第五章密封件 密封件主要內容 5 1密封的作用與分類5 2密封件的材料5 3常用密封件5 4新型密封件5 5組合式密封件5 6防塵圈5 7旋轉密封件5 8膠密封與帶密封 密封知識培訓 了解密封的作用與分類了解密封件的材料及常用密封材料掌握幾種常用密封件的性能特點及其密封原理 O形密封圈的主要性能與工作原理Y形密封圈的主要性能與工作原理V形密封圈的主要性能與工作原理 目的任務 重點難點 第五章密封件 第五章密封件 Part5 1密封的作用與分類 在液壓與氣壓傳動系統及其元件中 安置密封裝置和密封元件的作用 在于防止工作介質的泄漏及外界塵埃和異物的侵入 設置于密封裝置中 起密封作用的元件稱為密封件 液壓與氣壓傳動的工作介質 在系統及元件的容腔內流動或暫存時 由于壓力 間歇 粘度等因素的變化 而導致少量工作介質越過容腔邊界 由高壓腔向低壓腔或外界流出 這種 越界流出 現象稱為泄漏 1 密封的作用及其意義 第五章密封件 泄漏分為內泄漏和外泄漏兩類 對于液壓傳動系統 內泄漏會引起系統容積效率的急劇下降 達不到所需的工作壓力 使設備無法正常運作 外泄漏則造成工作介質浪費和污染環境 甚至引發設備操作失靈和人身事故 內泄漏指在系統或元件內部工作介質由高壓腔向低壓腔的泄漏 外泄漏則是由系統或元件內部向外界的泄漏 單位時間內泄漏的工作介質的體積稱為泄漏量 對于氣壓傳動系統 由于其工作介質為壓縮空氣且工作壓力不高 因此氣體的泄漏問題往往得不到應有的重視 其實 氣壓傳動系統中的泄漏同樣會造成系統壓力下降 能耗加大 動作紊亂 或造成真空系統中的負壓建立不起來 氣缸進氣口的泄漏將造成氣缸低速運行的爬行 等等 正確和合理地使用密封件是液壓與氣壓傳動系統正常運轉的重要保證 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兩方面 一是密封面上有間隙 二是密封部位兩側存在較大壓力差 消去或減小任一因素都可以阻止或減小泄漏 因此 密封的方法通常有 1 封住結合面的間隙 2 切斷泄漏通道 3 增加泄漏通道中的阻力 4 設置作功元件 對泄漏介質造成壓力 以抵消或平衡泄漏通道的壓力差 2 密封的分類 第五章密封件 表5 1密封的分類 根據被密封的偶合面在設備運轉時有無相對運動 可將密封分為靜密封和動密封兩大類 另外按照密封件的制作材料 結構形式和密封機理等還可進一步細分 密封的分類見表5 1 第五章密封件 Back 第五章密封件 密封件材料應滿足密封功能的要求 由于被密封的工作介質以及設備工作條件的不同 密封件材料應具有不同的適應性 Part5 2密封件的材料 密封材料的一般要求 1 材料密實 不易泄漏工作介質 2 對工作介質有良好的適應性和穩定性 3 有適當的機械強度和硬度 受工作介質的影響小 4 壓縮性和復原性好 永久變形小 5 溫度適應性好 高溫下不軟化 不分解 低溫下不硬化 不脆裂 1 對密封件材料的要求 密封材料的一般要求 6 摩擦因數小 耐磨性好 7 抗腐蝕性能好 能在工作介質中長期工作 其體積和硬度變化小 8 與密封面貼合的柔軟性和彈性好 9 耐臭氧性和耐老化性好 使用壽命長 10 加工性能好 價格低廉 第五章密封件 2 常用橡膠密封材料 常用的橡膠密封材料主要是合成橡膠 由于合成橡膠的膠種較多 且各自的性能也各不相同 因此 在選用時除要求其必須滿足上述使用要求外 還應根據不同膠種的特性和使用范圍 參照密封件的工況條件 進行正確選擇 常用橡膠密封材料所適應的介質和使用溫度范圍見表5 2 第五章密封件 注 可以使用 有條件使用 不可使用 表5 2常用橡膠密封材料所適應的介質和使用溫度范圍 第五章密封件 3 常用合成樹脂密封材料 常用合成樹脂中 使用最多的是聚四氟乙烯樹脂 在聚四氟乙烯中摻入不同的充填材料 可改善和提高其綜合物理化學性能 從而擴大了它的使用范圍 因此 聚四氟乙烯樹脂密封材料可適用石油基液壓油 水 油乳化液 水 乙二醇基液壓液 磷酸脂基液壓液等工作介質的密封 常用合成樹脂密封材料的主要特點和應用范圍見表5 3 第五章密封件 表5 3常用合成樹脂密封材料的主要特點和應用范圍 第五章密封件 表5 