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1、橡胶密封制品技术讲座一、橡胶密封制品种类二、模具设计橡胶密封制品技术讲座一橡胶密封制品种类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：
2、“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、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
3、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。P
4、H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（二）动态密封 （1）往复密封：如图4左边是有一定压力（P1）的介质，右边是大气一侧，当“O”形圈的接触压力大于液压P1时。一般不产生泄漏，但由于“O”形圈产生凹凸不平的现象（图4）此时轴承向右运动（图4）转附在轴上的液体就会向“O”形圈与轴接触的楔形狭窄处拖浅，使该处的液压P高于P1，当P仍小于接触压时仍可密封，若
5、P大于接触压力灰顶起“O”形圈（如图4）是液体进入右边的凹下处，轴承继续向右运动P继续升高又会使液体直入第二个凹处，这样相继被液体浸入，沿运动的方向就会产生泄漏，若轴向左运动控附在轴上的液体，出与上述的作用一样，向内产生泄漏。若向右向左泄漏量不等。向外泄漏量大雨向内泄漏量，两者之差称之为“0”形圈的“外泄漏”，经试验研究，“哦”形圈的泄漏量的新响因素列入下式URD.R1.5.U2（p）/F（h）式中：U写；泄漏量（毫米/小时） D轴经（厘米） R液体黏度（厘拖） U往复平均速度（厘米/小时）F（p）；F（h）分别是液压和“O”形圈硬度有关函数。（三）旋转密封：密封原理与油封类似，将在油封中叙述
6、。 （3）“O”形圈作为往复密封时（如图5）可以装在活塞上或装在油缸上两种安装形式。压缩量计算如下：S=do-(D1-d1)/2=do-h 式中：S压缩量 do“O”形圈自由状态断面直径（毫米）见图6压缩率按下式计算K=S/do*100% 压缩率的选取值见表2=（d1+do）d1+do 式中：2拉伸量d1“O”形圈实际内径（毫米）do“O”形圈自由断面直径（毫米）d1 活塞槽底径或活杆直径（毫米）由上表可知，密封的形式不同，其拉伸与压缩率都较大，动密封较小，特别是旋转密封，不但不需要拉伸量，反而“O”形圈的内径比轴径还要大，压缩也很小，这样可以防止高速旋转生热，使“O”形圈收缩，使磨檫加剧而过
7、于损坏，采用放大“O”形圈方法，可提高“O”形圈有于旋转密封的寿命。2、“O”形圈的压缩永久变形，压缩永久边形是控制“O”形圈质量的一项重要措施。压缩永久变形大，使“O”形圈在短期内就会失去密封作用，因为使密封所需要的接触压力的分布状态，压缩永久变形主要决定于胶料本身的的性能，以及使用温度。（四）其它类型“O”形圈由于“O”形圈在密封制品中有它的独特的优点，诸如结构简单，使用方便，成本低，占空间位置小，适应性广等，所以各行各业需要的密封制品都尽量采用“O”形圈，而且对“O”形圈的研究，扩大使用范围，仍在不断地加紧进行着，新形的“O”型圈不断出现，种款很多，如突冠形“O”形圈，MY形、X形、形、
8、D形、断面的“O”形圈，组合形的“O”行圈，各有特点，在今后的生产中，应大力开发。二、油封：（一）、油封简历油封主要用于旋转运动封油的密封件，大多数主油封，都装有弹簧作为密封接触压力的主要来源。由于金属弹簧的耐性、耐疲劳性（长期使用无应力衰减），以及它的可调性（弹簧长度的调）好，同时由于油封唇口部位不像“O”形圈那样直接装在沟槽里，而是通过一定柔性的腰部与骨架相连，这样它具有一定的随应性（即加工精度不需像“O”形那样高，允许一定的偏心度），新的油封很广泛用于一般的旋转密封，并经过不断研究，新型的、寿命长的、速度高的油封也正在研制开发。常用油封结构形式和特征类型特征单唇口型最常见形式，用于无尘环
9、境，压力0.20.3公斤厘米2双唇口型有防尘唇，用于无尘环境，两唇之间填润滑油无弹簧型用于密封润滑脂或除尘，3-5单唇型并用耐压型一般耐压3公斤/厘米2，骨架延伸腰部或唇部抗偏心型腰部呈W型，可在偏心较大的部位密封往复型往复运动用，主唇封油，外唇保护油膜两侧密封型同时可两侧封油，不使两种润滑油混合单向回流型正转能将要漏的油回流，适用于高速密封，反转加速漏油双向回流型可正反转密封，适用于高速密封（二）油封密封原理1、边界润滑理论：就是油封装配后至工作状态时，唇口与轴的接触面之间，形成一层油膜，油膜的厚度随径向力的大小而变化，当油膜厚度在一寂静的范围内（平均厚度约为2.5,波动约20-50%,这一
10、厚度随油的种类不同而异）,可以获得密封效果,这一油膜称之为“边界油膜”它与被密封面对油的吸附能力有关,一量泄漏,就意味着边界油膜被破坏,形成流体油膜或干摩擦(最终导制流体油膜)。一般情况,接触压力呈现尖锐状分布更利于密封,(见图)2、表面张力密封理论:认为在接触面上，油膜有一定的厚度而不发生泄漏，是由于油膜存在着表面张力的结果。（如图）唇口下面有一层封闭油膜（厚度约0.003毫米）一方面起到润滑作用,另一方面油膜的厚度刚好是以在唇口大气一侧形成弯月面,只要这一弯月面存在，表面张力就可以阴止油液的泄漏,按这一理论,油对被密封表面的“润滑”性愈差,接触面的接触宽度愈大.油的压力差愈大,表面张力的作
11、用更容易获得密封,但实际上,对于一般形状的油封,接触宽度大是对密封不利的,这是由于加工精度因素影响,接触宽度愈大,摩擦愈厉害,不易保持油膜的原因.(三)油封的结构设计:1、油封的径向力与各部尺寸的设计：径向力是指油封紧箍在轴上的紧箍力，它来源于弹簧与唇口部位的收缩，及油封腰部的变形。径向力有全径向力和单位周长径向力，它们的关系如下式：全周径向力P=d1pr式中：P-全周径向力（克） d1轴径 （厘米） pr单位周长径向力（克厘米） 径向力是控制油封质量的一项重要指标，过大，过小都将影响密封效果，通过试验总结推荐的适宜径向力范围列入下表轴径（毫米）总径向力（公斤）单位周长径向力（克厘米）最低最高
12、最低最高4060801001.61.72.83.13.23.75.86.512190.2111.598.5242196.3230.9209.0一般高速油封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
13、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2 P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%，
14、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1818303050508080120120180180d40.30.350.40.450.50.60.7d31.62.22.22.53.03.54.0d2D1+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
