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活塞桿用密封結構與密封圈知識
來源：東莞市東晟密封件科技有限公司 - www.j-v-m.com更新時間：2015-03-27
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。
一、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。
圖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 |
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 |
聚胺脂 |
-40°～+80° |
≤0.5 |
≤16 |
|
|
丁睛+纖維 |
-35°～+100° |
≤1 |
≤20 |
||
|
4 |
聚胺脂 |
-40°～+80° |
≤0.5 |
≤16 |
|
|
丁睛+纖維 |
-35°～+100° |
≤1 |
≤31.5 |
||
|
5 |
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。
二、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。
圖3
（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。
三、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
|
桿徑 |
桿徑公差 |
試驗壓力/MPa |
泄漏 |
零壓下靜磨擦力
(四道密封)/N
|
|
|
|
20 |
0 |
≤320 |
|
|
≤180 |
|||
|
|
|
20 |
0 |
≤430 |
|
|
≤300 |
|||
|
|
|
20 |
0 |
≤32000 |
|
|
≤1800 |
由表3可以看出，在桿徑名義尺寸相同的情況下，活塞桿上的摩擦力與桿徑公差關系重大。盡管公差的范圍很小，但摩擦力相差一倍左右，它反應了裝配后的預緊力大小，也從另一方面說明，活塞桿的配合公差選擇是不可忽視的，應根據不同廠商的要求確定活塞桿桿徑的配合公差。
總之，選擇什么樣的活塞桿用密封結構與密封圈應綜合考慮以下因素：
（1）活塞桿的運動速度大小；
（2）工作壓力的大小；
（3）密封圈對活塞桿配合公差及溝槽尺寸的要求；
（4）活塞桿的起動摩擦力大小；
（5）允許泄漏量；
（6）工作溫度；
（7）工作介質粘度。