4常用金屬密封材料的種類和應用范圍 金屬密封材料主要用于靜密封 常用金屬密封材料的種類和應用范圍見表5 4 4 常用金屬密封材料 第五章密封件 除間隙密封外 密封都是利用密封件使偶合面間的間隙控制在工作介質能通過的最小間隙之下 該最小間隙取決于工作介質的壓力 粘度 分子量等 Part5 3常用密封件 接觸式動密封中的壓型密封 是通過由預壓縮力和介質壓力產生的壓緊力 在密封件與偶合面之間形成接觸壓力 介質壓力愈高 接觸壓力愈大 使密封件與耦合面緊密貼合 以阻塞泄漏通道 達到自密封 而自封式自緊型密封 則是利用密封件自身變形所產生的反壓力也隨介質壓力的增加而增大 從而達到自密封 本章介紹常用的O形 Y形和V形密封圈的主要性能 密封原理及其應用 第五章密封件 Part5 3 1O型密封圈 1 主要性能 O形封圈是一種截面為圓形的橡膠圈 如圖5 1所示 其材料主要為丁腈橡膠或氟橡膠 O形密封圈是液壓與氣壓傳動系統中使用最廣泛的一種密封件 它主要用于靜密封和往復運動密封 圖5 1O形密封圈d1 O形圈內徑d2 O形圈截面直徑 其使用速度范圍一般為0 005 0 3m s 用于旋轉運動密封時 僅限于低速回轉密封裝置 如液壓挖掘機的中央回轉接頭的分配閥動密封機構 一般O形密封圈在旋轉運動密封裝置中使用較少 第五章密封件 O形密封圈與其他形式密封圈比較 具有以下優點 1 結構小巧 裝拆方便 2 靜 動密封均可使用 3 動摩擦阻力比較小 4 使用單件O形密封圈 可對兩個方向起密封作用 5 價格低廉 但是 當設備閑置時間過久而再次起動時 O形密封圈的摩擦阻力會因其與密封副耦合面的粘附而陡增 并出現蠕動現象 第五章密封件 2 用于靜密封時的密封原理 當沒有介質壓力時 密封圈在自身的彈性力作用下 對接觸面產生一個預接觸應力p0 如圖5 2a所示 圖5 2O形密封圈的靜密封原理a 空載狀態 O形密封圈裝入密封槽后 其界面承受接觸壓縮應力而產生變形 第五章密封件 而當容腔內充入有壓力的介質后 則在介質壓力p的作用下 O形密封圈發生位移 移向低壓側 且其彈性變形進一步加大 填充和封閉了密封間隙 此時 作用于密封副偶合面的接觸壓力上升為p0 p pm 從而大大增加了密封效果 如圖5 2b所示 當容腔內的介質卸壓后 p 0 則由于O形密封圈仍具有初裝時的預接觸應力p0 故仍能保證密封性能 此即所謂O形密封圈的自密封作用 圖5 2O形密封圈的靜密封原理b 承載狀態 2 用于靜密封時的密封原理 第五章密封件 3 用于往復運動密封時的密封原理 O形密封圈在往復運動滑移面上的接觸情況 如圖5 3所示 此時O形密封圈的動密封作用主要還是依靠其預壓縮和加壓后作用于耦合面上的接觸應力 且由于O形密封圈自身的彈性而具有磨損后自動補償的能力 圖5 3O形密封圈的動密封原理 第五章密封件 此外 還存在其他復雜情況 當用于液體介質密封時 由于液體的壓力 粘度及運動速度等因素的作用 沿滑移面和密封件間形成一層粘附力極強的邊界層液體膜 如圖5 3a所示 這層液體薄膜始終存在著 它亦起一定的密封作用 當滑移面向外伸出時 液體膜隨之一起探出 如圖5 3b所示 當滑移面縮回時 液體膜則被密封件阻留于外側 隨著滑移面往復次數的增加 阻留于密封件外側的液體膜日漸增厚 最后形成液滴 從滑移面滴下 見圖5 3c 這就是O形密封圈用于往復運動密封時會產生泄漏的原因 因此 O形密封圈不宜應用于滑移面需頻繁往復運動的密封裝置中 第五章密封件 4 應用 O形密封圈一般安裝在外圓或內圓上截面為矩形的溝槽內起密封作用 如圖5 4所示 圖5 4O形密封圈的安裝a 在外圓的矩形槽內b 在內圓的矩形槽內 第五章密封件 O形密封圈良好的密封效果很大程度上取決于O形密封圈尺寸與溝槽盡寸匹配的正確性 世界各國的標準對此都有較嚴格的規定 密封裝置設計時若O形密封圈的壓縮量選擇過小 或加工溝槽時公差波動使壓縮量趨小 裝配后就會引起泄漏 如果壓縮量選擇過大 或加工溝槽時公差波動使壓縮量趨大 則會導致O形密封圈橡膠應力松弛而形成泄漏 同樣 若裝配后O形密封圈拉伸過度 也會因其過早老化而引起密封裝置泄漏 4 應用 第五章密封件 O形密封圈的拉伸量 