按照J(rèn)B/T4127.1——1999《機(jī)械密封技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：密封端面平面度不大于0.0009mm，其表面必須光潔。由于材料的不同，表面粗糙度(Ra)應(yīng)小于:金屬或硬質(zhì)材料0.2μm，非金屬或軟質(zhì)材料0.4μm。

之所以要求這樣高的平面度，是為了保證密封端面的泄漏量在允許范圍內(nèi)。此外，減小表面粗糙度可使承載面積增加，從而增加機(jī)械密封的承載能力。

一、刀口尺觀察法

刀口尺的刀刃是一條標(biāo)準(zhǔn)直線(xiàn)，將其放于工件表面觀察間隙大小及均勻性，可判斷工作表面平面度情況（見(jiàn)圖9-42），此法適用于工件平面度較差時(shí)，例如粗研工件的檢查。

二、研點(diǎn)法

研點(diǎn)法是在被檢驗(yàn)工件表面上均勻涂上一層很薄的顯示劑（如紅丹粉），然后把標(biāo)準(zhǔn)平板放在被檢工件表面上，平穩(wěn)、均勻、前后左右移動(dòng)，使平板與被檢查平面對(duì)研，抬下平板，觀察被檢平面上研點(diǎn)數(shù)目多少和分布情況，研點(diǎn)數(shù)目越多、越密、越均勻，表示平面度越好。

對(duì)于機(jī)械密封環(huán)，應(yīng)當(dāng)在摩擦副表面涂上紅丹粉后，在檢驗(yàn)板上均勻?qū)ρ校^察接觸情況，維修時(shí)常用動(dòng)靜環(huán)對(duì)研方法檢驗(yàn)密封環(huán)平面度。

三、光干涉法測(cè)量平面度

按相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，常用光的干涉原理精確測(cè)量機(jī)械密封環(huán)表面的平面度情況。

光的波長(zhǎng)或頻率在一定范圍內(nèi)能引起人們的視覺(jué)。當(dāng)光的振幅小時(shí)，光的強(qiáng)度(亮或暗的程度)變小，二者成正比關(guān)系。當(dāng)光線(xiàn)從同一點(diǎn)發(fā)出，并重合于空間之某一點(diǎn)，振幅發(fā)生變化而產(chǎn)生疊加現(xiàn)象。如圖9-43所示。

圖中a、b沿同方向進(jìn)行傳播，且由同一光源發(fā)出，周相相同，疊加后如c所示，振幅加大，故光強(qiáng)度較原來(lái)為大，看到的是亮光區(qū)域。

圖中a' 、 b’沿同方向傳播，但其周相差180°，疊加后如c'所示，振幅互相抵消，故光強(qiáng)度變?yōu)榱悖吹降氖前倒鈪^(qū)域。

當(dāng)把同一點(diǎn)光發(fā)出的光波，分成兩束很細(xì)的光波，就會(huì)出現(xiàn)光的干涉現(xiàn)象——亮光區(qū)域與暗光區(qū)域相互交錯(cuò)。

以下介紹用光學(xué)平晶檢測(cè)平面度的基本原理。

平面平晶是用派利克斯玻璃、熔凝水晶或折光系數(shù)為1. 516的光學(xué)玻璃制造，使之成為具有平直工作端面的透明玻璃，按直徑大小有60mm、80mm、100mm、150mm、200mm、250mm、300mm、500mm等。它的精度為1級(jí)和2級(jí)兩種;工作面的平面性很高，其偏差不超過(guò)0.03μm和0.1μm。通常采用1級(jí)平晶測(cè)量密封環(huán)端面的平面度，平晶的直徑應(yīng)大于被測(cè)工件的外徑。

來(lái)自太陽(yáng)的自然光實(shí)際上是由幾種顏色組成，每一種代表一個(gè)不同波長(zhǎng)的電磁波。當(dāng)自然光通過(guò)平晶射向被檢表面發(fā)生光波干涉后，不同位置上會(huì)顯示出幾種顏色的干涉條紋(彩虹)。用單色光源時(shí)產(chǎn)生的是明暗相間的亮帶和暗帶，非常清晰，可以看清干涉帶，讀數(shù)較準(zhǔn)確。單色光源一般為納光燈。

