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1、橡胶密封制品技术讲座一随着国民经济的发展和科学技术的的进步，橡胶以独特的性能（最大单位重量的弹性贮能和粘弹性质）制成各种各样的密封制品，广泛的应用在汽车、摩托车、家电、液压气动机械、冶金、水暖、卫浴、石油化工机械、食品、船舶、航天、手工等行业。近年，新的成型技术，高分子材料的开发，以及纳米技术的应用，更使得密封制品达到了新的境界。为了使麦丰员工，忙提高密封制品的制造技术水平，我们决定从本刊开始，系统介绍橡胶密封制品工艺技术，分期出版。橡胶密封制品橡胶密封制品种类繁多，用途很广，一般根据其使用状况，大致分类如下：1. 静态密封用：“O”型圈、垫圈、垫片、密封条、防尘罩除此以外，液体密封胶，厌氧胶
2、、橡胶腻子也可用于静态密封。2. 动态密封用：a) 往复运动用-各种断面“O”形圈、密封圈、皮硫、皮圈、防尘罩等；b) 旋转运动用-“O”形圈、各种断面密封圈、垫圈等；c) 高真空用-“O形圈、隔膜、垫圈、垫片等。以下分别对一些主要的，典型的密封制品进行阐述：一“O”型圈这是我公司主要产品之一。“O”形圈的结构简单，装卸方便，体积小，密封性能可靠。所以作为密封件得到广泛的应用；早期，“O”形圈，只作固定型的静态密封用，后来使用范围逐渐扩大，可用于往复运动，旋转运动，而且耐压范围也逐步的提高。“O”形圈的结构如图1（一）“O”形圈的使用情况图2 ABC分别为平面法兰和缸法兰及缸螺纹法兰密封，称之
3、为静密封（或固定密封）图A为往返运动密封，B为旋转运动 密封呢感，都称之为动密封。（二） （O）形圈的密封原理1、静态密封（1） 当主体压力较低，P=0时，由于安装对“O”形圈的接触面上，形成一定的接触压力PO（接触面单位平均压力），阻止液体的泄漏而获得密封。（见图3）（2）当液体压力较大（如图4）P=50公斤/厘米2时，“O”形圈的接触压力：PM=PO+PH式中：PM-平位面积接触平均总压力PO-装配压缩变形产生的平均单位压力由此可见“O”形圈的接触压力，随介质压力的增加而增加，当PH比PO大很多时，PO就不是密封的主要因素。PH成为密封的主要因素，这种密封作用称之为自密封。（2） 当介质压
4、力很高时，P100公斤/厘米2(O)形圈一部分被挤入间隙,提高胶料的硬度,减大小空隙位,可以在一定压力范围内有一定的效果,当介质在压力P300公斤/厘米2时，需要加档圈（如图）档圈的材料一般为聚甲醛、聚四氟乙烯、尼龙等 未完待续密封制品技术讲座二续 一般高速油封Pr(单位径向力)在100克厘米左右,低速油封可以取高一些,油封的径向力的大小除了通过实际测量,修正外,在设计时还可以进行计算,如下式Pr= P过盈量+P腰+P弹 式中: Pr =单位周长的总径向力 克厘米P过盈量唇口部的过盈量引起橡胶收缩,作用于轴上单位长度的径向力.P腰油封腰部变形而引起的单位长度的径向力 克厘米P弹弹簧收缩引起的单
5、位长度的径向力 克厘米P过盈n1EFR12=（D1-d）EF/2R12式中：E-油封胶料伸张性模量克/厘米R1轴半径 厘米D1轴直径d油封自由状态内径 厘米n1油封过盈量的一半n1= D1d/2;( D1- d) 过盈量F唇口部位的断面积 厘米2P腰=n1ES13/4L3式中：S1油封腰部厚度 厘米L油封腰部厚度 厘米P弹2（T+P0）/D2式中：P0弹簧预应力 克D2弹簧工作状态的内径 厘米T弹簧工作状态的张应力 克T=L1D44G/64nr3式中：L1弹簧工作状态的拉伸长度 厘米G弹簧钢材的扭转弹性模量 克/厘米2d4钢丝直径 厘米n弹簧的圈数r弹簧的平均半径：r=d3-d4/2d3弹簧外
