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文檔簡介
常用橡塑密封密封技術
執(zhí)行公務是防止液體或固體顆粒從相鄰結合面之間泄漏,并允許外部雜質(如灰塵和水)入侵的零件。較復雜的密封件稱為密封裝置。正確選擇、安裝和使用密封件,對提高密封件的使用性能和密封壽命有很大的幫助。本文簡單介紹了橡塑密封件的密封機理、常用密封件的使用和安裝要求,以期對密封件用戶有所幫助,并普及密封知識。1幾何密封的將力作用在壓力的作用下和幾何有效作用橡塑密封件根據(jù)工作原理可分為擠壓型密封圈、往復運動密封圈和旋轉軸用密封圈。隨著近代流體潤滑理論、彈性力學、有限元法以及實驗應力分析技術的發(fā)展,密封機理的研究已經(jīng)取得了較大進展。對于不同類型的密封圈,其作用機理也有所不同。簡述如下:(1)擠壓型密封圈用于靜密封和低速動密封,圖1為典型的擠壓型密封圈。擠壓型密封圈在無流體壓力的情況下安裝于溝槽時,密封面產(chǎn)生一定的彈性變形,因此在接觸面上產(chǎn)生初始壓縮應力而實現(xiàn)預密封作用。當有壓力的流體通過縫隙進入溝槽中時,在接觸面上產(chǎn)生的應力大于流體壓力,從而阻止了泄漏,起到了自密封作用。O形圈是擠壓型密封圈最常用的一種,用于靜密封時密封原理如圖2。圖2(a)是在無流體壓力下,通過安裝時給O型圈截面8~25%的壓縮量而產(chǎn)生的反彈力給予被密封的光滑表面和溝槽底面以初始的壓縮應力,從而起預密封作用。圖2(b)是在較大流體壓力下,O型圈被流體壓力P推向溝槽另一側,并把壓力傳遞給接觸面而形成的接觸應力分布。這時,P式中:P—流體壓力;k——流體壓力傳遞系數(shù);P當P(2)往復運動密封圈往復運動密封圈的結構形式很多,除標準的V形、U形、Y形、L形、J形、鼓形、蕾形及其由這些形狀演變而來的各種形狀,還有各種形式的組合密封。其中V形、U形、Y形、L形、J形稱為唇形密封圈,是指將密封圈的受壓面形成唇形并具有壓力強化作用的一類密封件。唇形密封圈的密封原理是依靠裝填在密封腔體中的預壓緊力,以其唇邊緊貼密封腔體表面,阻塞泄漏通道而獲得密封效果。在流體壓力作用時,唇邊進一步貼緊密封腔體表面從而增強阻塞泄漏通道的密封效果。唇形密封圈截面中有一個或一個以上的唇口,因而具有比擠壓型密封圈更顯著的自密封作用。往復運動唇形密封圈密封原理圖(以Y形圈為例)如圖3所示。圖3(a)是裝填前自由狀態(tài)的唇形密封圈。圖3(b)是唇形密封圈在無外壓下裝填在密封腔體中,這時密封唇因過盈而受缸壁或活塞桿的壓縮產(chǎn)生一個初始預壓緊力P圖3(c)是在外壓P(3)旋轉軸唇形密封圈旋轉軸唇形密封圈通常稱為油封。油封的結構型式很多。其基本結構包括橡膠密封部分、金屬骨架或金屬殼體和金屬彈簧。圖4是一種普通標準型產(chǎn)品的斷面圖。幾十年以來,科技人員都試圖解釋油封的密封機理,產(chǎn)生了許多理論和假說,但都不能完全解決油封工作性能的問題。比較為人們所接受的密封機理是:油封唇部和軸之間的接觸表面上同時并存干摩擦、邊界潤滑和流體潤滑三種情況,并不斷交替產(chǎn)生。干摩擦產(chǎn)生磨損,流體潤滑產(chǎn)生泄漏,在邊界潤滑下,密封圈唇口與軸的界面之間形成一層穩(wěn)定的流體動壓油膜(如圖5),油膜厚度約0.0025mm;這層油膜除用作潤滑之外,還起密封作用。油膜太厚,流體就會泄漏;油膜太薄,如不能形成流體潤滑膜,唇部就會磨損。