一種新型的低摩擦油封摘要：本文介紹了目前汽車發動機油封的種類、作用、結構和性能，主要包含以低摩擦扭矩為切入點介紹了一種新型的低摩擦油封的設計、結構、作用。通過靜態泄漏率、動態耐久、低溫密封、低摩擦性能、油封安裝等方面的試驗與其他種類的油封進行對比，介紹了新型易安裝低摩擦油封在發動機中的優勢。關鍵詞：低摩擦，油封，低摩擦扭矩，易安裝1. 汽車油封的發展與現狀隨著汽車技術的發展和排放要求的提高，對于越來越多的汽車零件，降低工作中所產生的摩擦扭矩日益成為節能減排和提高燃油經濟性的重要促進因素。目前在市面出現一款新型的低摩擦油封，其低扭矩性能相比市面上大范圍運用的彈簧油封和ptfe油封有著大幅的提高，而且相比其它油封的缺點此種新型低摩擦油封進行了很好的優化設計。與傳統的彈簧油封相比，摩擦扭矩降低了50%，對于ptfe油封相比，摩擦扭矩更是有大幅降低。這款油封不僅減小徑向的截面尺寸、使結構更緊湊，而且材料兼容各種油品，滿足高轉速高溫的要求。骨架油封是油封的典型代表，一般說的油封即指的是骨架油封。油封的作用一般就是將傳動部件中需要潤滑的部件與出力部件隔離，不至于讓潤滑油滲漏。骨架就如同混凝土構件里面的鋼筋，起到加強的作用，并使油封能保持形狀及張力?？v觀近代動態骨架油封的發展歷史，經歷了以下歷程：彈簧油封，ptfe(聚四氟乙烯)油封，低摩擦油封。 圖1 彈簧油封 圖2 聚四氟乙烯油封彈簧油封（圖1）主要靠主密封唇進行密封，通過彈簧的夾緊力以及油封旋轉時產生的油膜起到密封作用，主密封唇下部的回油線也能很好的把泄漏出來的機油泵回。此油封的優點是靜態密封效果卓越，但是動態密封效果一般。主密封唇會隨著使用的時間逐漸磨損，從而影響油封的密封性能。油封密封唇的材料也多種多樣，有丁腈橡膠，氫化丁腈，丙烯酸酯，乙烯丙烯酸酯,氟橡膠等。ptfe（聚四氟乙烯，也稱特氟龍）油封（圖2）主要靠主密封唇進行密封，通過ptfe材料上加工出的螺旋型泵油線進行密封，通過ptfe材料本身以及設計產生的抱緊力起到密封作用。此油封的優點是動態密封效果優異，但是靜態密封效果一般。由于ptfe的摩擦系數相當小，所以軸在工作時對于ptfe材料產生的磨損并不大，但是由于抱軸力和接觸面積的影響，油封產生的摩擦扭矩比較大。此油封密封唇材料為聚四氟乙烯，此材料的耐油，耐溫性能優越于各類橡膠。此油封的結合有兩種形式，一種為金屬沖壓式，一般以內外骨架沖壓的形式把ptfe密封唇和ptfe防塵唇結合在一起（圖3）。另一種結合形式為橡膠模壓（圖4），一般以乙烯丙烯酸酯和氟橡膠作為連接金屬和ptfe的介質，在綁定ptfe密封唇的同時，橡膠也充當為防塵唇的形式，一般為非接觸式防塵唇。 圖3 金屬連接式油封 圖4橡膠模壓油封ptfe的失效形式基本原因由灰塵侵入為主，所以防塵的設計尤為重要，市面上有無紡布防塵的設計（圖5）也有用金屬軸套的防塵設計(圖6)。對于無紡布的防塵設計來說，此設計對灰塵的防止有很好的作用，但是對于泥漿的防御卻效果一般。對于金屬軸套的防塵設計來說，既降低了工作軸的加工要求，又提供了迷宮式的防塵方式，對于灰塵和泥漿都有著很好的防御作用，而且有利于產品的安裝。唯一的缺點就是價格略貴且對安裝空間有要求。 圖5 無紡布防塵 圖6 金屬軸套防塵隨著發動機對于節能減排和燃油經濟性要求的日益增強，這對于油封產品也帶來了機遇和挑戰。為了降低油封工作中所帶來的摩擦損失，各大油封供應商都開始開發低摩擦油封。目前市面上的低摩擦油封主要采用類似ptfe形式的設計，使用acm和fkm材料，通過一定的設計使橡膠成型的密封唇既產生一定的泵油功能又帶來比較小的磨損損失（圖7）。 圖7 類似ptfe唇形結構的油封 2. 新型的低摩擦油封目前出現一種新型的低摩擦油封，此油封結構參見見圖9、圖10。 