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Y形密封圈.doc

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Y形密封圈.doc

Y形密封圈Y形密封圈(简称Y形圈)的截面呈Y形圈,是一种典型的唇形密封圈。1、密封原理Y形密封圈依靠其张开的唇边贴于密封副偶合面。无内压时,仅仅因唇尖的变形而产生很小的接触压力。在密封的情况下,与密封介质接触的每一点上均有与介质压力相等的法向压力,所以唇形圈底部将受到轴向压缩,唇部受到周向压缩,与密封面接触变宽,同时接触应力增加。当内压再升高时,接触压力的分布形式和大小进一步改变,唇部与密封面配合更紧密,所以密封性更好,这就是Y形圈的自封作用。由于这种自封作用,一个Y形圈能有效的封住32MPa的高压。压力赋能型密封的有效密封压力等于预压力与流体压力之和。Y形密封圈通过唇边的作用将流体压力有效作用于密封,其预压力可以降到很小值,并且流体压力越高,预压力的效用越小,在高压场合,预压力的作用可以忽略不计。这时降低密封摩擦力是有利的,因为密封摩擦力与密封接触压力成正比。所以Y形密封圈在保证密封的同时,摩擦力小于挤压型密封。Y形密封圈主要用于往复密封,由其工作原理可知,Y形圈安装时,唇口要对着压力高的一侧,才能发挥作用,所以Y形密封圈只能单向起作用。当偶合件以工作速度作相对运动时,在密封唇与滑移面之间形成一层密封油膜,油膜的存在可改善密封圈的摩擦条件,减小磨损油膜在气动密封中起密封作用。在液压元件的往复运动中,运动件伸出与缩进时油膜厚度是不同的,这一油膜厚度差积聚会造成泄漏。所以,Y形圈正常工作时,也有极少量泄漏发生,当往复速度大时,泄漏量大。这是因为往复速度大时,往复次数变得很频繁,同时油膜的流体动力作用使油膜厚度增加,形成了油膜的快速积聚作用。当工作油的粘度增大时,油膜厚度因此增加,往复速度所造成的泄漏量也增大。但是由于液压油的粘度随着温度的升高而降低,所以液压设备在低温下启动时,运动开始时的泄漏较大,随着运动过程中因各种损失引起温度升高,泄漏量会逐渐减少。活塞在往复形成中的泄漏情况是不同的。当内压较低时,抽出行程中的泄漏量随内压增大而增大压入行程中随内压增大而减小。当内压足够大时(约大于7.5MPa),泄漏不再随内压而变化。当Y形密封圈内压p1较低时,摩擦力随内压增大而增大。当内压足够大时,摩擦力不再有很大变化。如润滑良好,甚至有下降趋势。国外关于Y形圈的起动摩擦试验结果表明起动摩擦与停车时间关系不大,这是与O形圈最大的区别。这对于断续运动的机械是极为有利的。同时在内压较低时,起动摩擦随内压得增大而增大,当内压超过5MPa时,起动摩擦将与内压无关。所以对于高压断续的机械,不会有起动摩擦过大的问题。密封唇边磨损后,因介质压力的作用,唇边具有一定的自动补偿能力。2、Y形密封圈主要性能Y形密封圈是液压气动系统中往复运动密封装置常用的密封件,其使用寿命和密封性能均高于O形密封圈。Y形圈唇部比单一的V形密封圈宽,因此密封性能更好,只需使用一个,所以摩擦力小于V形密封圈。Y形密封圈可以通过改变断面结构和尺寸来适应压力和密封性能的要求。