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氣動元件用密封件概述
1種類
在氣動元件中所采用的密封大致分為兩種:動密封和靜密封。類似缸筒和缸蓋、閥體和閥蓋等固定部分所需的密封稱為靜密封,而旋轉(zhuǎn)及往復(fù)運動所需的密封稱為動密封。密封分類見表1。
所謂間隙密封(或稱硬質(zhì)密封)是指靠密封零件之間的配合間隙來保證相鄰流體通道之間的密封。對零件的配合尺寸制造精度要求高,材質(zhì)要求高,工作氣源需經(jīng)凈化處理及油零潤滑。但能耐較高的工作環(huán)境溫度。
表1 密封分類
靜密封 | 非金屬密封(包括橡膠、塑料密封圈) | |
半金屬密封 | ||
金屬密封 | ||
動密封 | 接觸型密封 | 成形密封(即軟質(zhì)密封,包括O形圈、Y形圈、V形圈及特種形式密封圈) |
機械密封 | ||
其他 | ||
非接觸型密封 | 迷宮式密封 | |
間隙密封 |
所謂軟質(zhì)密封是用成形密封圈來保證相鄰流體通道之間的密封。按密封的密封原理可分為壓縮密封和唇形密封。
2密封原理
2.1壓縮密封
壓縮密封是將密封圈裝在密封溝槽中并形成適當(dāng)?shù)念A(yù)壓縮量,借助于材料的反彈力壓緊密封面而起密封作用的。圖1所示O形密封圈是典型的壓縮密封。
O形密封圈與其他形式密封圈比較有如下特點:
1) 單個密封圈可對兩個方向作用的氣壓進行密封,且密封性能可靠,用于靜密封時可以做到不泄漏。
2) 既能用于靜密封,也能用于動密封(往復(fù)運動和旋轉(zhuǎn)運動)。
3) 摩擦阻力隨O形圈的預(yù)壓縮量的增加而急劇增加,且工作時的始動摩擦力FS比動摩擦力Fd大得多,通常FS=(2?4)Fd。
4) 軸向尺寸小,重量輕,成本低。密封部位結(jié)構(gòu)簡單,裝拆方便。
于是,在保持O形密封圈特點1)、2)、4)的基礎(chǔ)上,努力降低始動摩擦力而又出現(xiàn)了三角形、方形、X形等一些特殊形狀的壓縮密封圈。
2.2唇形密封
它是利用帶有唇邊的內(nèi)外徑的環(huán)形密封圈,安裝在密封溝槽后密封唇邊直接和工作面
接觸,并貼緊工作面,密封唇邊具有一定的過盈尺寸,在氣壓作用下密封唇邊對工作面貼得更緊,保證在氣壓作用下的密封。
唇形密封有如下特點:
1)密封圈唇部只具有單向密封的作用,且在低氣壓下其泄漏量較大。
2)始動摩擦力較小,對密封件的磨損有一定的自補償作用,唇部有儲存潤滑油的作用。
3)密封圈安裝的軸向尺寸較大,溝槽的尺寸精度和粗糙度要求較低。
3材料
3.1要求
密封性能的好壞,除密封裝置的結(jié)構(gòu)形狀外,密封材料對工作的適應(yīng)性也是決定密封效果的重要因素。
對密封材料的要求有:
1)抵抗工作介質(zhì)侵蝕的能力強,長期工作時體積和硬度變化小。
2)彈性要好,變形小,在壓力很小的情況下能緊貼在滑動表面,有效地防止泄漏。
3) 摩擦系數(shù)小,耐磨性好。
4) 材料致密性好,不滲漏。
5)具有一定的機械強度和硬度,在氣壓作用和工作運動的情況下,材料不被破壞。
6) 耐油性好,耐高低溫性能好。在高溫下不分解、軟化,在低溫下不硬化、脆裂。
7) 耐風(fēng)化性好。在陽光下或空氣中不易老化。
8) 具有能與密封面貼合的柔軟性和彈性,不腐蝕,不粘合在金屬表面上。
9) 容易加工成型。
事實上,沒有一種材料是完全符合上述要求的,只能根據(jù)工作條件選取適宜的材料。
3.2橡膠
在氣動裝置中用作密封的橡膠密封圈是經(jīng)硫化處理的合成橡膠,表2所列為常用的橡膠密封材料,以及它們的特性和應(yīng)用范圍。
表2 常用的橡膠密封材料
名稱 | 特性 | 適用范圍 |
丁腈橡膠(NBR) | 機械強度、彈性、耐磨性較好,特別是耐油性好 | 普遍用于一般的液壓和氣壓密封,不適于在陽光和紫外光的照射下工作 |
