油封的发展历程：从雏形到现代工业的关键部件

伍得资讯 / 2025-08-25 09:28:25

在机械运转的世界里，有一个看似不起眼却至关重要的小部件—— 油封。它默默守护着设备的润滑系统，防止润滑油渗漏，阻挡外界杂质入侵，如同忠诚的卫士，确保机械的稳定运行。今天，让我们一同走进油封的历史长河，探寻它的发展轨迹。

早期探索：从简单填料到皮革油封的出现

油封的起源可以追溯到内燃机诞生之初。当时，第一台内燃机的轴密封采用的是简单的填料方式，这种方式粗糙且效果不佳，润滑油渗漏问题频繁出现。直到20 世纪 20 年代，情况发生了改变，皮革唇形密封取代了简单填料。这一时期，油封的雏形开始显现，人们将经过耐油处理的皮革密封圈嵌入金属壳体，再压装于机体座孔。从技术原理来讲，利用金属外壳与座孔的过盈配合实现静密封，皮革唇口紧密贴紧旋转轴表面形成动密封，现代曲轴油封的基本结构已具雏形。为了增强密封效果，皮革油封通常还带有金属弹簧或紧箍来提供径向紧力，弹簧的弹力能够让皮革唇口始终保持与轴的紧密接触，即便轴在运转过程中有轻微的晃动，也能保证密封的有效性。

在那个时代，发动机的转速和温度相对不高，皮革材料凭借其一定的柔韧性和耐油性，基本能够满足当时的密封需求，为发动机的正常运转提供了一定保障。然而，皮革材料的局限性也逐渐暴露出来。它的寿命有限，在高温环境下，皮革中的纤维结构会发生变化，导致其硬化开裂；在高速旋转且润滑不良时，皮革与轴之间的摩擦系数较大，摩擦发热严重，这不仅会导致密封效果大打折扣，还会加速皮革的磨损，进而引发泄漏问题。尽管存在这些不足，早期的皮革油封作为当时可用的解决方案，为后续油封技术的发展积累了宝贵经验，在油封发展史上留下了重要的一笔。

材料革新：合成橡胶带来的飞跃

二战末期成为了油封技术发展的重要转折点。随着合成橡胶技术的发展，工程师们开始尝试用合成橡胶替代皮革作为密封唇口材料。其中，丁腈橡胶（NBR）这种耐油合成橡胶在20 世纪 40 年代后期脱颖而出，逐渐取代了皮革。从微观层面来看，丁腈橡胶分子结构中含有极性腈基，这使得它对油类物质具有良好的抗溶胀性，与皮革相比，合成橡胶具有更好的弹性和耐久性，能够在轴表面形成更为稳定的油膜密封。当轴运转时，丁腈橡胶唇口能够根据轴的微小振动和偏心自动调整贴合状态，对轴的振动和偏心也具有更好的适应性，极大地提升了密封性能。

性能指标	皮革油封	丁腈橡胶油封
耐油性	鞣制良好时耐油性能良好，但加工质量不稳定	耐油性能优异，是耐油性价比首选
耐温性	可在低于 160℃的环境下使用	一般使用温度范围约为 - 40℃至 + 120℃，特制的最高可耐受 135℃左右
耐磨性	耐磨性相对较差	具有良好的耐磨性
弹性	质地柔软，富有弹性，但弹性保持的稳定性不如丁腈橡胶	具有很高的弹性，能有效适应不规则密封表面
耐老化性	容易受环境因素影响而老化	对臭氧和紫外线敏感，容易发生老化和裂纹，在户外暴露环境中使用受限
成本	成本相对较高	成本相对较低
加工性能	加工质量不稳定	易于加工，可根据需求定制尺寸、形状和硬度