和壓縮率 c可按下列公式計算 5 1 5 2 第五章密封件 O形密封圈的拉伸量和壓縮率的選用范圍 見表5 5 表5 5O形密封圈的拉伸量和壓縮率的選取范圍 由表5 5可知 靜密封的壓縮率大于動密封 但是其極值應小于25 否則壓縮應力明顯松弛 將產生過大的永久變形 在高溫工況中 尤為嚴重 然而壓縮率也不宜過小 否則當裝配部位存在偏心時就會消失部分壓縮量 也會導致泄漏 O形密封圈安裝溝槽的寬度為O形密封圈直徑的1 3 1 5倍 即b 1 3 1 5d2 靜密封時 壓縮量較大 應取大值 往復動密封時 應取小值 旋轉動密封時 取b 1 05 1 1d2 并應考慮摩擦生熱引起密封圈內徑收縮 從而影響密封質量的問題 第五章密封件 當被密封的介質工作壓力較高時 O形密封圈會因產生彈性變形而被擠進密封耦合面間的縫隙 引起密封圈破壞 解決方法 當動密封工作壓力超過7MPa或靜密封工作壓力大于32MPa時 應在O形密封圈低壓側安置擋圈 若雙向交替受介質壓力 則于密封圈兩側各加一個擋圈 如圖5 6所示 圖5 6O形密封圈擋圈的安裝a 單向受壓b 雙向交替受壓 在經常承受脈沖壓力的密封裝置中 也應采用擋圈 以防止密封圈異常損耗 擋圈的材料一般為聚四氟乙烯樹脂 或尼龍1010和尼龍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 是一種典型的唇形密封圈 按其截面的高 寬比例不同 可分為寬型 窄型 Yx型等幾類 若按兩唇的高度是否相等 則可分為軸 孔通用型的等高唇Y形密封圈和不等高唇的軸用Y形密封圈和孔用Y形密形圈 如圖5 7所示 圖5 7Y形密封圈a 等高唇b 不等高唇 Yx型 SchoolofMechanicalEngineering 上海電機學院機械學院 第五章密封件 Y形密封圈廣泛應用于往復動密封裝置中 其使用壽命高于O形密封圈 工作速度范圍 采用丁腈橡膠制作時為0 01 0 6m s 采用氟橡膠制作時 為0 05 0 3m s 采用聚氨酯橡膠制作時 則為0 01 1m s Y形密封圈的密封性能 使用壽命及不用擋圈時的工作壓力極限 都以聚氨酯橡膠材質為佳 Y形密封圈的適用工作壓力不大于40MPa 工作溫度為 30 80 Y形密封圈的性能特點 1 密封性能可靠 2 摩擦阻力小 運動平穩 3 耐壓性好 適用壓力范圍廣 4 結構簡單 價格低廉 5 安裝方便 第五章密封件 2 密封原理 Y形密封圈依靠其張開的唇邊貼于密封副耦合面 并呈線狀接觸 在介質壓力作用下產生 峰值 接觸應力 壓力越高 應力越大 當耦合件以工作速度相對運動時 在密封唇與滑移耦合面之間形成一層密封液膜 從而產生密封作用 密封唇邊磨損后 由于介質壓力的作用而具有一定的自動補償能力 第五章密封件 圖5 8所示為帶有副唇的軸用Y形密封圈 每次往復運動后 在其主 副唇之間都會殘留下微量液體 工作介質 隨著往復運動次數的增多 殘留液體將充滿主 副唇之間的空間 形成一個特殊的 圍困區 當主唇處于工作狀態時 由于 圍困區 內液體不可壓縮 其間的壓力遠遠高于小腔內的工作壓力 見圖5 8 此時 副唇與耦合面的接觸應力 也遠遠大于主唇與耦合面間的接觸應力 因而 當軸外伸 圖5 8帶副唇的軸用Y形密封圈截面1 副唇2 主唇3 小腔 時迫使 圍困區 內的液體壓回小腔 從而形成了可靠的密封狀態 提高了Y形密封圈的密封性能 圍困區 內的壓力越高 則副唇對耦合面的接觸應力越大 密封性能也就越良好 p 第五章密封件 3 應用 安裝Y形密封圈時 唇口一定要對著壓力高的一側 才能起密封作用 為了防止在高壓狀態下 Y型密封圈的根部因材質塑性變形而被擠入密封耦合面的間歇 故應控制滑移耦合件間的配合間隙 的大小 使其不超過表5 6 見教材P234 所規定的最大值c 見圖5 9a 對于工作壓力大于16MPa的Y形密封圈 為保證其使用壽命 防止密封圈的根部被擠入配合間隙 應在密封圈根部處安裝擋圈 如圖5 9b所示 圖5 9Y形密封圈的安裝a 控制間隙b 安裝擋圈1 擋圈 第五章密封件 為了防止Y形密封圈在往復運動過程中出現翻轉 扭曲等現象 即保持其運動平穩性 可在Y形密封圈的唇口處設置支承環 