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第五章密封件 密封件主要内容 5 1密封的作用与分类5 2密封件的材料5 3常用密封件5 4新型密封件5 5组合式密封件5 6防尘圈5 7旋转密封件5 8胶密封与带密封 密封知识培训 了解密封的作用与分类了解密封件的材料及常用密封材料掌握几种常用密封件的性能特点及其密封原理 O形密封圈的主要性能与工作原理Y形密封圈的主要性能与工作原理V形密封圈的主要性能与工作原理 目的任务 重点难点 第五章密封件 第五章密封件 Part5 1密封的作用与分类 在液压与气压传动系统及其元件中 安置密封装置和密封元件的作用 在于防止工作介质的泄漏及外界尘埃和异物的侵入 设置于密封装置中 起密封作用的元件称为密封件 液压与气压传动的工作介质 在系统及元件的容腔内流动或暂存时 由于压力 间歇 粘度等因素的变化 而导致少量工作介质越过容腔边界 由高压腔向低压腔或外界流出 这种 越界流出 现象称为泄漏 1 密封的作用及其意义 第五章密封件 泄漏分为内泄漏和外泄漏两类 对于液压传动系统 内泄漏会引起系统容积效率的急剧下降 达不到所需的工作压力 使设备无法正常运作 外泄漏则造成工作介质浪费和污染环境 甚至引发设备操作失灵和人身事故 内泄漏指在系统或元件内部工作介质由高压腔向低压腔的泄漏 外泄漏则是由系统或元件内部向外界的泄漏 单位时间内泄漏的工作介质的体积称为泄漏量 对于气压传动系统 由于其工作介质为压缩空气且工作压力不高 因此气体的泄漏问题往往得不到应有的重视 其实 气压传动系统中的泄漏同样会造成系统压力下降 能耗加大 动作紊乱 或造成真空系统中的负压建立不起来 气缸进气口的泄漏将造成气缸低速运行的爬行 等等 正确和合理地使用密封件是液压与气压传动系统正常运转的重要保证 第五章密封件 密封的作用是阻止泄漏 造成泄漏的原因主要有两方面 一是密封面上有间隙 二是密封部位两侧存在较大压力差 消去或减小任一因素都可以阻止或减小泄漏 因此 密封的方法通常有 1 封住结合面的间隙 2 切断泄漏通道 3 增加泄漏通道中的阻力 4 设置作功元件 对泄漏介质造成压力 以抵消或平衡泄漏通道的压力差 2 密封的分类 第五章密封件 表5 1密封的分类 根据被密封的偶合面在设备运转时有无相对运动 可将密封分为静密封和动密封两大类 另外按照密封件的制作材料 结构形式和密封机理等还可进一步细分 密封的分类见表5 1 第五章密封件 Back 第五章密封件 密封件材料应满足密封功能的要求 由于被密封的工作介质以及设备工作条件的不同 密封件材料应具有不同的适应性 Part5 2密封件的材料 密封材料的一般要求 1 材料密实 不易泄漏工作介质 2 对工作介质有良好的适应性和稳定性 3 有适当的机械强度和硬度 受工作介质的影响小 4 压缩性和复原性好 永久变形小 5 温度适应性好 高温下不软化 不分解 低温下不硬化 不脆裂 1 对密封件材料的要求 密封材料的一般要求 6 摩擦因数小 耐磨性好 7 抗腐蚀性能好 能在工作介质中长期工作 其体积和硬度变化小 8 与密封面贴合的柔软性和弹性好 9 耐臭氧性和耐老化性好 使用寿命长 10 加工性能好 价格低廉 第五章密封件 2 常用橡胶密封材料 常用的橡胶密封材料主要是合成橡胶 由于合成橡胶的胶种较多 且各自的性能也各不相同 因此 在选用时除要求其必须满足上述使用要求外 还应根据不同胶种的特性和使用范围 参照密封件的工况条件 进行正确选择 常用橡胶密封材料所适应的介质和使用温度范围见表5 2 第五章密封件 注 可以使用 有条件使用 不可使用 表5 2常用橡胶密封材料所适应的介质和使用温度范围 第五章密封件 3 常用合成树脂密封材料 常用合成树脂中 使用最多的是聚四氟乙烯树脂 在聚四氟乙烯中掺入不同的充填材料 可改善和提高其综合物理化学性能 从而扩大了它的使用范围 因此 聚四氟乙烯树脂密封材料可适用石油基液压油 水 油乳化液 水 乙二醇基液压液 磷酸脂基液压液等工作介质的密封 常用合成树脂密封材料的主要特点和应用范围见表5 3 第五章密封件 表5 