2024年2月26日发(作者：折典)
密封技术讲座－油封
1. 概述
旋转轴唇型密封圈，也可简称为油封。德国Simmer博士发明于1929年。英文名为Simmerring。它是设置于旋转轴和静止件之间，用于密封润滑油外泄和防止外界尘土、杂质侵入机械设备内部的动密封元件。普通油封的使用压力范围小于0.03Mpa，耐压型油封的工作压力可达1—1.2MPa。特殊制作的耐压油封，最高使用压力可达10MPa。旋转油封的使用温度范围与所采用的橡胶种类有关。以丁腈橡胶制作的旋转油封为例，其使用温度范围为－40℃－＋120℃之间。以氟橡胶制作的旋转油封，其使用温度范围为-20℃－＋150℃。旋转油封使用的线速度范围，一般小于15m/s。
2. 油封的密封机理
建立在雷诺轴承润滑理论的基础上的油封密封理论,实质上是一个轴承润滑的密封理
论。它表明了在旋转轴旋转时，介于油封唇口与旋转轴间的油液在唇口呈不对称分布接触
应力的作用下，它依赖于旋转轴旋转过程中建立起来的推进流的作用建立了旋转轴密封装
置的密封油膜。并且油封的唇口在自由状态下，它的内径小于轴径。即，有预设的“过盈
量“。且过盈值通常在0.8-2.5mm之间。这样，当油封装配在轴上后，即便无弹簧，也能
对轴有一定的径向力。为减少或者弥补轴在运转时产生的振动而造成的唇缘与轴径产生的
局部间隙，从而导致泄漏。必须在油封唇缘的上方加装一个弹簧。依靠弹簧对轴的抱紧力
来克服轴在高速旋转状态下因振摆、跳动而造成的间隙，并使油封的唇缘能始终紧贴于轴
的表面，达到防漏的目的。由于密封唇角和唇缘尖端处刃口与弹簧距离的综合设计效果，密
封唇处的径向力在密封唇接触区产生的不对称接触压力（应力）分布，对于油封装置构成的
密封状态具有十分重要的意义。这种呈不对称分布的接触压力，其最大接触压力应位于油液
一侧。而空气一侧的接触压力呈较小的梯度分布。这种对旋转轴产生接触压力和切向力的不对
称分布。在其作用的轴封密封唇接触区内将产生一种特有的形变结构，形成一种特殊的来复线
分布，因而在密封唇前侧方出现“滞流”。这种呈显微状态的来复线可由仪器或它的作用（粘
弹泵作用）检出。通常，即使在静态下，在唇和轴间的磨擦面间，介质也会因毛细管作用渗入
其间的粗糙度表面。构成的呈波浪形的微小缝隙中，使之起到润滑和减摩的作用。当然，在装
配前于唇缘故和轴面上涂以适量油脂，对于提高油封寿命也是十分必要的，轴旋转时，油封的
静态密封的作用渐渐消失，如滚动轴承一样，磨擦副（即密封副）经过边界摩擦、混合摩擦的
过程达到最高旋转速度，最终构成密封副滑移面平滑摩擦和流体动力摩擦，并在密封副介质和
空气侧间构成弯月形的密封油膜。为了维持油膜在空气侧的“滞流”应产生相当于毛细压力的
负压。若不能保持这一状态，或者被尘埃、杂质粒子或唇口表面材质的老化作用而破坏，则油
封就将发生泄漏。一个优秀的油封结构设计，一般应具有最小的接触压力和最尖锐的不对称分
布峰值及最小的唇口接触宽度。以降低摩擦热引起的早期热老化，从而延长油封的使用寿命。
维持油封密封性能的是介于唇缘与轴表面之间的油膜。油封的密封理论是建立在轴承的润滑理
论基础上的。在轴旋转的动态过程中，由于维持油膜存在，其表面张力也是一定数值内不断变
化的，因此，油膜的厚度也是处于不断的变化过程中。通常，油膜厚度变动量约在20%—50%
1
之间。油膜表面张力的波动是油膜存在的不稳定因素。当表面张力大于某一定值时，油膜将破
裂，密封失效。该定值与油的粘度，介质温度，旋转速度等因素有关。一般认为油膜过厚，油
封容易泄漏。油膜过薄，则会导致干摩擦。最理想的是使油封密封副的滑移面始终保持临界润
滑状态，即保持“临界油膜”厚度。“临界油膜”的形成，直接与油封对轴的径向力状况以及接
触力的大小有关。即径向力分布应保证有“峰值”状态且尖峰越锐密封效果越好。但径向力大
并不说明是油封结构的最佳设计方案的唯一因素。因此，最理想的情况应是尽量采用最小的向
力而得到最尖锐的“峰值”压力分布，以获得最佳的密封效果。
3.油封的分类和用途
如前所述，油封是一个用于密封润滑油外泄和防止外界尘土、杂质侵入机械设备内部的动密封元件。其结构与各部名称如图1 所示。
图1.油封结构及各部名称
按旋转油封使用的旋转线速度高低分类，旋转油封可分为低速旋转油封和高速旋转油封。
线速度 低于6 m/s的称为低速旋转油封。线速度高于6 m/s的称为高速旋转油封。
2
按旋转油封所能承受的压力高低分类。旋转油封可分为标准型常压油封和耐压型油封。
按油封的结构及密封原理分，旋转油封可分为标准型旋转油封和动力回流型旋转油封。
另外，按构成旋转油封的组件材质分，旋转油封又可分为有骨架型旋转油封和无骨架型旋
转油封；有弹簧型旋转油封和无弹簧型旋转油封。
表1.是常用的旋转油封结构形式
型式
普通单唇型
结构图形 代号
G
（B）
主要特征
一般用于高、低速旋转轴及往复运动密封矿物油及水等介
普双唇型
GP
（FB）
质。
除上述G型油封的使用特性外，还可防尘。
无弹型簧
GSM
（BV）
无弹簧的单唇型内包骨架式橡胶油封
一般适用于低速工况下，密封介质为润滑脂，线速度≤6m/s。
普通油封，带防尘唇可以防尘，耐介质压力<0.05Mpa的场合，线速度≤15m/s。
用途
普通油封，在灰尘和杂质比较少的情况下使，耐介质压力<0.05Mpa的场合，最高线速度15m/s，往复动<0.1m/s。