如圖5 10所示 圖5 10安裝支承環的Y環密封圈a 單向受壓b 雙向受壓 支承環上開有均布的導流小孔 以利于壓力介質通過小孔作用到密封圈唇邊上 撐開雙唇 保持Y形密封圈的正確動態姿勢 保證其良好的密封性能 對于寬型Y形密封圈 其截面的寬度為高度的二倍或二倍以上 這種密封圈不會在溝槽里產生翻轉 扭曲 可不安裝支承環 Y形密封圈的尺寸和公差以及安裝密封圈的溝槽尺寸 擋圈尺寸都已經標準化 系列化 設計時可查閱有關國家標準 第五章密封件 Part5 3 3V型密封圈 1 主要性能 V形密封圈的截面呈現V形 也是一種典型的唇形密封圈 根據制作的材料不同 可分為純橡膠V形密封圈和夾織物 夾布橡膠 V形密封圈等 V形密封圈的密封裝置由壓環 V形密封圈和支承環三部分組成 如圖5 11所示 圖5 11V形密形裝置1 壓環2 V形密封圈3 支承環 第五章密封件 V形密封圈主要用于液壓缸活塞和活塞桿的往復動密封 其運動摩擦阻力較Y形密封圈大 但密封性能可靠 使用壽命長 工作速度范圍 采用丁腈橡膠制作時為0 02 0 3m s 采用夾布橡膠制作時為0 005 0 5m s 當發生泄漏時 可只調整壓環或填片而無須更換密封圈 V形密封圈的最高工作壓力 60MPa 適用工作溫度 30 80 第五章密封件 V形密封圈的性能特點 1 耐壓性能好 使用壽命長 2 根據使用壓力的高低 可以合理地選擇V形密封圈的數量以滿足密封要求 并可調整壓緊力來獲得最佳綜合效果 3 根據密封裝置不同的使用要求 可以交替安裝不同材質的V形密封圈 以獲得不同的密封特性和最佳綜合效果 4 維修和更換密封圈方便 5 密封裝置的軸向尺寸大 摩擦阻力大 第五章密封件 2 應用 安裝V形密封圈時 同樣必須將密封圈的凹口面向工作介質的高壓一側 如圖5 12所示 圖5 12V形密封圈的安裝與調整1 調節螺栓2 調整墊片 第五章密封件 液壓與氣壓傳動 應根據工作壓力合理選擇V形密封圈組合個數及壓環 支承環和調整墊片的材質 見表5 7 表5 7V形密封圈組合個數及壓環 支承環和調整墊片的材質 注 可用 有條件使用 不可使用 較佳 第五章密封件 V形密封裝置中 壓環上的V形槽角度 應與V形密封圈完全吻合 壓環與密封副耦合面之間間隙大小應嚴格控制 以防止V形密封圈的唇邊在介質壓力作用下 被擠入間隙而造成唇邊撕裂 第五章密封件 表5 8壓環與耦合面之面的間隙值 夾織物V形密封圈 合理的間隙值見表5 8 支承環與孔及軸面之間的間隙值一般為 0 25 0 4mm 第五章密封件 為了保持液壓缸的運動精度 對壓環和支承環的制造精度要求較高 V形密封圈材質的選用應根據密封裝置的工作壓力和工作速度來進行 見表5 9 見教材P236 夾布橡膠V形密封圈的耐壓性能和耐磨性能均比純橡膠V形密封圈好 而純橡膠V密封圈又具有優良的密封性能 所以 若將這兩種不同材質的密封圈 交替組裝起來使用 便能充分發揮各自的特性 獲得最佳的密封效果 第五章密封件 V形密封圈使用一段時間后唇邊會磨損 為保證其密封性能的持久性 須及時調整其壓力 一般采用螺栓 母或加調整墊片來調整 見圖5 12 圖5 12V形密封圈的安裝與調整1 調節螺栓2 調整墊片 同樣 V形密封圈的尺寸系列及公差已有國家標準 第五章密封件 Part5 4新型密封件 20世紀80年代以來開發了一批新型密封件 它們提高了密封可靠性 運動精度和綜合性能 有的密封件已頒布了國家標準 本節將介紹幾種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 主要性能與密封原理 星形密封圈是有四個唇的密封圈 它是一種無接縫的圓形環 在模具內硫化成形 其截面近似正方形 如圖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形密封圈具有更顯著 更有效的密封性能 星形密封圈的制作材料一般為各種合成橡膠 圖5 13星形密封圈及其應力分布 第五章密封件 星形密封圈主要應用在動密封場合 也可用于靜密封 適用于雙作用往復運動的活塞 活塞桿 柱塞等 并且也能在擺動 螺旋和旋轉工況下適用于軸和心軸等 