密封壽命是影響電動(dòng)工具適用壽命的關(guān)鍵因素和衡量電動(dòng)工具性能的重要指標(biāo)。簡(jiǎn)述唇形油封的密封結(jié)構(gòu)和原理，分析電動(dòng)工具轉(zhuǎn)子軸動(dòng)- 靜組合密封系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)和工作原理，對(duì)工作狀態(tài)下油封唇口的位移和應(yīng)力分布進(jìn)行仿真，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證密封系統(tǒng)的有效性。

　　旋轉(zhuǎn)唇形油封是旋轉(zhuǎn)機(jī)械密封用機(jī)械元件，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、密封性好、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，廣泛使用在電動(dòng)工具轉(zhuǎn)子軸、輸出軸等動(dòng)密封場(chǎng)合。電動(dòng)工具轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速一般為20 000 ～30 000 r/min，轉(zhuǎn)子軸線速度通常為15 ～25 m/s，齒輪油油溫為120℃左右，壓力為0 ～0.3 MPa，屬于高溫高速的使用環(huán)境，常用的油封材料有丁腈橡膠、聚丙烯酸酯膠、硅橡膠、氟橡膠、聚四氟乙烯混合材料、聚醚酰亞胺等。

　　目前，國內(nèi)外對(duì)唇形油封的研究逐漸深入，并通過計(jì)算機(jī)輔助分析與設(shè)計(jì)的方式來對(duì)唇形油封的各種性能進(jìn)行研究。Maoui建立油封彈性部分三維模型，對(duì)模型的流體彈性動(dòng)力潤滑特征進(jìn)行了數(shù)值模擬分析。Salant指出了油封唇面粗糙度對(duì)油封動(dòng)態(tài)密封的重要作用。李建國等利用ANSYS 建立了油封的二維軸對(duì)稱模型，分析了腰厚、密封唇口平面到彈簧中心平面的距離和過盈量對(duì)最大接觸應(yīng)力與分布的影響。專利方面，US-20130042454 A1 介紹了一種新型的圓角接觸式的唇形油封，是一種介于軸向密封與徑向密封之間的密封方式；US-20100155254 A1 介紹了一種V 型上下雙唇式密封圈結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了單個(gè)密封圈雙層密封的方法。

　　隨著電動(dòng)工具工業(yè)的不斷發(fā)展，電動(dòng)工具轉(zhuǎn)子系統(tǒng)工作溫度和轉(zhuǎn)速不斷提高，給潤滑與密封帶來更為苛刻的工作條件。本文作者介紹了唇形密封的密封結(jié)構(gòu)與原理，設(shè)計(jì)了電動(dòng)工具動(dòng)- 靜結(jié)合式轉(zhuǎn)子軸混合密封系統(tǒng)，并通過試驗(yàn)和數(shù)值方法分析了其性能。

　　1、電動(dòng)工具用的唇形密封結(jié)構(gòu)與原理

　　電動(dòng)工具使用的唇形密封為單唇帶彈簧骨架油封，結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 典型外露骨架油封結(jié)構(gòu)及主要參數(shù)

　　工作狀態(tài)下，唇口處與軸過盈配合，密封唇與旋轉(zhuǎn)軸之間產(chǎn)生油膜，由于油液在旋轉(zhuǎn)軸表面上形成Taylor 渦流，與噴射泵相似，緊鄰密封平面的渦流不斷旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生一種向內(nèi)的泵吸效應(yīng)，在一定轉(zhuǎn)速下，它與被密封的流體靜壓力相等，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)密封。當(dāng)前唇角α 大于后唇角β，凈泵吸效應(yīng)向油側(cè)。泵吸微觀模型示意圖如圖2 所示。

圖2 泵吸微觀模型示意圖

　　3、結(jié)束語

　　設(shè)計(jì)的動(dòng)-靜結(jié)合式轉(zhuǎn)子軸混合密封系統(tǒng)，能夠滿足電動(dòng)工具的密封要求。未來提高電動(dòng)工具密封效果的途徑仍有很多，如研制高性能的密封材料，采用端面密封技術(shù)或者多級(jí)機(jī)械密封結(jié)構(gòu)等。獲得結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、耐久穩(wěn)定的密封，是電動(dòng)工具轉(zhuǎn)子軸密封追求的目標(biāo)。