圖9 低摩擦油封結構 圖10 油封骨架形式此油封的外徑密封采用橡膠材料，結合簡化的骨架設計，可以節省油封的使用空間。外徑密封也可以結合使用其它的形式，如全露、半露骨架（圖9，圖10(a)(b)(c)）。雙支點的截面設計可以保證即使在軸的偏心和跳動都比較大的情況下，密封唇都能與軸保持一致的接觸，油封與軸的接觸壓力也能保持穩定（圖9），從而達到抱緊力和低摩擦的平衡。特殊設計的與油封結合在一起的安裝特性。不需要特殊的工裝（導向套），就可以安裝油封。（圖9）靜態的密封環，可以提高油封的氣密性（圖9）。主密封唇的螺旋線，起到回油，泵油的作用（圖9）。接觸式的防唇塵也主密封唇結合在一起，減小了防唇塵對軸的阻力，也提高了防唇塵對軸的隨動性能（圖9）。2.1新舊油封性能比較（1）結構比較對于傳統彈簧油封來說，由于彈簧的抱軸力較大，其靜態密封性能較好。而動態時由于回油線相對較弱加上主密封唇所產生的泵吸效應不強，隨著使用時間的增加和主密封唇的磨損，動態密封性能會越來越弱。對于ptfe油封來說，由于密封機理不同，其動態時的泵油性較彈簧油封有很大的提高。但是由于封油線為螺旋型設計，即使增加了止油突起，靜態密封性能還是較弱。因此對于此兩種不同的油封在靜態和動態時各有優勢和弊端。新型低摩擦油封則很好的平衡了這兩種情況（圖11）。對于靜態密封（圖9）而言其靜態密封圈能起到類似于彈簧油封的作用，在油封靜止的情況下提供合適的抱軸力以實現靜態密封圖11 新低摩擦油封的結構（2）靜態泄漏率實驗比較我們對不同種類的油封進行同樣環境的實驗。實驗證明，在14kpa的壓強和不同的同軸度情況下，新型低摩擦油封的泄漏率相對ptfe和其他低摩擦油封有了很大的提高，滿足了每分鐘小于5毫升泄漏率的要求（圖12）。圖12 泄漏率實驗比較（3）動態耐久實驗比較我們對不同種類的油封進行同樣環境的實驗： 設定試驗循環 0.1小時 1500轉，無潤滑油；22.9小時6000轉，油溫150c,5w20潤滑油覆蓋1/8軸徑高度；1小時 靜止，無潤滑油。軸跳動0.25mm tir,靜態軸孔偏心0.64mm tir,油封安裝傾斜0.25mm tir.從結果來看，ptfe的耐久時間最長，為2500小時，新型低摩擦油封耐久時間為2000小時，達到了大于規定的1500小時的要求，可見此新型油封的動態密封性能也比較優異（圖13）。圖13 密封動態耐久實驗比較 （4）低溫密封實驗比較對于低溫時的動態密封，使用了兩種不同軸徑但同樣材料的油封進行試驗。試驗按下列順序循環：1.5分鐘 1500轉，油溫-37c無潤滑油；4.5分鐘1500轉，室溫,5w20潤滑油覆蓋1/8軸徑高度；換潤滑油。軸跳動0.25mm tir,靜態軸孔偏心0.51mm tir,油封安裝傾斜0.25mm tir.從結果來看，在使用同種橡膠（fkm）的情況下，ptfe油封，彈簧油封及新型低摩擦油封都能達到25個循環的要求，而其他低摩擦油封由于低溫下抱軸力損失過大等問題較早的產生泄漏（圖14）。圖14 低溫密封實驗比較（5）低摩擦性能驗證比較對于低摩擦油封來說降低摩擦扭矩是最關鍵的，此油封通過獨特的設計在保持密封力的情況下最小化抱軸力，使密封唇對軸產生的摩擦扭矩大大降低。以下實驗驗證了其低摩擦性能，此實驗使用了三種不同設計但軸徑相同的油封進行試驗。試驗情況如下：軸轉速500-6000rpm, 油溫80c,5w20潤滑油覆蓋1/3軸徑高度,軸跳動0.25mm tir.從結果來看，新型低摩擦油封的摩擦扭矩低于0.3nm，在2000轉后達到扭矩小于0.25nm的要求。（圖15）圖15 低摩擦性能驗證比較（6）油封安裝便利性比較安裝也是油封中很重要的一個環節。安裝的簡易程度，防錯性，是否需要工裝都直接關系到油封的使用。