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液压缸的密封类型及其结构原理
作者:没名 来源: 日期:2019/5/13 21:18:17 人气:0

A、O型圈

O型圈可以说是最原始的密封元件,其余密封元件大多都是基于O型圈的基础上进行一定的改进,从而使其适应不同的场合,及拥有不同的特性。

O型圈是一种截面形状为圆形的橡胶圈。其具有良好的密封性能,即可用于静密封,也可用于动密封;不仅可以单独使用,而且是许多组合式密封装置中的基本组成部分。它的使用范围很广泛,如果材料选择得当,可以满足各种介质和各种运动条件的要求。

O型圈是一种挤压型密封,挤压型密封的基本工作原理是依靠密封件发生弹性变形,在密封接触面上造成接触压力,接触压力大于被密封介质内压,则不发生泄漏,反之则发生泄漏。

密封原理图三为O型圈结构和工作原理,很好的表示了O型圈的特性:O型圈截面为O形,安装在活塞上的密封槽内,当液压缸内通入压力油时,O型圈高压侧受挤压,将其向低压侧推动,此时O型圈紧紧的压在低压侧,产生弹性变形,在密封面(活塞密封槽与O型圈接触面及液压缸内壁与O型圈接触面)产生接触压力,此压力大于油压时,不发生泄漏(液压油无法把O型圈挤回原形)。基于以上原因,O型圈安装时一般会配合O型圈挡圈(起到抗间隙挤出的作用)。

同时O型圈具有以下特点:

尺寸小,安装方便;

动静密封均可使用;

静密封几乎没有泄漏;

单件使用双向密封;

动摩擦力小;

价格低廉。

 

图三 O型圈结构及工作原理

B、U型圈

当某些工况需要密封件具有单向密封,且成本较低,密封效果良好时,O型圈就无法满足人们的要求(想拥有更良好的密封效果会导致材料及加工成本增加),因此基于O型圈的基础上进行改进,得到了密封元件截面形状为U型的密封圈。其结构如图四。

密封原理:U型圈密封是一种挤压型密封,当U型圈的开口侧通有高压油时,油压会导致U型开口变大,向密封接触面进行挤压,形成接触压力,当接触压力大于油压时,则不产生泄漏。同时由于U型圈是开口形式,当产生磨损时,可以自行补偿磨损量。当U型圈闭口侧通高压油时不产生密封作用(几乎没有密封效果)。

 

图四 U型圈密封结构

C、Y型圈

当某些工况需要密封件具有单向密封,且成本较低,密封效果良好,同时又具有良好的往复运动性能时,U型圈就无法满足人们的要求(想拥有更良好的往复运动性能会导致材料及加工成本增加),因此基于U型圈的基础上进行改进,得到了密封元件截面形状为Y型的密封圈。其结构如图五。

密封原理:Y型圈密封是一种挤压型密封,其依靠张开的唇边贴于密封副耦合面,并呈线性接触,在介质压力作用下产生“峰值”接触压力,压力越高,应力越大。当耦合件以工作速度相对运动时,在密封唇与耦合面之间形成一层密封液膜,从而产生密封作用。密封唇边磨损后,由于介质压力的作用而具有一定的自动补偿能力。

U型圈与Y型圈有以下不同之处:Y型圈广泛应用于往复动密封装置中,其使用寿命高于O型圈。Y型圈的适用工作压力不大于40MPa,工作温度为-30℃~+80℃。特点是:1、密封性能可靠;2、摩擦阻力小,运动平稳;3、耐压性好,适用压力范围广;4、结构简单,价格低廉;5、安装方便。U型密封圈具有对称配置的密封唇,用于活塞杆或者活塞的单作用或双作用的标准液压缸。适用温度-30℃~+110℃,适用材料:PU,夹布NBR等。特点是:1、耐高温;2、耐腐蚀;3、耐磨损。

U型圈与Y型圈的结构区别如图五。

 

图五 U型圈与Y型圈

D、防尘圈

在液压缸密封系统中,为防止润滑剂外漏和有害杂质(灰尘、水汽、腐蚀性气体等)侵入,或为了保护其他密封件而设立的密封装置,叫做防尘密封。防尘密封圈一般仅用于常压或压力较低的场合,若压力较高,应采用其他形式的密封件作为主要密封装置,再辅以防尘密封。

防尘圈有很多种形式,但大体上结构为:一个密封刃口和一个防尘刃口,其防尘刃口为耐磨圈。有些防尘圈还会配备预紧元件使其具有更好的性能。下面我们以GSZ防尘圈(带预紧元件)和GSDR防尘圈(不带预紧元件)为例分别介绍防尘圈。

a、GSZ防尘圈:GSZ防尘圈结构为一个带密封刃口和防尘刃口的耐磨圈以及一个作为预紧元件的O型圈组成的双唇防尘圈。其结构形式如图六。

工作原理:由其密封刃口及防尘刃口分别起到密封和防尘的作用,为了使其防尘效果更加优秀,在防尘刃口的外圈配置了一个O型圈作为预紧元件。

性能:1、在工作过程中有极好的调节和定位能力;