外骨架单唇型
M
（W）
带弹簧的单唇外露骨架式橡胶油封，腰部细，追随性好，刚度高，同轴度好。
外骨架双唇型
MP
（FW）
带副唇的双唇外露骨架式橡胶油封，腰部细，追随性好，刚度普通油封，带防尘唇可以防尘，耐介质压力介质压力<0.05Mpa的场合，旋转线速度≤15m/s的情况。
普通油封，在灰尘和杂质较少的情况下使用，而介质压力<0.05Mpa的场合，旋转线速度≤15m/s的情况。
高，同轴度好。
3
装配式单唇型
L1
（Z）
由内外骨架装配滚边而成的外骨架油封具有安装精度高，散热快，重负荷性。
适用高温，高速的重负工况，介质压力≤0.05Mpa，最高线速度≤15m/s。
装配式双唇型
L1P
（FZ）
带副唇的装配式外骨架油封具有防尘性，安装精度高，散热快，重负荷特性。
适用高温，高速，有尘条件下的重负工况，介质压力≤0.05Mpa，最高线速度≤15m/s。
右旋GZD
（SR）
在唇部空气侧制有带角度的单向回流型
斜盘，利用左旋GZS
（DL）
流体力学原理产生单向泵吸作用，具有回流效应。
与轴的放置方向有关，由于具有回流效应，径各力比普通油封小，减少了磨耗和生热，提高使用寿命，适用于介质压力<0.05Mpa的场合，转速≤20m/s。
GZT
（单唇口）
在唇部空气侧制有带角度的双向斜盘，与轴的旋转方向无关，由于具有双向回双向回流型
利用流体GPZT
（双唇口）
力学原理产生双向泵吸作用，具有双向回流效应。
流效应，径向力比普通油封小，减少了磨耗和生热，提高使用寿命，适用于介质压力<0.05Mpa的场合，转速≤20m/s。
4
GBP
唇部短，腰短精，具有耐压型
MBP
（NY）
耐压作用，工作压力≤1-10Mpa。
适用于介质压力≤1-10Mpa的场合，适用于高压泵的轴端油封，一般情况下PV值≤8，旋转线速度≤15m/s。
4． 油封的结构特点
油封通常具有以下五个特点：
结构简单，制作容易。
安装腔体的位置紧凑，轴向尺寸小，加工方便。
密封性能好。
对轴的振摆、偏心的随动性能好。
拆装容易，价格便宜。
5.油封的选择
油封应当根据油封的具体使用工况条件来选择。如：使用的介质种类、使用温度、使用压力和使用速度等。只有根据具体的使用工况条件，才能正确的选择油封的结构形式和相应的油封的材料。
a,油封材料：选择油封的材料时，必须注意材料对于工作介质的相容性，对工作温度范围的适应性和唇缘对旋转轴高速旋转时的随动能力。由于油封唇缘处的温度一般高于工作介质温度20℃—50℃，因此,在选择油封材料时必须加以考虑。表2所示为常用橡胶密封材料的主要特性及使用温度范围，可作为油封选择材料时参考。
表2.常用密封材料性能及使用温度
种 类
天然橡胶
合成天然橡胶
丁苯橡胶
丁二乙烯橡胶
氯丁橡胶
丁基橡胶
丁腈橡胶
乙丙橡胶
材料
NR
IR
SBR
BR
CR
HR，BU
NBR
EPM，
EPDM
CSM
化学结构
聚异戊二烯
聚异戊二烯
丁二烯和苯乙烯的共聚物
聚丁二烯
聚氯丁二烯
异丁烯和异戊二烯的共聚物
丁二烯和丙烯腈的共聚物
乙烯和丙烯的共聚物
三元共聚物
氯磺化聚乙烯
特 点
用温度
弹性好，耐磨
弹性好，耐磨
耐磨、耐老化
弹性好，耐磨
耐臭氧、耐气候、耐热、耐药品
耐臭氧、耐气候、耐溶济、耐气体渗透
耐油，耐磨、耐老化
耐老化、耐臭氧、耐气候
+60
+90
+120
+120
+120
+130
+130
+170
最高使
氯磺化聚乙烯
耐磨、耐药品
+120
5
聚丙烯酸脂橡胶胶 ACM，ANM
聚氨脂橡胶
硅橡胶
氟橡胶
AU，EU
SI
FPM
丙烯和丙烯的共聚物
聚氨脂
聚硅氟烷
六氟丙烯和偏氟乙烯的共聚物
高温条件下耐油
机械强度好、耐磨
耐热、耐寒、耐油
耐热、耐药品、耐油
+180
+80
+280
+280
b,使用工作压力：一般标准型油封的压力使用范围不超过0.05Mpa。当使用压力范围超过0.05MPa时，应考虑选用耐压型油封。
C.旋转轴转速：
根据旋转轴的转速或线速度转速可以选择合理的密封材料。如图2所示。
D,油封结构形式：
油封结构型式的选择
油封的结构型式和种类颇多。可由表1选择。
根据线速度或旋转速度:
6,油封泄漏量的控制
油封泄漏量控制在美、英、德、日等国家都有明确规定。其值如表3所示。
表3.油封泄漏量控制范围
国 家
美 国
美 国
英 国
德国FREUDENBERG
标 准
MIL-S-45005A
FordES-C2AW-4A015-A
BS1399
一级单件1g/240h; 12件3g/240h
油 封 数
1
允许泄漏量
0.5cc/24h
19300KM（10台） 不准有
1 1cc/24h
日 本
日 本
二级单件2g/240h; 12件6g/240h
三级单件3g/240h; 12件12g/240h
JIS2402
基珀公司
1
1
0.05-0.1cc/h
0.03cc/h
按国际标准规定，每开发一个新品种的油封，都需作转速为10m/s（有弹簧型）或6 m/s (无弹簧型)的24小时连续规律性间断运转试验。即，连续运转20小时后停止4小时，反复10次的试验。以便观察240小时试验期间的油封密封性能.因此,油封泄漏量控制值是每一家企业根据客户的要求在产品开发过程中确立的。为了取得良好的密封效果，必须保证油封唇缘对旋转轴的过盈量要求。其值如表4所示：