星形密封圈的工作壓力不大于40MPa 工作速度不大于0 5m s 工作溫度 60 200 取決于制作的材質 對星形密封圈的表面進行特殊減摩處理 能具有更好的摩擦性能 星形密封圈是一種由介質壓力施力的雙作用密封圈 依靠它在密封耦合面上的接觸應力進行密封見圖5 13 密封圈的徑向和軸向力取決于系統工作壓力 當壓力升高時 密封圈的壓縮量相應增加 接觸應力也隨之增大 圖5 13星形密封圈及其應力分布 第五章密封件 星形密封圈與O形密封圈相比 有許多優點 1 往復運動時 不會翻轉 扭曲 2 由于所需的徑向預縮量小 因而接觸應力小 摩擦力也小 3 由于接觸應力分布均勻 所以泄漏小 4 由于密封圈的分型面設在兩個唇邊之間 因此飛邊不會影響密封作用 5 在動密封場合 具有良好的密封效果 而且壽命長 第五章密封件 2 應用 星形密封圈在動 靜密封中的應用實例 如圖5 14所示 圖5 14星形密封圈的應用 第五章密封件 Part5 4 2Zurcon L形密封圈 簡稱Z L密圈 1 主要性能與密封原理 圖5 15Z L密封圈的截面 Z L密封圈的截面呈倒L形 如圖5 15所示 主要用于活塞桿的動 靜密封 其制作材料Zurcon是專門為密封和支承系統而研制的高性能聚氨酯 材料的復合物 添加劑和硬度范圍很廣 從而可使密封和支承元件對于品種不斷增多的工業流體介質的相容性和性能達到最佳 特別有意義的是 按不同成分經過特殊復合的注射和模壓的Zurcon聚氨酯系列 具有不同的硬度 很高的機械強度 耐磨性和抗扯裂強度 同時能和密封耦合面很好地相適應 很少會產生擦傷和損壞 從而能滿足液壓與氣壓傳動系統嚴酷的特殊要求 2020 3 16 47 可編輯 第五章密封件 Z L密封圈的密封唇經過修整 其接觸應力分布在高壓側的角度較陡 而在低壓側的角度較平坦 從而保證了活塞桿伸出時粘附在桿上的極薄液體膜 在活塞桿縮回時返回到高壓側 而且 這種最佳的應力分布狀態在整個工作壓力范圍內相當穩定 所以 流體動力回吸性能得到了很好保證 密封的預壓縮是由密封圈在外徑處的尺寸過盈以及在安裝時元件產生的旋轉所形成的 獨特的截面形狀使有介質壓力作用時 密封圈變形壓向溝槽外壁 且遠離密封耦合面間的間隙 避免了密封圈被擠入間隙的可能 第五章密封件 1 在整個工作壓力范圍內具有流體動力回吸性能 2 靜態和動態密封性能均好 3 密封唇不受壓力作用 摩擦力小 因而減小了摩擦發熱 4 抗擠出性好 5 耐磨性好 使用壽命長 Z L密封圈具有如下突出優點 第五章密封件 2 應用 Z L密封圈采用整體式安裝溝槽 其尺寸符合ISO5597標準 且與Y形密封圈的溝槽相同 因此 安裝非常方便 Z L密封圈可以應用在使用Y形密封圈的所有場合 例如叉車 農業機械 輕型和中型行走機械 工業液壓系統 機床 注射機 液壓機等 且能與Y形密封圈互換使用 Z L密封圈的工作壓力不大于40MPa 工作速度不大于0 5m s 工作溫度 30 80 工作介質 石油基液壓油 合成液 難燃液 第五章密封件 Part5 4 3M2型Turcon Variseal密封圈 1 主要性能與密封原理 M2型T V密封圈是一種既可用于外圓密封 又可用于內圓密封的往復運動用單作用密封圈 它由一個U形外殼和一個V形不銹鋼彈簧所組成 如圖5 16所示 U形外殼的制作材料為Turcon 這是一種專門為密封系統研制的高性能工程熱塑性復合物 圖5 16M2型T V密封圈1 V形彈簧 第五章密封件 由于密封材料和彈簧對各種工作介質都有很好的適應能力 因此M2型T V密封圈可用在一般液壓與氣壓傳動系統 以及其他廣泛的范圍 如化學 醫藥及食品等工業中應用 在低壓或零壓時 密封圈由不銹鋼彈簧施力 提供初始密封力 當系統壓力升高時 主要密封力由系統壓力形成 從而保證由零壓到高壓都能可靠密封 M2型T V密封圈的輪廓形狀是不對稱的 其密封工作唇具有短而粗的特點 從而降低了摩擦 延長了壽命 如果在彈簧處的空腔內填滿硅膠 則可對密封圈進行消毒處理 并防止污染物進入 從而實現 潔凈型 密封 第五章密封件 1 可用于往復和旋轉動密封 2 摩擦因數小 精確控制時也不會產生爬行 3 耐磨性好 