活塞桿用密封結構與密封圈是往復運動執行機構中的關鍵零部件。它不僅關系到泄漏問題,而且還將影響到整個機器設備的性能與壽命。
活塞桿在往復運動執行機構中,主要承受一定的軸向力,并以一定的速度往復運動來對外作功。隨著科學技術與工業的發展,對往復運動的要求愈來愈高,特別是在高壓、高速運動的情況下,活塞桿用密封結構與密封圈問題顯得尤為重要。我們在工程設計中,多次采用了高壓、高速、低摩擦力的桿用密封結構與密封圈,現介紹如下。
1 常用的活塞桿用密封結構與密封圈
常用活塞桿用密封結構與密封圈如圖1所示,密封圈材質與使用條件見表1。
表1 密封圈材質與使用條件序號 類型 使用條件
材質 工作溫度/℃ 允許速度
/m . s-1 工作壓力
/MPa
1 O形圈 氯丁 -30°~ 110° ≤0.5 ≤5
丁睛 -40°~ 110° ≤0.5 ≤5
氟橡膠 -40°~ 200° ≤0.5 ≤5
2 O 檔圈 氟橡膠 -40°~ 200° ≤0.5 ≤35
3 Y形 聚胺脂 -40°~ 80° ≤0.5 ≤16
丁睛 纖維 -35°~ 100° ≤1 ≤20
4 YX形 聚胺脂 -40°~ 80° ≤0.5 ≤16
丁睛 纖維 -35°~ 100° ≤1 ≤31.5
5 V形 丁睛 纖維 -35°~ 100° ≤1 ≤40
由表1可以看出,常用的桿用密封結構與密封圈其允許運動速度都比較低,因此廣泛用于運動速度要求不高的場合,如工程機械、冶金設備及輕工、農業機械的液壓設備中。
2 高壓、高速、低摩擦活塞桿用密封結構與密封圈
隨著能源、礦山、冶金、鐵路、公路及建筑工業的發展,常常遇到高壓、高速、低摩擦活塞桿用密封結構與密封圈。它們通常被稱為“組合式密封”。如圖2和表2所示。
圖2
表2 活塞桿用密封圈
序號
工作條件
類型
材質
工作溫度/℃
允許速度
/m . s-1
工作壓力
/MPa
1
斯特封
填充聚四氟乙烯
-50°~ 225°
≤15
≤70
2
格來圈 填充聚四氟乙烯
-50°~ 225°
≤15
≤70
3
斯來圈 填充聚四氯乙烯
-50°~ 225°
≤15
≤70
這種密封結構的特點:
(1)為組合式密封,由O形圈產生預應力,對初始狀態及工作中起補償作用。
(2)摩擦力小,由于填充如石墨、銅粉、碳釬維、玻釬等添加劑,降低了摩擦阻力,提高了耐磨性,其摩擦系數f<0。04。
(3)允許線速度高,v≤15m/s。
(4)耐高壓。
(5)泄漏小,具有泵吸功能,如圖3所示。
(6)活塞桿桿徑范圍大,最大桿徑1000mm。
圖3所示為密封件與活塞桿接觸應力分布。在高壓一側應力分布集中,壓力梯度大;而當活塞桿返回時,應力分布比較平緩,此時斯特封后部楔角?的作用,由液動壓力產生了一個附加的返回壓力(泵吸功能)使被泄漏在間隙中的油液又被吸回工作系統中,從而減小了泄漏。
圖2中3為斯來圈與斯特封組合應用,它避免了金屬之間的接觸,提高了支承能力并能承受一定的側向力,摩擦力小,適于高壓,高速系統,經試驗得到證實。
3 實例
對活塞桿桿徑分別為25、32、95的三種不同的缸體與活塞桿,采用了如圖2所示斯特封組合密封結構,密封件采用美國霞板組合密封。測得數據如表3所示。
表3
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