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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:
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。
使用温度一般<100℃
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)
格来圈(图4)
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:
对油缸的表面要求较高。
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:
DAS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。
SPGW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/s
1.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:
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。
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
活塞杆:
碳素结构钢,如45#、35#钢。
2、表面光洁度:
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。
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。
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B
P(Mpa)
B
P(Mpa)
B
<5
D-0.5
20~30
D-0.2
5~10
D-0.4
30~40
D-0.1
10~20
D-0.2
尺寸D1
D<100
D1=D-1
D≥100
D1=D-2
槽宽H
h<6
HA=h+0.7
h≥6
HA=h+1.0
HB=HA+档圈厚度
倒角C
D<16
C=2.5
D=16~30
C=3
D=30~60
C=4
D=60~120
C=5
D=120~250
C=6.5
D=250~400
C=8
2)杆(轴)用(图19)
槽宽H
h<6
HA=h+0.7
h≥6
HA=h+1.0
HB=HA+档圈厚度
尺寸B,B1
P(Mpa)
B
B1
<5
d+0.5
d+2.4
5~10
d+0.4
d+1.6
10~20
d+0.2
d+0.8
20~30
d+0.2
d+0.5
30~40
d+0.1
d+0.34
倒角C
D<16
C=2.5
D=16~30
C=3
D=30~60
C=4
D=60~120
C=5
D=120~250
C=6.5
D=250~400
C=8
注:
压力≥21Mpa情况下,选UN圈时一般要求加挡圈。
UN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d
B
G
S
0~20MPa
20~40MPa
20~36
d+11
4.2
0.6~0.3
0.3~0.2
40~180
d+15.5
6.3
0.8~0.4
0.4~0.2
200~630
d+21
8.1
1.0~0.6
0.6~0.4
2)
孔用方形圈(格来圈)
油缸直径D
B
G
S
0~10MPa
10~20MPa
20~40MPa
40~70
D-11
4.2
1.75~0.9
0.9~0.4
0.6~0.1
80~125
D-15.5
6.3
2.0~1.0
1.0~0.4
0.8~0.2
140~320
D-21
8.1
2.25~1.1
1.1~0.5
0.8~0.2
3、
O形圈(GB1245-76)(图23)
O形圈断面直径
B
H
A
1.9
2.5+0.10
1.4-0.05
2.6+0.10
2.4
3.2+0.15
1.8-0.05
3.2+0.10
3.1
4+0.15
2.4-0.05
4.2+0.20
3.5
4.5+0.15
2.7-0.05
4.7+0.25
5.7
7.5+0.20
4.5-0.05
7.6+0.30
8.6
11+0.20
6.9-0.10
11.5+0.40
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