常用橡塑密封密封技术

常用橡塑密封密封技术

执行公务是防止液体或固体颗粒从相邻结合面之间泄漏，并允许外部杂质（如灰尘和水）入侵的零件。较复杂的密封件称为密封装置。正确选择、安装和使用密封件,对提高密封件的使用性能和密封寿命有很大的帮助。本文简单介绍了橡塑密封件的密封机理、常用密封件的使用和安装要求,以期对密封件用户有所帮助,并普及密封知识。1几何密封的将力作用在压力的作用下和几何有效作用橡塑密封件根据工作原理可分为挤压型密封圈、往复运动密封圈和旋转轴用密封圈。随着近代流体润滑理论、弹性力学、有限元法以及实验应力分析技术的发展,密封机理的研究已经取得了较大进展。对于不同类型的密封圈,其作用机理也有所不同。简述如下:(1)挤压型密封圈用于静密封和低速动密封,图1为典型的挤压型密封圈。挤压型密封圈在无流体压力的情况下安装于沟槽时,密封面产生一定的弹性变形,因此在接触面上产生初始压缩应力而实现预密封作用。当有压力的流体通过缝隙进入沟槽中时,在接触面上产生的应力大于流体压力,从而阻止了泄漏,起到了自密封作用。O形圈是挤压型密封圈最常用的一种,用于静密封时密封原理如图2。图2(a)是在无流体压力下,通过安装时给O型圈截面8～25%的压缩量而产生的反弹力给予被密封的光滑表面和沟槽底面以初始的压缩应力,从而起预密封作用。图2(b)是在较大流体压力下,O型圈被流体压力P推向沟槽另一侧,并把压力传递给接触面而形成的接触应力分布。这时,P式中:P—流体压力;k——流体压力传递系数;P当P(2)往复运动密封圈往复运动密封圈的结构形式很多,除标准的V形、U形、Y形、L形、J形、鼓形、蕾形及其由这些形状演变而来的各种形状,还有各种形式的组合密封。其中V形、U形、Y形、L形、J形称为唇形密封圈,是指将密封圈的受压面形成唇形并具有压力强化作用的一类密封件。唇形密封圈的密封原理是依靠装填在密封腔体中的预压紧力,以其唇边紧贴密封腔体表面,阻塞泄漏通道而获得密封效果。在流体压力作用时,唇边进一步贴紧密封腔体表面从而增强阻塞泄漏通道的密封效果。唇形密封圈截面中有一个或一个以上的唇口,因而具有比挤压型密封圈更显著的自密封作用。往复运动唇形密封圈密封原理图(以Y形圈为例)如图3所示。图3(a)是装填前自由状态的唇形密封圈。图3(b)是唇形密封圈在无外压下装填在密封腔体中,这时密封唇因过盈而受缸壁或活塞杆的压缩产生一个初始预压紧力P图3(c)是在外压P(3)旋转轴唇形密封圈旋转轴唇形密封圈通常称为油封。油封的结构型式很多。其基本结构包括橡胶密封部分、金属骨架或金属壳体和金属弹簧。图4是一种普通标准型产品的断面图。几十年以来,科技人员都试图解释油封的密封机理,产生了许多理论和假说,但都不能完全解决油封工作性能的问题。比较为人们所接受的密封机理是:油封唇部和轴之间的接触表面上同时并存干摩擦、边界润滑和流体润滑三种情况,并不断交替产生。干摩擦产生磨损,流体润滑产生泄漏,在边界润滑下,密封圈唇口与轴的界面之间形成一层稳定的流体动压油膜(如图5),油膜厚度约0.0025mm;这层油膜除用作润滑之外,还起密封作用。油膜太厚,流体就会泄漏;油膜太薄,如不能形成流体润滑膜,唇部就会磨损。根据这一理论,人们在结构设计、橡胶配方设计和使用上都要为形成薄而稳定的边界润滑油膜提供条件。