3常用合成树脂密封材料的主要特点和应用范围 第五章密封件 表5 4常用金属密封材料的种类和应用范围 金属密封材料主要用于静密封 常用金属密封材料的种类和应用范围见表5 4 4 常用金属密封材料 第五章密封件 除间隙密封外 密封都是利用密封件使偶合面间的间隙控制在工作介质能通过的最小间隙之下 该最小间隙取决于工作介质的压力 粘度 分子量等 Part5 3常用密封件 接触式动密封中的压型密封 是通过由预压缩力和介质压力产生的压紧力 在密封件与偶合面之间形成接触压力 介质压力愈高 接触压力愈大 使密封件与耦合面紧密贴合 以阻塞泄漏通道 达到自密封 而自封式自紧型密封 则是利用密封件自身变形所产生的反压力也随介质压力的增加而增大 从而达到自密封 本章介绍常用的O形 Y形和V形密封圈的主要性能 密封原理及其应用 第五章密封件 Part5 3 1O型密封圈 1 主要性能 O形封圈是一种截面为圆形的橡胶圈 如图5 1所示 其材料主要为丁腈橡胶或氟橡胶 O形密封圈是液压与气压传动系统中使用最广泛的一种密封件 它主要用于静密封和往复运动密封 图5 1O形密封圈d1 O形圈内径d2 O形圈截面直径 其使用速度范围一般为0 005 0 3m s 用于旋转运动密封时 仅限于低速回转密封装置 如液压挖掘机的中央回转接头的分配阀动密封机构 一般O形密封圈在旋转运动密封装置中使用较少 第五章密封件 O形密封圈与其他形式密封圈比较 具有以下优点 1 结构小巧 装拆方便 2 静 动密封均可使用 3 动摩擦阻力比较小 4 使用单件O形密封圈 可对两个方向起密封作用 5 价格低廉 但是 当设备闲置时间过久而再次起动时 O形密封圈的摩擦阻力会因其与密封副耦合面的粘附而陡增 并出现蠕动现象 第五章密封件 2 用于静密封时的密封原理 当没有介质压力时 密封圈在自身的弹性力作用下 对接触面产生一个预接触应力p0 如图5 2a所示 图5 2O形密封圈的静密封原理a 空载状态 O形密封圈装入密封槽后 其界面承受接触压缩应力而产生变形 第五章密封件 而当容腔内充入有压力的介质后 则在介质压力p的作用下 O形密封圈发生位移 移向低压侧 且其弹性变形进一步加大 填充和封闭了密封间隙 此时 作用于密封副偶合面的接触压力上升为p0 p pm 从而大大增加了密封效果 如图5 2b所示 当容腔内的介质卸压后 p 0 则由于O形密封圈仍具有初装时的预接触应力p0 故仍能保证密封性能 此即所谓O形密封圈的自密封作用 图5 2O形密封圈的静密封原理b 承载状态 2 用于静密封时的密封原理 第五章密封件 3 用于往复运动密封时的密封原理 O形密封圈在往复运动滑移面上的接触情况 如图5 3所示 此时O形密封圈的动密封作用主要还是依靠其预压缩和加压后作用于耦合面上的接触应力 且由于O形密封圈自身的弹性而具有磨损后自动补偿的能力 图5 3O形密封圈的动密封原理 第五章密封件 此外 还存在其他复杂情况 当用于液体介质密封时 由于液体的压力 粘度及运动速度等因素的作用 沿滑移面和密封件间形成一层粘附力极强的边界层液体膜 如图5 3a所示 这层液体薄膜始终存在着 它亦起一定的密封作用 当滑移面向外伸出时 液体膜随之一起探出 如图5 3b所示 当滑移面缩回时 液体膜则被密封件阻留于外侧 随着滑移面往复次数的增加 阻留于密封件外侧的液体膜日渐增厚 最后形成液滴 从滑移面滴下 见图5 3c 这就是O形密封圈用于往复运动密封时会产生泄漏的原因 因此 O形密封圈不宜应用于滑移面需频繁往复运动的密封装置中 第五章密封件 4 应用 O形密封圈一般安装在外圆或内圆上截面为矩形的沟槽内起密封作用 如图5 4所示 图5 4O形密封圈的安装a 在外圆的矩形槽内b 在内圆的矩形槽内 第五章密封件 O形密封圈良好的密封效果很大程度上取决于O形密封圈尺寸与沟槽尽寸匹配的正确性 世界各国的标准对此都有较严格的规定 密封装置设计时若O形密封圈的压缩量选择过小 或加工沟槽时公差波动使压缩量趋小 装配后就会引起泄漏 如果压缩量选择过大 或加工沟槽时公差波动使压缩量趋大 则会导致O形密封圈橡胶应力松弛而形成泄漏 同样 若装配后O形密封圈拉伸过度 也会因其过早老化而引起密封装置泄漏 