光波干涉檢測(cè)法的原理：干涉條紋的形成，是由發(fā)自同一光源的兩組光束經(jīng)過(guò)不同的光程以后，又重新會(huì)聚而發(fā)生亮度增強(qiáng)和減弱的結(jié)果，這種光束亮度的加強(qiáng)和減弱就是光波的干涉。

分析可知:

當(dāng)兩束光線(xiàn)的光程差δ是波長(zhǎng)λ的整數(shù)倍時(shí)，干涉疊加后光強(qiáng)度增加，呈現(xiàn)亮光區(qū)。

當(dāng)兩束光線(xiàn)的光程差是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，干涉疊加后光強(qiáng)度變?yōu)榱?，呈現(xiàn)暗光區(qū)。從波動(dòng)學(xué)角度理論上可總結(jié)為

δ＝κλ......亮光區(qū)

?＝（2κ+1）λ/2......暗光區(qū)

利用光學(xué)平晶，放在被檢的工件表面上，就會(huì)觀察到光的干涉現(xiàn)象（圖9-44）。

當(dāng)光線(xiàn)從A點(diǎn)發(fā)出，射人平晶B點(diǎn)，一部分光線(xiàn)在平晶下平面C點(diǎn)依CF方向反射;另一部分光線(xiàn)透過(guò)空氣層，射至工件表面D點(diǎn)再反射，這兩部分光線(xiàn)通過(guò)平晶中反射后，由于光程不同而發(fā)生干涉，其光程差為Δ為

△=(CD+DE+ yEG)一(yCF+ FL)

Y為平晶折射率。

因?yàn)镃D=DE，CF=EG

所以Δ=2CD-FL

通常光源幾乎垂直于測(cè)量表面，若D點(diǎn)到平晶的垂直距離為h，則DC≈h，F(xiàn)L≈0

所以Δ≈2h

又根據(jù)物理學(xué)法則：當(dāng)光波由光密物質(zhì)到光疏物質(zhì)分界面上反射時(shí)，與由光疏物質(zhì)到光密物質(zhì)的分界面上反射時(shí)二者周相差為180°。故實(shí)際的光程為δ

相鄰兩條干涉條紋對(duì)應(yīng)的光程差與平晶到工件距離的關(guān)系如圖9-45所示。

K處：δκ=2hκ＋λ/2

K+1處：δκ＋1=2hκ＋1+λ/2

對(duì)于兩條相鄰明條紋，從上面公式可得到

δκ=2hκ+λ/2=κλ

δκ＋1=2hκ＋1+λ/2(κ＋1)λ                                                              

δκ＋1－δκ=2hκ＋1＋λ/2－(2hκ＋λ2)=(κ＋1)λ－κλ   

因?yàn)?(hκ+1－h(huán)κ)=λ 

所以hκ＋1hκ=λ/2

這個(gè)公式說(shuō)明，相鄰兩條明(或暗)條紋光程差為λ/2，對(duì)應(yīng)的就是平面度數(shù)值。即把平晶放在工件上，每出現(xiàn)一組干涉條紋，對(duì)應(yīng)的平面度數(shù)值即為λ/2。

對(duì)于單色光原:

鈉光λ=6000A=0.6μm；

白光λ=5000A=0.5μm；

若用鈉光做為光源，

λ/2=0.3μm=0.0003mm。

機(jī)械密封環(huán)端面平面度要求≤0.0009mm，即用鈉光做光源，利用平晶檢驗(yàn)就相當(dāng)于小于3條干涉條紋。實(shí)際檢驗(yàn)裝置如圖9-46所示。

判別方法  在測(cè)量密封端面平面度前，必須先獲得能具有折射光線(xiàn)的表面，通常是將被測(cè)表面進(jìn)行研磨后，再進(jìn)行拋光，才能進(jìn)行檢驗(yàn)。檢測(cè)時(shí)，將被測(cè)平面緊貼于平晶。兩個(gè)表面都必須仔細(xì)擦凈，使兩表面之間可以形成一層極薄的空氣膜，單色光源透過(guò)空氣膜，就會(huì)產(chǎn)生明暗相間的干涉條紋。

