O型密封圈的失效及解决措施

1、2001上海PTC展览会技术报告会论文O型密封圈在使用中的失效和解决措施姜继海胡志栋摘要本文介绍了液压系统对密封的要求、密封材料的种类及密封件的类型,并以O型密封圈为例,分析了O型密封圈的失效原因、失效形式和解决措施。关键词 O型密封圈失效解决措施Abstract This article introduces the requirement of hydraulic system for sealing, and kinds of sealing materials, and types of sealing components. Mainly introduces the O ring,

2、 including the failure rerason of O ring and its failure styles, and solutions.Keywords O ring, failure, solution1 引言密封是保证流体动力系统正常工作的最基本也是最重要的装置。如果密封不好,将会加大系统和元件的泄漏,使系统压力和容积效率降低,浪费能量,严重时将导致系统不能正常工作,同时密封不良还会导致油液外泄、污染环境,因此正确地使用密封装置是非常重要的。2 液压系统对密封的要求液压系统对密封装置的具体要求是:(1具有良好的密封性有适宜的弹性,能补偿所密封表面在制造上的误差及工作中

3、的磨损;并随压力的变化自动提高密封程度;(2具有良好的稳定性油液浸泡对其形状、尺寸的变化影响要小;温度对其弹性和硬度的影响也要小;(3摩擦力小,运动灵活,工作寿命长;(4结构简单,制造、使用、维修简便。3 密封材料的种类常用的液压系统密封材料有以下两种:(1合成橡胶例如丁腈橡胶是一种最常用的耐油橡胶,具有良好的弹性和耐磨性,工作温度为-40+100,有一定的强度,摩擦系数较大。(2合成树脂例如聚氨脂的耐油性能比丁腈橡胶好,既具有高强度又具有弹性。拉断强度比一般橡胶高。它有很好的耐磨性,目前被广泛用作静密封的密封材料。工作温度范围为-30+80,但弹性较差。4 密封件的类型(1O型密封圈O型密封

4、圈的横载面为圆形,具有结构简单,密封性能良好,摩擦系数小,容易制造等特点,多用于静密封,也有用作动密封的。(2唇型密封圈1Y型密封圈Y型密封圈的横截面类似于英文字母Y。多用于液压缸中活塞和活塞杆处的动密封。工作时在油压的作用下,Y型密封圈的两个唇边紧紧地贴在缸筒和活塞壁上,从而起到密封油液的作用。2Yx型密封圈Yx型密封圈是Y型密封圈的改造型,分为轴用密封和孔用密封两种形式。(3V型密封圈V型密封圈有夹织物橡胶和聚氯乙烯两种材料的产品,V型夹织物橡胶密封由多层涂胶织物压制而成。它是由形状不同的支承环、密封环和压环三种密封件组成一组来使用的,优点是耐高压,通过调节压环压力可使密封效果达到最佳。这

5、种密封圈多用于液压缸中端盖与活塞杆之间的动密封,并通过螺钉来调节压紧力。(4组合式密封上述各种形状的密封圈和各种不同的密封材料均有其各自的优点,新近出现的组合密封结构就是利用它们的各自优点而制成的。例如,聚四氟乙烯是一种塑料材料,它的摩擦系数极低,耐磨性好,但是弹性差;而丁腈橡胶弹性很好。将两者结合起来,取长补短,构成新式的组合式密封,这种密封结构可以耐高压,而且摩擦力很小,常用于伺服油缸的密封。近年来,出现了一些新型组合密封结构,其密封效果和工作性能与传统密封相比更佳。5 O型密封圈O型密封圈是流体动力系统中应用最普遍的密封形式,在许多流体动力系统中工作良好,但在作用中必须谨慎、小心。O型密

6、封圈只有在变形时才能发挥作用。O型密封圈形如O形环,它安装在密封槽中,然后压紧,使得密封槽内没有间隙,从而封住液流或气流。尽管这种简单的密封结构在流体动力系统中密封效果良好,但只有精心设计、细心选择及恰当地安装才能实现良好的密封。6 O型密封圈的失效原因典型的O型密封圈失效是在使用中由于工作环境的原因导致结合不好而造成的。大多数O型密封圈失效原因有:(1密封槽设计的不合适留下过大或过小的压缩量;在压紧后没有足够的移动空间;误差积累。(2O型密封圈的尺寸不正确。(3O型密封圈与所接触的介质不相容。(4没有对O型密封圈进行足够的润滑。此外由于处于密封状态的O型密封圈所受应力非常复杂,实际上难于对它

7、进行评估,因此,对O型密封圈的材料和尺寸在其应用环境中进行实验是非常重要的。7 O型密封圈的失效形式和解决措施(1在密封圈上看不出来的密封失效这主要是由于压紧力不够;误差积累;元件形状不规划和制造过程中留下的分型线和/或缝隙使密封槽与密封圈之间的空间不合适等原因引起的。在多种密封失效中,这种失效是最难于诊断的,因为造成故障的原因在O型密封圈上是看不出来的,根本没有可视线索。这时应该在使用中用推荐的压紧力:了解随着压紧力的增加使O型密封圈截面积减小的压紧力值;检查直接影响O型密封圈截面积的积累误差;在设计中考虑压紧元件可移动的最大值,从而保证压紧力处于推荐的压紧力范围内;避免模具上O型密封圈容易