4 应用 第五章密封件 O形密封圈的拉伸量 和压缩率 c可按下列公式计算 5 1 5 2 第五章密封件 O形密封圈的拉伸量和压缩率的选用范围 见表5 5 表5 5O形密封圈的拉伸量和压缩率的选取范围 由表5 5可知 静密封的压缩率大于动密封 但是其极值应小于25 否则压缩应力明显松弛 将产生过大的永久变形 在高温工况中 尤为严重 然而压缩率也不宜过小 否则当装配部位存在偏心时就会消失部分压缩量 也会导致泄漏 O形密封圈安装沟槽的宽度为O形密封圈直径的1 3 1 5倍 即b 1 3 1 5d2 静密封时 压缩量较大 应取大值 往复动密封时 应取小值 旋转动密封时 取b 1 05 1 1d2 并应考虑摩擦生热引起密封圈内径收缩 从而影响密封质量的问题 第五章密封件 当被密封的介质工作压力较高时 O形密封圈会因产生弹性变形而被挤进密封耦合面间的缝隙 引起密封圈破坏 解决方法 当动密封工作压力超过7MPa或静密封工作压力大于32MPa时 应在O形密封圈低压侧安置挡圈 若双向交替受介质压力 则于密封圈两侧各加一个挡圈 如图5 6所示 图5 6O形密封圈挡圈的安装a 单向受压b 双向交替受压 在经常承受脉冲压力的密封装置中 也应采用挡圈 以防止密封圈异常损耗 挡圈的材料一般为聚四氟乙烯树脂 或尼龙1010和尼龙6等 第五章密封件 Part5 3 2Y型密封圈 1 主要性能 Y形密封圈的截面呈Y形 是一种典型的唇形密封圈 按其截面的高 宽比例不同 可分为宽型 窄型 Yx型等几类 若按两唇的高度是否相等 则可分为轴 孔通用型的等高唇Y形密封圈和不等高唇的轴用Y形密封圈和孔用Y形密形圈 如图5 7所示 图5 7Y形密封圈a 等高唇b 不等高唇 Yx型 SchoolofMechanicalEngineering 上海电机学院机械学院 第五章密封件 Y形密封圈广泛应用于往复动密封装置中 其使用寿命高于O形密封圈 工作速度范围 采用丁腈橡胶制作时为0 01 0 6m s 采用氟橡胶制作时 为0 05 0 3m s 采用聚氨酯橡胶制作时 则为0 01 1m s Y形密封圈的密封性能 使用寿命及不用挡圈时的工作压力极限 都以聚氨酯橡胶材质为佳 Y形密封圈的适用工作压力不大于40MPa 工作温度为 30 80 Y形密封圈的性能特点 1 密封性能可靠 2 摩擦阻力小 运动平稳 3 耐压性好 适用压力范围广 4 结构简单 价格低廉 5 安装方便 第五章密封件 2 密封原理 Y形密封圈依靠其张开的唇边贴于密封副耦合面 并呈线状接触 在介质压力作用下产生 峰值 接触应力 压力越高 应力越大 当耦合件以工作速度相对运动时 在密封唇与滑移耦合面之间形成一层密封液膜 从而产生密封作用 密封唇边磨损后 由于介质压力的作用而具有一定的自动补偿能力 第五章密封件 图5 8所示为带有副唇的轴用Y形密封圈 每次往复运动后 在其主 副唇之间都会残留下微量液体 工作介质 随着往复运动次数的增多 残留液体将充满主 副唇之间的空间 形成一个特殊的 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 其间的压力远远高于小腔内的工作压力 见图5 8 此时 副唇与耦合面的接触应力 也远远大于主唇与耦合面间的接触应力 因而 当轴外伸 图5 8带副唇的轴用Y形密封圈截面1 副唇2 主唇3 小腔 时迫使 围困区 内的液体压回小腔 从而形成了可靠的密封状态 提高了Y形密封圈的密封性能 围困区 内的压力越高 则副唇对耦合面的接触应力越大 密封性能也就越良好 p 第五章密封件 3 应用 安装Y形密封圈时 唇口一定要对着压力高的一侧 才能起密封作用 为了防止在高压状态下 Y型密封圈的根部因材质塑性变形而被挤入密封耦合面的间歇 故应控制滑移耦合件间的配合间隙 的大小 使其不超过表5 6 见教材P234 所规定的最大值c 见图5 9a 对于工作压力大于16MPa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配合间隙 应在密封圈根部处安装挡圈 如图5 9b所示 图5 9Y形密封圈的安装a 控制间隙b 