表4.油封过盈量范围
轴径/（mm）
<30
30-50
50-80
80-120
120-180
180-220
油封唇的过盈量/（mm）
0.5-0.9
0.6-1.0
0.7-1.2
0.8-1.3
0.9-1.4
1.0-1.5
6
又，为了保证油封的密封效果，必须控制油封的外径公差。如表5所示：
表5.油封外径的公差控制值
公称直径Ø
< 50
-0.15
50-80
+0.35
+0.20
+0.35
80-120
+0.20
120-180
+0.25
180-300
+0.25
300-400
+0.33
400-500
+0.33
500-630
+0.35
630-800
+0.40
800-1000
+0.45
1000-1250
+1.00
+0.55
+0.50
+1.10
+0.60
+0.38
+0.60
+0.45
+0.85
+0.45
+0.95
+0.33
+0.53
+0.75
+0.40
+0.85
+0.28
+0.48
+0.65
+0.35
+0.75
+0.23
+0.43
+0.55
+0.35
+0.65
+0.23
+0.35
+0.55
+0.30
+0.65
+0.20
+0.35
+0.45
+0.30
+0.55
+0.18
+0.30
+0.45
+0.25
+0.55
+0.15
+0.28
+0.20
+0.45
+0.25
+0.45
+0.10
+0.23
+0.13
+0.25
G型平坦和细沟槽
+0.30
G型粗沟槽
+0.40
M和L1
+0.20
7.油封座孔及轴的设计和加工要点
a, 油封座孔设计和加工要点
• 保证油封座孔对于旋转轴的同轴度。
• 采用外骨架油封时，应注意选择热膨胀系数与座孔材质相近的金属牌号的材料制作骨架以确保油封装配后的牢靠性和可拆性。同时，使用外骨架油封时在装配时应在油封外缘涂敷密封胶。
• 保证油封座孔的圆度及内径的加工精度和对于轴的装配精度。
油封座孔必须保证呈正圆且不能有椭圆或锥度的情况出现。另外，油封座孔的加工精度和粗糙度应符合表6规定。
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表6.油封座孔及旋转轴的加工精度和粗糙度：
部 位
公 差
座
孔
无骨架油封
骨架油封
H11
H9或H8
h9或f9
Ra≤
3.2
1.6
0.8-0.4
Rz≤
12.5
6.3
3.2-1.6
直 径
表面粗糙度
旋 转 轴
另外，油封在使用过程中的最大偏心量应严格控制，以确保密封效果。其范围如表7所示：
表7.油封 的最大偏心量
油封形状
带弹簧油封
轴径
轴偏心量 安装偏心量
不带弹簧油封
轴偏心量 安装偏心量
>25
25-65
<65
0.20
0.30
0.40
0.15
0.20
0.25
0.10
0.15
0.25
0.10
0.10
0.15
b,旋转轴的设计和加工要点
旋转轴表面必须具有一定的表面硬度和表面粗糙度。旋转轴的表面硬度，一般取HRC30—40。当油封基体材料的表面，即，其密封副的滑移表面粘贴有聚四氟乙烯树脂，或为复合结构或者在橡胶基体材料的表层，经过浸氟或等离子喷氟处理时，轴的表面硬度应取HRC50-60。而在被污染的介质中，轴的表面硬度应高于HRC60。
由于旋转轴的表面粗糙度直接影响密封装置的密封效果。因此，旋转轴的表面粗糙度及加工精度必须满足表6规定。同时，为了防止加工旋转轴时产生的表面粗糙度，因在运转时对于油封密封副处的“泵吸”影响而造成的泄漏。要求在对旋转轴作表面精加工时必须作垂直进给的磨削加工。以使旋转轴在密封唇口部位的表面产生无螺旋纹的“乱向”轴面。以提高密封装置的密封性能。
8．耐压型GBP和MBP油封
耐压型油封油封的选用与旋转轴的线速度有关（见图3所示）。如轴径为ф20mm的旋转轴，在转速小于600转/分的条件下，可满足在介质压力10bar的条件下正常使用。而当轴的转速为1000转/分时，ф20mm轴径的GBP和MBP油封，仅能满足在介质压力为6 bar工况条件下使用。又以轴径ф80mm为例，当轴的转速达1500转/分时，此时的GBP和MBP油封仅可满足介质压力为2 bar的工况条件下使用。若轴的转速为500转/分的工况条件时，则可满足介质压力为7.5 bar的条件下使用。
8
图2.使用速度与密封材料的选用
图3油封的允许耐压能力
9. 油封的密封副相关要素选择
旋转油封的密封副相关要素的正确选择，直接影响旋转轴油封密封装置的密封性能，其要素包括油封的摩擦系数、油封的径向力大小及油封材料对介质的匹配选择。如表8、表9和表10所示。
表8油封的摩擦系数：
润滑油种类
2#润滑油
1#锭子油
3#陆用内燃机油
最 低
0.3
0.2
0.3
最 高
0.8
0.45
1.0
9
表9油封较佳的径向力范围：
轴径
(mm)
40
60
80
100
总径向力(kg)(周长上)
最低
1.6
1.7
2.8
3.1
最高
3.2
3.7
5.8
6.5
单位长度径向力(g/cm)
最低
121
90.2
111.5
98.7
最高
242
196.3
230.9
209
*以100mm轴径的高速油封为例其径向力在100g/cm左右为最佳，使用寿命最长，若超过200g/cm时，使用寿命急剧下降。
