密封装置的分类介绍
密封可分为间隙密封和接触密封两种方式,间隙密封是依靠相对运动零件配合面的间隙来防止泄漏的,其密封效果取决于间隙的大小、压力差、密封长度和零件表面质量。接触密封是靠密封件在装配时的预压缩力和工作时密封件在油液压力作用下发生弹性变形所产生的弹性接触压力来实现的,其密封能力随油液压力的升高而提高,并在磨损后具有一定的自动补偿能力。目前,常用的密封件以其断面形状命名,有O形、Y形、V形等密封圈,其材料为耐油橡胶、尼龙等。另外,还有防尘圈、油封等。这里重点介绍接触密封的典型结构及使用特点。
1.O形密封圈
O形密封圈是一种使用最广泛的密封件,其截面为圆形,如图45所示。其主要材料为合成橡胶,主要用于静密封及滑动密封,转动密封用得较少。
O形密封圈的截面直径在装入密封槽后一般会压缩8%~25%。该压缩量使O形密封圈在工作介质没有压力或压力很低时,依靠自身的弹性变形密封接触面[见图46 (c)]。当工作介质压力较高时,在压力的作用下,O形密封圈被压到淘槽的另一侧[见图46 (d)],此时密封接触面处的压力堵塞了介质泄漏的通道,起密封作用。如果工作介质的压力超过一定限度,O形圈将从密封槽的间隙中被挤出[见图46 (e)]而受到破坏,以致密封效果降低或失去密封作用。为避免挤出现象,必要时加密封挡圈。在使用时,对动密封工况,当介质压力大于10MPa时加挡圈;对静密封工况,当介质压力大于32MPa时加挡圈。O形密封圈单向受压,挡圈加在非受压侧,如图47 (a)所示;O形密封圈双向受压,在0形密封圈两侧同时加挡圈,如图47(b)所示。挡圈材料常用聚四氟乙烯、尼龙等。采用挡圈后,会增加密封装置的摩擦阻力。
当O形密封圈用于动密封时,可采用内径密封或外径密封;用于静密封时,可采用角密封,如图48所示。
O形密封圈的尺寸系列及安装用沟槽形式、尺寸与公差及O形密封圈规格、使用范围的选择可查阅有关国家标准。
2.唇形密封圈
唇形密封圈是将密封圈的受压面制成某种唇形的密封件。工作时唇口对着有压力的一边,当介质压力等于零或很低时,靠预压缩密封;压力高时,靠介质压力的作用将唇边紧贴密封面,压力越高,贴得越紧,密封越好。唇形密封圈按其截面形状可分为Y形、Yx形、V形、U形、L形和J形等,主要用于往复运动件的密封。
(1)Y形密封圈。Y形密封圈截面形状如图49所示。其主要材料为丁腈橡胶,工作压力可达20MPa。工作温度为-30~+100℃。当压力波动大时要加支承环,如图50所示,以防止“翻转”现象。当工作压力超过20MPa时,为防止密封圈挤人密封面间隙,应加保护垫圈,保护垫圈一般用聚四氟乙烯或夹布橡胶制成。
Y形密封圈由于内外唇边对称,因而适用于孔和轴的密封。孔用时按内径选取密封圈,轴用时按外径选取。由于一个Y形密封圈只能对一个方向的高压介质起密封作用,当两个方向交替出现高压时(如双作用缸),应安装两个Y形密封圈,它们的唇边分别对着各自的高压介质。
(2) Yx形密封圈。Yx形密封圈是一种截面高、宽比等于或大于2的Y形密封圈,如图51所示。主要材料为聚氨酯橡胶,工作温度为-30~+100℃。它克服了Y形密封圈易“翻转”的缺点,工作压力可达31.5MPa。
(3)V形密封圈。V形密封圈是由压环、密封环和支承环组成。当密封压力高于10MPa时,可增加密封环的数量。安装时应注意方向,即开口面向高压介质。环的材料一般由橡胶或夹织物橡胶制成。主要用于活塞及活塞杆的往复运动密封,密封性能较Y形密封圈差,但可靠性好。密封环个数按工作压力选取。图52所示为V形密封圈示意图。
3.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。避免引起密封圈、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。
(1)普通型防尘圈。普通型防尘圈呈舌形结构,如图53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氨酯橡胶。防尘国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速度不大于1m/s,工作温度为-30~+110℃,工作介质为石油基液压油和水包油乳化液。
(2)旋转轴用防尘圈。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54所示。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的作用。这种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。
还有旋转轴唇形密封圈(油封)、胶密封、带密封、双向组合唇形密封,各有其特点,可查看相关书籍。
4.密封元件的选择
密封件的品种、规格很多,在选用时除了根据需要密封部位的工作条件和要求选择相应的品种、规格外,还要注意其他问题,如工作介质的种类,工作温度(以密封部位的温度为基准),压力的大小和波形,密封耦合面的滑移速度,“挤出”间隙的大小,密封件与耦合面的偏心程度,密封耦合面的粗糙度以及密封件与安装槽的形式、结构、尺寸、位置等。
按上述原则选定的密封元件应满足如下基本要求:在工作压力下,应具有良好的密封性能,即泄漏在高压下没有明显的增加;密封件长期在流体介质中工作,必须保证其材质与工作介质的相容性好;动密封装置的动、静摩擦阻力要小,摩擦因数要稳定;磨损小,使用寿命长;拆装方便,成本低等。
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