外力冲击、润滑油膜压力下降等因素影响，使两个摩擦副的中心发生相对偏移，即使在初装配时也很难保证同轴。发明人发现，油封能否实现同轴对心和油封是否采用对称相同的结构根本毫无关系，而且在大多数时候，油封的运行状态都是动态的，润滑油、脂的粘度随环境温度或自身摩擦生产的温度上升，油楔动力的作用逐步减弱，导致系统润滑油、脂压力降低，油封失去了自动浮动对心的动力，而此时油封的两个摩擦副并非能保持同轴对心旋转。这样，虽然采用对称结构，但两个摩擦组件的磨损位置会生产不对称状况，运行一段时间，摩擦面就会产生磨损度不均匀现象，那么接触质量会严重下降，使用寿命当然会加速递减，这也是现有浮动油封的实际使用寿命往往会远低于理论和设计使用寿命的原因。正是基于这样的研究结果，发明人设计了非对称的摩擦副2，这样虽然相对地提高了加工的成本，但是可以极大地提高油封的实际使用寿命，发明人经过实验比较，发现本发明的油封在使用寿命上比现有油封至少提高了三分之一以上，在较恶劣的工作环境，这种效果会更为明显，结合使用寿命来看，油封的实际成本并未增加，反而降低。其次，本发明的结构能有效保证摩擦面为线接触，发热量较低，摩擦副2的接触质量和密封效果都较好，而且锐面摩擦副组件2b的截面为一侧窄一侧宽的形状，这样能够在使用过程中发生磨损时，保证其耐摩擦工作面能够具有由窄线形一侧逐渐磨损、宽度逐渐磨损变宽的一段过程，在这段过程中油封仍能正常使用。
[0022]进一步地，为提高使用寿命，所述锐面摩擦副组件2b的截面为半椭圆形或梯形，也可以采用三角形或者半圆形。为适应大批量生产，降低机加工成本，优选采用梯形为截面形状。所述锐面摩擦副组件2b的摩擦工作面宽度优选为0.3-1.5mm。
[0023]为进一步提高使用寿命，所述摩擦副2采用氧化铝陶瓷材料或其它工程陶瓷材料制成。在线接触的摩擦状态下，其结构决定了摩擦的发热量很小，完全能被润滑油、脂导出，因而选择导热系数较差的陶瓷材料，也不会产生导热不良温度升高的问题。所述摩擦副2采用氧化铝含量75°/『99%、原晶粒度小于0.δ-?μ?的氧化铝陶瓷粉料，干压、等静压成型后，毛坯1200~1700°C高温烧结而成，毛坯烧结温度优选为1400~1650°C。这样制备出来的陶瓷材料的摩擦副2硬度更大，耐磨性能最优，使用寿命也最长。加工出的陶瓷材料的摩擦副2可以采用过盈配合或者粘接的方式固定在密封环体I的端面。
[0024]本发明的摩擦副2组件以及整个浮动油封环体还可采用含有改性纳米级陶瓷晶粒作为第二相质点弥散强化后的金属材料制成，陶瓷晶粒的含量为0.1°/『4%，，这样一来可以直接采用铸造或者粉末冶金的制造方式，将摩擦副2和密封环体I 一体化成型，相较于陶瓷材料的工件，加工和生产成本会更低。在制造时，只需将事先购置的改性纳米级陶瓷晶粒均匀混入金属材料中既可，除非对称结构会加开一套模具外，其生产加工和现有油封几乎没有区别。弥散化分布的陶瓷晶粒能够有效提高金属的机加工性能，其强度、耐磨性能等均会有较大幅度提高，而且导热性能几乎不会有任何变化，虽然耐磨性不如陶瓷材料，但导热性、韧性都更好，而且加工成本更低。
[0025]为提高弥散强化效果，所述摩擦副2构件以及整个浮动油封环体内改性纳米级陶瓷晶粒的颗粒粒度不超过60nm，陶瓷晶粒的颗粒粒度优选为10~30nm。所述摩擦副2构件以及整个浮动油封环体内陶瓷晶粒优选采用Al2O3陶瓷晶粒或ThO 2陶瓷晶粒或Y 203陶瓷晶粒或上述陶瓷晶粒的组份混合体。
[0026]在实际生产过程中，为进一步降低成本，也可以单对平面摩擦组件2a采用高强度的材料，比如上述提及的陶瓷材料或者用陶瓷晶粒作为第二相质点弥散强化后的金属材料等，以保证在偏心运行时，平面摩擦组件2a的摩擦面能够不易损坏，保持理想润滑状态。
