机械密封测量方法，机械密封性能检测

按JB/T4127.1——1999 《机械密封技术条件》标准规定，密封端面平面度0.0009毫米，其表面必须光滑。由于材料不同，金属或硬质材料的表面粗糙度（Ra）应小于0.2m，非金属或软质材料的表面粗糙度（Ra）应小于0.4m。

之所以要求如此高的平面度，是为了将密封端面的泄漏控制在允许的范围内。另外，降低表面粗糙度可增大承载面积，提高机械密封的承载能力。

1.使用刀口尺观察方法

刀口尺有一个标准的直刃，可以将其放置在工件表面上，观察间隙大小和均匀性，以确定工件表面的平整度（见图9-42）。适用于工件平面度较差时磨削产品等的粗糙度检查。

2.研究点法

磨点法是将指示剂（红色粉末等）薄薄均匀地涂在被检工件表面，将标准板放在被检工件表面并移动的方法。前后、左右平滑、均匀地打磨，使平板与被检平面接触，然后提起平板，观察打磨点的数量和分布。被检平面上的磨削点越多、越密、越均匀，平整度就越好。

如果是机械密封环，则在摩擦副表面涂上红粉后，在检查板上均匀打磨，观察接触情况，检修时打磨动环、静环的平整度。

3.利用光学干涉测量平面度

根据相关技术标准的要求，利用光学干涉原理准确测量机械密封环表面的平面度。

光的波长或频率在一定范围内可以引起人的视觉。当光的振幅小时，光的强度（明暗程度）也小，两者成正比。当光线从同一点发出，与空间中的某一点重叠时，其振幅发生变化，产生叠加现象。如图9-43所示。

图中，a和b沿相同方向传播，由同一个相位相同的光源发出，重叠后，振幅增大，如c所示，因此光强看起来比之前有所增加。这是一个灯火通明的区域。

图中，a\’和b\’沿相同方向传播，但它们的周期相差180度，如c\’所示，因此当它们叠加时，振幅相互抵消，光的强度变为零马苏。这是一片暗光区域。

当从同一个光点发出的光波被分裂成很细的光波时，就会出现亮部和暗部相交的现象。

下面，我们介绍一下利用光学平面晶体检测平面度的基本原理。

平面晶体由折射率为1.516 的Pylix 玻璃、熔融晶体或光学玻璃制成，根据直径有60 毫米、80 毫米、150 毫米和200 毫米可供选择。精度为1级、2级，如250mm、300mm、500mm，加工表面的平整度很高，偏差不超过0.03m、0.1m。通常，1 级平面晶体用于测量密封环端面的平面度。扁平晶体的直径应大于被测工件的外径。

来自太阳的自然光实际上由多种颜色组成，每种颜色代表不同的电磁波长。当自然光穿过平面晶体并照射到被检查的表面时，不同位置会出现多种颜色的干涉条纹（彩虹）。当使用单色光源时，交替的明暗带非常锐利，干涉带清晰可见，使测量更加准确。单色光源一般为钠灯。

光波干涉检测法原理：来自同一光源的两组光线经过不同光路后重新聚焦，亮度增减，形成干涉条纹。光线的亮度是光波的干涉。

分析结果为：

当两束光的光程差为波长的整数倍时，干涉叠加后的光强增大，出现亮光区。

如果两束光的光程差是半波长的奇数倍，则干涉叠加时光强为零，出现暗区。从波浪力学的角度来看，理论上可以概括如下。

=……亮区

=(2+1)/2.暗光区域

当光学平面晶体放置在被检工件表面时，可观察到光干涉现象（图9-44）。

当光从A点发射到平面晶体上的B点时，一部分光被平面晶体底面上的C点沿CF方向反射，另一部分光穿过空气这是一个打击。这两束光到达工作面上的D点并再次反射。这两束光在平面晶体内反射后，由于光程差而发生干涉，光程差为。

=(CD+DE+yEG)-(yCF+FL)

Y是扁平晶体的折射率。

因为CD=DE，CF=EG

因此，=2CD-FL

光源通常近似垂直于测量表面。若D点到平面晶体的垂直距离为h，则DCh，FL0。

因此，2h

根据物理定律，当光波在光密材料和光稀疏材料之间的界面反射时，光波在光稀疏材料和光稀疏材料之间的界面反射之间存在相位差。两者是180。光密材料。因此，实际光程为。

=+/2=2h+/2

图9-45所示为相邻两条干涉条纹对应的光程差与平板晶体到工件距离的关系。

K：=2h+/2

对于K+1：+1=2h+1+/2

对于两个相邻的亮条纹，上式得出：

=2h+/2=

+1=2h+1+/2(+1)

