圆度公差对于保证密封效果至关重要。根据油封的外径大小，公差范围有所不同。例如，当油封外径小于50mm时，公差范围可能较窄；而当外径增加到180～300mm时，公差范围可能扩大为外径的0.25%。

4.3油封唇对轴的过盈量

油封安装时，唇部对旋转轴的过盈量是保证密封效果的重要因素。根据轴径的大小，油封唇部的过盈量有所不同。例如，当轴径在30～50mm范围内时，过盈量可能为0.5～0.6mm；而当轴径增加到180～220mm时，过盈量可能增加到1.0mm左右。

4.4封在使用过程中的偏心量

油封在使用过程中的偏心量（即轴偏心安装导致的油封偏心）应加以严格控制，以确保密封效果。根据油封是否带有弹簧，允许的偏心量有所不同。一般而言，带弹簧油封的偏心量应控制在25～65mm范围内；而不带弹簧油封的偏心量可能稍小一些。

4.5轴径公差与腔体内径公差

4.6轴径公差：轴加工可接受的公差范围随轴径大小而变化。一般而言，100mm以下的轴径公差为±4.0mm；但随着转速增加或压力的增大，允许的公差范围必须减小。

4.7腔体内径公差：腔体内径的公差范围也随其大小而变化。

油封涉及配套轴、箱体尺寸时，需要综合考虑油封座孔及旋转轴的加工精度和粗糙度、油封外径与圆周公差、油封唇对轴的过盈量、油封在使用过程中的偏心量以及轴径公差与腔体内径公差等多个因素。

封距指封口中心距离油封孔中心的距离。封距越大，则油封的刚性越好，可承受更大的压力。

5. 装设计、安装步骤设计：

确定安装方式，通常有压入式安装和承载式安装两种。选择适合设备结构和维护要求的安装方式。油封安装方式导致漏油的原因可以归纳为以下几点：

1. 安装不当：

油封安装时被压偏、变形：这可能是由于压装工具使用不当或压装力量过大导致的。

油封装反：安装方向错误，如挡油盘装反，可能导致油封无法正常工作。

唇口划伤：油封在安装过程中与螺纹或花键接触，可能导致唇口划伤。

弹簧功能失效：安装时油封位置的表面粗糙度过低或压装力量过大，可能导致弹簧功能失效或唇口翻转。

2. 油封弹簧问题：

弹簧材质和制造工艺问题：弹簧过紧或过松都是潜在的失效。过松会导致弹簧压紧力不足，无法形成有效密封；过紧则会使油封与旋转轴的配合过盈，导致油封异常磨损和漏油。

3. 润滑不良：

如果油封位置与旋转轴不同心或润滑不良，会导致唇口的异常磨损和漏油。

4. 油封位置与旋转轴匹配问题：

如果旋转轴的表面粗糙度和硬度不符合要求，如存在腐蚀、划痕或方向性刀痕等缺陷，都可能影响油封的密封效果。

为了预防油封因安装方式导致的漏油，可以采取以下措施：

·选用优质、标准的油封，并确保油封与旋转轴的匹配性。

·在安装油封前，检查轴径外表面的粗糙度和清洁度。

·涂抹清洁机油或润滑油脂在油封唇口或轴径对应位置，以减少摩擦和磨损。

·使用专用工具将油封向里旋转压进，避免硬砸硬冲，以防油封变形或挤断弹簧。

·定期检查油封的工作状态，如有异常磨损或漏油现象，及时更换油封。

核实的安装预压力可以避免中短期油封失效。

错误的典型失效形式有以下方式：

1.油封压装施压不垂直

2.轴向送入油封的方向错误

3.轴端倒角选择不当。导致安装时弹簧脱出

4.防唇口与倒角是否匹配、是否存在干涉

五、结论

偏变齿轮箱漏油问题的分析确定了漏油的主要原因和分布，罗列一些了改善点。

具体案例中，从以上方面考虑漏油问题将得到有效解决

参考文献：

GB/T 6556-2017骨架油封

GB/T 13871系列标准：如GB/T 13871.1-2007等

GB/T11208—1989 硫化橡胶滑动磨耗的测定

GB/T3672—1992 模压、压出和压延实心橡胶制品的尺寸公差

国际标准：

eqv ISO2781：1988

eqv ISO4662：1986

neq ISO4666/3：1982

neq ISO2230：1973