（毕业设计论文）FAG双沟道外圆磨床主轴密封环的设计.docVIP

l FAG双沟道外圆磨床主轴密封环的设计 摘 要：本文征对进口磨床主轴密封环磨损造成的漏油问题进行了密封环的改造工作，通过自行设计、计算、加工和装配，应用效果良好，解决了无进口配件的问题。 关键词：外圆磨床 密封环 泄漏 间隙 流量 文献标识码：b 引言 20世纪80年代，fag双沟道外圆磨床是我国许多大中型企业从德国引进的设备，自引进后运行状态一直很好，但由于使用年限长，使得主轴的密封环磨损而产生严重漏油，泄漏的润滑油跟冷却液混和而无法回油箱循环使用，所用的润滑油又是进口的c46，造成很大的浪费，而且易使主轴失油过多，因油液供应不足而有烧坏的危险。因此，必须更换密封环以根治泄漏，为此，必须设计确定密封环的尺寸。 一、确定间隙（δ） 由于密封环内孔已磨损，实测无法得到其与主轴的准确间隙，而这种只用一个金属环密封的形式也很罕见（见图1），因此也无资料可参考，为此，通过如下计算可得出最佳间隙（δ）． （一）计算允许的主轴轴向泄漏油液的回油孔（d=φ5）的最大流量（q） 由于小孔直径小，而油液有一定的粘度，因此流动的雷诺数re比较小，属于层流范围，在此基础上，推算出小孔的流量（q），如图2所示，先取一微小圆柱体的液体，它与小孔具有共同的轴线，根据作用在微小圆柱体上的力，引出它在流动方向上的平衡方程式，微小圆柱体表面上的切应力为 其中μ----油的动力粘度 u----油的流速 因此可得下列微分方程式： (－2πrlμ) ＝πr2（p1－p2 ） 即(-μ) 式中δp----长度l上的压差， 即δp＝p1-p2 积分上述微分方程式： μ=(-δpr2/4μl)+c 当r=r时，u=0， 则c=δpr2/4μl 所以u＝-δp（r2-r2）/4μl 为计算流量，取半径r处厚度为dr微小环形面积如图2所示，通过此环形面积的流量： dq=u2πrdr q= u2πrdr=(πδp/2μl) (r2-r2)rdr=πr4δp/8μl 或q=πd4δp/128μl （1） 由于液体是靠自重流动，如图1， δp=mg/s=ρvg/s=ρs.hg/s=ρhg （2） 式中ρ----油液的密度 ｓ----孔的截面积 h----孔的垂直高度 将(２)式代入(１)式得：q=πd4ρhg/128μl (3) 式中l----油液流经的长度. （二）计算允许的主轴轴向最大泄漏量（ｑ） 以固定壁面所组成的流速规律（图3）为例， 用ｑ＝ uda的关系式来求出泄漏量，式中da为微小过流断面，两平行平面所组成的缝隙h=常数，可得流速u为: 如果缝隙宽度为b，则微小过流断面da=bdz，由此流量q为： q= uda= ubdz 因为h很小，液流无z方向运动，因此dp/dx与z无关， 所以 由此可得 =-12μq/bh3=常数. 即在两平行平面所形成的缝隙中沿x方向的压强改变率是不变的.如果沿l长度内压强由p1降至p2，两平行平面缝隙中压强分布如图4， 即压强降δp=p1-p2，则压强变化率为： （p２-p１）/2=-δp/2 这个变化率等于 即 代入上述流速及流量公式，得 u=δp（h-z）z/2μl q=bh3δp/12μl 式中l----两平行平面长度 上述结论也同样适用于两平行圆柱面所形成的同心圆环缝隙，把式中宽b用环缝周长πd代替得 q=πdδph3/12μl (4) 由于密封环与主轴不可能达到完全的同心，实际上是偏心的环形间隙，偏心状态时，间隙h沿着圆周方向是个变量，以y表示，如图5所示， y=r-（rcosβ+ecosα） 式中e----偏心量 当β很小时，cosβ≈１， r-r=h，令e/h=ε 则y=h-hεcosα=h(1-εcosα) 间隙宽度db=rdα 由（４）式： dq=δpry3dα/12μl则 q=(δprh3/12ul) (1-εcosα)3dα =πdh3δp(1+1.5ε2)/12μl 当ε=1时，即e=h，最大偏心时，则q=(2.5×πdh3δp) /12μl (5) （三）计算最大间隙（δmax） 从主轴轴向流出的油液经回油孔(d=φ5)流回油箱(见图1)， 只要渗漏量（q）不大于小孔的最大流量（q），就不会有油漏出，因此，当q=q时的间隙是允许的不漏油的最大间隙（δmax）由（３），（５）式得 πd4ρgh/128μl=(2.5dh3δp)/12μl 即 实测得：d=φ5mm ρ=878kg/m3 l=6mm h=50mm d=φ70mm l=350mm δp=15×105pa 代入上式得h=1.18×10-5m=0.0118mm 则δmax＝２h＝２×0.0118＝0.0236mm。 （四）确定最佳间隙（δ） 以上计算所得结论是理论上允许的极限间隙，考虑到使用寿命、安全系数