Y形密封圈.doc

Y形密封圈Y形密封圈（簡稱Y形圈）的截面呈Y形圈，是一種典型的唇形密封圈。1、密封原理Y形密封圈依靠其張開的唇邊貼于密封副偶合面。無內(nèi)壓時，僅僅因唇尖的變形而產(chǎn)生很小的接觸壓力。在密封的情況下，與密封介質(zhì)接觸的每一點上均有與介質(zhì)壓力相等的法向壓力，所以唇形圈底部將受到軸向壓縮，唇部受到周向壓縮，與密封面接觸變寬，同時接觸應(yīng)力增加。當(dāng)內(nèi)壓再升高時，接觸壓力的分布形式和大小進(jìn)一步改變，唇部與密封面配合更緊密，所以密封性更好，這就是Y形圈的“自封作用”。由于這種自封作用，一個Y形圈能有效的封住32MPa的高壓。壓力賦能型密封的有效密封壓力等于預(yù)壓力與流體壓力之和。Y形密封圈通過唇邊的作用將流體壓力有效作用于密封，其預(yù)壓力可以降到很小值，并且流體壓力越高，預(yù)壓力的效用越小，在高壓場合，預(yù)壓力的作用可以忽略不計。這時降低密封摩擦力是有利的，因為密封摩擦力與密封接觸壓力成正比。所以Y形密封圈在保證密封的同時，摩擦力小于擠壓型密封。Y形密封圈主要用于往復(fù)密封，由其工作原理可知，Y形圈安裝時，唇口要對著壓力高的一側(cè)，才能發(fā)揮作用，所以Y形密封圈只能單向起作用。當(dāng)偶合件以工作速度作相對運(yùn)動時，在密封唇與滑移面之間形成一層密封油膜，油膜的存在可改善密封圈的摩擦條件，減小磨損；油膜在氣動密封中起密封作用。在液壓元件的往復(fù)運(yùn)動中，運(yùn)動件伸出與縮進(jìn)時油膜厚度是不同的，這一油膜厚度差積聚會造成泄漏。所以，Y形圈正常工作時，也有極少量泄漏發(fā)生，當(dāng)往復(fù)速度大時，泄漏量大。這是因為往復(fù)速度大時，往復(fù)次數(shù)變得很頻繁，同時油膜的流體動力作用使油膜厚度增加，形成了油膜的快速積聚作用。當(dāng)工作油的粘度增大時，油膜厚度因此增加，往復(fù)速度所造成的泄漏量也增大。但是由于液壓油的粘度隨著溫度的升高而降低，所以液壓設(shè)備在低溫下啟動時，運(yùn)動開始時的泄漏較大，隨著運(yùn)動過程中因各種損失引起溫度升高，泄漏量會逐漸減少。活塞在往復(fù)形成中的泄漏情況是不同的。當(dāng)內(nèi)壓較低時，抽出行程中的泄漏量隨內(nèi)壓增大而增大；壓入行程中隨內(nèi)壓增大而減小。當(dāng)內(nèi)壓足夠大時（約大于7.5MPa），泄漏不再隨內(nèi)壓而變化。當(dāng)Y形密封圈內(nèi)壓p1較低時，摩擦力隨內(nèi)壓增大而增大。當(dāng)內(nèi)壓足夠大時，摩擦力不再有很大變化。如潤滑良好，甚至有下降趨勢。國外關(guān)于Y形圈的起動摩擦試驗結(jié)果表明起動摩擦與停車時間關(guān)系不大，這是與O形圈最大的區(qū)別。這對于斷續(xù)運(yùn)動的機(jī)械是極為有利的。同時在內(nèi)壓較低時，起動摩擦隨內(nèi)壓得增大而增大，當(dāng)內(nèi)壓超過5MPa時，起動摩擦將與內(nèi)壓無關(guān)。所以對于高壓斷續(xù)的機(jī)械，不會有起動摩擦過大的問題。密封唇邊磨損后，因介質(zhì)壓力的作用，唇邊具有一定的自動補(bǔ)償能力。2、Y形密封圈主要性能Y形密封圈是液壓氣動系統(tǒng)中往復(fù)運(yùn)動密封裝置常用的密封件，其使用壽命和密封性能均高于O形密封圈。Y形圈唇部比單一的V形密封圈寬，因此密封性能更好，只需使用一個，所以摩擦力小于V形密封圈。Y形密封圈可以通過改變斷面結(jié)構(gòu)和尺寸來適應(yīng)壓力和密封性能的要求。Y形密封圈適用工作壓力不大于40MPa；工作溫度-3080；工作速度范圍；用丁腈橡膠制作時為0.010.6m/s，采用聚氨酯橡膠制作時則為0.050.1m/s。Y形密封圈最常用的材料是聚氨酯橡膠，聚氨酯橡膠Y形密封圈的密封性能能好，使用壽命及使用不同擋圈時的工作壓力極限均較高。Y型密封圈特點可歸納如下：1）密封性能可靠2）摩擦阻力小，運(yùn)動平穩(wěn)。