2沟槽尺寸及安装注意事项密封件的选用,除了根据密封件的工况条件,如工作温度、工作压力、运动速度及流体介质来选择合适的密封件,在使用和装配密封件的过程中,还必须注意和预防诸如密封圈的扭转、挤出,密封件的摩擦磨损状况等,只有认真做好这些工作,才能获得较好的密封性能和比较长的工作寿命。下面分述几种常用密封件在使用和安装时的注意事项及其出现问题的解决办法。(1)O形圈1)使用O形圈注意事项①O型圈要有较小的压缩永久变形。除了从橡胶材料及配方设计方面改善压缩永久变形外,还必须注意避免O形圈的使用温度过高或沟槽配合的不合理。②防止O形圈的挤出损伤。选用适当的胶料硬度和较小的密封间隙。在低压下,一般选较软的胶料(硬度在邵尔A型60～70度),在高压下,硬度要适当增加(硬度在邵尔A型70～85度),并要加档圈以防止胶圈被挤出。③防止O形圈的扭转现象。解决的办法:设计和安装的偏心要小;O形圈断面直径要均匀,安装时要小心,并在密封部位涂润滑剂;尽量避免使用于直径大的活塞上;采用不易扭转的D形圈、T形圈代替O形圈;低压时的扭转,可用档圈或斜底沟槽解决。④注意润滑与防尘。2)O形圈安装沟槽(见图6)国家标准GB3452.3-88《液压气动用O形橡胶密封圈沟槽尺寸和设计计算准则》对O形圈沟槽型式、O形圈沟槽尺寸与公差、O形圈规格适用范围、O形圈沟槽设计准则等都有详细的要求与规定。3)O形圈安装时的注意事项①应避免O形圈在安装时被尖角划伤,O形圈所通过的轴和孔的端部应倒角。②在O形圈越过螺纹牙或其他尖锐部位时,应使用薄壁金属导套,使O形圈从上面通过。③O形圈在孔道经过时,必须把孔口处倒成0°～30°的斜面,否则O形圈经过孔口时很容易划伤。(2)往复运动唇形密封圈1)唇形密封圈使用时必须注意如下问题①形状效果:一般采用唇口倒角,跟部不倒角的结构形式来取得较好的密封效果。②防止谷部开裂:采取提高橡胶硬度、提高抗撕裂强度和拉伸强度,采用不等高唇的结构的办法解决。③防止背压:成对安装作双向密封,由于泄漏而在两个密封件之间形成的背压,会把低压侧的密封圈挤入间隙。采用的办法是在压板上开孔或加设带泄油孔的支承环。④防止扭转:除了提高胶料硬度外,应着重在结构上加以改进,如采用高低唇密封圈或增加档圈等。⑤防止密封圈挤入间隙:首先应合理设计密封间隙,其次可采用提高胶料硬度、增加抗挤出档圈,使用带金属骨架的密封圈。⑥防止跟部磨损:合理选择密封圈的压缩率,改善配合面的粗糙度,采用耐磨性好的胶料,采用金属骨架等跟部增强的密封圈。⑦做好润滑和防尘的工作:在高速或重载条件下应用的密封圈应给予补充润滑,在粉尘等恶劣环境中工作的密封圈应增设防尘圈。⑧防止偏磨损:可增设导向环。⑨防止液压缸在高压低速时,密封圈与金属接触产生的粘-滑现象:降低胶料摩擦系数,滑动面粗糙度控制在Ra0.4～0.8μm,滑动面要有适当的润滑油膜,避免使用粘度过低的液压油,使用刚性大的油缸。⑩成对装填与重叠装填:在双向介质中使用时,须成对装填,分别以唇口朝向压力方向;V形圈在高压场合应用时,可以重叠使用,重叠数量应视压力的大小而定。