氯丁橡膠(CR) | 耐磨性、耐風(fēng)化性和耐油性很好,但在苯胺點低的礦物油中易泡脹 | 特別適用于陽光照射下的氣動裝置,彎折性好,適合于作隔膜式密封材料 |
硅橡膠(MPUQ MOQ) | 耐熱、耐寒性能特好。機械強度低,耐磨性、抗扯裂性差,在某些油中耐油性差 | 適用于制作高溫、低溫、高速旋轉(zhuǎn)的密封圈,尤其適于高速旋轉(zhuǎn)的油封及食品工業(yè)用密封材料 |
聚丙烯橡膠(ACM) | 耐熱性好,但耐磨性差 | 適用于高溫裝置的密封材料,但機械強度較低,不宜用于運動條件嚴酷的場合 |
氟橡膠(FPM) | 耐熱性、耐油性、耐藥品性都很好,用途甚廣 | 普遍用于高溫液壓和氣動設(shè)備,適用于真空設(shè)備 |
聚氨酯橡膠(AU)(EU) | 機械強度高,耐磨性好,高耐油性。但耐水性、耐熱性及耐高速性差 | 適用于制作往復(fù)運動的V形、Y形等唇形密封圈 |
3.3塑料
在氣動裝置中用于密封的塑料材料有尼龍、聚甲醛、聚四氟乙烯等,如表3所列。
表3 常用的塑料密封材料
名稱 | 特性 | 適用范圍 |
聚酰胺(尼龍) | 耐壓性能佳(優(yōu)于銅和一般鋼材),耐酸、弱堿和普通水、醇等溶劑,沖擊韌性較好,有一定的機械強度??箯娝岣g能力差,溶于濃硫酸和苯酚,具有吸水性及冷流性 | 適用于制作高壓、耐油密封圈、擋圈、支承環(huán)、壓環(huán)、活塞環(huán)、機械密封件、防塵密封件等。用于制作醫(yī)療、紡織等器械用密封圈 |
聚甲醛 | 摩擦系數(shù)小,耐磨性好,動靜摩擦系數(shù)一樣,耐有機溶劑及化學(xué)腐蝕。具有良好的抗拉強度、沖擊韌性、剛性疲勞強度和抗蠕變性 | 適用于制作O形、V形、U形密封圈、擋圈、防塵圈等 |
聚四氟乙烯 | 耐磨性佳,耐酸性、耐寒性優(yōu)良,幾乎耐一切化學(xué)溶劑、油和幾乎所有的液體;彈性極差,熱膨脹系數(shù)大 | 適用于制作各種擋圈、支承環(huán)、壓環(huán),與橡膠O形圈組合成低摩擦用滑環(huán)組合式密封圏;涂敷在O形圈表面,降低摩擦 |
氣動元件用密封件概述
1種類
在氣動元件中所采用的密封大致分為兩種:動密封和靜密封。類似缸筒和缸蓋、閥體和閥蓋等固定部分所需的密封稱為靜密封,而旋轉(zhuǎn)及往復(fù)運動所需的密封稱為動密封。密封分類見表1。
所謂間隙密封(或稱硬質(zhì)密封)是指靠密封零件之間的配合間隙來保證相鄰流體通道之間的密封。對零件的配合尺寸制造精度要求高,材質(zhì)要求高,工作氣源需經(jīng)凈化處理及油零潤滑。但能耐較高的工作環(huán)境溫度。
表1 密封分類
靜密封 | 非金屬密封(包括橡膠、塑料密封圈) | |
半金屬密封 | ||
金屬密封 | ||
動密封 | 接觸型密封 | 成形密封(即軟質(zhì)密封,包括O形圈、Y形圈、V形圈及特種形式密封圈) |
機械密封 | ||
其他 | ||
非接觸型密封 | 迷宮式密封 | |
間隙密封 |
所謂軟質(zhì)密封是用成形密封圈來保證相鄰流體通道之間的密封。按密封的密封原理可分為壓縮密封和唇形密封。
2密封原理
2.1壓縮密封
壓縮密封是將密封圈裝在密封溝槽中并形成適當(dāng)?shù)念A(yù)壓縮量,借助于材料的反彈力壓緊密封面而起密封作用的。圖1所示O形密封圈是典型的壓縮密封。
O形密封圈與其他形式密封圈比較有如下特點:
1) 單個密封圈可對兩個方向作用的氣壓進行密封,且密封性能可靠,用于靜密封時可以做到不泄漏。
2) 既能用于靜密封,也能用于動密封(往復(fù)運動和旋轉(zhuǎn)運動)。
3) 摩擦阻力隨O形圈的預(yù)壓縮量的增加而急劇增加,且工作時的始動摩擦力FS比動摩擦力Fd大得多,通常FS=(2?4)Fd。
4) 軸向尺寸小,重量輕,成本低。密封部位結(jié)構(gòu)簡單,裝拆方便。
于是,在保持O形密封圈特點1)、2)、4)的基礎(chǔ)上,努力降低始動摩擦力而又出現(xiàn)了三角形、方形、X形等一些特殊形狀的壓縮密封圈。
