整体式减速器主动轴唇形密封圈渗漏油的原因与解决方案

摘  要：整体式减速器的主动轴转速高且一半轴径浸润在润滑油中，恶劣的工况对主动轴唇形密封圈构成了极大的密封压力，经常出现渗漏油现象，给油田客户带来了很大的经济损失，对环境造成了污染。在世界石油行业中，整体式减速器的使用量基本占到了一半的份额，如何解决整体式减速器主动轴唇形密封圈渗漏油问题，有着很大的经济价值和社会价值。

关键词：整体式减速器;主动轴;唇形密封圈;渗漏油;原因;解决方案

中图分类号：TH4    文献标识码：A

0 引言

整体式减速器的典型特点是：（1）减速器箱体采用整体式结构;（2）齿轮与轴承的润滑采用油浴润滑，为了确保齿轮与轴承得到充分润滑，减速器箱体里加注的齿轮油油位不低于主动轴中心平面，主动轴唇形密封圈一半全浸在齿轮油中，详见图1整体式减速器齿轮润滑油油位示意图;（3）主动轴转速高达1100转/min，线速度达到;（4）整体式减速器在运行过程中，油池温度和轴承温度一般都在60℃左右。整体式减速器的高油位、高转速和高温工作环境决定了主动轴唇形密封圈的密封条件恶劣，密封压力极大。

1 整体式减速器主动轴唇形密封圈渗漏油现象

对于密封失效的整体式减速器，当主动轴以额定转速1100转/min运行10 min以上时，主动轴唇形密封圈副唇与主动轴结合面上会出现一个或多个气泡，气泡一般出现在唇形密封圈非浸油部分，当气泡破裂后，齿轮油就开始从破裂的气泡位置渗漏出来，渗漏出来的齿轮油聚集后成线状流到地面上，对环境造成污染，详见图2整体式减速器主动轴漏油示意图。

2 整体式减速器主动轴密封设计

整体式减速器主动轴密封设计主要涉及两个方面的问题：一方面需要根据主动轴转速、主动轴密封圈安装位的硬度、齿轮润滑油的品种、齿轮润滑油的工作温度、主动轴轴径、轴承盒孔径以及客户要求的使用寿命来选择唇形密封圈的类型、型号、材质及密封圈生产商;另一方面需要根据密封圈生产商提供的唇形密封圈选型手册来设计主动轴密封圈安装位、轴承盒密封圈安装位的尺寸及公差、形位公差、粗糙度以及安装结构等。整体式减速器主动轴密封设计情况如下：

（1）唇形密封圈选择。选用National公司生产的415379唇形密封圈，材质为丁腈橡胶，适用温度范围为-40℃～107℃，使用寿命5～10年。

（2）密封结构与尺寸设计。密封结构与尺寸设计见图3密封结构与尺寸设计示意图所示。

3 整体式减速器主动轴唇形密封圈渗漏油原因分析

唇形密封圈的密封机理是：唇形密封圈装配到轴上后，在过盈量和弹簧的共同作用下，唇形密封圈的主唇在过盈量产生的径向力作用下与轴接触，主唇唇口产生轻微变形。当主动轴旋转时，唇口变形位置很快就被磨成光滑平口，唇形密封圈唇口与主动轴之间的摩擦力会迅速下降一半左右。主唇平口与主动轴之间的间隙非常小，当润滑油进入该间隙后，在润滑油的表面张力作用下，主唇平口与主动轴之间会形成一层薄薄的油膜，油膜能防止润滑油从间隙中通过，起到密封的作用。如果唇形密封圈主唇平口与主动轴之间的间隙过大，润滑油的表面张力降低，油膜被破坏，唇形密封圈主唇与主动轴之间便会发生泄漏现象[1]。

为了解决整体式减速器主动轴唇形密封圈渗漏油问题，从唇形密封圈的密封机理出发，对整体式减速器主动轴唇形密封圈渗漏油的原因进行了综合分析。按照表1所列项目进行了仔细检查，找到了导致主动轴唇形密封圈渗漏油的主要原因。

表1中除第9项检查主动轴密封位置是否存在车削螺纹线比较困难外，其余17项检测项目都比较容易检测，现将检查主动轴密封位置是否存在车削螺纹线的方法作一个简单介绍。

检查主动轴密封位置是否存在车削螺纹线的方法如下：

第一步：将主动轴双顶安装到精度较高的数控车床上去，通过主动轴轴端的拨销孔拨动主动轴旋转;