+1=2h+1+/2(2h+2)=(+1)

由于2(h+1-h)=

即h+1h=/2

该方程表明两个相邻亮（或暗）条纹之间的光程差为/2，对应于平坦度值。也就是说，如果将平坦的晶体放置在工件上，每次出现一系列干涉条纹时，对应的平坦度值为/2。

用于单色光源：

钠光=6000A=0.6m；

白光=5000A=0.5m；

当使用钠光作为光源时，

/2=0.3m=0.0003mm。

机械密封环端面的平面度要求为0.0009毫米以下，相当于以钠光为光源，使用平面晶体进行检查时干涉条纹为3条以下。实际检测设备如图9-46所示。

测定方法在测量密封端面的平面度之前，需要获得能折射光的表面。通常，测量表面经过研磨然后抛光以进行检查。测试时，将待测平面放置在平面晶体附近。通过仔细擦拭两侧，两侧之间会形成极薄的空气膜，当单色光源穿过此空气膜时，会出现明暗干涉条纹。

检查时，要小心擦拭工件表面，并将光学平晶体放置在工件上后，仔细调整平晶体与工件之间的接触，以尽量减少干涉条纹。使用以下公式计算平整度：

h=x/2

h——平整度值；

x——干涉条纹的数量。

例如，如果使用钠灯作为光源，则观察到的干涉条纹的最小数量为2，因此平坦度为2。

h=2X0.0003/2=0.0006mm

如何从获得的孔径形状判断工件的平整度是实际检测中经常出现的问题。如图9-47所示，如果AA平面是标准平面（即扁平晶体），且待检工件表面也是良好平面，则BB平面就成为工件表面。如果AA平面与BB平面稍微倾斜，则条纹将是直的（见图9-47（b））。如果平面晶体与工作表面平行，则会形成相等的空气空间。如果有厚度，则当使用白光作为光源时，整个表面将呈现均匀且单一的颜色。

颜色根据空气层的厚度而变化。如果表面存在局部凹凸不平，条纹将不再是单色的。

如果工件表面曲率较小，就会出现多种颜色的同心环。如果工件表面中心凸出，则靠近边缘的同心环颜色会更亮[图9-48(a)]。前者称为高光圈，后者称为低光圈。如果孔径高，工件不动，观察者低下头，就会看到同心环向外扩展，变大。这通常被称为围绕孔径外侧“运行”。相反，在低光圈下，您会看到同心环向中心收缩。这是所谓的光圈向内“运行”的情况。同样，如果将扁平晶体放在工件上而不倾斜它（与工件平行），并且看到围绕它的孔径，则可以知道工件的中心是凸的，即孔径是高的。当您放置扁平晶体时，开口从四面八方向中心延伸，表明工件的中心是凹的，意味着开口较低。如果光源是白光，光圈将呈现彩色。孔径高度的数量，即凸度或凹度，是根据具体颜色计算的。通常使用红色戒指，因为它们在彩色同心环中更引人注目。如果孔径大，则从中心开始计算；如果孔径较小，则从边缘开始计算。红色环的数量即为光圈数。当光源为单色时，例如钠光，同心环变成明暗交替的环。在计算光圈数时，使用亮环或暗环，具体取决于边缘环的亮度。如果您有深色戒指，请选择浅色戒指，否则请选择深色戒指。亮环的数量与光圈的数量相同。

如果工件表面的平整度与平晶面近似相同，即小于一个开口，则按图9-47所示排列将很难识别。两个表面稍微倾斜，中间有一个小楔角，如图9-49所示。如果工件表面有轻微的弯曲，条纹图案就会弯曲。条带曲率h与条带宽度a的比值为数值孔径N，即N=h/a

判断中心是凸还是凹的方法是看弯曲条纹的中心是在气楔较厚的一侧还是较薄的一侧。如果圆的中心位于气楔的薄侧，则孔径高，否则孔径低。如图9-49所示，N=h/a（高光圈） N=-h/a（低光圈）

确定开口的便捷方法是轻轻按压扁平晶体的边缘，在扁平晶体的表面和工件表面之间形成空气楔形。该确定是基于压力点和中心之间的关系。的弯曲条纹。如果弯曲条纹的中心与压力点在同一侧，则孔径会高。反之，孔径会较小（见图9-49）。但是，只有当您熟练时才能使用此方法。如果不熟练，工件表面很容易被压坏。

识别不平整开口、下垂边缘、飞边等的方法与上述方法基本相同。如果你很好地掌握了确定孔径高度的基本方法，那么无论孔径多么不规则，你都能够确定它。

机械密封的典型光带图如图9-50至9-53所示。

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