Y形密封圈适用工作压力不大于40MPa工作温度3080℃工作速度范围用丁腈橡胶制作时为0.010.6m/s,采用聚氨酯橡胶制作时则为0.050.1m/s。Y形密封圈最常用的材料是聚氨酯橡胶,聚氨酯橡胶Y形密封圈的密封性能能好,使用寿命及使用不同挡圈时的工作压力极限均较高。Y型密封圈特点可归纳如下1)密封性能可靠2)摩擦阻力小,运动平稳。3)耐压性好,使用压力范围广。4)结构简单,价格低廉。5)安装方便。其主要缺点是只能单向起作用,活塞类的双向密封需使用一对Y形密封圈,增加了轴向尺寸普通Y形密封圈的断面尺寸大于O形密封圈,所以安装沟槽尺寸较大,为了便于安装有时需使用分割式沟槽。现在许多国家开发了小断面尺寸Y形圈,尺寸与安装问题正在逐步改善。3、Y形密封圈类型1)普通Y形密封圈Y形密封圈按其截面高宽比例不同,可分为款型,窄型,(L1、L2)YX型、等高唇和不等高唇按其用途可分为孔用、轴用和通用型。通用型Y形密封圈两唇高度相等,唇边再密封偶合件两壁面上的压应力相同。不等高唇Y形密封圈两唇高度不同,不等高唇Y形密封圈又分孔用和轴用型,使用时长唇紧贴在密封沟槽底部,与非运动表面接触,并且有较大的过盈量,因而摩擦阻力大,使密封圈的稳定性得到提高短唇与运动表面接触,减小了唇部与工作表面的摩擦阻力,并有利于防止逆压损坏。近年来开发使用的小Y形密封圈或称YX形密封圈,是一种新型的密封结构。这是一种不等唇边的Y形密封圈,因此分孔用和轴用两种。YX形密封圈的断面高度是厚度的两倍以上,所以不易在沟中翻转,即使在工作压力和滑动速度变化较大时,也不用加支承圈。此外,YX形密封圈的根部和短脚唇边都有30°倒角,在高压下不易挤入间隙。YX形密封圈适用于温度为2080℃,压力低于32MPa的矿物油中工作。当压力高于32MPa时,为防止密封圈被挤入间隙,应在密封圈根部放个挡圈。挡圈材料可用聚四氟乙烯,尼龙1010等,硬度HS≥90。2)Y形密封圈的改形和发展随着液压、气动对密封越来越高的要求,Y形圈的结构也在不断发展,又出现了许多改形Y形圈设计方案,特别是气动技术的发展,小型气缸广泛应用于各种设备中,Y形密封圈也有小型化的趋势。此外,气动系统的发展对Y形密封圈提出了小型化的要求,为了减少零件数、方便安装,提出了整体式沟槽要求。许多国家开发出了可装于整体式沟槽的内、外径对称的小截面Y形密封圈,Y形密封圈的截面尺寸也越来越小。ⅰ、带有副唇的Y形密封圈带有副唇的Y形密封圈的结构在主密封唇的后侧,设计了一个副唇,每次往复运动后,从主唇面泄漏的油膜,由副唇刮取,在主,副唇间残留下微量液体(工作介质或润滑液)。随着往复运动次数的增多,残留液体将充满主,副唇间,形成特殊的围困区。当主唇处于工作状态时,由于围困区内液体不可压缩,其间压力高于工作腔内的压力。此时,副唇与偶合面的接触应力也远远大于主唇与偶合面的接触应力。因此,当轴外伸时迫使围困区内的液体压回工作腔,从而形成了可靠的密封状态,提高了Y形密封圈的性能。围困区内的压力越高,则副唇对偶合面接触应力越大,密封性能也就越好。这种形式的密封圈常用于轴密封。因为轴用密封泄漏直接流至元件外部,对密封性要求很高。但如果密封性很高,普通Y形圈的密封唇将油膜完全刮掉,唇后部的润滑状态便会恶化,加剧磨损。带有副唇的Y形密封圈在主、副唇间形成润滑油槽,较好的解决了这个矛盾。