2.2唇形密封
它是利用帶有唇邊的內(nèi)外徑的環(huán)形密封圈,安裝在密封溝槽后密封唇邊直接和工作面
接觸,并貼緊工作面,密封唇邊具有一定的過盈尺寸,在氣壓作用下密封唇邊對工作面貼得更緊,保證在氣壓作用下的密封。
唇形密封有如下特點:
1)密封圈唇部只具有單向密封的作用,且在低氣壓下其泄漏量較大。
2)始動摩擦力較小,對密封件的磨損有一定的自補償作用,唇部有儲存潤滑油的作用。
3)密封圈安裝的軸向尺寸較大,溝槽的尺寸精度和粗糙度要求較低。
3材料
3.1要求
密封性能的好壞,除密封裝置的結(jié)構(gòu)形狀外,密封材料對工作的適應(yīng)性也是決定密封效果的重要因素。
對密封材料的要求有:
1)抵抗工作介質(zhì)侵蝕的能力強,長期工作時體積和硬度變化小。
2)彈性要好,變形小,在壓力很小的情況下能緊貼在滑動表面,有效地防止泄漏。
3) 摩擦系數(shù)小,耐磨性好。
4) 材料致密性好,不滲漏。
5)具有一定的機械強度和硬度,在氣壓作用和工作運動的情況下,材料不被破壞。
6) 耐油性好,耐高低溫性能好。在高溫下不分解、軟化,在低溫下不硬化、脆裂。
7) 耐風(fēng)化性好。在陽光下或空氣中不易老化。
8) 具有能與密封面貼合的柔軟性和彈性,不腐蝕,不粘合在金屬表面上。
9) 容易加工成型。
事實上,沒有一種材料是完全符合上述要求的,只能根據(jù)工作條件選取適宜的材料。
3.2橡膠
在氣動裝置中用作密封的橡膠密封圈是經(jīng)硫化處理的合成橡膠,表2所列為常用的橡膠密封材料,以及它們的特性和應(yīng)用范圍。
表2 常用的橡膠密封材料
名稱 | 特性 | 適用范圍 |
丁腈橡膠(NBR) | 機械強度、彈性、耐磨性較好,特別是耐油性好 | 普遍用于一般的液壓和氣壓密封,不適于在陽光和紫外光的照射下工作 |
氯丁橡膠(CR) | 耐磨性、耐風(fēng)化性和耐油性很好,但在苯胺點低的礦物油中易泡脹 | 特別適用于陽光照射下的氣動裝置,彎折性好,適合于作隔膜式密封材料 |
硅橡膠(MPUQ MOQ) | 耐熱、耐寒性能特好。機械強度低,耐磨性、抗扯裂性差,在某些油中耐油性差 | 適用于制作高溫、低溫、高速旋轉(zhuǎn)的密封圈,尤其適于高速旋轉(zhuǎn)的油封及食品工業(yè)用密封材料 |
聚丙烯橡膠(ACM) | 耐熱性好,但耐磨性差 | 適用于高溫裝置的密封材料,但機械強度較低,不宜用于運動條件嚴酷的場合 |
氟橡膠(FPM) | 耐熱性、耐油性、耐藥品性都很好,用途甚廣 | 普遍用于高溫液壓和氣動設(shè)備,適用于真空設(shè)備 |
聚氨酯橡膠(AU)(EU) | 機械強度高,耐磨性好,高耐油性。但耐水性、耐熱性及耐高速性差 | 適用于制作往復(fù)運動的V形、Y形等唇形密封圈 |
3.3塑料
在氣動裝置中用于密封的塑料材料有尼龍、聚甲醛、聚四氟乙烯等,如表3所列。
表3 常用的塑料密封材料
名稱 | 特性 | 適用范圍 |
聚酰胺(尼龍) | 耐壓性能佳(優(yōu)于銅和一般鋼材),耐酸、弱堿和普通水、醇等溶劑,沖擊韌性較好,有一定的機械強度??箯娝岣g能力差,溶于濃硫酸和苯酚,具有吸水性及冷流性 | 適用于制作高壓、耐油密封圈、擋圈、支承環(huán)、壓環(huán)、活塞環(huán)、機械密封件、防塵密封件等。用于制作醫(yī)療、紡織等器械用密封圈 |
聚甲醛 | 摩擦系數(shù)小,耐磨性好,動靜摩擦系數(shù)一樣,耐有機溶劑及化學(xué)腐蝕。具有良好的抗拉強度、沖擊韌性、剛性疲勞強度和抗蠕變性 | 適用于制作O形、V形、U形密封圈、擋圈、防塵圈等 |
聚四氟乙烯 | 耐磨性佳,耐酸性、耐寒性優(yōu)良,幾乎耐一切化學(xué)溶劑、油和幾乎所有的液體;彈性極差,熱膨脹系數(shù)大 | 適用于制作各種擋圈、支承環(huán)、壓環(huán),與橡膠O形圈組合成低摩擦用滑環(huán)組合式密封圏;涂敷在O形圈表面,降低摩擦 |