根據(jù)這一理論,人們在結構設計、橡膠配方設計和使用上都要為形成薄而穩(wěn)定的邊界潤滑油膜提供條件。2溝槽尺寸及安裝注意事項密封件的選用,除了根據(jù)密封件的工況條件,如工作溫度、工作壓力、運動速度及流體介質來選擇合適的密封件,在使用和裝配密封件的過程中,還必須注意和預防諸如密封圈的扭轉、擠出,密封件的摩擦磨損狀況等,只有認真做好這些工作,才能獲得較好的密封性能和比較長的工作壽命。下面分述幾種常用密封件在使用和安裝時的注意事項及其出現(xiàn)問題的解決辦法。(1)O形圈1)使用O形圈注意事項①O型圈要有較小的壓縮永久變形。除了從橡膠材料及配方設計方面改善壓縮永久變形外,還必須注意避免O形圈的使用溫度過高或溝槽配合的不合理。②防止O形圈的擠出損傷。選用適當?shù)哪z料硬度和較小的密封間隙。在低壓下,一般選較軟的膠料(硬度在邵爾A型60~70度),在高壓下,硬度要適當增加(硬度在邵爾A型70~85度),并要加檔圈以防止膠圈被擠出。③防止O形圈的扭轉現(xiàn)象。解決的辦法:設計和安裝的偏心要小;O形圈斷面直徑要均勻,安裝時要小心,并在密封部位涂潤滑劑;盡量避免使用于直徑大的活塞上;采用不易扭轉的D形圈、T形圈代替O形圈;低壓時的扭轉,可用檔圈或斜底溝槽解決。④注意潤滑與防塵。2)O形圈安裝溝槽(見圖6)國家標準GB3452.3-88《液壓氣動用O形橡膠密封圈溝槽尺寸和設計計算準則》對O形圈溝槽型式、O形圈溝槽尺寸與公差、O形圈規(guī)格適用范圍、O形圈溝槽設計準則等都有詳細的要求與規(guī)定。3)O形圈安裝時的注意事項①應避免O形圈在安裝時被尖角劃傷,O形圈所通過的軸和孔的端部應倒角。②在O形圈越過螺紋牙或其他尖銳部位時,應使用薄壁金屬導套,使O形圈從上面通過。③O形圈在孔道經(jīng)過時,必須把孔口處倒成0°~30°的斜面,否則O形圈經(jīng)過孔口時很容易劃傷。(2)往復運動唇形密封圈1)唇形密封圈使用時必須注意如下問題①形狀效果:一般采用唇口倒角,跟部不倒角的結構形式來取得較好的密封效果。②防止谷部開裂:采取提高橡膠硬度、提高抗撕裂強度和拉伸強度,采用不等高唇的結構的辦法解決。③防止背壓:成對安裝作雙向密封,由于泄漏而在兩個密封件之間形成的背壓,會把低壓側的密封圈擠入間隙。采用的辦法是在壓板上開孔或加設帶泄油孔的支承環(huán)。④防止扭轉:除了提高膠料硬度外,應著重在結構上加以改進,如采用高低唇密封圈或增加檔圈等。⑤防止密封圈擠入間隙:首先應合理設計密封間隙,其次可采用提高膠料硬度、增加抗擠出檔圈,使用帶金屬骨架的密封圈。⑥防止跟部磨損:合理選擇密封圈的壓縮率,改善配合面的粗糙度,采用耐磨性好的膠料,采用金屬骨架等跟部增強的密封圈。⑦做好潤滑和防塵的工作:在高速或重載條件下應用的密封圈應給予補充潤滑,在粉塵等惡劣環(huán)境中工作的密封圈應增設防塵圈。⑧防止偏磨損:可增設導向環(huán)。⑨防止液壓缸在高壓低速時,密封圈與金屬接觸產(chǎn)生的粘-滑現(xiàn)象:降低膠料摩擦系數(shù),滑動面粗糙度控制在Ra0.4~0.8μm,滑動面要有適當?shù)臐櫥湍?避免使用粘度過低的液壓油,使用剛性大的油缸。⑩成對裝填與重疊裝填:在雙向介質中使用時,須成對裝填,分別以唇口朝向壓力方向;V形圈在高壓場合應用時,可以重疊使用,重疊數(shù)量應視壓力的大小而定。