密封裝置的分類介紹
密封可分為間隙密封和接觸密封兩種方式,間隙密封是依靠相對運(yùn)動零件配合面的間隙來防止泄漏的,其密封效果取決于間隙的大小、壓力差、密封長度和零件表面質(zhì)量。接觸密封是靠密封件在裝配時(shí)的預(yù)壓縮力和工作時(shí)密封件在油液壓力作用下發(fā)生彈性變形所產(chǎn)生的彈性接觸壓力來實(shí)現(xiàn)的,其密封能力隨油液壓力的升高而提高,并在磨損后具有一定的自動補(bǔ)償能力。目前,常用的密封件以其斷面形狀命名,有O形、Y形、V形等密封圈,其材料為耐油橡膠、尼龍等。另外,還有防塵圈、油封等。這里重點(diǎn)介紹接觸密封的典型結(jié)構(gòu)及使用特點(diǎn)。
1.O形密封圈
O形密封圈是一種使用最廣泛的密封件,其截面為圓形,如圖45所示。其主要材料為合成橡膠,主要用于靜密封及滑動密封,轉(zhuǎn)動密封用得較少。
O形密封圈的截面直徑在裝入密封槽后一般會壓縮8%~25%。該壓縮量使O形密封圈在工作介質(zhì)沒有壓力或壓力很低時(shí),依靠自身的彈性變形密封接觸面[見圖46 (c)]。當(dāng)工作介質(zhì)壓力較高時(shí),在壓力的作用下,O形密封圈被壓到淘槽的另一側(cè)[見圖46 (d)],此時(shí)密封接觸面處的壓力堵塞了介質(zhì)泄漏的通道,起密封作用。如果工作介質(zhì)的壓力超過一定限度,O形圈將從密封槽的間隙中被擠出[見圖46 (e)]而受到破壞,以致密封效果降低或失去密封作用。為避免擠出現(xiàn)象,必要時(shí)加密封擋圈。在使用時(shí),對動密封工況,當(dāng)介質(zhì)壓力大于10MPa時(shí)加擋圈;對靜密封工況,當(dāng)介質(zhì)壓力大于32MPa時(shí)加擋圈。O形密封圈單向受壓,擋圈加在非受壓側(cè),如圖47 (a)所示;O形密封圈雙向受壓,在0形密封圈兩側(cè)同時(shí)加擋圈,如圖47(b)所示。擋圈材料常用聚四氟乙烯、尼龍等。采用擋圈后,會增加密封裝置的摩擦阻力。
當(dāng)O形密封圈用于動密封時(shí),可采用內(nèi)徑密封或外徑密封;用于靜密封時(shí),可采用角密封,如圖48所示。
O形密封圈的尺寸系列及安裝用溝槽形式、尺寸與公差及O形密封圈規(guī)格、使用范圍的選擇可查閱有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)。
2.唇形密封圈
唇形密封圈是將密封圈的受壓面制成某種唇形的密封件。工作時(shí)唇口對著有壓力的一邊,當(dāng)介質(zhì)壓力等于零或很低時(shí),靠預(yù)壓縮密封;壓力高時(shí),靠介質(zhì)壓力的作用將唇邊緊貼密封面,壓力越高,貼得越緊,密封越好。唇形密封圈按其截面形狀可分為Y形、Yx形、V形、U形、L形和J形等,主要用于往復(fù)運(yùn)動件的密封。
(1)Y形密封圈。Y形密封圈截面形狀如圖49所示。其主要材料為丁腈橡膠,工作壓力可達(dá)20MPa。工作溫度為-30~+100℃。當(dāng)壓力波動大時(shí)要加支承環(huán),如圖50所示,以防止“翻轉(zhuǎn)”現(xiàn)象。當(dāng)工作壓力超過20MPa時(shí),為防止密封圈擠人密封面間隙,應(yīng)加保護(hù)墊圈,保護(hù)墊圈一般用聚四氟乙烯或夾布橡膠制成。
Y形密封圈由于內(nèi)外唇邊對稱,因而適用于孔和軸的密封。孔用時(shí)按內(nèi)徑選取密封圈,軸用時(shí)按外徑選取。由于一個(gè)Y形密封圈只能對一個(gè)方向的高壓介質(zhì)起密封作用,當(dāng)兩個(gè)方向交替出現(xiàn)高壓時(shí)(如雙作用缸),應(yīng)安裝兩個(gè)Y形密封圈,它們的唇邊分別對著各自的高壓介質(zhì)。