安装挡圈1 挡圈 第五章密封件 为了防止Y形密封圈在往复运动过程中出现翻转 扭曲等现象 即保持其运动平稳性 可在Y形密封圈的唇口处设置支承环 如图5 10所示 图5 10安装支承环的Y环密封圈a 单向受压b 双向受压 支承环上开有均布的导流小孔 以利于压力介质通过小孔作用到密封圈唇边上 撑开双唇 保持Y形密封圈的正确动态姿势 保证其良好的密封性能 对于宽型Y形密封圈 其截面的宽度为高度的二倍或二倍以上 这种密封圈不会在沟槽里产生翻转 扭曲 可不安装支承环 Y形密封圈的尺寸和公差以及安装密封圈的沟槽尺寸 挡圈尺寸都已经标准化 系列化 设计时可查阅有关国家标准 第五章密封件 Part5 3 3V型密封圈 1 主要性能 V形密封圈的截面呈现V形 也是一种典型的唇形密封圈 根据制作的材料不同 可分为纯橡胶V形密封圈和夹织物 夹布橡胶 V形密封圈等 V形密封圈的密封装置由压环 V形密封圈和支承环三部分组成 如图5 11所示 图5 11V形密形装置1 压环2 V形密封圈3 支承环 第五章密封件 V形密封圈主要用于液压缸活塞和活塞杆的往复动密封 其运动摩擦阻力较Y形密封圈大 但密封性能可靠 使用寿命长 工作速度范围 采用丁腈橡胶制作时为0 02 0 3m s 采用夹布橡胶制作时为0 005 0 5m s 当发生泄漏时 可只调整压环或填片而无须更换密封圈 V形密封圈的最高工作压力 60MPa 适用工作温度 30 80 第五章密封件 V形密封圈的性能特点 1 耐压性能好 使用寿命长 2 根据使用压力的高低 可以合理地选择V形密封圈的数量以满足密封要求 并可调整压紧力来获得最佳综合效果 3 根据密封装置不同的使用要求 可以交替安装不同材质的V形密封圈 以获得不同的密封特性和最佳综合效果 4 维修和更换密封圈方便 5 密封装置的轴向尺寸大 摩擦阻力大 第五章密封件 2 应用 安装V形密封圈时 同样必须将密封圈的凹口面向工作介质的高压一侧 如图5 12所示 图5 12V形密封圈的安装与调整1 调节螺栓2 调整垫片 第五章密封件 液压与气压传动 应根据工作压力合理选择V形密封圈组合个数及压环 支承环和调整垫片的材质 见表5 7 表5 7V形密封圈组合个数及压环 支承环和调整垫片的材质 注 可用 有条件使用 不可使用 较佳 第五章密封件 V形密封装置中 压环上的V形槽角度 应与V形密封圈完全吻合 压环与密封副耦合面之间间隙大小应严格控制 以防止V形密封圈的唇边在介质压力作用下 被挤入间隙而造成唇边撕裂 第五章密封件 表5 8压环与耦合面之面的间隙值 夹织物V形密封圈 合理的间隙值见表5 8 支承环与孔及轴面之间的间隙值一般为 0 25 0 4mm 第五章密封件 为了保持液压缸的运动精度 对压环和支承环的制造精度要求较高 V形密封圈材质的选用应根据密封装置的工作压力和工作速度来进行 见表5 9 见教材P236 夹布橡胶V形密封圈的耐压性能和耐磨性能均比纯橡胶V形密封圈好 而纯橡胶V密封圈又具有优良的密封性能 所以 若将这两种不同材质的密封圈 交替组装起来使用 便能充分发挥各自的特性 获得最佳的密封效果 第五章密封件 V形密封圈使用一段时间后唇边会磨损 为保证其密封性能的持久性 须及时调整其压力 一般采用螺栓 母或加调整垫片来调整 见图5 12 图5 12V形密封圈的安装与调整1 调节螺栓2 调整垫片 同样 V形密封圈的尺寸系列及公差已有国家标准 第五章密封件 Part5 4新型密封件 20世纪80年代以来开发了一批新型密封件 它们提高了密封可靠性 运动精度和综合性能 有的密封件已颁布了国家标准 本节将介绍几种有代表性的新型密封件 第五章密封件 Part5 4 1星形密封圈 1 主要性能与密封原理 星形密封圈是有四个唇的密封圈 它是一种无接缝的圆形环 在模具内硫化成形 其截面近似正方形 如图5 13所示 星形密封圈在使用和作用上非常像O形密封圈 但是 它比O形密封圈具有更显著 更有效的密封性能 星形密封圈的制作材料一般为各种合成橡胶 图5 13星形密封圈及其应力分布 第五章密封件 星形密封圈主要应用在动密封场合 也可用于静密封 适用于双作用往复运动的活塞 活塞杆 