液压与气动-密封作用与分类

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1、一、密封的作用与分类1. 密封的作用及其意义在 液 压 与 气 压 传 动 系 统 及 其 元 件 中 ， 安 置 密 封 装 置 和 密 封 元 件 的 作 用 ， 在 于 防 止 工 作 介 质 的 泄 漏 及 外 界 尘埃 和 异 物 的 侵 入 。 设 置 于 密 封 装 置 中 、 起 密 封 作 用 的 元 件 称 为 密 封 件 。液 压 与 气 压 传 动 的 工 作 介 质 ， 在 系 统 及 元 件 的 容 腔 内 流 动 或 暂 存 时 ， 由 于 压 力 、 间 歇 、 粘 度 等 因 素 的 变化 ， 而 导 致 少 量 工 作 介 质 越 过 容 腔 边 界 ， 由

2、 高 压 腔 向 低 压 腔 或 外 界 流 出 ， 这 种 “越 界 流 出 ”现 象 称为 泄 漏 。泄 漏 分 为 内 泄 漏 和 外 泄 漏 两 类 。内 泄 漏 指 在 系 统 或 元 件 内 部 工 作 介 质 由 高 压 腔 向 低 压 腔 的 泄 漏 ； 外 泄 漏 则 是 由 系 统 或 元 件 内 部 向 外 界 的泄 漏 。 单 位 时 间 内 泄 漏 的 工 作 介 质 的 体 积 称 为 泄 漏 量 。对 于 气 压 传 动 系 统 ， 由 于 其 工 作 介 质 为 压 缩 空 气 且 工 作 压 力 不 高 ， 因 此 气 体 的 泄 漏 问 题 往 往 得 不

3、到 应 有的 重 视 。 其 实 ， 气 压 传 动 系 统 中 的 泄 漏 同 样 会 造 成 系 统 压 力 下 降 ， 能 耗 加 大 ， 动 作 紊 乱 ， 或 造 成 真 空 系 统 中的 负 压 建 立 不 起 来 ； 气 缸 进 气 口 的 泄 漏 将 造 成 气 缸 低 速 运 行 的 爬 行 ， 等 等 。2. 密封的分类密 封 的 作 用 是 阻 止 泄 漏 。 造 成 泄 漏 的 原 因 主 要 有 两 方 面 ： 一 是 密 封 面 上 有 间 隙 ； 二 是 密 封 部 位 两 侧 存 在较 大 压 力 差 。 消 去 或 减 小 任 一 因 素 都 可 以 阻 止

4、或 减 小 泄 漏 。 因 此 ， 密 封 的 方 法 通 常 有 ：1） 封 住 结 合 面 的 间 隙 ；2） 切 断 泄 漏 通 道 ；3） 增 加 泄 漏 通 道 中 的 阻 力 ；4） 设 置 作 功 元 件 ， 对 泄 漏 介 质 造 成 压 力 ， 以 抵 消 或 平 衡 泄 漏 通 道 的 压 力 差 。根 据 被 密 封 的 偶 合 面 在 设 备 运 转 时 有 无 相 对 运 动 ， 可 将 密 封 分 为 静 密 封 和 动 密 封 两 大 类 。 另 外 按 照 密 封件 的 制 作 材 料 、 结 构 形 式 和 密 封 机 理 等 还 可 进 一 步 细 分 。

5、密 封 的 分 类 见 表 5-1。 二、密封件的材料1. 对 密 封 件 材 料 的 要 求密 封 件 材 料 应 满 足 密 封 功 能 的 要 求 。 由 于 被 密 封 的 工 作 介 质 以 及 设 备 工 作 条 件 的 不 同 ， 密 封 件 材 料 应 具有 不 同 的 适 应 性 。密 封 材 料 的 一 般 要 求 ：1） 摩 擦 因 数 小 ， 耐 磨 性 好 ；2） 抗 腐 蚀 性 能 好 ， 能 在 工 作 介 质 中 长 期 工 作 ， 其 体 积 和 硬 度 变 化 小 ；3） 与 密 封 面 贴 合 的 柔 软 性 和 弹 性 好 ；4） 耐 臭 氧 性 和 耐

