论液压系统中O型圈的使用

-.z.论液压系统中O型圈的使用摘要：O型密封圈因为其密封性能好，构造紧凑、使用寿命长、动库擦阻力小以及制造简单、装拆方便、本钱低等优点得到了广泛的应用。目前我国的密封圈生产比拟杂乱，执行的标准也有不同，同时对不同材料密封圈的使用上不太清楚。针对这个问题，文中提出了一些解决方法。关键词：O型密封圈；国家标准；旋转密封；轴向动密封；静密封；焦耳热效应液压系统的密封圈的使用是否可靠、合理，对系统的影响很大。目前有密封圈和密封构造新标准和旧标准并存的情况，机械设计手册与密封件使用手册引用资料不一致，还有局部特定液压元件或系统的使用经历结论不一致性问题。1、严格遵守设计标准新的国家标准GB3452．1—1992与国际标准ISO3601／1一l988规定了通用O橡胶密封圈的型式、尺寸及公差，并规定了优先选用系列；GB3452．2—1988中规定了O型橡胶密封圈型式及沟槽尺寸、O型橡胶密封圈沟槽尺寸公差、O型橡胶密封圈沟槽的外表粗糙度与密封挡圈的型式、尺寸和材料等。在设计过程中要十分注意标准中的关联性。这里不对安装挡圈的情况进展分析，并且只研究活塞密封情况。为了便于说明问题，摘录局部相关标准(摘自GB3452．2—1988)。在许多文章中，解决现密封问题时，只是注意了表1中的沟槽尺寸(少数也关注了表2的沟槽尺寸公差)，并严格保证了沟槽构造的合理性。但往往忽略了沟槽径向尺寸和缸体，柱塞或者缸杆的径向尺寸公差的相互关联(摘自GB3452．2—1988)。通过以上标准的引入可以清楚地看出，沟槽尺寸公差，包括缸体内径和沟槽槽底直径公差，是很重要的。沟表1O型橡胶密封圈型式及沟槽尺寸(径向密封时)O型密封圈截面直径1.802.653.555.307.00沟槽宽度活塞液压动密封b2.43.64.87.19.5沟槽深度l1.422.162.964.485.59径向压缩率(非国标中内容)21％18％l7％15.5％l5％表20型橡胶密封圈沟槽尺寸公差{径向密封时〕0型密封圈截面直径1.802.653.555.307.00沟槽尺寸公差缸内径以d4+0.060+0.070+0.080+0.090+0.110沟槽槽底直径d3总共差值d3+d40-0.040.100-0.050.120-0.060.140-0.070.160-0.090.20活塞直径d0f7〔为了适应特殊要求，d3、d4，的公差范围可以改变，但d3+d4的总公差值不得超过表数。〕槽尺寸公差与缸体的内径尺寸公差相互关联。实际上，中选定了密封圈，沟槽槽底的直径公差决定了密封圈的拉伸率；而缸内径公差和表1中的沟槽深度与槽底直径的公差配合决定了密封圈的压缩率。这些都是设计时必须考虑的因素。当然，还有其它要考虑的因素，如各处的圆角和沟槽的粗糙度等。这是对于批量设计而言，如果是个体设计，可能由于加工精度达不到要求，公差值偏大，这时倒可以进展选配，保证其压缩率，当然内径拉伸率由于内径相对断面直径大很多，相对容易保证；这时要分析缸筒内径和活塞之间的密封间隙，间隙过大，密封圈容易挤入间隙咬伤，这时就要设计加支撑挡圈。2、O型圈的静密封在静密封中以O形圈应用最为广泛。如果设计、使用正确，O形密封圈在静密封中可以实现无泄漏的绝对密封。O形密封圈装入密封槽后，其截面承受接触压缩应力而产生弹性变形。对接触面产生一定的初始接触压力Po。即使没有介质压力或者压力很小，O形密封圈靠自身的弹性力作用而也能实现密封；当容腔内充入有压力的介质后，在介质压力的作用下，O形密封圈发生位移，移向低压侧，同时其弹性变形进一步加大，填充和封闭间隙δ。此时，坐用于密封副偶合面的接触压力上升为Pm：Pm=Po+Pp式中Pp——经O形圈传给接触面的接触压力〔0.1MPa〕Pp=K·PK——压力传递系数，对于橡胶制O形密封圈K=1；P——被密封液体的压力〔0.1MPa〕。从而大大增加了密封效果。由于一般K≥1，所以Pm＞P。由此可见，只要O形密封圈存在初始压力，就能实现无泄漏的绝对密封。这种靠介质本身压力来改变O形密封圈接触状态，使之实现密封的性质，称为自封作用。理论上，压缩变形即使为零，在油压力下也能密封，但实际上O形密封圈安装时可能会有偏心。所以，O形圈装入密封沟槽后，其断面一般受到7%—30%的压缩变形。静密封取较大的压缩率值，动密封取较小的压缩率值。