随后，橡胶与金属骨架的黏结技术取得突破。20世纪 50 年代，橡胶唇口直接硫化粘附在钢壳上的 “骨架油封” 应运而生。在硫化过程中，橡胶分子与金属表面的原子通过化学键结合在一起，这种一体化的结构设计，既保证了油封外径在机座孔中的可靠固定，又使唇口具备足够的强度和弹性，成为现代油封的经典构型。进入 60 年代，为适应更苛刻的工况条件，多种耐高温、耐化学介质的合成橡胶材料相继被开发出来，如硅橡胶（VMQ）、丙烯酸酯橡胶（ACM）以及氟橡胶（FKM）等。硅橡胶分子主链由硅氧键组成，侧链为有机基团，这种独特的结构赋予了它出色的耐高温性能，能够在更高的温度下工作；丙烯酸酯橡胶对含硫、磷、氯添加剂的润滑油有良好的耐受性；氟橡胶分子中含有氟原子，使其具有超强的耐油耐化学性能，远优于丁腈橡胶，满足了诸如航空航天、化工等领域对油封的严苛要求。但高性能往往伴随着高成本，为了在保证性能的同时控制成本，70 年代厂家通过优化设计，减小了油封的截面尺寸和材料用量，形成了至今常见的薄截面弹簧预紧单唇油封标准结构。通过精确计算和模拟分析，确定了既能满足密封需求又能减少材料使用的最佳截面形状和尺寸，在保证密封效果的同时降低了生产成本。

这一阶段，油封在材料和结构上的不断创新，使其密封效果、使用寿命和适用范围都得到了极大提升，逐渐成为各类机械设备中不可或缺的关键部件，广泛应用于汽车、工业机械、航空航天等众多领域。

持续创新：PTFE 油封及低摩擦油封的发展

随着科技的不断进步和工业的飞速发展，对油封性能的要求也越来越高。传统橡胶油封在面对高速、高温等极端条件时，逐渐显得力不从心。在这样的背景下，20世纪 70 年代末至 80 年代，聚四氟乙烯（PTFE，俗称特氟龙）材料开始应用于油封唇口制作。PTFE 材料具有出色的耐高低温性能（连续工作温度范围约 - 40℃～ + 200℃，短时可达 250℃以上）、抗化学品腐蚀能力强，且摩擦系数极低、不粘附金属，这些特性使其成为制造低摩擦长寿命密封的理想材料。从分子层面看，PTFE 分子由碳氟键组成，碳氟键的键能高，化学稳定性强，使得 PTFE 具备了卓越的耐化学腐蚀性；其分子结构规整，表面能低，导致摩擦系数极低。

自20 世纪 80 年代起，PTFE 油封在汽车行业中逐步推广。最初，它主要应用于商用柴油发动机等对密封要求极为苛刻的领域。例如，Federal - Mogul 公司早在 70 年代早期就率先将 PTFE 应用于大型柴油机曲轴油封，并取得了显著效果。随着工艺的不断成熟和成本的降低，到了 90 年代中期，PTFE 曲轴油封开始在乘用车上得到应用。例如 Federal - Mogul 旗下 National 品牌于 1995 年推出了适用于福特、通用、克莱斯勒等乘用车发动机的 PTFE 后曲轴油封产品系列，标志着 PTFE 密封技术进入主流轻型车市场。由于 PTFE 材料的独特性能，许多 PTFE 油封采用无弹簧设计，通过精确控制唇口内径和几何形状来获得密封接触压力，为发动机密封进入低摩擦和免维护时代奠定了基础。工程师们利用先进的数控加工技术，将 PTFE 唇口的内径精度控制在极小的公差范围内，并且根据轴的材质、转速、负载等因素，设计出最优化的唇口几何形状，确保在低接触压力下也能实现良好的密封效果。

进入21 世纪，全球汽车工业对节能减排的关注度日益提高，各大密封厂商纷纷致力于研发新一代低摩擦油封方案。通过创新的结构设计和材料应用，将油封的摩擦损失显著降低。例如，Federal - Mogul 公司于 2010 年前后推出的 MicroTorq 超低摩擦曲轴油封，采用了 “双铰链” 唇口设计（dual - hinge lip）和特殊的唇口几何形状，在显著降低密封唇与轴接触压力的同时，仍能确保良好的密封性能。双铰链唇口设计使得唇口能够在不同工况下更加灵活地贴合轴表面，减少局部应力集中，降低摩擦损失；特殊的唇口几何形状则进一步优化了油膜的形成和分布，提高了密封的稳定性。Freudenberg 公司为商用车发动机开发的 CASCO（Crankshaft Axial Sealing with Cooling Oil）轴向式密封方案，以及近年推出的号称几乎实现 “零摩擦” 革命的 Levitex 气膜润滑机械密封等，都是这一时期油封技术创新发展的典型代表。这些新型油封产品不仅满足了现代工业对高性能、低能耗的追求，也为未来油封技术的发展指明了方向。