ⅱ、镶嵌挡圈的Y形圈对于工作压力超过25MPa的Y形密封圈,为保证其使用寿命,防止密封圈的根部被挤入间隙而被咬坏,可在Y形圈沿滑移面根部处镶嵌挡圈,靠唇的大部分是橡胶,底部镶嵌有刚性较高的塑料材料如聚四氟乙烯、聚酰胺,起挡圈作用,同时有利于防止Y形圈扭转。这种结构将Y形密封圈的密封功能和挡圈的防挤出功能复合在一个密封件上,简化了密封装置。这种复合Y形圈,耐压范围032MPa,而且摩擦阻力小,抗击出性能良好。起挡圈作用的硬环截面形状有平行、方形、角形、L形、U形等,有些结构同时带有密封棱边。ⅲ、带防尘圈的Y形密封圈,在Y形密封圈后部增加了一个防尘唇,可以看成将Y形密封圈与防尘圈复合在一个密封件上。这种密封圈的材料主要考虑Y形密封圈的要求采用橡胶。ⅳ、双向H形密封圈H形密封圈是一种介于唇形密封和预压形密封之间的结构形式。可将其视为两个唇形密封圈背靠背的组合一体(也可看成挤压型的X形圈的变形)。这种结构用于活塞缸密封,只需使用一个便可实现双向密封,所以又称为双向H形密封圈,有利于简化密封装置,减小液压元件的尺寸。O形圈为代表的单纯的挤压型密封圈,预压量小则密封接触压力低,不能用于高压密封预压量大则安装困难,摩擦阻力增大。用于高压动密封,还存在滚动等不正常工作状态,极易损坏。X形圈则在高压时变形量增加,密封圈在沟槽内形态不稳定,也不能用于高压。H形双向密封,在密封圈的两侧开设沟谷,因而与预压型密封的单纯压缩变形不同,具有与Y形密封类似的唇边,使之具有自密封能力,能适应介质工作压力而改变接触压力,获得良好的密封性能。它的摩擦力比O形圈小,尤其是在低速往复运动时,更是如此。但H形密封圈总有一个唇边反向受压,容易引起唇边挤入间隙而损坏,所以一般的H形密封圈不能耐高压,只适用于气动密封或5MPa以下的低压系统中。有一种耐压型H形密封圈,它将唇部加厚,这样即使承受流体压力,唇部变形和很小。而且,中间部分比两侧唇部窄,使密封圈与密封面之间有一个间隙,可造成流体压力作用,防止向背压一侧的变形,避免唇部被挤入间隙。使用耐压H形密封圈在保证密封性、耐压性的同时,减小了Y形密封圈的尺寸。只需使用一个H形密封圈,便可获得双向密封,且可缩短活塞长度,降低动力缸的价格。H形密封圈在高压下使用,需要挡圈支撑,以消除挤出现象。改变挡圈的组成和结构方式,可以适应不同的工作压力。4、Y形密封圈主要失效原因及其解决措施1)间隙咬伤Y形密封圈的间隙咬伤现象与原因与O形圈的类似,发生在根部。同样,解决措施是根据工作压力限制密封间隙、正确选用Y形圈材料。对工作压力大于16MPa的Y形密封圈,应设置挡圈或使用根部镶有挡圈的专用密封圈。挡圈通常使用刚性较高的塑料材料,如聚四氟乙烯,聚酰胺等。2)逆压损坏Y形密封圈作为双作用活塞缸的活塞用密封时,必须成对使用,以封住两个方向的高压流体。这样在活塞上两个背靠背的唇型圈之间,或在液压缸活塞杆与导套中间的两个唇型圈之间就会逐渐渗入流体形成蓄压。在工作压力卸去时,或往复运动中蓄压压力高于工作压力时,Y形密封圈在安装槽内就会从根部被反向挤压,其唇尖被挤入缸筒和活塞之间的缝隙内被夹破,造成逆压损坏。逆压损坏的防止措施是ⅰ、在活塞上开小孔释放蓄压。当工作压力卸去时,通过小孔可以引出被困流体,释放蓄压。