密封基本原理及安装设计

唇形密封

唇型密封即带有唇部,通过设计过盈量实现唇部的挤压以及介质压力对唇部的径向张力达到密封效果。唇型密封分为内唇、外唇、根 部等结构如图 1 所示。
 
如图 2 所示,在自然状态下设计有过 盈量,可在密封装入沟槽后通过自身的回 弹性在密封工作面产生应力达到密封效 果。
 
如图 3 所示,在工作状态(即有介质 压力),应力会超过无压状态,同时会随 着压力的增加而增加。需要注意的是压力 太大对于密封可能会有挤出或者损坏的危险。
 
如表 1 所示,介质压力等于接触应力 为密封是否有效的临界点。橙色线表示正 确的密封选择;蓝色线表示不稳定的密封 选择,即需要一定介质压力(高压)才能密封;紫色线则表示错误的密封选择

挤压式密封

挤压式密封即没有唇部,主要通过密封自身实体的压缩达到密封效果。O 形圈 ( 图 4) 为最典型的挤压式密封,广泛应用于各种工况和设备
如图 6 所示,O 形圈在自然状态下设计压缩 量 (W),可在密封装入沟槽后通过自身的回弹性在密封工作面产生应力达到密封效果。通常情况 下随着压力的不同,压缩量和材料硬度也会进 行对对应的调整。( 关于 O 形圈详细资料请参考SOROTHURN 的 O 形圈手册 )
 
由于 O 形圈增大压缩量后摩擦系数也会提高, 所以需要用更耐磨或者摩擦系数更低的材料来作 为密封环,即产生了组合密封。如图 7 所示,对 于一些组合密封 ( 格莱圈、斯特封等 ) ,其压缩 量主要靠弹性体来提供。

液压缸密封相关设计

密封是保证液压系统正常运作的关键件。液压缸泄露也是最常见的问题之一,不论是内泄漏或者外泄露都是存在危害性的。除了密封 本身存在的问题,液压缸的设计和装配也是导致泄露的重要原因。
 
 
引入倒角
 
因为有过盈量 / 压缩量的存在,为了防止安装时损坏密封件,在活塞杆和缸孔上应该设计有引入倒角。如果受限于设计无法加工引入 倒角。则建议使用专业安装工具。
倒角的角度和距离跟产品的截面形状、尺寸有关,请参见各产品的说明。
 
表面粗糙度
 
 
工作面和沟槽的表面粗糙度是决定密封的使用寿命关键因素,不论是活塞密封或活塞杆密封,密封工作面都不能有可见加工痕迹。活 塞杆动态接触表面必须进行抛光或者珩磨,缸壁表面进行滚压。
活塞密封建议缸壁表面粗糙度为Ra0.1~0.8μm。

 活塞杆密封建议活塞杆表面粗糙度为Ra0.2~0.4μm。

 

表面粗糙度跟很多因素有关系(介质、速度、材料等),具体参数请参考具体产品详情页或者咨询索洛图恩。
挤出间隙
 
因为液压系统都需要发生相对运动,所以轴和活塞都是间隙配合。对于密封来说即产生了挤出间隙,在技术、加工条件允许的情况下,间隙越小越好。
 
另外对于技术要求设计轴承的设备,必须按照设计要求选择配合轴承,不可以用密封代替轴承的作用。
 
解决挤出问题的常见方法有调整密封结构,增加密封材料硬度,增加密封 ( 沟槽 ) 尺寸以及在压力背侧添加挡圈。
材料硬度
 
 
为避免表面损伤,建议活塞杆表面进行热处理并镀硬铬,推荐硬度洛氏硬度 60C 以上 ( ≥ 60 HRC 或者≥ 700HV)。