2、高功能保证,在短期内能适应所有的操作;

3、高耐磨;

4、低摩擦,无粘滑现象。

b、GSDR防尘圈:GSDR防尘圈结构为带有密封刃口和防尘刃口的耐磨圈。其结构形式如图七。

工作原理:其密封刃口起主要的密封作用,防尘刃口起防尘作用,刃口紧贴运动副,刮下粘附在活塞杆上的灰尘、水汽等物质。

性能:1、非常好的刮擦除尘作用,同时可防止残留的油膜在活塞杆上延伸;

2、外圆定位可靠;

3、防尘圈可以在很宽的温度范围内使用。

 

图六 防尘圈GSZ结构形式

 

图七 防尘圈GSDR结构形式

E、斯特封

斯特封结构:斯特封由一个低摩擦的填充聚四氟乙烯环(PTFE)和O形密封圈组合而成,一般情况下作为轴用密封,其结构如图八所示。

工作原理:斯特封属于组合式密封元件,其O型圈负责提供足够的密封力,并对填充聚四氟乙烯环(PTFE)的磨耗起补偿作用(一般情况下安装时O型圈处于受压状态,当耐磨环磨损后O型圈反弹使耐磨环继续紧贴活塞杆),密封形式为单向密封,适用于高压液压系统的油缸活塞的密封。斯特封耐压性能可达到60MPa。

 

图八 斯特封结构图

F、格莱圈

格莱圈:格莱圈由一个低摩擦的填充聚四氟乙烯环(PTFE)和O形密封圈组合而成,一般情况下作为孔用密封,其结构如图九所示。

 

图九 格莱圈结构图

工作原理:格莱圈工作原理与斯特封基本相同,不过其密封能力为双向密封,耐压性能最高为40MPa。

G、雷姆封

雷姆封与斯特封几乎完全一样(结构和工作原理),但是其耐磨环材料与斯特封不同,所以适用场合不同,雷姆封适用于高温环境。

H、洪格尔型组合密封

洪格尔型组合密封:其结构为一个作为预紧与密封元件的O型圈,O型圈由耐磨环紧压在密封槽中,并且O型圈两侧配置了挡圈组件。其具体结构如图十。

 

图十 洪格尔型组合密封

工作原理:O型圈作为密封元件,同时为耐磨环提供压紧力,作为密封元件的O型圈与活塞之间无相对运动,故密封性能保持为静密封的优异性能,外侧耐磨环产生磨损后,O型圈向外侧反弹,继续提供足够的压紧力,使密封性能可靠。挡圈组件则起到抗间隙挤出的作用。

洪格尔型组合密封特点:

1、利用PTFE材料特性,耐磨性能好,无爬行,适应于工作压力较高的系统,双向密封;

2、摩擦阻力小,适用于动作频率高、运动速度快,定位、行程要求准确,如液压油缸AGC等伺服油缸;

3、具有坚实的支承和导向系统,密封效果好,使用寿命长,可靠性十分强;

4、油缸加工精度和表面粗糙度及油品清洁度要求较为苛刻,反之影响密封效果;

5、密封件占有空间大。

I、V型组合密封

结构:V型组合密封由两个弹性密封圈和多个V型圈叠加在一起组合而成,其结构形式如图十一。

 

图十一 V型组合密封圈结构

工作原理:弹性密封圈和V型圈与缸体内壁和活塞相接处的工作面有一定的过盈量,同时起密封作用。弹性密封圈比V型圈的过盈量略大一些,故密封作用要比V型圈的大;在无压或低压时,是靠其过盈量或通过压盖对弹性密封圈和V型圈的预压,实现密封,故内外唇口有自封作用;在高压使用时,弹性密封圈和V型圈是借助于液体工作压力充分作用到受压面上,使工作密封唇口很好的展开,压紧缸筒和活塞的密封表面,达到密封目的。

V型组合密封圈的特点:

1、密封效果好,使用寿命长;

2、有辅助导向的作用,对振动、偏心负载适应性好;

3、能承受高压及变化的压力;

4、过盈量可以适当调整,良好的抗挤出性能;

5、对不良工作环境,适应能力较强,如油品清洁度差,滑动面表面粗糙度差等;

J、其余密封件

密封件的种类很多,但大都是基于以上各种密封元件的基础上进行改进或材料的更换。密封件分为防尘密封件、活塞密封件、活塞杆密封件、活塞和活塞杆密封件以及其它密封件,具体选用什么样的密封,根据工况需要确定。

K、密封件的材料

前面多次提到不同密封件的不同部位会选用不同的材料,实际上,密封件的材料对于密封件的性能影响非常大,不同的材料对于温度、摩擦、运动副表面粗糙度、液压油品质、工作环境等有不同的适应能力,同时其本身的密封性能及磨损、弹性性能也不同,常规的可以参照下表:

表2 密封元件材料及其性能

 


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