表10.常用橡胶材料的特征和用途
橡胶种类
中高丁腈橡胶
高丁腈橡胶
中丁腈橡胶
聚丙烯酸脂橡胶
硅橡胶
氟橡胶
丁基橡胶
乙丙橡胶
聚四氟乙烯树脂
代 号
HM-NBR
H-NBR
M-NBR
ACM
SR
FR
IR
EPM
PTFE
特 征
最普通的材料，耐油性和耐摩性好
低度苯胺点油用，耐油性和耐摩性优异
高苯胺点油用，耐寒性好
耐热性和耐油性优异
耐热性优,密封性优;压缩变形小,耐摩性差
耐热性、耐油性、耐药品性优异
耐热性、耐药品性优异，耐油性差
耐气候性、耐药品性优异，耐油性差
耐热性、耐油性、耐药品性优异,密封性差
代表性用途
一般工业润滑油
燃料油,往复轴
高粘度油
高速齿轮油
高速,高温,内燃机油
高温油,药品
药品,合成工作油
药品,合成工作油
高温,药品,低润滑
10．用于冶金、造纸、船泊和大型设备的专用油封
冶金、造纸、船泊和大型机械设备专用油封，系重型机械专用的特殊结构和大规格的油封。其使用条件如表11所示。
表-11.冶金、造纸、船泊和大型机械设备专用油封
适用主机
轧机
造船
土木
型式 胶种 规格
100-1780
110-1250
345-88
适用压力
0.5bar
0.5bar
1bar
适用速度
25m/s
15m/s
15m/s
TGU（R35）TGR（R36）TGA（R37） B/NBR
TGU（R35）TGR（R36）TGA（R37） C/FKM
R58唇口向外、防水 B/NBR
注：B—棉纤 C—化纤
TGU（R35）适用于润滑充分的条件。
TGA（R36）需要根据额外润滑（油封需背对背安装）。
11．油封泄漏的产生原因及判别
油封失效，导致密封装置泄漏的原因颇多，基本原因可归纳如表12所示。
表12. 密封装置泄漏的原因分析
10
装配后
立即漏油
使用短时 使用相当时 当油封漏油时,请你按如下顺序进行检查,就可以很
油封唇口方向是否装反
弹簧是否掉出槽外。
弹簧是否不在轴上，如是否装在轴套的凹槽上。
油封唇周围是否有灰尘等杂质。
轴的花键孔、键槽是否将唇口划伤。
油封唇在轴上有无固定位置。
轴和倒角是否过于尖锐，将唇口划伤。
轴的表面粗糙度是否达到要求。
轴和油封唇接触处是否有划伤。
轴的加工精度是否在h11范围以内。
腔体口端是否按规定倒角。
腔体孔壁有无纵向划痕及铸造缺陷。
轴的振动频率是否过大。
油封的安装偏心是否过大。
运转时油封唇是否保持润滑。
介质压力是否超出设计要求。
油封的胶种不适用于齿轮油或酸性介质。
旋转线速度是否超出设计要求。
油封附近的温度是否过高。
工况条件是否符合设计要求。
油封的保管储存方法是否恰当。
12. 油封的装配
装配油封应该使用专用工具并严格按照安装工艺顺序进行。且，油封装配前因在油封表面涂敷
润滑脂。装配的专用工具和装配工艺及顺序如图4a-图4e。所示。
压机安装：
正确的安装方法：油封往腔体内安装时应尽量采用专用工具。与油封端面接触的工具的压入端的尺寸必须与所安装的油封外径实际尺雨相近。如图4a。
11
不正确的安装方法：
之一：是由于与安装的油封的外径实际尺寸相差过大。如图4b。
12
之二：是由于油封没有以正确的姿态放置在腔体口上（位置不正）。如图4c。
手工安装：
正确的安装方法：把被装油封正确放置于腔体口，在油封的上部加一合适厚度的挡板，然后用手锤对其进行对称的均匀敲击，使油封慢慢进入安装位置。如图4d。
13
不正确的安装方法：不用挡板，直接用手锤敲击油封本体。如图4e。
注：在安装外骨架油封时，需在腔体清洁以后涂敷密封胶。
注：在轴插入油封唇口时，必须采取保护措施。防止安装过程中，如：通过花键或螺纹时拉坏唇口。并且涂敷润滑脂。
13.油封的存储
橡胶密封制品的储存条件和储存方法，可以在很大程度上决定密封制品的使用寿命。当然，储存环境包括温度、湿度、氧气、臭氧和紫外线„等等影响因素。如果橡胶密封制品得到正确存放，则橡胶密封制品的性能将可以在较长时间内不发生变化。
橡胶密封制品的储存，应保持室内环境清凉、干糙、无尘和通风良好。存放环境温度应保持在－10℃至＋20 ℃范围内。若超过这个温度范围，则会导至密封制品寿命缩短。另外，橡胶密封制品的存放环境温度和使用环境的温度之差不能相差太大。冬季取暖时，加热器及其管道应于屏蔽。加热器和橡胶密封制品之间，应保持1M以上的距离。储存室内的最佳湿度应为65％。室内的光线宜暗淡，且所有窗户应采用红色或桔红色的窗帘，决不可使用蓝色的窗帘。因为，所有的光线都会发出紫外线，同时，室内不能使用荧光灯照明和使用会发生电弧光的设备。从而，因产生紫外线和臭氧。造成橡胶密封制品的损伤。
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为了防止臭氧生成及防火。所有电器设备、马达或其他会产生电火花和高压电场的设备都不能放置在室内运转。另外，溶剂、燃油、润滑剂和化学制品、酸及消毒剂等都不能与橡胶密封制品放在同一个储存室内。一般，也不准把橡胶密封制品悬挂或悬吊在金属钉、钩上。也不能把它们多层叠放。橡胶密封制品的码放必须整齐、有序。并且，应该做到先进先出的仓储流水顺序，使其不要过早产生老化和变形。所有橡胶密封制品在装配前，最好放在原始的包装内。
橡胶密封制品的储存标准，详见DIN7716和ISO2230。