檢驗(yàn)時(shí)注意工件表面要擦干凈，光學(xué)平晶放在工件上后，仔細(xì)調(diào)整平晶與工件接觸狀態(tài)，使出現(xiàn)的干涉條紋為最少數(shù)量值。利用下列公式計(jì)算平面度

h=xλ/2

h—平面度數(shù)值;

x—干涉條紋條數(shù)。

例如用鈉光燈做光源，觀察最少干涉條紋為2條，即平面度為

h=2X0.0003/2=0.0006mm

如何從得到的光圈形狀判斷工件平面度也是實(shí)際檢驗(yàn)中經(jīng)常遇到的問(wèn)題。如圖9-47所示，AA面為標(biāo)準(zhǔn)平面(即平晶)，BB面為工件表面，如果被檢工件表面也是一個(gè)很好的平面，那么將AA面相對(duì)BB面略為傾斜時(shí)，出現(xiàn)的條紋是平直的[見(jiàn)圖9-47(b)]，如果平晶與工件表面互相平行，形成一層具有相等厚度的空氣層，那么當(dāng)用白光作光源時(shí)，整個(gè)表面將呈現(xiàn)均勻的單一色彩。

隨著氣層厚的不同看到顏色也不同。表面如有局部不平，條紋就不是單一的顏色。

工作表面如有很小曲率，則將看到若干個(gè)彩色同心環(huán)，當(dāng)工件表面中間凸起時(shí)，愈靠邊緣的同心環(huán)顏色愈淡[圖9-48 (a)]。前者稱(chēng)光圈高，后者稱(chēng)光圈低。如果光圈高，在工件不動(dòng)，觀察者頭低下去的過(guò)程中，看到同心環(huán)向外展開(kāi)變大，即通常說(shuō)的光圈外“跑”。反之，當(dāng)光圈低時(shí)，則看到同心環(huán)向中心收縮變小，即所謂光圈向里“跑”。同樣，如果平晶不傾斜地(與工件平行)放在工件上的瞬時(shí)，看到光圈向四周跑，說(shuō)明工件中間凸，即光圈高。在平晶放上去的瞬間，光圈從四周向中心跑，說(shuō)明工件中間凹，即光圈低。當(dāng)光源為白光時(shí)，光圈呈現(xiàn)彩色。光圈高低數(shù)量，即凸起或凹下的程度，是以某一種顏色為準(zhǔn)，計(jì)算它的光圈數(shù)量。由于在彩色同心環(huán)中紅色較為醒目，故一般取紅色環(huán)為準(zhǔn)。高光圈時(shí)，從中心數(shù)起，低光圈時(shí)從邊緣數(shù)起，有幾個(gè)紅色環(huán)就算幾個(gè)光圈。如果光源為單色，例如鈉光，同心環(huán)就為明暗相間的圓環(huán)。計(jì)算光圈數(shù)量時(shí)，取明或暗的一種圓環(huán)為準(zhǔn)，視邊緣環(huán)明暗而定。如是暗環(huán)，則取明環(huán)，反之取暗環(huán)。有幾個(gè)明環(huán)就是幾個(gè)光圈。

當(dāng)工件表面與平晶表面平面度差不多，即不到一個(gè)光圈時(shí)，按圖9-47那樣放置就不易識(shí)別出來(lái)，就要如圖9-49那樣放置，使兩表面而略有傾斜，中間有一微小楔角。如果工件表面有微小的曲率，條紋將變彎曲。條紋的彎曲程度h和條紋寬度a之比就是光圈數(shù)N，即N=h/a

判定中間凸起或凹下的方法，可看彎曲條紋的圓心是在空氣楔厚的一邊還是在薄的一邊。如果圓心在空氣楔薄的一邊，則光圈高；反之，光圈低。如圖9-49所示N=h/a(光圈高)N=-h/a(光圈低)

判定光圈高低比較方便的辦法是在檢測(cè)平晶邊緣輕輕加壓，使平晶表面與工件表面形成空氣楔，根據(jù)加壓點(diǎn)與彎曲條紋的圓心關(guān)系來(lái)判別。當(dāng)彎曲條紋的圓心與加壓點(diǎn)在同一側(cè)時(shí)，則光圈高。反之，光圈低（見(jiàn)圖9-49）。但此方法只在熟練時(shí)才應(yīng)用，否則易壓傷工件表面。

光圈的不規(guī)則和塌邊、翅邊等情況的識(shí)別方法同上述方法基本一樣。只要很熟練地掌握識(shí)別光圈高低的基本方法，不管光圈如何不規(guī)則，都是能識(shí)別的。

機(jī)械密封常見(jiàn)光帶圖見(jiàn)圖9-50至圖9-53。