液压密封基础知识及油缸设计

液压密封基础知识及油缸设计一、液压密封系统：液压传动是靠密封油腔的容积变化来传递力和速度。密封不良可造成油液泄漏，从而使得机构运动不稳定，降低容积效率，污染环境，严重时会建立不起压力，系统不能工作。二、常用的轴用、孔用（往复运动用）密封方法：1．间隙密封：（图1）优点：简单，不用任何密封件，摩擦力小。缺点：不能完全阻止泄漏，且密封性不能随压力升高而提高。应用：直径较小，压力较低，速度较快，密封性能不是很高的环境，如换向阀、液压泵（柱塞泵）、液压马达等。在油缸中几乎不采用。2．O形圈密封：（图2）一般用橡胶制成。优点：结构简单，密封性能良好，摩擦力小。缺点：磨损后不能补偿，寿命短。应用：可用于直线往复和回转运动，但更多的是用于固定密封，如管路、油缸盖和缸套间的密封。或适用于低等级、非关键器件。3．U形密封件密封（即：常用的UN圈或Yx圈）：（图3为孔轴通用）分类：轴用、孔用、孔轴通用三种。一般选孔轴通用，即UN圈。特点：两侧唇口对称。优点：结构简单，安装相当简单，使用压力较高（最高可达40Mpa）,密封性能良好，密封性能随压力升高而提高，并能自动补偿磨损量，摩擦力小，成本低，对油缸的表面要求也不高。缺点：①密封圈质量容易材质影响，国产件一般寿命在1-2年。进口件则寿命较长。②使用温度一般＜100℃③往复速度：≤0.5m/s应用：相当广泛。4．挤压式密封件密封（即：常见的格来圈及斯特封）：（图4）①格来圈（图4）②斯特封（图5）优点：结构简单，使用压力高（最高可达70Mpa）,密封性能良好，密封性能随压力升高而提高，并能自动补偿磨损量，摩擦力小，成本低，使用温度可达120℃，往复速度：≤15m/s，寿命长。缺点：①对油缸的表面要求较高。②安装较困难，特别是格来圈，需专用工装。应用：相当广泛。5．V形密封件密封：（图6）由压环、密封环、支撑环组成。标准系列压力为10Mpa，重载系列持续工作压力可达63Mpa。一般适用于大型液压油缸。优点：耐压高（最高可达63Mpa）,密封性能良好，工作可靠。缺点：摩擦阻力大，调整困难，对油缸要求较高，如活塞杆硬度一般都要求在HRc45以上。应用：在高压系统中用得较广泛。如我公司集装箱事业部所用的美国太平洋公司产的折弯机油缸。6．其他常见密封件密封：⑴DAS孔用紧凑型组合密封圈密封（图7）特点：活塞轴向尺寸短，安装方便，成本低。应用：往复运动的活塞及液压缸，如推土机，挖掘机等。⑵SPGW活塞组合封密封（图8）特点：低磨擦力和极好的耐磨性，并且耐液压冲击，可用于负载变化大的场合。应用：汽车吊、挖掘机等。三、往复运动用防尘密封件：1．无骨架防尘圈：（图9）特点：结构简单，安装方便，成本低，油缸工作环境较好情况下使用。应用：应用相当广泛。2.骨架式防尘圈：（图10）特点：结构简单，安装方便，成本低，油缸工作环境较差情况下使用。应用：应用广泛。3.双作用防尘圈：（图11）特点：结构简单，安装方便，并兼有密封功能，油缸工作环境较好情况下使用。应用：应用广泛。四、常见旋转油封：一般用于各种旋转轴上，以密封各种润滑油、润滑脂、水及其他流体，如油泵、液压马达，又如辊轧机辊轧轴等。工作压力：≤0.1Mpa旋转速度：≤14m/s1.无骨架旋转油封：（图12）2．骨架式旋转油封：（图13）五、几种典型的油缸密封形式1、孔轴全部用UN圈型式（，如图14）特点：该型式优点为成本低、室内经济缸常用。一般用于小型折弯机、剪板机、注塑机等。2、霞板形式（如图15）：孔用密封：格来圈轴用密封：斯特封特点：低摩擦力、运动速度高。一般用快速压床、数控机床。2001年九运世纪坛行走油缸采用的就是该密封形式（行走时，速度超过1m/s）3、UN和霞板混合式（如图16）4、重型、环境较恶劣、油缸受较大的径向力的密封型式（如汽车吊、挖掘机等，图17）：六、油缸设计问题1、材料：⑴缸体：低压缸——一般为碳钢，也可用铝合金、青铜、不锈钢。中高压缸——碳钢，如20#、35#、45#无缝钢管等。采用20#钢作缸体，在要求较高时，特别在采用霞板密封件时要求渗碳处理，对45#钢缸体一般不能焊接。⑵活塞：低压缸——铸铁、碳钢、铝合金、不锈钢均可中高压缸——碳钢、铸钢、铸铁⑶活塞杆：碳素结构钢，如45#、35#钢。2、表面光洁度：⑴缸体：且不得有明显纵横向刀纹，特别注意纵向（轴向）绝不能有刀纹。⑵活塞杆：表面一般要求镀硬铬。建筑机械用活塞杆，最低硬度为HRc60。⑶槽内表面：一般为左右。七、油缸设计尺寸配合问题：1、UN圈1）缸（孔）用（图18）尺寸BP（Mpa）BP（Mpa）B5D-0.520～30D-0.25～10D-0.430～40D-0.110～20D-0.2尺寸D1D100D1=D-1D≥100D1=D-2槽宽Hh6HA=h+0.7h≥6HA=h+1.0HB=HA+档圈厚度倒角CD16C=2.5D=16～30C=3D=30～60C=4D=60～120C=5D=120～250C=6.5D=250～400C=82)杆（轴）用（图19）槽宽Hh6HA=h+0.7h≥6HA=h+1.0HB=HA+档圈厚度尺寸B，B1P（Mpa）BB15d+0.5d+2.45～10d+0.4d+1.610～20d+0.2d+0.820～30d+0.2d+0.530～40d+0.1d+0.34倒角CD16C=2.5D=16～30C=3D=30～60C=4D=60～120C=5D=120～250C=6.5D=250～400C=8注：①压力≥21Mpa情况下，选UN圈时一般要求加挡圈。②UN圈在压力较低、非长期使用时，为降低成本和方便安装，在D确定的情况下，d尽量选大，h则选小。3）导向环（图20）2、霞板形式1）轴用阶梯圈（斯特封）（图21）活塞杆直径dBGS0～20MPa20～40MPa20～36d+114.20.6～0.30.3～0.240～180d+15.56.30.8～0.40.4～0.2200～630d+218.11.0～0.60.6～0.42）孔用方形圈（格来圈）油缸直径DBGS0～10MPa10～20MPa20～40MPa40～70D-114.21.75～0.90.9～0.40.6～0.180～125D-15.56.32.0～1.01.0～0.40.8～0.2140～320D-218.12.25～1.11.1～0.50.8～0.23、O形圈（GB1245-76）（图23）O形圈断面直径BHA1.92.5+0.101.4-0.052.6+0.102.43.2+0.151.8-0.053.2+0.103.14+0.152.4-0.054.2+0.203.54.5+0.152.7-0.054.7+0.255.77.5+0.204.5-0.057.6+0.308.611+0.206.9-0.1011.5+0.40