这是因为合成橡胶在低温下要压缩，所以静密封O形圈的预压缩量应考虑补偿它的低温收缩量。3、O型圈用于往复运动在液压转动与系统中，往复动密封是一种最常见的密封要求。动力缸活塞与缸体、活塞干预缸盖以及各类滑阀上都用到往复运动密封。缝隙由圆柱杆与圆柱孔形成，杆在圆柱孔内轴向运动。密封作用限制流体的轴向泄漏。用作往复运动密封时，O形圈的预密封效果和自密封作用与静密封一样，并且由于O形圈自身的弹力，而具有磨损后自动补偿的能力。但由于液体介质密封时，由于杆运动速度、液体的压力、粘度的作用，情况比静密封复杂。当液体在压力作用下，液体分子与金属外表互相作用，油液中所含的"极性分子〞在金属外表上严密而整齐的排列，沿滑移面与密封件间形成一个强固的边界层油膜，并且对滑移面产生极大的附着力。该液体薄膜始终存在于密封件与往复运动面之间，它亦起一定的密封作用，并且对运动密封面的润滑是非常重要的。但是对泄漏来讲是有害的。但往复运动的轴向外拖出时，轴上的液体薄膜便与轴一起拉出，由于密封件的"擦拭〞作用，当往复运动的轴缩回时，该液体薄膜便被密封元件阻留在外面。随着往复运动行程次数增多，阻留在外面的液体就越多，最后形成油滴，这就是往复运动式密封装置的泄漏。由于液压油的粘度随着温度的升高而降低，油膜厚度相应减小，所以液压设备在低温下启动时，运动开场时的泄漏较大，随着运动过程中因各种损失引起温度升高，泄漏量有逐渐降低的趋势。O形圈作为往复式密封，构造紧凑、尺寸小，可以降低元件价格。主要用在：1〕低压液压元件中，一般限于短行程和10MPa左右的中等压力。小直径、短行程以及中等压力的液压滑阀中。O形圈作为往复动密封最适合小直径、短行程、中低压力的应用场合。在液压元件中，用O形圈作主要动密封，一般限于短行程和10MPa左右的中低压力。O形圈不适合用作速度非常低的往复动密封和单独作为高压往复动密封。这主要是因为在这种条件下摩擦较大，会导致密封过早失效。在任何型式应用中，都要根据密封件的额定数据或能力来使用，并且要装配得当，才能得到满意的性能。4、O型圈用于旋转运动在旋转运动密封中，通常采用油封和机械密封。但是油封的使用压力较低，而且与O形圈相比，显得过大和复杂，工艺性也差。机械密封虽然可用于高压〔40MPa〕、高速〔50m/s〕及高温〔400℃〕，但是构造更加复杂、庞大，而且本钱高，只适用于石油、化工等作用的一些重型机械设备上。O形圈用于旋转运动存在的主要问题是焦耳热效应。焦耳热效应使高速的旋转轴与O形圈的接触处产生磨擦热，生成的热量使这些接触部位的温度不断上升，橡胶材料受热严重变形，压缩量与伸长量发生变化的现象。发热还加速密封材料老化，降低了O形圈的使用寿命；破坏密封油膜，由此引起断油现象，加速密封的磨损。基于上述情况，近年来国内外旋转运动用O形圈进展了广泛深入的研究。为了防止出现焦耳热效应，关键在于根据橡胶的性能来正确地选择设计O形圈的构造参数，主要是O形圈的拉伸量和压缩率。根据实验，将旋转运动用O形圈设计成内径与旋转轴直径相等或稍大些，一般大3%~5%，在安装O形圈时，从内径向里压缩，并将断面的压缩量也设计得小一些，一般约为5%。并且，尽量采用受热量影响小的密封材料，充分考虑O形圈安装处的散热问题。这样就使O形圈的工作情况大为改善，可应用于最高转速达4m/s的旋转轴的密封。O形密封圈由于其具有体积小，构造简单、本钱低、工艺性能好、适用范围广泛等特点，正广泛地在旋转运动式密封装置中推广。5、O型圈的使用优势具有以下优点--适合多种密封形式：静态密封、动态密封适合各种用途材料，尺寸和沟槽都已标准化，互换性强适合多种运动方式：旋转运动、轴向往复运动或组合运动〔例如旋转往复组合运动〕适合多种不同的密封介质：油、水、气、化学介质或其它混合介质通过选用适宜的橡胶材料和适当的配方设计，实现对油、水、空气、煤气及各种化学介质有效的密封作用。温度使用范围广〔－60℃～+220℃〕，固定使用时压力可达1500Kg/cm2(与补强环并用)。设计简单，构造小巧，装拆方便O形圈断面构造极其简单，且有自密封作用，密封性能可靠由于O形圈本身及安装部位构造都极其简单，且已形成标准化，因此安装更换都非常容易。参考文献【1】黄**．汽车起蕈机液压支腿回路没计之我见：J．机床液压，2005(8)．227—229【2】韩建华．根本液元件应用的几个典型事例机J末与液压．1997(3)：51【3】机