使用壽命長 4 尺寸穩定性好 能承受急劇的溫度變化 5 可以進行消毒 不會污染食品和藥劑液體 M2型T V密封圈具有如下優點 第五章密封件 2 應用 M2型T V密封圈可以安裝在ISO3771標準規定的溝槽內 M2型T V密封圈的工作壓力 動負載時 p 45MPa 靜負載時 p 60MPa 工作速度 往復運動時 v 1 5m s 旋轉運動時 v 1m s 工作溫度 70 260 M2型T V密封圈在活塞和活塞桿上密封的應用實例如圖5 17所示 圖5 17M2型T V密封圈的應用a 活塞密封b 活塞桿密封 第五章密封件 Part5 5組合式密封件 組合式密封件由兩個或兩個以上元件組成 一部分是潤滑性能好 摩擦因數小的元件 另一部分是充當彈性體的元件 從而大大改善了綜合密封性能 第五章密封件 Part5 5 1同軸密封圈 同軸密封圈是結構與材料全部實施組合形式的往復運動用密封元件 它由加了填充材料的改性聚四氟乙烯滑環和作為彈性體的橡膠環 如O形圈 矩形圈 星形圈等 組合而成 按其用途可分為活塞用同軸密封圈 格來圈加O形密封圈 和活塞桿用同軸密封圈 斯特圈加O形密封圈 其結構形式如圖5 18所示 圖5 18同軸密封圈a 活塞用b 活塞桿用1 格來圈2 O形密封圈3 斯特圈 第五章密封件 格來圈和斯特圈都是以聚四氟乙烯樹酯為基材 按不同使用條件 配以不同比例的充填材料 如銅粉 石墨 碳素纖維 石棉 二硫化鉬 陶土等 制作而成 由于聚四氟乙烯樹脂具有自潤滑性能 因此同軸密封圈在各類往復運動密封圈中 是動摩擦阻力較小的一種 如圖5 19所示 圖5 19活塞密封裝置動摩擦阻力比較1 Y型密封圈2 V形密封圈3 同軸密封圈 第五章密封件 同軸密封圈利用O形密封圈的良好彈性變形性能 通過其預壓縮力將格來圈 或斯特圈 緊貼在密封耦合面上起密封作用 O形密封圈不與密封耦合面直接接觸 不存在密封圈翻轉 扭曲及被擠入間隙等問題 1 特點 1 格來圈和斯特圈具有極低的摩擦因數 0 02 0 04 且動 靜摩擦因數變化小 因此 運動平穩 無爬行 2 自潤滑性能好 與金屬耦合面不易粘著 3 密封性能良好 4 根據使用條件 可改變聚四氟乙烯樹脂充填材料配比和種類 以獲得所需的物理性能 因此 同軸密封圈具有如下特點 第五章密封件 2 應用 同軸密封圈尺寸系列和公差及其安裝溝槽形式 尺寸和公差都已有國家標準 分別是GB T15242 1 2001 液壓缸活塞和活塞桿動密封裝置用同軸密封件尺寸系列和公差 和GB T15242 3 2001 液壓缸活塞和活塞桿動密封裝置用同軸密封圈安裝溝槽尺寸系列和公差 同軸密封圈已被廣泛應用于中 高壓液壓缸的往復運動密封裝置 其適用范圍為 工作壓力不大于50MPa 運動速度不大于1m s 工作溫度 30 120 第五章密封件 使用同軸密封圈時 密封耦合面配合間隙的選擇 與工作介質的壓力高低有關 為防止格來圈和斯特圈被擠入密封耦合面的間隙中 應嚴格按標準規定的要求控制間隙值的大小 另外 密封性能的優劣也受耦合面加工精度和表面粗糙度的影響 應引起足夠重視 第五章密封件 Part5 5 2新型格來圈 本節將介紹一下兩種新型格來圈 T形Turcon格來圈 HPR型Turcon格來圈 第五章密封件 Part5 5 2 1T形Turcon格來圈 T形Turcon格來圈是在保留傳統的彈性體施力密封的優良特性基礎上 改進其幾何形狀方面的弱點 從而可以滿足液壓缸在負載下精確定位的要求 它的制作材料為Turcon 這種新型密封圈的結構簡單而緊湊 且可使活塞與液壓缸壁之間保持較大的間隙 第五章密封件 T形格來圈的截面形狀及其接觸應力分布如圖5 20所示 1 特點 格來圈的兩個側面都有倒角 使密封圈的截面朝著密封耦合面逐漸變窄 截面形狀仍然結實而緊湊 且也不會減少因壓力產生的最大壓縮所需要的彈性 T形格來圈特殊的截面形狀所具有側邊角度 使其具有一個附加的自由度 因而密封圈能輕微地傾側轉動 圖5 20T形格來圈的截面形狀及應力分布1 O形密封圈2 格來圈 由于密封圈的側面是斜的 導致密封圈有所 傾側 這樣就可以把最大壓力點移到高壓側密封圈邊緣的位置 見圖5 20 相反 