6、 老 化 性 好 ， 使 用 寿 命 长 ； 5） 加 工 性 能 好 ， 价 格 低 廉 。 2. 常 用 橡 胶 密 封 材 料常 用 的 橡 胶 密 封 材 料 主 要 是 合 成 橡 胶 。 由 于 合 成 橡 胶 的 胶 种 较 多 ， 且 各 自 的 性 能 也 各 不 相 同 。 因 此 ， 在选 用 时 除 要 求 其 必 须 满 足 上 述 使 用 要 求 外 ， 还 应 根 据 不 同 胶 种 的 特 性 和 使 用 范 围 ， 参 照 密 封 件 的 工 况 条 件 ，进 行 正 确 选 择 。 常 用 橡 胶 密 封 材 料 所 适 应 的 介 质 和 使 用 温 度

7、范 围 见 表 5-2 3. 常 用 合 成 树 脂 密 封 材 料常 用 合 成 树 脂 中 ， 使 用 最 多 的 是 聚 四 氟 乙 烯 树 脂 。 在 聚 四 氟 乙 烯 中 掺 入 不 同 的 充 填 材 料 ， 可 改 善 和 提 高其 综 合 物 理 化 学 性 能 ， 从 而 扩 大 了 它 的 使 用 范 围 。 因 此 ， 聚 四 氟 乙 烯 树 脂 密 封 材 料 可 适 用 石 油 基 液 压 油 、 水 -油 乳 化 液 、 水 -乙 二 醇 基 液 压 液 、 磷 酸 脂 基 液 压 液 等 工 作 介 质 的 密 封 。 常 用 合 成 树 脂 密 封 材 料 的

8、 主 要 特 点 和应 用 范 围 见 表 5-3。4. 常 用 金 属 密 封 材 料金 属 密 封 材 料 主 要 用 于 静 密 封 。 常 用 金 属 密 封 材 料 的 种 类 和 应 用 范 围 见 表 5-4。 三、常用密封件除 间 隙 密 封 外 ， 密 封 都 是 利 用 密 封 件 使 偶 合 面 间 的 间 隙 控 制 在 工 作 介 质 能 通 过 的 最 小 间 隙 之 下 。 该 最 小 间隙 取 决 于 工 作 介 质 的 压 力 、 粘 度 、 分 子 量 等 。接 触 式 动 密 封 中 的 压 型 密 封 ， 是 通 过 由 预 压 缩 力 和 介 质 压

9、力 产 生 的 压 紧 力 ， 在 密 封 件 与 偶 合 面 之 间 形 成 接触 压 力 ， 介 质 压 力 愈 高 ， 接 触 压 力 愈 大 ， 使 密 封 件 与 耦 合 面 紧 密 贴 合 ， 以 阻 塞 泄 漏 通 道 ， 达 到 自 密 封 。 而 自封 式 自 紧 型 密 封 ， 则 是 利 用 密 封 件 自 身 变 形 所 产 生 的 反 压 力 也 随 介 质 压 力 的 增 加 而 增 大 ， 从 而 达到 自 密 封 。本 章 介 绍 常 用 的 O 形 、 Y 形 和 V 形 密 封 圈 的 主 要 性 能 、 密 封 原 理 及 其 应 用 。三 （ 1） 、

10、O 型 密 封 圈1. 主 要 性 能O 形 密 封 圈 是 一 种 截 面 为 圆 形 的 橡 胶 圈 ， 如 图 5-1 所 示 。 其 材 料 主 要 为 丁 腈 橡 胶 或 氟 橡 胶 。 O形 密 封 圈 是 液 压 与 气 压 传 动 系 统 中 使 用 最 广 泛 的 一 种 密 封 件 。 它 主 要 用 于 静 密 封 和 往 复 运 动 密 封 。其 使 用 速 度 范 围 一 般 为 0.0050.3m/s。 用 于 旋 转 运 动 密 封 时 ， 仅 限 于 低 速 回 转 密 封 装 置 。 如 液 压 挖掘 机 的 中 央 回 转 接 头 的 分 配 阀 动 密 封

11、 机 构 。 一 般 O 形 密 封 圈 在 旋 转 运 动 密 封 装 置 中 使 用 较 少 。O 形 密 封 圈 与 其 他 形 式 密 封 圈 比 较 ， 具 有 以 下 优 点 ：1） 结 构 小 巧 ， 装 拆 方 便 。2） 静 、 动 密 封 均 可 使 用 。3） 动 摩 擦 阻 力 比 较 小 。4） 使 用 单 件 O 形 密 封 圈 ， 可 对 两 个 方 向 起 密 封 作 用 。5） 价 格 低 廉 。但 是 ， 当 设 备 闲 置 时 间 过 久 而 再 次 起 动 时 ， O 形 密 封 圈 的 摩 擦 阻 力 会 因 其 与 密 封 副 耦 合 面 的 粘 附

