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Y形橡膠密封圈結構設計

時間:2019-10-28 1600 次瀏覽

信息摘要:Y形橡膠密封圈密封性能良好、具有高的耐磨、耐油、耐壓和結構簡單等優點,可以滿足各類液壓設備的密封性能要求。

隨著液壓技術的發展,要求密封元件的密封性能必須可靠。過去由于密封元件不過關,出現了漏油、漏氣和漏水問題。為徹底解決“三漏”問題,我們從1972年開始對聚氨酯Y型密封圈作了系統的研究。從十幾毫米的小直徑到900毫米的大直徑、從低溫-28℃到+37℃(油溫為40~50℃)、從低壓4kgf/cm²到高壓360kgf/cm²和超高壓500~750kgf/cm²等條件下都進行了大量的試驗驗證與試用工作。實踐證明,該橡膠密封圈密封性能良好、具有高的耐磨、耐油、耐壓和結構簡單等優點,可以滿足各類液壓設備的密封性能要求,多年來該橡膠密封圈已深受用戶歡迎,得到廣泛應用。

本文在此基礎上,運用大量的試驗與試用數據,對Y形密封圈的結構設計、安裝溝槽的尺寸設計、模具設計和先進的聚氨酯材料進行分析論述。該密封圈已被批準納入標誰系列,并分別制訂了行業標準,部標準和國家標準。

1、密封機理

Y形橡膠密封圈是唇形密封元件,依靠唇部與被密封面緊密接觸而起到密封作用。這種密封圈的突出優點是密封性能好,摩擦阻力小。形狀根據使用要求可分為等邊與不等邊的、寬斷面與窄斷面的。可以用于低壓與高壓設備和水壓與氣動設備的往復活塞或活塞桿的密封。現例舉不等唇邊Y形圈敘述其密封機理。

如圖1(a)(b)的Y形橡膠密封圈結構為長、短唇的,分別為軸用密封圈和孔用密封圈。圖1(c)(d)的Y形圈的長唇邊緊緊貼合在密封圈溝槽內側面,作靜密封用。短唇與軸、孔面緊緊貼合,產生適當的接觸應力,因唇口過盈量產生的抱緊力具有良好的自封性。在往復運動中由于外加壓力,使短唇壓縮而產生滑動摩擦,形成很窄的密封帶起著動密封作用。

QQ截圖20191028112754.jpg

2、Y形橡膠密封圈的主要結構尺寸參數設計

(1)壓縮量

壓縮量是橡膠密封圈裝在軸、孔之間的過盈量,使軸、孔面間產生足夠的接觸應力來實現密封。故壓縮量是密封圈最主要的參數。

設計壓縮量要考慮的問題如下:

(a)由于橡膠密封圈的外力壓縮而產生滑動摩擦阻力,所以壓縮量應盡量設計小些。

(b)因橡膠密封圈的壓縮量與壓縮變形有關,要求密封圈壓縮變形應盡量小。

(c)橡膠密封圈應盡量選取小的壓縮量,但又不宜過小。當過小時,由于安裝過程軸、孔偏心較大,會出現局部壓縮不夠而產生泄漏;當過大時,由于摩擦阻力加大,密封圈唇邊與軸、孔間產生焦耳熱效應,而易磨損老化,加速了密封圈的應力松弛,喪失彈性,造成泄漏和安裝困難。

(d)壓縮量的合理設計需通過試驗驗證和現場的使用實踐,既要保證軸、孔必要的密封性、又要考慮到彈性、冷蠕動性和間隙。

壓縮量的計算:

QQ截圖20191028112818.jpg

(e)氣動密封壓縮量之設計值為油壓密封圈壓縮量的二分之一。因為氣體是低壓,在保證密封性能的前題下壓縮量越小越好。

(2)橡膠密封圈各部位的結構尺寸設計

(a)密封唇角設計,為使動唇角在工作時產生第二個壓力峰,則密封唇角在15°~30°時密封性能最佳,如圖2。

(b)設計Y形橡膠密封圈標準系列時,各斷面的滑動面和非滑動面要保持相似形,就能保證同樣的密封性能,如圖3。設計大小斷面Y形圈a=20°,a₁=15°,求出a、a₁、c、c₁,得出大小斷面系列的相似形。按公式

QQ截圖20191028112848.jpg

QQ截圖20191028112905.jpg

(c)Y形密封圈根部為直角,沒有倒角,根部不易產生第二個壓力峰,使得根部不易啃損。

(d)Y形橡膠密封圈的斷面b系列設計值為:3、4、5、7.5、10、12.5、15、20。

(e)Y形密封圈的高度設計值H,按輕型、中型、重型三個Y形系列,分別為H輕=2b、H中<2b、H≤14b。

(f)Y形橡膠密封圈標準系列為:直徑和斷面系列值設計均按ISO標準,國家液壓缸活塞和桿徑系列標準,并參考國外技術資料和考慮現有密封系列的繼承性而選擇,詳見表2。

QQ截圖20191028112927.jpg