油封在电动自行车行业的应用案例

在电动自行车领域，油封同样起着举足轻重的作用。以电机轴密封为例，部分高端电动自行车采用了双油封结构。如某款知名品牌电动自行车，在电机端盖和电机轴之间设置了第一油封，其外圆侧紧密固定连接在电机端盖的第一油封室内，内圆侧紧紧抵靠在电机轴上；同时，在第一油封的外侧连接有外置油封支架，第二油封设置在电机轴和外置油封支架之间，第二油封的外圆侧固定在外置油封支架的第二油封室内，内圆侧同样抵靠在电机轴上。这种双油封结构极大地提升了防水性能，有效避免了因雨水或泥水侵入电机内部，导致电机短路、生锈等故障，延长了电机的使用寿命。电机端盖、第一油封、第二油封、外置油封支架、电机轴等再如电动自行车的减震器部分，其油封多采用橡胶材质，通过特殊的配方设计，使其具备良好的耐磨性和柔韧性。在减震器工作过程中，油封能够有效防止减震油泄漏，确保减震器始终保持稳定的工作性能，为骑行者提供舒适、安全的骑行体验。像市场上常见的爱玛、雅迪等品牌的电动自行车，其减震器油封经过严格的质量把控和性能测试，能够适应各种复杂的路况和气候条件，保证了车辆在长期使用过程中减震系统的可靠性。此外，九洲科技推出的赤兔2.0 长续航电机，通过提升气密性油封技术，大大延缓了电机氢化过程，使得电机的高效使用寿命达到同类型产品的两倍，一般电动车的高效使用时间为 1.6 - 2.2 年，之后效率就会逐渐下降，而赤兔 2.0 有效解决了这一问题，其气密性油封能够更好地阻止外界空气和水分进入电机内部，避免电机内部的金属部件氧化生锈，保证电机在长时间运行过程中的稳定性和高效性。

油封在洗衣机行业的应用案例

在洗衣机行业，油封的应用也十分关键。某电器有限公司取得专利的“一种具有防沙油封结构洗衣机减速器” 极具代表性。该减速器包括减速器本体、安装在减速器本体动力输出端的输出轴、安装在输出轴外侧并与减速器本体固定连接的端盖，以及安装在端盖腔体内侧并与输出轴紧密抵接的双唇油封。双唇油封的外边缘部位能够完全覆盖标识槽，从而保证双唇油封的轴心线与输出轴的轴心线位于同一直线上，确保了良好的密封效果。同时，通过旋进拧盖使压接部与双唇油封的外边缘部位压合，对双唇油封进行定位，有效避免了双唇油封偏移，防止泥沙通过输出轴进入到减速器本体中，大大延长了减速器本体的使用寿命。

洗衣机的离合器水封同样离不开油封的作用。例如，比瑟奴 R.GREASE - 44 洗衣机离合器水封润滑脂所应用的油封，由高分子聚有机硅氧烷稠化高纯度无机稠化剂，并添加抗氧化、抗腐蚀和结构改善剂精制而成。它具有极强的粘附性和润滑性，与绝大多数塑料和弹性体良好相容，能够在洗衣机离合器大小水封橡胶滑动表面形成稳定的润滑及密封层。其优良的高、低温性能和抗氧化性能，使得稠度随温度变化小；优异的抗水性和密封性，能够耐冷、热水，抗环境老化；优良的耐油性、耐大多数化学品腐蚀性，保证了油封在复杂的洗衣机工作环境下具有极长的使用寿命，有效防止了洗衣机在洗涤过程中水和洗涤剂等液体进入离合器内部，避免了离合器部件的腐蚀和磨损，保证了洗衣机的正常运转和洗涤效果。