柱塞等 并且也能在摆动 螺旋和旋转工况下适用于轴和心轴等 星形密封圈的工作压力不大于40MPa 工作速度不大于0 5m s 工作温度 60 200 取决于制作的材质 对星形密封圈的表面进行特殊减摩处理 能具有更好的摩擦性能 星形密封圈是一种由介质压力施力的双作用密封圈 依靠它在密封耦合面上的接触应力进行密封见图5 13 密封圈的径向和轴向力取决于系统工作压力 当压力升高时 密封圈的压缩量相应增加 接触应力也随之增大 图5 13星形密封圈及其应力分布 第五章密封件 星形密封圈与O形密封圈相比 有许多优点 1 往复运动时 不会翻转 扭曲 2 由于所需的径向预缩量小 因而接触应力小 摩擦力也小 3 由于接触应力分布均匀 所以泄漏小 4 由于密封圈的分型面设在两个唇边之间 因此飞边不会影响密封作用 5 在动密封场合 具有良好的密封效果 而且寿命长 第五章密封件 2 应用 星形密封圈在动 静密封中的应用实例 如图5 14所示 图5 14星形密封圈的应用 第五章密封件 Part5 4 2Zurcon L形密封圈 简称Z L密圈 1 主要性能与密封原理 图5 15Z L密封圈的截面 Z L密封圈的截面呈倒L形 如图5 15所示 主要用于活塞杆的动 静密封 其制作材料Zurcon是专门为密封和支承系统而研制的高性能聚氨酯 材料的复合物 添加剂和硬度范围很广 从而可使密封和支承元件对于品种不断增多的工业流体介质的相容性和性能达到最佳 特别有意义的是 按不同成分经过特殊复合的注射和模压的Zurcon聚氨酯系列 具有不同的硬度 很高的机械强度 耐磨性和抗扯裂强度 同时能和密封耦合面很好地相适应 很少会产生擦伤和损坏 从而能满足液压与气压传动系统严酷的特殊要求 第五章密封件 Z L密封圈的密封唇经过修整 其接触应力分布在高压侧的角度较陡 而在低压侧的角度较平坦 从而保证了活塞杆伸出时粘附在杆上的极薄液体膜 在活塞杆缩回时返回到高压侧 而且 这种最佳的应力分布状态在整个工作压力范围内相当稳定 所以 流体动力回吸性能得到了很好保证 密封的预压缩是由密封圈在外径处的尺寸过盈以及在安装时元件产生的旋转所形成的 独特的截面形状使有介质压力作用时 密封圈变形压向沟槽外壁 且远离密封耦合面间的间隙 避免了密封圈被挤入间隙的可能 第五章密封件 1 在整个工作压力范围内具有流体动力回吸性能 2 静态和动态密封性能均好 3 密封唇不受压力作用 摩擦力小 因而减小了摩擦发热 4 抗挤出性好 5 耐磨性好 使用寿命长 Z L密封圈具有如下突出优点 第五章密封件 2 应用 Z L密封圈采用整体式安装沟槽 其尺寸符合ISO5597标准 且与Y形密封圈的沟槽相同 因此 安装非常方便 Z L密封圈可以应用在使用Y形密封圈的所有场合 例如叉车 农业机械 轻型和中型行走机械 工业液压系统 机床 注射机 液压机等 且能与Y形密封圈互换使用 Z L密封圈的工作压力不大于40MPa 工作速度不大于0 5m s 工作温度 30 80 工作介质 石油基液压油 合成液 难燃液 第五章密封件 Part5 4 3M2型Turcon Variseal密封圈 1 主要性能与密封原理 M2型T V密封圈是一种既可用于外圆密封 又可用于内圆密封的往复运动用单作用密封圈 它由一个U形外壳和一个V形不锈钢弹簧所组成 如图5 16所示 U形外壳的制作材料为Turcon 这是一种专门为密封系统研制的高性能工程热塑性复合物 图5 16M2型T V密封圈1 V形弹簧 第五章密封件 由于密封材料和弹簧对各种工作介质都有很好的适应能力 因此M2型T V密封圈可用在一般液压与气压传动系统 以及其他广泛的范围 如化学 医药及食品等工业中应用 在低压或零压时 密封圈由不锈钢弹簧施力 提供初始密封力 当系统压力升高时 主要密封力由系统压力形成 从而保证由零压到高压都能可靠密封 M2型T V密封圈的轮廓形状是不对称的 其密封工作唇具有短而粗的特点 从而降低了摩擦 延长了寿命 如果在弹簧处的空腔内填满硅胶 则可对密封圈进行消毒处理 并防止污染物进入 从而实现 洁净型 密封 第五章密封件 1 可用于往复和旋转动密封 2 摩擦因数小 精确控制时也不会产生爬行 