动静组合密封在电动工具转子轴上的应用

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)浙江理工大学机械与自动学院 作者:李振

  密封寿命是影响电动工具适用寿命的关键因素和衡量电动工具性能的重要指标。简述唇形油封的密封结构和原理,分析电动工具转子轴动- 静组合密封系统的机构和工作原理,对工作状态下油封唇口的位移和应力分布进行仿真,并通过试验验证密封系统的有效性。

  旋转唇形油封是旋转机械密封用机械元件,由于其结构简单、密封性好、使用寿命长等优点,广泛使用在电动工具转子轴、输出轴等动密封场合。电动工具转子转速一般为20 000 ~30 000 r/min,转子轴线速度通常为15 ~25 m/s,齿轮油油温为120℃左右,压力为0 ~0.3 MPa,属于高温高速的使用环境,常用的油封材料有丁腈橡胶、聚丙烯酸酯胶、硅橡胶、氟橡胶聚四氟乙烯混合材料、聚醚酰亚胺等。

  目前,国内外对唇形油封的研究逐渐深入,并通过计算机辅助分析与设计的方式来对唇形油封的各种性能进行研究。Maoui建立油封弹性部分三维模型,对模型的流体弹性动力润滑特征进行了数值模拟分析。Salant指出了油封唇面粗糙度对油封动态密封的重要作用。李建国等利用ANSYS 建立了油封的二维轴对称模型,分析了腰厚、密封唇口平面到弹簧中心平面的距离和过盈量对最大接触应力与分布的影响。专利方面,US-20130042454 A1 介绍了一种新型的圆角接触式的唇形油封,是一种介于轴向密封与径向密封之间的密封方式;US-20100155254 A1 介绍了一种V 型上下双唇式密封圈结构,实现了单个密封圈双层密封的方法。

  随着电动工具工业的不断发展,电动工具转子系统工作温度和转速不断提高,给润滑与密封带来更为苛刻的工作条件。本文作者介绍了唇形密封的密封结构与原理,设计了电动工具动- 静结合式转子轴混合密封系统,并通过试验和数值方法分析了其性能。

  1、电动工具用的唇形密封结构与原理

  电动工具使用的唇形密封为单唇带弹簧骨架油封,结构如图1 所示。

典型外露骨架油封结构及主要参数

图1 典型外露骨架油封结构及主要参数

  工作状态下,唇口处与轴过盈配合,密封唇与旋转轴之间产生油膜,由于油液在旋转轴表面上形成Taylor 涡流,与喷射泵相似,紧邻密封平面的涡流不断旋转,产生一种向内的泵吸效应,在一定转速下,它与被密封的流体静压力相等,从而实现动态密封。当前唇角α 大于后唇角β,净泵吸效应向油侧。泵吸微观模型示意图如图2 所示。

泵吸微观模型示意图

图2 泵吸微观模型示意图

  3、结束语

  设计的动-静结合式转子轴混合密封系统,能够满足电动工具的密封要求。未来提高电动工具密封效果的途径仍有很多,如研制高性能的密封材料,采用端面密封技术或者多级机械密封结构等。获得结构简单紧凑、耐久稳定的密封,是电动工具转子轴密封追求的目标。

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