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2024年2月26日发(作者：折典)
密封技术讲座－油封
1. 概述
旋转轴唇型密封圈，也可简称为油封。德国Simmer博士发明于1929年。英文名为Simmerring。它是设置于旋转轴和静止件之间，用于密封润滑油外泄和防止外界尘土、杂质侵入机械设备内部的动密封元件。普通油封的使用压力范围小于0.03Mpa，耐压型油封的工作压力可达1—1.2MPa。特殊制作的耐压油封，最高使用压力可达10MPa。旋转油封的使用温度范围与所采用的橡胶种类有关。以丁腈橡胶制作的旋转油封为例，其使用温度范围为－40℃－＋120℃之间。以氟橡胶制作的旋转油封，其使用温度范围为-20℃－＋150℃。旋转油封使用的线速度范围，一般小于15m/s。
2. 油封的密封机理
建立在雷诺轴承润滑理论的基础上的油封密封理论,实质上是一个轴承润滑的密封理
论。它表明了在旋转轴旋转时，介于油封唇口与旋转轴间的油液在唇口呈不对称分布接触
应力的作用下，它依赖于旋转轴旋转过程中建立起来的推进流的作用建立了旋转轴密封装
置的密封油膜。并且油封的唇口在自由状态下，它的内径小于轴径。即，有预设的“过盈
量“。且过盈值通常在0.8-2.5mm之间。这样，当油封装配在轴上后，即便无弹簧，也能
对轴有一定的径向力。为减少或者弥补轴在运转时产生的振动而造成的唇缘与轴径产生的
局部间隙，从而导致泄漏。必须在油封唇缘的上方加装一个弹簧。依靠弹簧对轴的抱紧力
来克服轴在高速旋转状态下因振摆、跳动而造成的间隙，并使油封的唇缘能始终紧贴于轴
的表面，达到防漏的目的。由于密封唇角和唇缘尖端处刃口与弹簧距离的综合设计效果，密
封唇处的径向力在密封唇接触区产生的不对称接触压力（应力）分布，对于油封装置构成的
密封状态具有十分重要的意义。这种呈不对称分布的接触压力，其最大接触压力应位于油液
一侧。而空气一侧的接触压力呈较小的梯度分布。这种对旋转轴产生接触压力和切向力的不对
称分布。在其作用的轴封密封唇接触区内将产生一种特有的形变结构，形成一种特殊的来复线
分布，因而在密封唇前侧方出现“滞流”。这种呈显微状态的来复线可由仪器或它的作用（粘
弹泵作用）检出。通常，即使在静态下，在唇和轴间的磨擦面间，介质也会因毛细管作用渗入
其间的粗糙度表面。构成的呈波浪形的微小缝隙中，使之起到润滑和减摩的作用。当然，在装
配前于唇缘故和轴面上涂以适量油脂，对于提高油封寿命也是十分必要的，轴旋转时，油封的
静态密封的作用渐渐消失，如滚动轴承一样，磨擦副（即密封副）经过边界摩擦、混合摩擦的
过程达到最高旋转速度，最终构成密封副滑移面平滑摩擦和流体动力摩擦，并在密封副介质和
空气侧间构成弯月形的密封油膜。为了维持油膜在空气侧的“滞流”应产生相当于毛细压力的
负压。若不能保持这一状态，或者被尘埃、杂质粒子或唇口表面材质的老化作用而破坏，则油
封就将发生泄漏。一个优秀的油封结构设计，一般应具有最小的接触压力和最尖锐的不对称分
布峰值及最小的唇口接触宽度。以降低摩擦热引起的早期热老化，从而延长油封的使用寿命。
维持油封密封性能的是介于唇缘与轴表面之间的油膜。油封的密封理论是建立在轴承的润滑理
论基础上的。在轴旋转的动态过程中，由于维持油膜存在，其表面张力也是一定数值内不断变
化的，因此，油膜的厚度也是处于不断的变化过程中。通常，油膜厚度变动量约在20%—50%
1
之间。油膜表面张力的波动是油膜存在的不稳定因素。当表面张力大于某一定值时，油膜将破
裂，密封失效。该定值与油的粘度，介质温度，旋转速度等因素有关。一般认为油膜过厚，油
封容易泄漏。油膜过薄，则会导致干摩擦。最理想的是使油封密封副的滑移面始终保持临界润
滑状态，即保持“临界油膜”厚度。“临界油膜”的形成，直接与油封对轴的径向力状况以及接
触力的大小有关。即径向力分布应保证有“峰值”状态且尖峰越锐密封效果越好。但径向力大
并不说明是油封结构的最佳设计方案的唯一因素。因此，最理想的情况应是尽量采用最小的向
力而得到最尖锐的“峰值”压力分布，以获得最佳的密封效果。
3.油封的分类和用途
如前所述，油封是一个用于密封润滑油外泄和防止外界尘土、杂质侵入机械设备内部的动密封元件。其结构与各部名称如图1 所示。
图1.油封结构及各部名称
按旋转油封使用的旋转线速度高低分类，旋转油封可分为低速旋转油封和高速旋转油封。
线速度 低于6 m/s的称为低速旋转油封。线速度高于6 m/s的称为高速旋转油封。
2
按旋转油封所能承受的压力高低分类。旋转油封可分为标准型常压油封和耐压型油封。
按油封的结构及密封原理分，旋转油封可分为标准型旋转油封和动力回流型旋转油封。
另外，按构成旋转油封的组件材质分，旋转油封又可分为有骨架型旋转油封和无骨架型旋
转油封；有弹簧型旋转油封和无弹簧型旋转油封。
表1.是常用的旋转油封结构形式
型式
普通单唇型
结构图形 代号
G
（B）
主要特征
一般用于高、低速旋转轴及往复运动密封矿物油及水等介
普双唇型
GP
（FB）
质。
除上述G型油封的使用特性外，还可防尘。
无弹型簧
GSM
（BV）
无弹簧的单唇型内包骨架式橡胶油封
一般适用于低速工况下，密封介质为润滑脂，线速度≤6m/s。
普通油封，带防尘唇可以防尘，耐介质压力<0.05Mpa的场合，线速度≤15m/s。
用途