密封圈的低壓側 出現一個沒有壓縮或剪切負載的中間變形區 從而有效地減少了密封圈被擠入間隙的危險 第五章密封件 1 靜密封性能非常好 2 允許有較大的配合間隙 故可降低加工費用 并能在有污物的介質中安全使用 3 摩擦力小 無爬行 4 可采用多種材料 對工作條件的適應性強 5 可適用于最新環保安全的液壓液 生物油 T形Turcon格來圈具有如下優點 第五章密封件 2 應用 T形密封圈的安裝溝漕形狀簡單 且溝漕尺寸符合ISO7425 1標準 可用于整體式活塞密封 工作壓力不大于80MPa 工作速度不大于1 5m s 工作溫度 54 200 應用實例如圖5 21所示 圖5 21T形格來圈應用實例1 O形密封圈2 T形格來圈 第五章密封件 HPR型Turcon格來圈密封裝置以疊加的方式將丁腈橡膠彈性體 聚胺酯擋圈和Turcon格來圈組裝在一起 使它在單一的溝槽中得到一種輕巧的密封結構 且具有極好的性能 如圖5 22所示 Part5 5 2 2HPR型Turcon格來圈 圖5 22HPR型格來圈的截面形狀及應力分布1 格來圈2 彈性體3 擋圈 p 第五章密封件 格來圈中丁腈橡膠彈性體2為一個形狀勻稱的釋壓環 它在徑向對聚胺酯擋圈3和Turcon格來圈1施力 HPR型Turcon格來圈密封裝置作為主密封 具有釋壓能力 可防止密封元件間產生困壓現象 當活塞桿伸出時 HPR型格來圈對下游的支承元件和副密封提供充分的潤滑液膜 格來圈的均勻幾何形狀可在活塞桿縮回時產生回吸作用 從而也控制了潤滑的狀況 1 特點 圖5 22HPR型格來圈的截面形狀及應力分布1 格來圈2 彈性體3 擋圈 p 第五章密封件 1 密封組件輕巧 安裝方便 2 抗擠出能力強 可適應較大的配合間隙 尺寸適應性好 3 無粘著作用 長行程時工作可靠 4 抗污染 和流體相容性好 5 摩擦力小 耐磨性好 性能穩定 6 具有釋壓能力 這種密封裝置的優點是 2 應用 HPR型Turcon格來圈適用于液壓往復或螺旋運動的單向密封 采用整體式溝槽結構 工作壓力不大于50MPa 工作速度不大于1 5m s 工作溫度 54 135 工作介質 石油基液壓油 水乙二醇 第五章密封件 組合密封墊圈是由橡膠環和金屬環整體粘合硫化而成的密封元件 如圖5 23所示 Part5 5 3組合密封墊圈 圖5 23組合密封墊圈1 橡膠環2 金屬環 墊圈的金屬外環起支承作用 橡膠內環承受壓縮變形后起密封作用 內環厚度h與外環厚度s之差為橡膠的壓縮量 組合密封墊圈的優點是密封可靠 連接時的軸向壓緊力小 承載的流體壓力高 且無需加開密封安裝溝漕 因此應用非常廣泛 適用于工作壓力不大于100MPa 工作溫度范圍為 30 200 的靜密封 Back 第五章密封件 Part5 6防塵圈 在液壓缸中 防塵圈被設置于活塞桿或柱塞密封外側 用以防止在活塞桿或柱塞運動期間 外界塵埃 砂粒等異物侵入液壓缸 從而引起密封圈 導向環和支承環等的損傷和早期磨損 并污染工作介質 導致液壓元件損壞 第五章密封件 Part5 6 1普通型防塵圈 普通型防塵圈呈舌形結構 如圖5 24所示 分為有骨架式和無骨架式兩種 普通型防塵圈只有一個防塵唇邊 其支承部分的剛性較好 結構簡單 裝拆方便 制作材料一般為耐磨的丁腈橡膠或聚胺酯橡膠 圖5 24普通型防塵圈a 截面b 安裝1 內唇2 防塵唇3 防塵圈4 軸 防塵圈內唇受壓時 具有密封作用 并在安裝溝槽接觸處形成靜密封 普通型防塵圈的工作條件 工作速度 不大于1m s 工作溫度 30 110 工作介質 石油基液壓油和水包油乳化液 第五章密封件 2型Turcon防塵圈包含一個用Turcon材料制作的防塵圈和一個作為彈性施力元件的O形密封圈 防塵圈的截面形狀及其接觸應力分布 如圖5 25所示 圖5 252型Turcon防塵圈的截面形狀及應力分布1 防塵圈2 O形密封圈 O形密封圈的彈性確保防塵唇均勻地緊貼在滑動表面上 從而使防塵圈起到了刮塵的作用 由于Turcon是一種極為耐磨 并經過特殊改進的聚四氟乙烯材料 其固有剛度高 因此防塵圈即使在苛刻條件下使用也不會變形 Part5 6 22型Turcon防塵圈 p 第五章密封件 