ⅱ、设置支撑环。支撑环作用在活塞用Y形圈的两唇之间,顶住Y形圈,使之不能轴向窜动,不被反向挤出。此外,凹槽部位开置数个沿圆周均布的导油孔,以利于压力介质通过小孔作用于Y形密封圈的凹部,撑开Y形密封圈的双唇同时避免造成背压,使困油排油流畅,保持Y形圈密封姿势。这一措施对防止Y形圈逆压损坏效果更好。3)翻转如果运动时摩擦力产生的外力矩大于密封圈本身的抗扭能力,密封圈就会整周翻转或局部翻转,丧失密封能力。为防止密封翻转,可提高胶料硬度或采用支撑环。设置支撑环对防止Y形密封圈在安转槽内的各种错位均有较好的效果。Y形密封圈镶嵌挡圈后也能抑制翻转。4)根部磨损密封圈根部磨损严重时会引起泄漏。根部磨损的主要原因是过盈量太大,产生较大的摩擦力及干摩擦所致。因此,必须注意密封圈的内径尺寸与孔轴及沟槽尺寸的关系。对轴用Y形密封圈,其内径d1宜大于轴径d2其外径D1宜大于沟槽底径D2对孔用Y形密封圈,其内径d3宜小于沟槽内径d4其外径D3宜小于缸径D4。即Y形密封圈与沟槽底部要压紧,与被密封滑移面有一定间隙滑移面的密封接触应力靠被密封介质工作压力作用在Y形圈唇边上获得。密封圈的磨损还与滑动表面的粗糙度有关,粗糙表面加速密封圈的磨损还与加工方法有关。例如,同一级粗糙度的抛光轴对密封圈的磨损要比磨光轴小得多。5)异常声液压缸在高压低速情况下工作时,有时会发生辟里,辟里的响声。其原因是Y形密封圈沿轴或缸内壁滑动时,橡胶与金属接触面出现短暂的附着脱离附着脱离现象,这会使密封装置的寿命降低。其解决方法是降低橡胶的摩擦系数,使密封接触面始终保持润滑油膜还应注意工作介质或润滑剂的黏度不要过低的。6)尘埃损伤泥水,尘埃和砂石等侵入液压缸,往往会使密封圈产生异常磨耗,应在活塞杆外伸端设置防尘圈,并保证防尘效果,以防有害杂质进入液压缸。5、Y形密封圈设计Y形密封圈的形状、型号可根据使用条件,参考标准设计或选用沟槽设计一般可根据所选Y形密封圈查相应标准得其形状、尺寸及公差。作为密封装置的一般设计原则,应注意以下几点1)容纳密封圈的腔体应设计的尽可能简单、紧凑、便于拆装。2)支撑件和压紧件与缸壁(或活塞杆)的间隙不能太大但也不能过小,否则在受偏心载荷作用时易产生卡紧现象,造成损伤。3)在粉尘大的工作环境使用时,需配用可靠的防尘圈。4)设计密封圈的安装部位时,应尽量避免在安装密封圈时有过大的拉伸。5)应注意密封圈的安装方向,不要使载荷压力加于密封圈的背面。6)密封圈相对滑动面粗糙一般取Ra0.2μm比较合适,工作条件不太严时,可取。Ra0.4μm。滑动表面不允许有加工缺陷。6、Y形密封圈安装注意事项1)孔或轴的端部必须倒角,如倒30°角,以防密封圈唇边在安装时损坏。2)如活塞杆头部的螺纹或退刀槽的直径与活塞杆的直径相同,应使用专用套筒安装,也可在螺纹部分缠绕胶布后进行安装。3)应尽量避免在密封圈通过的缸内壁或活塞杆上开设压力油孔。若密封圈必须通过有孔部分,为防止密封圈损坏,应将这些孔的边缘倒角或倒圆。4)为减少装配阻力,应将唇形圈与装入部位涂敷润滑脂或工作油。5)安装密封圈时,应防止带入铁屑,砂土,棉纱或其他杂物并要彻底清洗密封偶件、沟槽。

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