而油封的設計直接影響到其安裝和使用。新型低摩擦油封通過其獨特設計，使油封的裝配不需要導向工裝，而且不會引起翻唇，大大提高了油封的使用安全性。對于此油封，安裝步驟如圖 16。安裝油封時先把油封裝入孔中，然后把軸慢慢推入，軸會首先接觸到密封唇的輔助唇，隨后沿著輔助唇和主密封唇所形成的形狀推動主密封唇進入軸主體。待主唇完全進入后，會在彈力的作用下貼合到軸的密封區域上，以完成裝配。總的來說，這種設計能大大簡化油封的安裝，并能有效防止因安裝錯誤所導致的翻唇情況，免去了特制工裝的投入，對于裝配來說效果很好。圖16油封安裝便利性比較3.結論綜上所述，新型低摩擦油封通過其獨特的設計，在兼顧動態和靜態密封的同時，降低了工作中所產生摩擦扭矩，既減小了安裝空間又簡化了安裝的過程。對于降低發動機功耗和節能減排有著很好的效果。參考文獻：1 馬懷琳 汽車油封技術及發展動向 期刊論文- 汽車技術1994(11)2 葉子波發動機油封的密封性能及磨損機理研究 20093 李建國 油封結構優化設計20073.于政武 影響車輛油封動密封的因素和解決方法 1992(02)4. a gorrino;c angulo;j canales theoretical analysis of the pumping effect of rotary hydrodynamicseals with elastomeric lips外文期刊 2007(5)5.海因茨 k米勒;英伯納德 s納烏;程傳慶 流體密封技術:原理與應用 20026.譚清明 聚四氟乙烯復合材料燒結過程溫度控制研究期刊論文-潤滑與密封 2009(07)7.葉盂蜍，李祖彬 汽車油封的研究與進展期刊論文-特種橡膠制品 2011(3)8. 劉桂明，宋躍茹，張伯洪骨架軸唇密封圈及模具概況j橡膠工業，2004，51(2)9. e t jaggerrotary shaft seals：the sealing mechanism of synthetic rubber seals running at atmospheric pressurejproc insmmeeh engrs，195710. 張銀東 楊 琦 孫玉清 油封密封中旋轉軸磨損對策研究 期刊論文-潤滑與密封 2006(10)作者1 : 汪震 男 同濟大學 1981年 在職研究生 工業工程專業電話地址 長陽路1658弄11號1104室 郵編200092郵箱地址 20354384作者2 : 徐克林 女 同濟大學 工業工程專業導師a new type of low torque dynamic sealstongji university-mechanical and energy engineering1 wang zhen2 xu kelin3(1. tongji university-mechanical and energy engineering shanghai 200092; 2. tongji university industry and engineering shanghai 200092; 3. tongji university industry and engineering shanghai 200092 )abstract: this paper described the type, function, structure and property of dynamic seals in automotive application. introduced a new type low torque dynamic seal from design, structure, function. compare the s