2)唇形密封圈的溝槽各類唇形密封圈的溝槽型式、尺寸和公差都有相應的國家標準,密封圈使用者可根據(jù)下列標準進行溝槽設計:GB2879—86液壓缸活塞和活塞桿動密封溝槽型式、尺寸和公差;GB6577—86液壓缸活塞用支承環(huán)密封溝槽型式、尺寸和公差;GB6578-86液壓缸活塞桿用防塵圈溝槽型式、尺寸和公差;GB/T15242.3—94液壓缸活塞和活塞桿動密封裝置用同軸密封圈安裝溝槽尺寸系列和公差;GB/T15242.4—94液壓缸活塞和活塞桿動密封裝置用支承環(huán)安裝溝槽尺寸系列和公差。3)唇形密封圈安裝注意事項①唇形密封圈裝配時可能觸及的孔和軸的端部必須倒角(30°),以防止密封唇邊損傷。②如活塞桿端部的螺紋或退刀刀槽直徑與活塞桿相同,須使用專用套筒安裝,也可在螺紋部分纏繞膠布后進行安裝。③如密封圈通過部位的缸壁上有孔,應將孔的邊緣倒圓。④安裝密封圈時應防止帶入鐵屑、砂土、棉紗或其他雜物。4)同軸密封件的安裝(以方形同軸密封件為例)①在安裝前,必須小心地清理干凈活塞桿溝槽和活塞。②O形圈的安裝可采用常規(guī)辦法。直徑φ100mm以下、壁厚超過1.6mm的方形圈應該慢慢地撐開,并采用圖7所示的安裝工具來裝配。方形圈在60℃的液壓油中浸泡一下有利于安裝。大規(guī)格方形圈可用手拉大,但在任何情況下,應該避免不均勻拉升和過度拉升。Φ230mm以下的孔口導向尺寸見圖10。而對于30mm以下的方形圈,因為特別容易彎曲,建議采用開口槽的結構型式。④當密封圈越過有溝槽的導向時,這些溝槽必須用塑料包覆,或者采用心軸延伸跨過有問題的溝槽。采用這一方法,可確保密封圈不被有問題的溝槽咬傷。⑤當活塞內孔延伸過長或活塞的端部只有一個導向,而這個導向又不夠長,在裝配活塞時會出現(xiàn)困難,這時,必須把活塞內徑的光潔度提高,防止密封圈磨損或咬傷。(3)旋轉軸唇形密封圈1)影響旋轉軸唇形密封圈使用性能的主要因素①密封材料:主要以丁腈橡膠為主,根據(jù)工況條件可選擇氟橡膠、丙烯酸酯橡膠、硅橡膠等。②軸表面粗糙度和偏心度:軸表面粗糙度一般規(guī)定為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,容易燒傷,引起泄漏;軸表面太粗糙,摩擦磨損加劇。③軸偏心度:偏心度大會使密封圈唇部接觸應力的分布狀態(tài)變化而引起泄漏。表1規(guī)定了旋轉軸唇形密封圈過盈量和軸偏心度。④唇口過盈量:唇口過盈量可產(chǎn)生唇口無簧徑向力并補償軸的偏心;唇口過盈量應控制在表1所規(guī)定的范圍內;一般情況下,高速型比低速型要小些。⑤壓力:一般在0.02~0.1MPa的壓力下工作,特殊結構的旋轉軸唇形密封圈的工作壓力可達到0.5MPa。⑥速度:一般結構的旋轉軸唇形密封圈最高線速度為20m/s左右,流體動力油封線速度可達25~32m/s。⑦溫度:由密封圈的材料品種而定。唇口溫度較高,溫升10~30℃(密封圈50%浸在介質內),流體動力油封的溫升比一般結構的旋轉軸唇形密封圈低15~30%。2)旋轉軸唇形密封圈的裝配尺寸與公差GB13871—92《旋轉軸唇形密封圈基本尺寸和公差》中,規(guī)定了直徑≤400mm的軸和安裝孔的尺寸和公差、表面粗糙度等。3)安裝注意事項①應注意旋轉軸唇形密封圈的安裝方向,開口面向壓力大的一面;對回流油封應注意回流方向。②與旋轉軸唇形密封圈配合的密封圈座,端面要有15°~30°倒角,座孔不允許有損傷,底面圓角R不大于0.5mm。③裝配前,要把軸擦干凈,確保旋轉軸唇形密封圈清潔
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