第二步：校平主动轴，确保主动轴各台阶位置的全跳动不大于0.02 mm，确保主动轴水平;

第三步：在主动轴唇形密封圈安装位涂抹轻质机油进行润滑;

第四步：在主动轴唇形密封圈安装位的中间位置挂一根直径为0.1 mm的钓鱼线，钓鱼线下端挂一砝码，砝码重量确定方法为：轴直径≤100 mm时，砝码重量为30 g;轴直径>100 mm时，砝码重量为50 g。砝码安装到钓鱼线上后，自然下垂，应确保钓鱼线在轴上形成的包角在180°～270°之间，并用2B铅笔在主动轴上画一根平行于轴线的直线，详见图4砝码安装示意图所示。

第五步：数控车床驱动主动轴以20 r/min的转速旋转20转，检查铅笔线是否有被擦掉的痕迹;然后仍以20 r/min的转速向相反的方向旋转20转，再次检查检查铅笔线是否有被擦掉的痕迹。

第六步：综合评定。如果铅笔线有被擦掉的痕迹，那么主动轴唇形密封圈安装位在这个旋转方向上就存在螺旋线，反之则没有螺旋线。

从表1的检查结果来看，整体式减速器主动轴唇形密封圈渗漏油的主要原因在于唇形密封圈不清洁[2]、主动轴密封位置存在车削螺纹线、轴承盒与主动轴安装不同心、唇形密封圈安装方式不正确等[3]。

4 整体式减速器主动轴唇形密封圈渗漏油问题解决方案

（1）用清洁的液压油或煤油清洗唇形密封圈，特别是将弹簧安装腔和唇口附近的杂质清洗干净，然后用空气吹干唇形密封圈内外表面，并将唇形密封圈放置到密闭的储存盒内待装配。

（2）主动轴密封位置的车削螺纹线去除。1）校正主动轴;2）实測主动轴密封位直径，密封位直径实测值应至少比图纸规定的公差下差大0.005mm;3）采用宽度为30 mm、粒度为500目的砂纸砂磨主动轴密封位，车床主轴转速300r/min，砂磨去除量达到0.005mm或主动轴密封位直径已达到图纸规定的公差下差时停止砂磨;4）滚压主动轴密封位，确保主动轴密封位的粗糙度在Ra0.2～Ra0.4范围内。

（3）轴承盒与主动轴安装不同心问题的解决。1）实测左、右轴承盒与箱体左、右安装孔的间隙大小;2）根据左、右侧间隙大小，在轴承盒与箱体安装孔之间填充一定的密封胶，确保左右轴承盒在箱体上安装同心;3）检查轴承盒与主动轴安装的同轴度，控制在0.03 mm内。

（4）唇形密封圈安装方式的改进。1）将主动轴各倒角位置的毛刺去除干净，将有键槽的轴端用泡沫包裹起来，避免毛刺、键槽损坏密封圈唇口;2）将主动轴唇形密封圈安装位清洗干净，并用压缩空气吹干净;3）在主动轴唇形密封圈安装位上涂抹机油或黄油;4）用手将唇形密封圈推到密封圈安装位处，唇形密封圈外圆与轴承盒导向段配合，并基本对正;5）用工装将唇形密封圈均匀地压入轴承盒安装位中，不能完全压到位，当唇形密封圈外端面与轴承盒外端面有5 mm左右距离时，停止使用工装压入;6）手动使用工装将唇形密封圈压到位，避免因过度压入，导致唇形密封圈变形、损坏。

5 结语

按照第4节所描述的解决方案实施，顺利解决了14台整体式减速器主动轴唇形密封圈渗漏油问题，密封可靠，无1台出现渗油、漏油现象。

参考文献

[1]田晖，李军荣，孙淑娥.旋转轴唇形密封圈渗漏油的原因及预防[J].现代零部件，2005（Z1）：40-42.

[2]马圆霞.变速器油封漏油的原因及改进措施[J].机械管理开发，2020，35（6）：290-291.

[3]程红勤.旋转轴唇形密封圈安装设计[J].合肥工业大学学报（自然科学版），2009，32（S1）：199-201.

收稿日期：2021-08-10

作者简介：黄灿林（1977—），男，四川南充人，硕士研究生，高级工程师，研究方向：抽油机、泥浆泵、油泥处理设备的设计与制造。