3 耐磨性好 使用寿命长 4 尺寸稳定性好 能承受急剧的温度变化 5 可以进行消毒 不会污染食品和药剂液体 M2型T V密封圈具有如下优点 第五章密封件 2 应用 M2型T V密封圈可以安装在ISO3771标准规定的沟槽内 M2型T V密封圈的工作压力 动负载时 p 45MPa 静负载时 p 60MPa 工作速度 往复运动时 v 1 5m s 旋转运动时 v 1m s 工作温度 70 260 M2型T V密封圈在活塞和活塞杆上密封的应用实例如图5 17所示 图5 17M2型T V密封圈的应用a 活塞密封b 活塞杆密封 第五章密封件 Part5 5组合式密封件 组合式密封件由两个或两个以上元件组成 一部分是润滑性能好 摩擦因数小的元件 另一部分是充当弹性体的元件 从而大大改善了综合密封性能 第五章密封件 Part5 5 1同轴密封圈 同轴密封圈是结构与材料全部实施组合形式的往复运动用密封元件 它由加了填充材料的改性聚四氟乙烯滑环和作为弹性体的橡胶环 如O形圈 矩形圈 星形圈等 组合而成 按其用途可分为活塞用同轴密封圈 格来圈加O形密封圈 和活塞杆用同轴密封圈 斯特圈加O形密封圈 其结构形式如图5 18所示 图5 18同轴密封圈a 活塞用b 活塞杆用1 格来圈2 O形密封圈3 斯特圈 第五章密封件 格来圈和斯特圈都是以聚四氟乙烯树酯为基材 按不同使用条件 配以不同比例的充填材料 如铜粉 石墨 碳素纤维 石棉 二硫化钼 陶土等 制作而成 由于聚四氟乙烯树脂具有自润滑性能 因此同轴密封圈在各类往复运动密封圈中 是动摩擦阻力较小的一种 如图5 19所示 图5 19活塞密封装置动摩擦阻力比较1 Y型密封圈2 V形密封圈3 同轴密封圈 第五章密封件 同轴密封圈利用O形密封圈的良好弹性变形性能 通过其预压缩力将格来圈 或斯特圈 紧贴在密封耦合面上起密封作用 O形密封圈不与密封耦合面直接接触 不存在密封圈翻转 扭曲及被挤入间隙等问题 1 特点 1 格来圈和斯特圈具有极低的摩擦因数 0 02 0 04 且动 静摩擦因数变化小 因此 运动平稳 无爬行 2 自润滑性能好 与金属耦合面不易粘着 3 密封性能良好 4 根据使用条件 可改变聚四氟乙烯树脂充填材料配比和种类 以获得所需的物理性能 因此 同轴密封圈具有如下特点 第五章密封件 2 应用 同轴密封圈尺寸系列和公差及其安装沟槽形式 尺寸和公差都已有国家标准 分别是GB T15242 1 2001 液压缸活塞和活塞杆动密封装置用同轴密封件尺寸系列和公差 和GB T15242 3 2001 液压缸活塞和活塞杆动密封装置用同轴密封圈安装沟槽尺寸系列和公差 同轴密封圈已被广泛应用于中 高压液压缸的往复运动密封装置 其适用范围为 工作压力不大于50MPa 运动速度不大于1m s 工作温度 30 120 第五章密封件 使用同轴密封圈时 密封耦合面配合间隙的选择 与工作介质的压力高低有关 为防止格来圈和斯特圈被挤入密封耦合面的间隙中 应严格按标准规定的要求控制间隙值的大小 另外 密封性能的优劣也受耦合面加工精度和表面粗糙度的影响 应引起足够重视 第五章密封件 Part5 5 2新型格来圈 本节将介绍一下两种新型格来圈 T形Turcon格来圈 HPR型Turcon格来圈 第五章密封件 Part5 5 2 1T形Turcon格来圈 T形Turcon格来圈是在保留传统的弹性体施力密封的优良特性基础上 改进其几何形状方面的弱点 从而可以满足液压缸在负载下精确定位的要求 它的制作材料为Turcon 这种新型密封圈的结构简单而紧凑 且可使活塞与液压缸壁之间保持较大的间隙 第五章密封件 T形格来圈的截面形状及其接触应力分布如图5 20所示 1 特点 格来圈的两个侧面都有倒角 使密封圈的截面朝着密封耦合面逐渐变窄 截面形状仍然结实而紧凑 且也不会减少因压力产生的最大压缩所需要的弹性 T形格来圈特殊的截面形状所具有侧边角度 使其具有一个附加的自由度 因而密封圈能轻微地倾侧转动 图5 20T形格来圈的截面形状及应力分布1 O形密封圈2 格来圈 由于密封圈的侧面是斜的 导致密封圈有所 倾侧 这样就可以把最大压力点移到高压侧密封圈边缘的位置 