普通油封，在灰尘和杂质比较少的情况下使，耐介质压力<0.05Mpa的场合，最高线速度15m/s，往复动<0.1m/s。
外骨架单唇型
M
（W）
带弹簧的单唇外露骨架式橡胶油封，腰部细，追随性好，刚度高，同轴度好。
外骨架双唇型
MP
（FW）
带副唇的双唇外露骨架式橡胶油封，腰部细，追随性好，刚度普通油封，带防尘唇可以防尘，耐介质压力介质压力<0.05Mpa的场合，旋转线速度≤15m/s的情况。
普通油封，在灰尘和杂质较少的情况下使用，而介质压力<0.05Mpa的场合，旋转线速度≤15m/s的情况。
高，同轴度好。
3
装配式单唇型
L1
（Z）
由内外骨架装配滚边而成的外骨架油封具有安装精度高，散热快，重负荷性。
适用高温，高速的重负工况，介质压力≤0.05Mpa，最高线速度≤15m/s。
装配式双唇型
L1P
（FZ）
带副唇的装配式外骨架油封具有防尘性，安装精度高，散热快，重负荷特性。
适用高温，高速，有尘条件下的重负工况，介质压力≤0.05Mpa，最高线速度≤15m/s。
右旋GZD
（SR）
在唇部空气侧制有带角度的单向回流型
斜盘，利用左旋GZS
（DL）
流体力学原理产生单向泵吸作用，具有回流效应。
与轴的放置方向有关，由于具有回流效应，径各力比普通油封小，减少了磨耗和生热，提高使用寿命，适用于介质压力<0.05Mpa的场合，转速≤20m/s。
GZT
（单唇口）
在唇部空气侧制有带角度的双向斜盘，与轴的旋转方向无关，由于具有双向回双向回流型
利用流体GPZT
（双唇口）
力学原理产生双向泵吸作用，具有双向回流效应。
流效应，径向力比普通油封小，减少了磨耗和生热，提高使用寿命，适用于介质压力<0.05Mpa的场合，转速≤20m/s。
4
GBP
唇部短，腰短精，具有耐压型
MBP
（NY）
耐压作用，工作压力≤1-10Mpa。
适用于介质压力≤1-10Mpa的场合，适用于高压泵的轴端油封，一般情况下PV值≤8，旋转线速度≤15m/s。
4． 油封的结构特点
油封通常具有以下五个特点：
结构简单，制作容易。
安装腔体的位置紧凑，轴向尺寸小，加工方便。
密封性能好。
对轴的振摆、偏心的随动性能好。
拆装容易，价格便宜。
5.油封的选择
油封应当根据油封的具体使用工况条件来选择。如：使用的介质种类、使用温度、使用压力和使用速度等。只有根据具体的使用工况条件，才能正确的选择油封的结构形式和相应的油封的材料。
a,油封材料：选择油封的材料时，必须注意材料对于工作介质的相容性，对工作温度范围的适应性和唇缘对旋转轴高速旋转时的随动能力。由于油封唇缘处的温度一般高于工作介质温度20℃—50℃，因此,在选择油封材料时必须加以考虑。表2所示为常用橡胶密封材料的主要特性及使用温度范围，可作为油封选择材料时参考。
表2.常用密封材料性能及使用温度
种 类
天然橡胶
合成天然橡胶
丁苯橡胶
丁二乙烯橡胶
氯丁橡胶
丁基橡胶
丁腈橡胶
乙丙橡胶
材料
NR
IR
SBR
BR
CR
HR，BU
NBR
EPM，
EPDM
CSM
化学结构
聚异戊二烯
聚异戊二烯
丁二烯和苯乙烯的共聚物
聚丁二烯
聚氯丁二烯
异丁烯和异戊二烯的共聚物
丁二烯和丙烯腈的共聚物
乙烯和丙烯的共聚物
三元共聚物
氯磺化聚乙烯
特 点
用温度
弹性好，耐磨
弹性好，耐磨
耐磨、耐老化
弹性好，耐磨
耐臭氧、耐气候、耐热、耐药品
耐臭氧、耐气候、耐溶济、耐气体渗透
耐油，耐磨、耐老化
耐老化、耐臭氧、耐气候
+60
+90
+120
+120
+120
+130
+130
+170
最高使
氯磺化聚乙烯
耐磨、耐药品
+120
5
聚丙烯酸脂橡胶胶 ACM，ANM
聚氨脂橡胶
硅橡胶
氟橡胶
AU，EU
SI
FPM
丙烯和丙烯的共聚物
聚氨脂
聚硅氟烷
六氟丙烯和偏氟乙烯的共聚物
高温条件下耐油
机械强度好、耐磨
耐热、耐寒、耐油
耐热、耐药品、耐油
+180
+80
+280
+280
b,使用工作压力：一般标准型油封的压力使用范围不超过0.05Mpa。当使用压力范围超过0.05MPa时，应考虑选用耐压型油封。
C.旋转轴转速：
根据旋转轴的转速或线速度转速可以选择合理的密封材料。如图2所示。
D,油封结构形式：
油封结构型式的选择
油封的结构型式和种类颇多。可由表1选择。
根据线速度或旋转速度:
6,油封泄漏量的控制
油封泄漏量控制在美、英、德、日等国家都有明确规定。其值如表3所示。
表3.油封泄漏量控制范围
国 家
美 国
美 国
英 国
德国FREUDENBERG
标 准
MIL-S-45005A
FordES-C2AW-4A015-A
BS1399
一级单件1g/240h; 12件3g/240h
油 封 数
1
允许泄漏量
0.5cc/24h
19300KM（10台） 不准有
1 1cc/24h
日 本
日 本
二级单件2g/240h; 12件6g/240h
三级单件3g/240h; 12件12g/240h
JIS2402
基珀公司
1
1
0.05-0.1cc/h
0.03cc/h
按国际标准规定，每开发一个新品种的油封，都需作转速为10m/s（有弹簧型）或6 m/s (无弹簧型)的24小时连续规律性间断运转试验。即，连续运转20小时后停止4小时，反复10次的试验。以便观察240小时试验期间的油封密封性能.因此,油封泄漏量控制值是每一家企业根据客户的要求在产品开发过程中确立的。为了取得良好的密封效果，必须保证油封唇缘对旋转轴的过盈量要求。其值如表4所示：
