活塞杆用密封结构与密封圈

　　摘　要　通过对活塞杆用密封结构与密封圈的材质、工作条件的分析，探讨了影响密封与摩擦阻力的主要因素。并通过测试提出了在选择设计活塞杆用密封结构与密封圈时应考虑的因素。　　
　　关键词　活塞杆　密封　摩擦力
　　分类号　TH136

　　活塞杆用密封结构与密封圈是往复运动执行机构中的关键零部件。它不仅关系到泄漏问题，而且还将影响到整个机器设备的性能与寿命。
　　活塞杆在往复运动执行机构中，主要承受一定的轴向力，并以一定的速度往复运动来对外作功。随着科学技术与工业的发展，对往复运动的要求愈来愈高，特别是在高压、高速运动的情况下，活塞杆用密封结构与密封圈问题显得尤为重要。我们在工程设计中，多次采用了高压、高速、低摩擦力的杆用密封结构与密封圈，现介绍如下。

1　常用的活塞杆用密封结构与密封圈

　　常用活塞杆用密封结构与密封圈如图1所示，密封圈材质与使用条件见表1。

图1

表1　密封圈材质与使用条件

　　由表1可以看出，常用的杆用密封结构与密封圈其允许运动速度都比较低，因此广泛用于运动速度要求不高的场合，如工程机械、冶金设备及轻工、农业机械的液压设备中。

2　高压、高速、低摩擦活塞杆用密封结构与密封圈

　　随着能源、矿山、冶金、铁路、公路及建筑工业的发展，常常遇到高压、高速、低摩擦活塞杆用密封结构与密封圈。它们通常被称为“组合式密封”。如图2和表2所示。

图2

表2　活塞杆用密封圈

　　这种密封结构的特点：
　　（1）为组合式密封，由O形圈产生预应力，对初始状态及工作中起补偿作用。
　　(2)摩擦力小，由于填充如石墨、铜粉、碳钎维、玻钎等添加剂，降低了摩擦阻力，提高了耐磨性，其摩擦系数f<0。04。
　　（3）允许线速度高，v≤15m/s。
　　（4）耐高压。
　　（5）泄漏小，具有泵吸功能，如图3所示。

图3

　　（6）活塞杆杆径范围大，最大杆径1000mm。
　　图3所示为密封件与活塞杆接触应力分布。在高压一侧应力分布集中，压力梯度大；而当活塞杆返回时，应力分布比较平缓，此时斯特封后部楔角?的作用，由液动压力产生了一个附加的返回压力（泵吸功能）使被泄漏在间隙中的油液又被吸回工作系统中，从而减小了泄漏。
　　图2中3为斯来圈与斯特封组合应用，它避免了金属之间的接触，提高了支承能力并能承受一定的侧向力，摩擦力小，适于高压，高速系统，经试验得到证实。

3　实例

　　对活塞杆杆径分别为25、32、95的三种不同的缸体与活塞杆，采用了如图2所示斯特封组合密封结构，密封件采用美国霞板组合密封。测得数据如表3所示。

表3

　　由表3可以看出，在杆径名义尺寸相同的情况下，活塞杆上的摩擦力与杆径公差关系重大。尽管公差的范围很小，但摩擦力相差一倍左右，它反应了装配后的预紧力大小，也从另一方面说明，活塞杆的配合公差选择是不可忽视的，应根据不同厂商的要求确定活塞杆杆径的配合公差。
　　总之，选择什么样的活塞杆用密封结构与密封圈应综合考虑以下因素：
　　（1）活塞杆的运动速度大小；
　　（2）工作压力的大小；
　　（3）密封圈对活塞杆配合公差及沟槽尺寸的要求；
　　（4）活塞杆的起动摩擦力大小；
　　（5）允许泄漏量；
　　（6）工作温度；
　　（7）工作介质粘度。