12、 而陡 增 ， 并 出 现 蠕 动 现 象 。2. 用 于 静 密 封 时 的 密 封 原 理O 形 密 封 圈 装 入 密 封 槽 后 ， 其 界 面 承 受 接 触 压 缩 应 力 而 产 生 变 形 . 当 没 有 介 质 压 力 时 ， 密 封 圈 在 自 身 的 弹 性 力 作 用 下 ， 对 接 触 面 产 生 一 个 预 接 触 应 力 Po， 如 图5-2a 所 示 。而 当 容 腔 内 充 入 有 压 力 的 介 质 后 ， 则 在 介 质 压 力 p 的 作 用 下 ， O 形 密 封 圈 发 生 位 移 ， 移 向 低 压 侧 ，且 其 弹 性 变 形 进 一 步 加 大

13、 ， 填 充 和 封 闭 了 密 封 间 隙 。 此 时 ， 作 用 于 密 封 副 偶 合 面 的 接 触 压 力 上 升 为p0+p=pm， 从 而 大 大 增 加 了 密 封 效 果 ， 如 图 5-2b 所 示 。 当 容 腔 内 的 介 质 卸 压 后 （ p=0） ， 则 由 于 O 形 密 封 圈 仍 具 有 初 装 时 的 预 接 触 应 力 p0， 故 仍 能 保 证密 封 性 能 。 此 即 所 谓 O 形 密 封 圈 的 自 密 封 作 用 。3. 用 于 往 复 运 动 密 封 时 的 密 封 原 理O 形 密 封 圈 在 往 复 运 动 滑 移 面 上 的 接 触 情

14、 况 ， 如 图 5-3 所 示 。 此 时 O 形 密 封 圈 的 动 密 封 作 用 主 要还 是 依 靠 其 预 压 缩 和 加 压 后 作 用 于 耦 合 面 上 的 接 触 应 力 ， 且 由 于 O 形 密 封 圈 自 身 的 弹 性 而 具 有 磨 损 后自 动 补 偿 的 能 力 。此 外 ， 还 存 在 其 他 复 杂 情 况 ：当 用 于 液 体 介 质 密 封 时 ， 由 于 液 体 的 压 力 、 粘 度 及 运 动 速 度 等 因 素 的 作 用 ， 沿 滑 移 面 和 密 封 件 间 形 成 一 层粘 附 力 极 强 的 边 界 层 液 体 膜 ， 如 图 5-3a

15、 所 示 。 这 层 液 体 薄 膜 始 终 存 在 着 ， 它 亦 起 一 定 的 密 封 作 用 。 当 滑 移 面 向 外 伸 出 时 ， 液 体 膜 随 之 一 起 探 出 ， 如 图 5-3b 所 示 。当 滑 移 面 缩 回 时 ， 液 体 膜 则 被 密 封 件 阻 留 于 外 侧 。 随 着 滑 移 面 往 复 次 数 的 增 加 ， 阻 留 于 密 封 件 外 侧 的 液 体膜 日 渐 增 厚 ， 最 后 形 成 液 滴 ， 从 滑 移 面 滴 下 （ 见 图 5-3c） 。 这 就 是 O 形 密 封 圈 用 于 往 复 运 动 密 封 时会 产 生 泄 漏 的 原 因 。

16、 因 此 ， O 形 密 封 圈 不 宜 应 用 于 滑 移 面 需 频 繁 往 复 运 动 的 密 封 装 置 中 。4. 应 用O 形 密 封 圈 一 般 安 装 在 外 圆 或 内 圆 上 截 面 为 矩 形 的 沟 槽 内 起 密 封 作 用 ， 如 图 5-4 所 示 。 O 形 密 封 圈 良 好 的 密 封 效 果 很 大 程 度 上 取 决 于 O 形 密 封 圈 尺 寸 与 沟 槽 尽 寸 匹 配 的 正 确 性 ， 世 界 各 国的 标 准 对 此 都 有 较 严 格 的 规 定 。 密 封 装 置 设 计 时 若 O 形 密 封 圈 的 压 缩 量 选 择 过 小 ， 或 加 工 沟 槽 时 公 差 波 动 使 压 缩 量 趋 小 ， 装 配 后 就 会 引起 泄 漏 ； 如 果 压 缩 量 选 择 过 大 ， 或 加 工 沟 槽 时 公 差 波 动 使 压 缩 量 趋 大 ， 则 会 导 致 O 形 密 封 圈 橡 胶 应力 松 弛 而