表4.油封过盈量范围
轴径/（mm）
<30
30-50
50-80
80-120
120-180
180-220
油封唇的过盈量/（mm）
0.5-0.9
0.6-1.0
0.7-1.2
0.8-1.3
0.9-1.4
1.0-1.5
6
又，为了保证油封的密封效果，必须控制油封的外径公差。如表5所示：
表5.油封外径的公差控制值
公称直径Ø
< 50
-0.15
50-80
+0.35
+0.20
+0.35
80-120
+0.20
120-180
+0.25
180-300
+0.25
300-400
+0.33
400-500
+0.33
500-630
+0.35
630-800
+0.40
800-1000
+0.45
1000-1250
+1.00
+0.55
+0.50
+1.10
+0.60
+0.38
+0.60
+0.45
+0.85
+0.45
+0.95
+0.33
+0.53
+0.75
+0.40
+0.85
+0.28
+0.48
+0.65
+0.35
+0.75
+0.23
+0.43
+0.55
+0.35
+0.65
+0.23
+0.35
+0.55
+0.30
+0.65
+0.20
+0.35
+0.45
+0.30
+0.55
+0.18
+0.30
+0.45
+0.25
+0.55
+0.15
+0.28
+0.20
+0.45
+0.25
+0.45
+0.10
+0.23
+0.13
+0.25
G型平坦和细沟槽
+0.30
G型粗沟槽
+0.40
M和L1
+0.20
7.油封座孔及轴的设计和加工要点
a, 油封座孔设计和加工要点
• 保证油封座孔对于旋转轴的同轴度。
• 采用外骨架油封时，应注意选择热膨胀系数与座孔材质相近的金属牌号的材料制作骨架以确保油封装配后的牢靠性和可拆性。同时，使用外骨架油封时在装配时应在油封外缘涂敷密封胶。
• 保证油封座孔的圆度及内径的加工精度和对于轴的装配精度。
油封座孔必须保证呈正圆且不能有椭圆或锥度的情况出现。另外，油封座孔的加工精度和粗糙度应符合表6规定。
7
表6.油封座孔及旋转轴的加工精度和粗糙度：
部 位
公 差
座
孔
无骨架油封
骨架油封
H11
H9或H8
h9或f9
Ra≤
3.2
1.6
0.8-0.4
Rz≤
12.5
6.3
3.2-1.6
直 径
表面粗糙度
旋 转 轴
另外，油封在使用过程中的最大偏心量应严格控制，以确保密封效果。其范围如表7所示：
表7.油封 的最大偏心量
油封形状
带弹簧油封
轴径
轴偏心量 安装偏心量
不带弹簧油封
轴偏心量 安装偏心量
>25
25-65
<65
0.20
0.30
0.40
0.15
0.20
0.25
0.10
0.15
0.25
0.10
0.10
0.15
b,旋转轴的设计和加工要点
旋转轴表面必须具有一定的表面硬度和表面粗糙度。旋转轴的表面硬度，一般取HRC30—40。当油封基体材料的表面，即，其密封副的滑移表面粘贴有聚四氟乙烯树脂，或为复合结构或者在橡胶基体材料的表层，经过浸氟或等离子喷氟处理时，轴的表面硬度应取HRC50-60。而在被污染的介质中，轴的表面硬度应高于HRC60。
由于旋转轴的表面粗糙度直接影响密封装置的密封效果。因此，旋转轴的表面粗糙度及加工精度必须满足表6规定。同时，为了防止加工旋转轴时产生的表面粗糙度，因在运转时对于油封密封副处的“泵吸”影响而造成的泄漏。要求在对旋转轴作表面精加工时必须作垂直进给的磨削加工。以使旋转轴在密封唇口部位的表面产生无螺旋纹的“乱向”轴面。以提高密封装置的密封性能。
8．耐压型GBP和MBP油封
耐压型油封油封的选用与旋转轴的线速度有关（见图3所示）。如轴径为ф20mm的旋转轴，在转速小于600转/分的条件下，可满足在介质压力10bar的条件下正常使用。而当轴的转速为1000转/分时，ф20mm轴径的GBP和MBP油封，仅能满足在介质压力为6 bar工况条件下使用。又以轴径ф80mm为例，当轴的转速达1500转/分时，此时的GBP和MBP油封仅可满足介质压力为2 bar的工况条件下使用。若轴的转速为500转/分的工况条件时，则可满足介质压力为7.5 bar的条件下使用。
8
图2.使用速度与密封材料的选用
图3油封的允许耐压能力
9. 油封的密封副相关要素选择
旋转油封的密封副相关要素的正确选择，直接影响旋转轴油封密封装置的密封性能，其要素包括油封的摩擦系数、油封的径向力大小及油封材料对介质的匹配选择。如表8、表9和表10所示。
表8油封的摩擦系数：
润滑油种类
2#润滑油
1#锭子油
3#陆用内燃机油
最 低
0.3
0.2
0.3
最 高
0.8
0.45
1.0
9
表9油封较佳的径向力范围：
轴径
(mm)
40
60
80
100
总径向力(kg)(周长上)
最低
1.6
1.7
2.8
3.1
最高
3.2
3.7
5.8
6.5
单位长度径向力(g/cm)
最低
121
90.2
111.5
98.7
最高
242
196.3
230.9
209
*以100mm轴径的高速油封为例其径向力在100g/cm左右为最佳，使用寿命最长，若超过200g/cm时，使用寿命急剧下降。
表10.常用橡胶材料的特征和用途
橡胶种类
中高丁腈橡胶