8、产生缝隙和造成不匹配的分型线;确保O型密封圈的密封槽容积大于O型密封圈的体积,从而在不损害密封圈的情况下,允许密封圈膨胀。(2O型密封圈用后扁平这主要是密封圈弹性材料的压缩性差;材料的抗热性能低;在液压系统所用的介质中,O型密封圈材料出现过度膨胀;为了密封可靠,压紧力过大;在生产过程中,O型密封圈材料硫化不完全。在通常的静密封和动密封的作用中,这种失效是由于在O型密封圈截面的两边出现了平面部分。这时应该使用低凝固性能的弹性材料;选用能抵抗因摩擦和工作而产生热的O型密封圈材料;重新检查O型密封圈材料是否与系统所使用的介质相容,应该选择与其所使用的介质相容的O型密封圈材料;在可能的情况下,减小O型

9、密封圈的压力;检查O型密封圈是否具有正确的物理特性。(3O型密封圈出现凸出、啃咬和螺旋失效凸出、啃咬失效主要是密封槽间隙过大;系统压力过大;O型密封圈材料过软;系统使用的介质使O 型密封圈软化;由于偏心造成的不规则间隙致使O型密封圈密封槽加工的不合适(留下锐边;与密封槽相比,O型密封圈的尺寸过大。在典型的高压系统中,这种失效表现为:在低压侧的O型密封圈上出现小缺口。螺旋失效是当O型密封圈的某些部分滑动时,另外的一些部分却在滚动;在O型密封圈圆周的某些点上,O型密封圈被不同心的元件或油缸壁卡住,导致扭曲和450的表面裂口。相关的原因有:元件间的不同心;由于偏载产生了大间隙;表达处理得不平行;润滑

10、的不充分;O型密封圈材料太软;工作行程上的速度过低。一般出现在长行程的液压活塞密封上,检查O型密封圈表面时,会发现螺旋状450的一些深口。这时应该通过机械加工减小密封槽的间隙;为防止O型密封圈凸出,使用新密封圈;采用硬材料的O 型密封圈;检查O型密封圈材料是否与系统介质相容;提高金属元件的刚度、改善同心度;将密封槽锐边处理成半径不小于0.005 的过渡圆角;安装尺寸合适的O型密封圈;考虑使用增强的复合密封,如组合垫。检查油缸孔是否已经变形,导致间隙减小;金属表面处理至10-20u范围内;改进润滑(主要是内部润滑的O型密封圈;增加O型密封圈材料强度和(或加大其截面积;增加防止O型密封圈被挤出的阻

11、塞圈。(4O型密封圈出现磨损这主要是密封槽的金属表面过于粗糙,在工作中导致O型密封圈磨损;金属表面过于光滑,造成润滑不充分;由于润滑较差致使温度过度或过低;系统介质被摩擦产生的颗粒所污染。这种失效形式主要出现在有相互移动、振动、放置的动密封中,并可以通过观察O型密封圈的一边是否变平来判断。这时该采用推荐的金属抛光处理;提供充分的润滑(主要是内部润滑的O型密封圈;检查密封材料与系统温度的匹配;用过滤器消除摩擦颗粒或采用防止尘圈;考虑采用更耐磨的O型密封圈材料,如酮基氰或聚氨脂橡胶。(5O型密封圈受热硬化和氧化由于温度超出规定的范围,使弹性体硬化、增塑剂蒸发、氧化开裂。在动密封和静密封中,O型密封

12、圈表面出现凹痕或开裂,高压装置中的O型密封圈出现平面。臭氧侵害聚合物链,引起O型密封圈材料开裂,这种失效模式出现于动、静密封暴露在空气、臭氧和其它空气污染物中的密封圈上,表现为出现与压力方向垂直的小的表面裂口。这时应该采用抗氧化(抗臭氧侵害、耐高温的O型密封圈材料;降低系统工作温度。(6O型密封圈在安装中损坏O型密封圈密封槽上有锐边,在安装过程中当O型密封圈经过尖锐的刃口时被损坏;导入时的倒角不够大;活塞上用的O型密封圈型号过大,活塞杆上的O型密封圈型号过小;安装过程中,O型密封圈扭曲、被卡住;安装时没有给O型密封圈润滑;O型密封圈橡胶抗拉能力低(典型的是硅酮树脂材料。这种失效出现于动、静密封

13、中,其特点是:O型密封圈上有短切口或凹口,或表面起皮、剥落。这时应该倒去锐边,安装O型密封圈时,用管或带遮盖住刃口;导入时的倒角制成150-200;安装的O 型密封圈尺寸要正确;安装时给O型密封圈润滑。(7O型密封圈出现突发性压力下降故障原因:在高压下工作时,O型密封圈吸收空气,随着系统压力的迅速降低,存留在O型密封圈微小孔中的空气逸出时,造成表面气泡和开裂;O型密封圈截面上出现不规划的又深又短的裂口。O型密封圈开始运动时,表面出现小气泡。这时应该延长降低压力的时间;改用硬度为80-95范围内的O型密封圈材料,减小O型密封圈的截面尺寸。参考文献1 姚碎全,浅谈液压缸密封件的装配,液压与气动,2001(2:P.27-282 金振邦,中高压液压系统用流体橡胶密封技术的应用与发展,液压气动与密封,2000(2,P.39-41.3 M. Messinger. HOw to recognize and avoid the common causes of O-ring failure. Hydraulic & Pneumatics, 2000 (2, P. 43-444 魏爱平,液压缸往复密封应用研究,液压气动与密封,2000(12,P.41-435 雷天觉,新编