6、直径各尺寸参照图（略）影响油封存的径向力的大小，其中弹簧是主要的，约占总径向力的70-80%，它决定于胶料的弹性模量E，过盈量（D1-d），以及唇口部位与腰部的几何尺寸，而这些几何尺寸多受油封规格的限制，不能任意调整，采用调节胶料的弹性模量（或硬度）来调节器节径向力也不是主要目标。胶料的模量主要从油封的密封性能、寿命、环境等来考虑的。径向力的计算虽然是近似的，但它从理论上反映了径向力的本质，对油封的设计有指导意义。油封各部位尺寸的设计，参照下列各表封油弹簧圈各部位参考尺寸单位：毫米油封内容1818303050508080120120180180d40.30.350.40.450.50.60.7
7、d31.62.22.22.53.03.54.0d2D1+1D1+1D1+1D1+1D1+2.0D1+2.5D1+2.5Ld2+L1.0d2+L1.0d2+L1.0d2+L1.5d2+L2.0d2+L2.0d2+L2.0L2.53.03.03.54.05.05.0注：D1为轴径 橡胶密封制品技术讲座三（接上期）2、油封的磨擦扭矩：橡胶的摩擦特性与其他刚体不同，影响的摩擦因素较多，特别受温度和作用的时间影响较大，而对一般刚体材料则不需要考虑。它可以在较大的温度范围（例如金属与金属的摩擦）测量出相同的摩擦系数，同时在接触面上两物体停置的时间（作用时间）长短也不影响其数值。因此对于橡胶的摩擦特性不能采
8、用一般的物理上的概念进行准确有效的测量出它的摩擦系数。对油封来说，一般只能在特定的条件下，测量它的摩擦扭矩M，通过摩擦扭矩计算出摩擦系数，控制适当的范围。M=DMP r式中：M-摩擦扭矩，D1-轴径，P r-径向力，-摩擦系数油封摩擦系数滑润油最低最高2#润滑油1#锭子油3#陆用内燃机油2#气缸油0.30.20.30.40.80.451.01.2在表中，是+0油封的摩擦系数，随着轴径的增加，摩擦系数与轴径的1/3次方或正比的增加。若摩擦扭矩（或摩擦系数）太大，导致唇口温升增加，油封易磨损，使用寿命降低；若太小可能径向力太小，接触油膜太厚，易形成流体油膜而导至泄漏。3.油封唇口温升：油封接触面与
9、轴产生相对回转，摩擦生热，而橡胶又是热的不良导体，在唇口就会产生局部温升，温升的大小与轴的速度，轴径、胶料的性能，油的种类，径向力的大小有关。若其它条件固定，温升与轴径D1和角速度的关系以下式表示：TD11/22/3胶料种类对温升的影响如图示。油封唇口的温升情况，是以等温线的形式分布的，如图七在油封与轴面接触的最尖处温度最高，胶料设计的使用温度范围应该考虑唇口的最高温升，否则唇口部位老化裂口，降低油封的使用寿命。4.油封胶料的硬度：油封胶料的硬度，直接与胶料的弹性模量有关。硬度的变化影响到油封唇口部位的接触宽度，径向力，摩擦特性等，一般认为油封胶料的硬度在65-75（邵氏）为宜过高或过低对密封
10、都不利。我们指的硬度为常温测量的数值，要注意在实际使用中的差异，硬度是会随温度，使用时间及油的种类不同而变化。5.油封唇口的接触宽度，唇口接触宽度影响径向力的分布，摩擦特性，通常控制接触宽度在0.25毫米以下，同时在使用过程中，接触宽度仍要增加，增长的速度与胶料的耐磨性能和蠕变性能有关。6.偏心距离：油封内园和外园两个园心偏离的距离，偏心距大运转过程中受力不均，同时振动加剧，降低油封的使用寿命（应注意油封本身的偏心和油封座及轴的机械加工或安装的偏心，影响的结果是一样的）。一般要求油封名义内径在50毫米以下者，取大偏心距不得超过0.3毫米。这里所提的是油封本身的要求，如果是设备本身，偏心距大可选