(2) Yx形密封圈。Yx形密封圈是一種截面高、寬比等于或大于2的Y形密封圈,如圖51所示。主要材料為聚氨酯橡膠,工作溫度為-30~+100℃。它克服了Y形密封圈易“翻轉(zhuǎn)”的缺點(diǎn),工作壓力可達(dá)31.5MPa。
(3)V形密封圈。V形密封圈是由壓環(huán)、密封環(huán)和支承環(huán)組成。當(dāng)密封壓力高于10MPa時(shí),可增加密封環(huán)的數(shù)量。安裝時(shí)應(yīng)注意方向,即開口面向高壓介質(zhì)。環(huán)的材料一般由橡膠或夾織物橡膠制成。主要用于活塞及活塞桿的往復(fù)運(yùn)動密封,密封性能較Y形密封圈差,但可靠性好。密封環(huán)個(gè)數(shù)按工作壓力選取。圖52所示為V形密封圈示意圖。
3.防塵圈
在液壓缸中,防塵圈被設(shè)置于活塞桿或柱塞密封外側(cè),用以防止在活塞桿或柱塞運(yùn)動期間,外界塵埃、砂粒等異物侵入液壓缸。避免引起密封圈、導(dǎo)向環(huán)和支承環(huán)等的損傷和早期磨損,并污染工作介質(zhì),導(dǎo)致液壓元件損壞。
(1)普通型防塵圈。普通型防塵圈呈舌形結(jié)構(gòu),如圖53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(gè)防塵唇邊,其支承部分的剛性較好,結(jié)構(gòu)簡單,裝拆方便。制作材料一般為耐磨的丁腈橡膠或聚氨酯橡膠。防塵國內(nèi)唇受壓時(shí)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速度不大于1m/s,工作溫度為-30~+110℃,工作介質(zhì)為石油基液壓油和水包油乳化液。
(2)旋轉(zhuǎn)軸用防塵圈。旋轉(zhuǎn)軸用防塵圈是一種用于旋轉(zhuǎn)軸端面密封的防塵裝置,其截面形狀和安裝情況如圖54所示。防塵圈的密封唇緣緊貼軸頸表面,并隨軸一起轉(zhuǎn)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的作用。這種防塵圈的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)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。
還有旋轉(zhuǎn)軸唇形密封圈(油封)、膠密封、帶密封、雙向組合唇形密封,各有其特點(diǎn),可查看相關(guān)書籍。
4.密封元件的選擇
密封件的品種、規(guī)格很多,在選用時(shí)除了根據(jù)需要密封部位的工作條件和要求選擇相應(yīng)的品種、規(guī)格外,還要注意其他問題,如工作介質(zhì)的種類,工作溫度(以密封部位的溫度為基準(zhǔn)),壓力的大小和波形,密封耦合面的滑移速度,“擠出”間隙的大小,密封件與耦合面的偏心程度,密封耦合面的粗糙度以及密封件與安裝槽的形式、結(jié)構(gòu)、尺寸、位置等。
按上述原則選定的密封元件應(yīng)滿足如下基本要求:在工作壓力下,應(yīng)具有良好的密封性能,即泄漏在高壓下沒有明顯的增加;密封件長期在流體介質(zhì)中工作,必須保證其材質(zhì)與工作介質(zhì)的相容性好;動密封裝置的動、靜摩擦阻力要小,摩擦因數(shù)要穩(wěn)定;磨損小,使用壽命長;拆裝方便,成本低等。