[0027]相比目前现有浮动油封而言，本发明在有效保证密封效果的同时，耐磨性能优异且使用寿命久，与现有浮动油封相比，实际使用寿命至少延长了 80%以上。
[0028]本发明的核心是采用非对称设计的线面配合摩擦副2替代原有浮动油封的对称截面摩擦副，以达到既增加耐磨性和使用寿命，又能有效保证密封效果的目的，因此，本发明的保护范围不仅限于上述实施例，在本发明原理的基础上，任何利用上述机理的改变或变形，均属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种窄线、面摩擦副浮动油封，包括上、下结构对称的一对密封环体(1)，其特征在于:所述一对密封环体(1)的相对的两个端面分别设置有耐摩擦组件，两个耐摩擦组件形成一对对位配合的摩擦副(2);所述摩擦副(2)的一个耐摩擦组件为平面摩擦组件(2a)，其摩擦工作面为平面，其最小宽度大于浮动油封装配时所允许的最大中心偏心距离，另一个耐摩擦组件为锐面摩擦副组件(2b)，其截面为一侧窄一侧宽的形状，窄侧的窄线型端面为工作面。2.根据权利要求1所述的窄线、面摩擦副浮动油封，其特征在于:所述锐面摩擦副组件(2b)的摩擦工作面宽度为0.3-1.5mm。3.根据权利要求1或2所述的窄线、面摩擦副浮动油封，其特征在于:所述锐面摩擦副组件(2b)的截面为半椭圆形或梯形。4.根据权利要求1或2所述的窄线、面摩擦副浮动油封，其特征在于:所述摩擦副(2)采用氧化铝陶瓷材料或其它工程陶瓷材料制成。5.根据权利要求4所述的窄线、面摩擦副浮动油封，其特征在于:所述摩擦副(2)采用氧化铝含量75°/『99%、原晶粒度小于0.δ-?μ?的氧化铝陶瓷粉料，干压、等静压成型后，毛坯1200~1700°C高温烧结而成。6.根据权利要求5所述的窄线、面摩擦副浮动油封，其特征在于:所述摩擦副(2)毛坯烧结温度为1400~1650°C。7.根据权利要求1或2所述的窄线、面摩擦副浮动油封，其特征在于:所述摩擦副(2)组件以及整个浮动油封环体，采用含有以改性纳米级陶瓷晶粒作为第二相质点弥散强化后的金属材料制成，陶瓷晶粒的含量为0.1%~4%。8.根据权利要求7所述的窄线、面摩擦副浮动油封，其特征在于:所述改性纳米级陶瓷晶粒的颗粒粒度不超过60nm。9.根据权利要求8所述的窄线、面摩擦副浮动油封，其特征在于:所述改性纳米级陶瓷晶粒的颗粒粒度为10~30nm。10.根据权利要求7所述的窄线、面摩擦副浮动油封，其特征在于:所述摩擦副(2)组件以及整个浮动油封环体内改性纳米级陶瓷晶粒为A1203陶瓷晶粒或ThO 2陶瓷晶粒或Y 203陶瓷晶粒或上述陶瓷晶粒的组份混合体。11.根据权利要求8~9所述的窄线、面摩擦副浮动油封，其特征在于:所述摩擦副(2)组件以及整个浮动油封环体内改性纳米级陶瓷晶粒为A1203陶瓷晶粒或ThO 2陶瓷晶粒或Y 203陶瓷晶粒或上述陶瓷晶粒的组份混合体。
【专利摘要】本发明提供了一种窄线、面摩擦副浮动油封，包括上、下结构对称的一对密封环体，所述一对密封环体的相对的两个端面分别设置有耐摩擦组件，两个耐摩擦组件形成一对对位配合的摩擦副；所述摩擦副的一个摩擦组件为平面摩擦组件，其摩擦工作面为平面，其最小宽度大于浮动油封装配时所允许的最大中心偏心距离，另一个摩擦组件为锐面摩擦副组件，其截面为一侧窄一侧宽的形状，窄侧的窄线型端面为工作面。本发明能够有效提高工作面的耐磨损度、增加使用寿命、并且能够有效保证密封。
【IPC分类】F16J15/50
【公开号】CN105351530
【申请号】CN201510760644
【发明人】李纯
【申请人】李纯
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年11月10日