11、用型防偏心油封。7.介质的压力：一般油封使用的介质较低，在0.3-0.6公斤/厘米，压力增加油封使用寿命，若压力较大，需要设计耐压油封，或者设计耐压支承圈（如图九）（四）其它油封：近年生产的回流油封，为制造高速和长寿命的油封，开辟了新的途径。它的工作原理如图十所示，一个是内孔高度光滑的金属轴套，另一个是刻有螺纹的金属旋转轴，它们之间有很小的间隙（约0.5毫米），当轴转动时，在系统中形成两股液流（向内、向外），一般是螺旋的推移，由于粘附力切力作用，将一定粘度的介质推向内流，当内向流量等于或大于外向流量时，便可实现密封。但若反向转动，螺纹沟便会将介质泵向大气一侧。这种密封原理就是回流油封的工作原理
12、，只要将螺旋刻在油封的唇口上，轴面是光滑的，在运转时同样可以密封。1.单向回流油封如图十一，反弹向回流油封，为了停机时不漏油，设计有静唇边，在一定的径向力的作用下，静唇边与螺旋凸条同时与轴相接触，在旋转时（如图旋转方向），没同样存在两种流向，一是透过静唇边向大气方向一侧泄漏，另一种是油经螺旋凸条的推移，将泄漏的油透过静唇边流向油侧（称之为回流），只要回流油量等于漏油量就可以获得密封，回流的油之所以能够克服静唇边的阻力，流向油侧，是积在螺旋凸附近的油压逐步升高所致。（相当于一个泵的作用）但若反转，螺旋凸条就会将泄漏的油，加速流向大气侧，就起不到回流的作用。如果在反转时静唇边仍能起密封作用的话，也
13、可以保持不漏，但往往这种设计的静唇边密封能力是不够的，只能适合在低速时反转（如汽车倒车的反转）由于这种油封适合单向旋转，所以称之为单向回流油封。2.双向回流油封以同样的速度正转，或者反转都可以回流，获得同样的密封效果，目前这种油封仍在继续研究，按所试验的种类来说有三角形（图十二），波纹形（图十二）作用原理和单向回流的原理类似。图十二在油接触带区，没有间隔的三角凹穴相平行的一边凸棱都相当于螺纹凸条，这样就构成了双向回流的螺纹凸条，而未被切断的周向连续接触带，相当于静唇边。当轴如图所示的方向旋转时，透过静唇边的油进入三角凹穴处X的一边（X）油压以Xa至X0是逐渐增中的，最后透过静唇边产生回流。而沿
14、三角穴区的另一边（Y），产生负压有将油透过静唇边，向大气一侧泄漏的趋势。压力分布如图Ya至Y0的情况，但透过的油，马上被转轴带向X一侧面回流。只要回流量等于漏油量就可以达到双向回流的目的。停止转动时，静唇带又可以密封。根据这一原理设计的油封还有波纹形双向回流油封。回流油封（或称液压动力油封），它的最大特点刘在接触面得到很好的润滑。随着转速的增加，回流的油压迅速增加，克服静唇径向压力，油液在接触面上进进出出，既减少了接触面的摩擦，而带走了由于摩擦所积累的热量，所以唇口温升低，当停止转动时，静唇又可以有效的密封（波浪级油封的连续的波浪筋条又可起静唇的作用），所以这种类型的油封可使用在高速旋转的场合
15、，而且有很长的使用寿命。（未完待续）橡胶密封制品技术讲座四四、其它密封制品（一）橡胶皮碗通常用于往复运动密封件（除“O”形圈外）都叫做皮碗（我公司又叫密封圈），多用于油缸和活塞杆往复运动的密封和传递压力，按其断面形状和用途来分，种类很多，现将世达公司经常生产的几种介绍如下：（见图一）a、b、c、d、eU形圈用于油、水、往复密封，接触压力主要靠介质压力的自封作用，本身在工作面有一定倾任意斜，安装时产生压缩变形，也具有一定的接触力，无类层的使用压力最高为10Mpa厘米2，有夹层的可使用至30Mpa厘米2，但不适用于快速运动，可用于慢速旋转密封，图一aV形圈用于油、水密封，由于有支撑环和压环，又可以重叠使用，无夹布的可用至30Mpa厘米2，而有夹布的可用至60Mpa厘米2，图-C为V形圈I形圈用于中压和低压油、水、汽密封，图一EY形圈目前在液压系统中使用较多，较