高丁腈橡胶
中丁腈橡胶
聚丙烯酸脂橡胶
硅橡胶
氟橡胶
丁基橡胶
乙丙橡胶
聚四氟乙烯树脂
代 号
HM-NBR
H-NBR
M-NBR
ACM
SR
FR
IR
EPM
PTFE
特 征
最普通的材料，耐油性和耐摩性好
低度苯胺点油用，耐油性和耐摩性优异
高苯胺点油用，耐寒性好
耐热性和耐油性优异
耐热性优,密封性优;压缩变形小,耐摩性差
耐热性、耐油性、耐药品性优异
耐热性、耐药品性优异，耐油性差
耐气候性、耐药品性优异，耐油性差
耐热性、耐油性、耐药品性优异,密封性差
代表性用途
一般工业润滑油
燃料油,往复轴
高粘度油
高速齿轮油
高速,高温,内燃机油
高温油,药品
药品,合成工作油
药品,合成工作油
高温,药品,低润滑
10．用于冶金、造纸、船泊和大型设备的专用油封
冶金、造纸、船泊和大型机械设备专用油封，系重型机械专用的特殊结构和大规格的油封。其使用条件如表11所示。
表-11.冶金、造纸、船泊和大型机械设备专用油封
适用主机
轧机
造船
土木
型式 胶种 规格
100-1780
110-1250
345-88
适用压力
0.5bar
0.5bar
1bar
适用速度
25m/s
15m/s
15m/s
TGU（R35）TGR（R36）TGA（R37） B/NBR
TGU（R35）TGR（R36）TGA（R37） C/FKM
R58唇口向外、防水 B/NBR
注：B—棉纤 C—化纤
TGU（R35）适用于润滑充分的条件。
TGA（R36）需要根据额外润滑（油封需背对背安装）。
11．油封泄漏的产生原因及判别
油封失效，导致密封装置泄漏的原因颇多，基本原因可归纳如表12所示。
表12. 密封装置泄漏的原因分析
10
装配后
立即漏油
使用短时 使用相当时 当油封漏油时,请你按如下顺序进行检查,就可以很
油封唇口方向是否装反
弹簧是否掉出槽外。
弹簧是否不在轴上，如是否装在轴套的凹槽上。
油封唇周围是否有灰尘等杂质。
轴的花键孔、键槽是否将唇口划伤。
油封唇在轴上有无固定位置。
轴和倒角是否过于尖锐，将唇口划伤。
轴的表面粗糙度是否达到要求。
轴和油封唇接触处是否有划伤。
轴的加工精度是否在h11范围以内。
腔体口端是否按规定倒角。
腔体孔壁有无纵向划痕及铸造缺陷。
轴的振动频率是否过大。
油封的安装偏心是否过大。
运转时油封唇是否保持润滑。
介质压力是否超出设计要求。
油封的胶种不适用于齿轮油或酸性介质。
旋转线速度是否超出设计要求。
油封附近的温度是否过高。
工况条件是否符合设计要求。
油封的保管储存方法是否恰当。
12. 油封的装配
装配油封应该使用专用工具并严格按照安装工艺顺序进行。且，油封装配前因在油封表面涂敷
润滑脂。装配的专用工具和装配工艺及顺序如图4a-图4e。所示。
压机安装：
正确的安装方法：油封往腔体内安装时应尽量采用专用工具。与油封端面接触的工具的压入端的尺寸必须与所安装的油封外径实际尺雨相近。如图4a。
11
不正确的安装方法：
之一：是由于与安装的油封的外径实际尺寸相差过大。如图4b。
12
之二：是由于油封没有以正确的姿态放置在腔体口上（位置不正）。如图4c。
手工安装：
正确的安装方法：把被装油封正确放置于腔体口，在油封的上部加一合适厚度的挡板，然后用手锤对其进行对称的均匀敲击，使油封慢慢进入安装位置。如图4d。
13
不正确的安装方法：不用挡板，直接用手锤敲击油封本体。如图4e。
注：在安装外骨架油封时，需在腔体清洁以后涂敷密封胶。
注：在轴插入油封唇口时，必须采取保护措施。防止安装过程中，如：通过花键或螺纹时拉坏唇口。并且涂敷润滑脂。
13.油封的存储
橡胶密封制品的储存条件和储存方法，可以在很大程度上决定密封制品的使用寿命。当然，储存环境包括温度、湿度、氧气、臭氧和紫外线„等等影响因素。如果橡胶密封制品得到正确存放，则橡胶密封制品的性能将可以在较长时间内不发生变化。
橡胶密封制品的储存，应保持室内环境清凉、干糙、无尘和通风良好。存放环境温度应保持在－10℃至＋20 ℃范围内。若超过这个温度范围，则会导至密封制品寿命缩短。另外，橡胶密封制品的存放环境温度和使用环境的温度之差不能相差太大。冬季取暖时，加热器及其管道应于屏蔽。加热器和橡胶密封制品之间，应保持1M以上的距离。储存室内的最佳湿度应为65％。室内的光线宜暗淡，且所有窗户应采用红色或桔红色的窗帘，决不可使用蓝色的窗帘。因为，所有的光线都会发出紫外线，同时，室内不能使用荧光灯照明和使用会发生电弧光的设备。从而，因产生紫外线和臭氧。造成橡胶密封制品的损伤。
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为了防止臭氧生成及防火。所有电器设备、马达或其他会产生电火花和高压电场的设备都不能放置在室内运转。另外，溶剂、燃油、润滑剂和化学制品、酸及消毒剂等都不能与橡胶密封制品放在同一个储存室内。一般，也不准把橡胶密封制品悬挂或悬吊在金属钉、钩上。也不能把它们多层叠放。橡胶密封制品的码放必须整齐、有序。并且，应该做到先进先出的仓储流水顺序，使其不要过早产生老化和变形。所有橡胶密封制品在装配前，最好放在原始的包装内。
橡胶密封制品的储存标准，详见DIN7716和ISO2230。
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