见图5 20 相反 密封圈的低压侧 出现一个没有压缩或剪切负载的中间变形区 从而有效地减少了密封圈被挤入间隙的危险 第五章密封件 1 静密封性能非常好 2 允许有较大的配合间隙 故可降低加工费用 并能在有污物的介质中安全使用 3 摩擦力小 无爬行 4 可采用多种材料 对工作条件的适应性强 5 可适用于最新环保安全的液压液 生物油 T形Turcon格来圈具有如下优点 第五章密封件 2 应用 T形密封圈的安装沟漕形状简单 且沟漕尺寸符合ISO7425 1标准 可用于整体式活塞密封 工作压力不大于80MPa 工作速度不大于1 5m s 工作温度 54 200 应用实例如图5 21所示 图5 21T形格来圈应用实例1 O形密封圈2 T形格来圈 第五章密封件 HPR型Turcon格来圈密封装置以叠加的方式将丁腈橡胶弹性体 聚胺酯挡圈和Turcon格来圈组装在一起 使它在单一的沟槽中得到一种轻巧的密封结构 且具有极好的性能 如图5 22所示 Part5 5 2 2HPR型Turcon格来圈 图5 22HPR型格来圈的截面形状及应力分布1 格来圈2 弹性体3 挡圈 p 第五章密封件 格来圈中丁腈橡胶弹性体2为一个形状匀称的释压环 它在径向对聚胺酯挡圈3和Turcon格来圈1施力 HPR型Turcon格来圈密封装置作为主密封 具有释压能力 可防止密封元件间产生困压现象 当活塞杆伸出时 HPR型格来圈对下游的支承元件和副密封提供充分的润滑液膜 格来圈的均匀几何形状可在活塞杆缩回时产生回吸作用 从而也控制了润滑的状况 1 特点 图5 22HPR型格来圈的截面形状及应力分布1 格来圈2 弹性体3 挡圈 p 第五章密封件 1 密封组件轻巧 安装方便 2 抗挤出能力强 可适应较大的配合间隙 尺寸适应性好 3 无粘着作用 长行程时工作可靠 4 抗污染 和流体相容性好 5 摩擦力小 耐磨性好 性能稳定 6 具有释压能力 这种密封装置的优点是 2 应用 HPR型Turcon格来圈适用于液压往复或螺旋运动的单向密封 采用整体式沟槽结构 工作压力不大于50MPa 工作速度不大于1 5m s 工作温度 54 135 工作介质 石油基液压油 水乙二醇 第五章密封件 组合密封垫圈是由橡胶环和金属环整体粘合硫化而成的密封元件 如图5 23所示 Part5 5 3组合密封垫圈 图5 23组合密封垫圈1 橡胶环2 金属环 垫圈的金属外环起支承作用 橡胶内环承受压缩变形后起密封作用 内环厚度h与外环厚度s之差为橡胶的压缩量 组合密封垫圈的优点是密封可靠 连接时的轴向压紧力小 承载的流体压力高 且无需加开密封安装沟漕 因此应用非常广泛 适用于工作压力不大于100MPa 工作温度范围为 30 200 的静密封 Back 第五章密封件 Part5 6防尘圈 在液压缸中 防尘圈被设置于活塞杆或柱塞密封外侧 用以防止在活塞杆或柱塞运动期间 外界尘埃 砂粒等异物侵入液压缸 从而引起密封圈 导向环和支承环等的损伤和早期磨损 并污染工作介质 导致液压元件损坏 第五章密封件 Part5 6 1普通型防尘圈 普通型防尘圈呈舌形结构 如图5 24所示 分为有骨架式和无骨架式两种 普通型防尘圈只有一个防尘唇边 其支承部分的刚性较好 结构简单 装拆方便 制作材料一般为耐磨的丁腈橡胶或聚胺酯橡胶 图5 24普通型防尘圈a 截面b 安装1 内唇2 防尘唇3 防尘圈4 轴 防尘圈内唇受压时 具有密封作用 并在安装沟槽接触处形成静密封 普通型防尘圈的工作条件 工作速度 不大于1m s 工作温度 30 110 工作介质 石油基液压油和水包油乳化液 第五章密封件 2型Turcon防尘圈包含一个用Turcon材料制作的防尘圈和一个作为弹性施力元件的O形密封圈 防尘圈的截面形状及其接触应力分布 如图5 25所示 图5 252型Turcon防尘圈的截面形状及应力分布1 防尘圈2 O形密封圈 O形密封圈的弹性确保防尘唇均匀地紧贴在滑动表面上 从而使防尘圈起到了刮尘的作用 由于Turcon是一种极为耐磨 并经过特殊改进的聚四氟乙烯材料 其固有刚度高 因此防尘圈即使在苛刻条件下使用也不会变形 Part5 6 22型Turcon防尘圈 