防塵圈的工作速度不大于1 5m s 工作溫度 54 200 取決于O形密封圈材質 2型Turcon防塵圈的優點是 安裝空間小 溝槽結構簡單 起動時 無爬行和粘滯現象 即使在有難對付的雜質和冰的情況下 也具有良好的防塵效果 耐磨性好 使用壽命長 圖5 262型Turcon防塵圈的應用1 防塵圈 2型Turcon防塵圈的應用實例如圖5 26所示 第五章密封件 旋轉軸用防塵圈是一種用于旋轉軸端面密封的防塵裝置 其截面形狀和安裝情況如圖5 27所示 Part5 6 3旋轉軸用防塵圈 圖5 27旋轉軸用防塵圈的截面及其安裝 防塵圈的密封唇緣緊貼軸頸表面 并隨軸一起轉動 由于離心力的作用 斜面上的塵土等異物均被拋離密封部位 從而起到防塵和密封作用 旋轉軸用防塵圈的特點是 結構簡單 裝拆方便 防塵效果好 不受軸的偏心 振擺和跳動等影響 對軸無磨損 Back 第五章密封件 Part5 7旋轉密封件 旋轉軸唇形密封圈俗稱油封 它是安裝在旋轉軸和靜止件之間 用于密封潤滑油外泄和防止外界塵土 雜物侵入設備內部的動密封元件 Part5 7 1旋轉軸唇形密封圈 油封 普通油封的使用壓力小于0 5MPa 耐壓油封的工作壓力可達1 1 2MPa 第五章密封件 丁腈橡膠制作 40 120 氟橡膠制作 25 200 丙烯酸酯橡膠制作 20 150 油封的工作線速度一般小于15m s 油封的分類 按軸的旋轉線速度高低分類 可分為低速油封 小于6m s 和高速油封 大于6m s 按油封所能承受的壓力高低分類 可分為常壓型油封和耐壓型油封 油封的工作溫度范圍 第五章密封件 按油封的結構及密封原理分類 可分為標準型油封和動力回流型油封 按構成油封的組件材質分類 又可分為有骨架型油封和無骨架型油封 有彈簧型油封和無彈簧型油封 通常 對油封的要求是 1 結構簡單 制作和裝拆容易 2 安裝腔體的尺寸緊湊 加工方便 3 密封性能好 能長時間保持密封效果 4 對軸的振擺 偏心的適應性能好 第五章密封件 油封在旋轉軸上的安裝情況 如圖5 28所示 1 密封原理 圖5 28油封在旋轉軸上的安裝1 骨架2 橡膠密封體3 彈簧 在自由狀態下 油封的內徑小于軸徑 有一定的過盈量 這樣 當油封裝到軸上后 即使沒有彈簧 也有一定的徑向力作用在軸上 為了保證密封的可靠性 在油封唇緣的上方 加裝一個彈簧 見圖5 28 依靠彈簧對軸的抱緊力來克服軸在旋轉狀態下 因振擺 跳動所造成的間隙 并使油封的唇緣能始終緊貼于軸的表面 第五章密封件 維持油封密封性能的關鍵是介于唇緣與軸表面之間的一層油膜 因此 油封的密封原理是建立在滑動軸承的潤滑理論上的 在軸旋轉的動態過程中 油膜的厚度也在不斷變化 其變動量一般約在20 50 之間 油膜厚度變化的原因是維持油膜存在的表面張力在不斷波動 而油膜的表面張力則與油的粘度 運動速度等因素有關 一般認為油膜過厚 容易泄漏 油膜過薄 則會導致干摩擦 最理想的情況是保持 臨界油膜厚度 即始終保持臨界潤滑狀態 而 臨界油膜厚度 的形成與保持 與油封對軸的徑向力的大小及其分布狀況直接有關 最理想的情況是 盡量采用最小的徑向力而得到最尖銳的 峰值 壓力分布 可獲得最佳的密封效果 第五章密封件 2 油封的選用 選擇油封的材料時 必須考慮材料對工作介質 工作溫度及唇緣在軸高速旋轉時的適應性 一般油封工作時若其唇緣的溫度高于工作介質溫度20 50 應引起重視 常壓型油封的使用壓力一般不超過0 05MPa 當工作壓力超過0 05MPa時 應選用耐壓型油封 目前 國外耐壓型油封的使用壓力可達10MPa 第五章密封件 液壓與氣壓傳動 油封的型式和種類很多 可按工作條件與使用要求查閱有關設計手冊選用 油封安裝時 為獲得適當的初始徑向力 應保證唇緣對旋轉軸的過盈量要求 其值如表5 10所示 表5 10油封唇對軸的過盈量 第五章密封件 旋轉格來圈密封裝置由一個高級Turcon材料的密封環格來圈和一個彈性施力的O形密封圈組合而成 如圖5 29所示 圖5 29旋轉格來圈a 外圓密封b 內圓密封1 O形密封圈2 格來圈 為適應高速和低速不同工況的需要 根據格來圈的截面大小不同 在密封面上加工了一個或兩個環形溝槽 見圖