2)唇形密封圈的沟槽各类唇形密封圈的沟槽型式、尺寸和公差都有相应的国家标准,密封圈使用者可根据下列标准进行沟槽设计:GB2879—86液压缸活塞和活塞杆动密封沟槽型式、尺寸和公差;GB6577—86液压缸活塞用支承环密封沟槽型式、尺寸和公差;GB6578-86液压缸活塞杆用防尘圈沟槽型式、尺寸和公差;GB/T15242.3—94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;GB/T15242.4—94液压缸活塞和活塞杆动密封装置用支承环安装沟槽尺寸系列和公差。3)唇形密封圈安装注意事项①唇形密封圈装配时可能触及的孔和轴的端部必须倒角(30°),以防止密封唇边损伤。②如活塞杆端部的螺纹或退刀刀槽直径与活塞杆相同,须使用专用套筒安装,也可在螺纹部分缠绕胶布后进行安装。③如密封圈通过部位的缸壁上有孔,应将孔的边缘倒圆。④安装密封圈时应防止带入铁屑、砂土、棉纱或其他杂物。4)同轴密封件的安装(以方形同轴密封件为例)①在安装前,必须小心地清理干净活塞杆沟槽和活塞。②O形圈的安装可采用常规办法。直径φ100mm以下、壁厚超过1.6mm的方形圈应该慢慢地撑开,并采用图7所示的安装工具来装配。方形圈在60℃的液压油中浸泡一下有利于安装。大规格方形圈可用手拉大,但在任何情况下,应该避免不均匀拉升和过度拉升。Φ230mm以下的孔口导向尺寸见图10。而对于30mm以下的方形圈,因为特别容易弯曲,建议采用开口槽的结构型式。④当密封圈越过有沟槽的导向时,这些沟槽必须用塑料包覆,或者采用心轴延伸跨过有问题的沟槽。采用这一方法,可确保密封圈不被有问题的沟槽咬伤。⑤当活塞内孔延伸过长或活塞的端部只有一个导向,而这个导向又不够长,在装配活塞时会出现困难,这时,必须把活塞内径的光洁度提高,防止密封圈磨损或咬伤。(3)旋转轴唇形密封圈1)影响旋转轴唇形密封圈使用性能的主要因素①密封材料:主要以丁腈橡胶为主,根据工况条件可选择氟橡胶、丙烯酸酯橡胶、硅橡胶等。②轴表面粗糙度和偏心度:轴表面粗糙度一般规定为Rα1.6～3.2μm;表面太光滑,不利于形成和保持油膜,密封圈干摩擦,容易烧伤,引起泄漏;轴表面太粗糙,摩擦磨损加剧。③轴偏心度:偏心度大会使密封圈唇部接触应力的分布状态变化而引起泄漏。表1规定了旋转轴唇形密封圈过盈量和轴偏心度。④唇口过盈量:唇口过盈量可产生唇口无簧径向力并补偿轴的偏心;唇口过盈量应控制在表1所规定的范围内;一般情况下,高速型比低速型要小些。⑤压力:一般在0.02～0.1MPa的压力下工作,特殊结构的旋转轴唇形密封圈的工作压力可达到0.5MPa。⑥速度:一般结构的旋转轴唇形密封圈最高线速度为20m/s左右,流体动力油封线速度可达25～32m/s。⑦温度:由密封圈的材料品种而定。唇口温度较高,温升10～30℃(密封圈50%浸在介质内),流体动力油封的温升比一般结构的旋转轴唇形密封圈低15～30%。2)旋转轴唇形密封圈的装配尺寸与公差GB13871—92《旋转轴唇形密封圈基本尺寸和公差》中,规定了直径≤400mm的轴和安装孔的尺寸和公差、表面粗糙度等。3)安装注意事项①应注意旋转轴唇形密封圈的安装方向,开口面向压力大的一面;对回流油封应注意回流方向。②与旋转轴唇形密封圈配合的密封圈座,端面要有15°～30°倒角,座孔不允许有损伤,底面圆角R不大于0.5mm。③装配前,要把轴擦干净,确保旋转轴唇形密封圈清洁