p 第五章密封件 防尘圈的工作速度不大于1 5m s 工作温度 54 200 取决于O形密封圈材质 2型Turcon防尘圈的优点是 安装空间小 沟槽结构简单 起动时 无爬行和粘滞现象 即使在有难对付的杂质和冰的情况下 也具有良好的防尘效果 耐磨性好 使用寿命长 图5 262型Turcon防尘圈的应用1 防尘圈 2型Turcon防尘圈的应用实例如图5 26所示 第五章密封件 旋转轴用防尘圈是一种用于旋转轴端面密封的防尘装置 其截面形状和安装情况如图5 27所示 Part5 6 3旋转轴用防尘圈 图5 27旋转轴用防尘圈的截面及其安装 防尘圈的密封唇缘紧贴轴颈表面 并随轴一起转动 由于离心力的作用 斜面上的尘土等异物均被抛离密封部位 从而起到防尘和密封作用 旋转轴用防尘圈的特点是 结构简单 装拆方便 防尘效果好 不受轴的偏心 振摆和跳动等影响 对轴无磨损 Back 第五章密封件 Part5 7旋转密封件 旋转轴唇形密封圈俗称油封 它是安装在旋转轴和静止件之间 用于密封润滑油外泄和防止外界尘土 杂物侵入设备内部的动密封元件 Part5 7 1旋转轴唇形密封圈 油封 普通油封的使用压力小于0 5MPa 耐压油封的工作压力可达1 1 2MPa 第五章密封件 丁腈橡胶制作 40 120 氟橡胶制作 25 200 丙烯酸酯橡胶制作 20 150 油封的工作线速度一般小于15m s 油封的分类 按轴的旋转线速度高低分类 可分为低速油封 小于6m s 和高速油封 大于6m s 按油封所能承受的压力高低分类 可分为常压型油封和耐压型油封 油封的工作温度范围 第五章密封件 按油封的结构及密封原理分类 可分为标准型油封和动力回流型油封 按构成油封的组件材质分类 又可分为有骨架型油封和无骨架型油封 有弹簧型油封和无弹簧型油封 通常 对油封的要求是 1 结构简单 制作和装拆容易 2 安装腔体的尺寸紧凑 加工方便 3 密封性能好 能长时间保持密封效果 4 对轴的振摆 偏心的适应性能好 第五章密封件 油封在旋转轴上的安装情况 如图5 28所示 1 密封原理 图5 28油封在旋转轴上的安装1 骨架2 橡胶密封体3 弹簧 在自由状态下 油封的内径小于轴径 有一定的过盈量 这样 当油封装到轴上后 即使没有弹簧 也有一定的径向力作用在轴上 为了保证密封的可靠性 在油封唇缘的上方 加装一个弹簧 见图5 28 依靠弹簧对轴的抱紧力来克服轴在旋转状态下 因振摆 跳动所造成的间隙 并使油封的唇缘能始终紧贴于轴的表面 第五章密封件 维持油封密封性能的关键是介于唇缘与轴表面之间的一层油膜 因此 油封的密封原理是建立在滑动轴承的润滑理论上的 在轴旋转的动态过程中 油膜的厚度也在不断变化 其变动量一般约在20 50 之间 油膜厚度变化的原因是维持油膜存在的表面张力在不断波动 而油膜的表面张力则与油的粘度 运动速度等因素有关 一般认为油膜过厚 容易泄漏 油膜过薄 则会导致干摩擦 最理想的情况是保持 临界油膜厚度 即始终保持临界润滑状态 而 临界油膜厚度 的形成与保持 与油封对轴的径向力的大小及其分布状况直接有关 最理想的情况是 尽量采用最小的径向力而得到最尖锐的 峰值 压力分布 可获得最佳的密封效果 第五章密封件 2 油封的选用 选择油封的材料时 必须考虑材料对工作介质 工作温度及唇缘在轴高速旋转时的适应性 一般油封工作时若其唇缘的温度高于工作介质温度20 50 应引起重视 常压型油封的使用压力一般不超过0 05MPa 当工作压力超过0 05MPa时 应选用耐压型油封 目前 国外耐压型油封的使用压力可达10MPa 第五章密封件 液压与气压传动 油封的型式和种类很多 可按工作条件与使用要求查阅有关设计手册选用 油封安装时 为获得适当的初始径向力 应保证唇缘对旋转轴的过盈量要求 其值如表5 10所示 表5 10油封唇对轴的过盈量 第五章密封件 旋转格来圈密封装置由一个高级Turcon材料的密封环格来圈和一个弹性施力的O形密封圈组合而成 如图5 29所示 图5 29旋转格来圈a 外圆密封b 内圆密封1 O形密封圈2 格来圈 为适应高速和低速不同工况的需要 根据格来圈的截面大小不同 在密封面上加