馮欣穎
（哈爾濱東安發動機（集（jí）團）有限公司，黑龍江哈爾濱 150066）
1 概述
封嚴皮（pí）碗是在機械傳動係統中應用較為廣泛的一種唇形動密封（fēng）部件，具有裝（zhuāng）配簡單（dān）、尺寸緊湊和成（chéng）本低廉的優點（diǎn）。封嚴皮碗在使用中遇到的主要問題是滑油（yóu）的泄漏，給（gěi）用戶日常維護增加了工作量，提高了維護成本。本文分析了影響封嚴皮（pí）碗動密封性（xìng）能的主要因素，針（zhēn）對分析結果對動密封（fēng）結構進行了改進（jìn）。
2 封嚴皮碗結構（gòu）
封嚴皮碗裝配於（yú）傳動軸與機匣之間，由金屬骨架、橡膠皮碗和彈簧組成。在工作中，帶有金屬骨架的橡膠皮碗在彈簧的彈性（xìng）作用下，將皮碗（wǎn）唇口與傳動軸緊緊壓在一起，阻（zǔ）斷泄漏間隙，達到封嚴目的。皮碗唇口接觸應力呈尖銳（ruì）分布，如圖1所示，斷麵形狀及箍緊彈簧（huáng）使唇口對軸具有較好的追隨（suí）補償性能。
圖1 橡膠皮碗及其唇口（kǒu）接觸應（yīng）力（lì）
3 封嚴皮碗密封失效分析
3.1動密封軸的偏心對密封性能影（yǐng）響（xiǎng）分析（xī）
動密封軸的偏心（同軸度、圓（yuán）度公差較大）將對滑油的泄漏產生很大的影響。圖2表（biǎo）示軸的偏心對間（jiān）隙的影響，如果軸的中（zhōng）心與旋（xuán）轉中心重合（即偏（piān）心為零），則磨損間（jiān）隙很小，間隙C接（jiē）近於零，見圖2（a），因為皮碗2磨（mó）損到剛剛（gāng）與軸1脫離接觸時（shí），就不再產生摩擦，此時（shí）C沿圓周均勻分（fèn）布。
1傳動軸；2封嚴皮碗
圖2 偏心對間隙的影響
若軸的（de）中心m與旋轉中心O不重合，則泄漏間隙增（zēng）大，見圖2（b），Om即為偏心距e。因軸上的A點距（jù）旋轉中心OZ遠，由於磨損的結果形成以O為圓心及以OA為半徑的圓。由圖可（kě）見（jiàn），Z大間隙在B點，此間隙為偏心距e的兩倍；Z小間隙在A點，此間隙接近於零。間隙沿圓周的分布是不均勻的（de），呈月牙形。由於軸的旋轉迫使月牙形間（jiān）隙（xì）所在位（wèi）置周期（qī）性變化，如圖2（c）所（suǒ）示月牙形間隙（xì）轉到右側，因此起到了（le）泵的（de）抽吸作用，對密封很不利。因此，必須盡可（kě）能保證軸的中心（xīn）與（yǔ）旋轉（zhuǎn）中心重合。
軸的同軸度（dù）和圓度是皮碗密封中考（kǎo）慮的主要問題。隨著（zhe）速度的增高，密封唇與軸跳動的隨動（dòng）能力下降。因而，高速下有形成月牙形間隙（xì）並泄漏（lòu）的趨勢，可以稱之為軸的“凸輪”作用。一般參考（kǎo）資料
[1]中推薦軸的圓（yuán）度（dù）在5μm範圍內。
3.2封嚴皮碗結構對密封性能影響分析
封嚴皮碗的（de）摩擦功率增大是導致密封失（shī）效（xiào）的主要原因。摩擦功率（lǜ）增大使得皮碗溫度升高，長（zhǎng）期在高溫環境下工作（zuò），使得（dé）皮碗的橡（xiàng）膠材料失去本身的機（jī）械性能，如（rú）唇口掉料、撕裂等，皮碗失去封嚴作用
[2]。
比較有效的的解（jiě）決方法是采用流體動力唇密封（如圖3所示）。流體動力唇密封有一個環形的尖（jiān）銳唇口用於形成主密封，在密封的（de）空氣側加（jiā）上一個（gè）從主密封向外伸展、模壓成型（xíng）的螺旋槽型麵，這些（xiē）螺旋槽能把（bǎ）泄漏的滑油（yóu）泵吸回去。由（yóu）於（yú）螺旋槽的泵吸作用，因而能采用較輕的唇載荷，從而使摩（mó）擦功率降低，可在一定程度上防止泄漏。
圖3 流體動力唇密封結構
4 動密封結構設計（jì）改進
[3]
對經常發生漏油故障的動密封結（jié）構進行設計改進，使（shǐ）用性能較好的XD7433氟橡膠作為皮碗的材料，並設計成流體動力唇密封，根據傳動軸轉向設計螺（luó）旋槽旋向，同時將皮碗腰線寬度增加（jiā）為（wéi）皮碗總寬度（dù）的（de）2/5。
對相配傳動軸（動密封跑（pǎo）道）和機匣（密封座（zuò））的尺寸精度進行了合理的設置，對密（mì）封跑道外徑尺寸增加圓度要求、將（jiāng）同軸度精度要求提高，如（rú）表1所示，可以有效避免產生月牙形間（jiān）隙，防止（zhǐ）泵吸現象的發生。改進後經85小時試飛（fēi）驗證，無漏油情況出現，表明該精度可以有效提高各部件之間的配合，同時這（zhè）樣的精度等（děng）級不改變原有的加工方法，不會提高加工難度，這些改進有效的解決了動（dòng）密封（fēng）漏油現象，同時節約了加工和維修成本。
表1 動密封（fēng）結構改進前、後對比
參考（kǎo）文獻
[1]成大先.機械設計手冊第（dì）10篇潤滑與密封[M].北京：化學工業出版社，2004，TH122-62.
[2]範順成.機械設（shè）計大典第3卷機械零部件設計第26篇密（mì）封[M].北（běi）京：中國機械工程（chéng）學會.
[3]馮欣穎、李宏等.直升機主旋翼軸動密封結構[P].ZL201320020319.1，2013-07-10.
來源：《黑龍江科技信息（xī）》2016年8期