3）耐壓性好，使用壓力范圍廣。4）結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉。5）安裝方便。其主要缺點是只能單向起作用，活塞類的雙向密封需使用一對Y形密封圈，增加了軸向尺寸；普通Y形密封圈的斷面尺寸大于O形密封圈，所以安裝溝槽尺寸較大，為了便于安裝有時需使用分割式溝槽?，F(xiàn)在許多國家開發(fā)了小斷面尺寸Y形圈，尺寸與安裝問題正在逐步改善。3、Y形密封圈類型1）普通Y形密封圈Y形密封圈按其截面高寬比例不同，可分為款型，窄型，（L1、L2）YX型、等高唇和不等高唇；按其用途可分為孔用、軸用和通用型。通用型Y形密封圈兩唇高度相等，唇邊再密封偶合件兩壁面上的壓應(yīng)力相同。不等高唇Y(jié)形密封圈兩唇高度不同，不等高唇Y(jié)形密封圈又分孔用和軸用型，使用時長唇緊貼在密封溝槽底部，與非運(yùn)動表面接觸，并且有較大的過盈量，因而摩擦阻力大，使密封圈的穩(wěn)定性得到提高；短唇與運(yùn)動表面接觸，減小了唇部與工作表面的摩擦阻力，并有利于防止逆壓損壞。近年來開發(fā)使用的小Y形密封圈或稱YX形密封圈，是一種新型的密封結(jié)構(gòu)。這是一種不等唇邊的Y形密封圈，因此分孔用和軸用兩種。YX形密封圈的斷面高度是厚度的兩倍以上，所以不易在溝中翻轉(zhuǎn)，即使在工作壓力和滑動速度變化較大時，也不用加支承圈。此外，YX形密封圈的根部和短腳唇邊都有30倒角，在高壓下不易擠入間隙。YX形密封圈適用于溫度為-2080，壓力低于32MPa的礦物油中工作。當(dāng)壓力高于32MPa時，為防止密封圈被擠入間隙，應(yīng)在密封圈根部放個擋圈。擋圈材料可用聚四氟乙烯，尼龍1010等，硬度HS90。2）Y形密封圈的改形和發(fā)展隨著液壓、氣動對密封越來越高的要求，Y形圈的結(jié)構(gòu)也在不斷發(fā)展，又出現(xiàn)了許多改形Y形圈設(shè)計方案，特別是氣動技術(shù)的發(fā)展，小型氣缸廣泛應(yīng)用于各種設(shè)備中，Y形密封圈也有小型化的趨勢。此外，氣動系統(tǒng)的發(fā)展對Y形密封圈提出了小型化的要求，為了減少零件數(shù)、方便安裝，提出了整體式溝槽要求。許多國家開發(fā)出了可裝于整體式溝槽的內(nèi)、外徑對稱的小截面Y形密封圈，Y形密封圈的截面尺寸也越來越小。()、帶有副唇的Y形密封圈帶有副唇的Y形密封圈的結(jié)構(gòu)在主密封唇的后側(cè)，設(shè)計了一個副唇，每次往復(fù)運(yùn)動后，從主唇面泄漏的油膜，由副唇刮取，在主，副唇間殘留下微量液體（工作介質(zhì)或潤滑液）。隨著往復(fù)運(yùn)動次數(shù)的增多，殘留液體將充滿主，副唇間，形成特殊的“圍困區(qū)”。當(dāng)主唇處于工作狀態(tài)時，由于“圍困區(qū)”內(nèi)液體不可壓縮，其間壓力高于工作腔內(nèi)的壓力。此時，副唇與偶合面的接觸應(yīng)力也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于主唇與偶合面的接觸應(yīng)力。因此，當(dāng)軸外伸時迫使“圍困區(qū)”內(nèi)的液體壓回工作腔，從而形成了可靠的密封狀態(tài)，提高了Y形密封圈的性能?！皣^(qū)”內(nèi)的壓力越高，則副唇對偶合面接觸應(yīng)力越大，密封性能也就越好。這種形式的密封圈常用于軸密封。因為軸用密封泄漏直接流至元件外部，對密封性要求很高。但如果密封性很高，普通Y形圈的密封唇將油膜完全刮掉，唇后部的潤滑狀態(tài)便會惡化，加劇磨損。帶有副唇的Y形密封圈在主、副唇間形成潤滑油槽，較好的解決了這個矛盾。()、鑲嵌擋圈的Y形圈對于工作壓力超過25MPa的Y形密封圈，為保證其使用壽命，防止密封圈的根部被擠入間隙而被咬壞，可在Y形圈沿滑移面根部處鑲嵌擋圈，靠唇的大部分是橡膠，底部鑲嵌有剛性較高的塑料材料；如聚四氟乙烯、聚酰胺，起擋圈作用，同時有利于防止Y形圈扭轉(zhuǎn)。這種結(jié)構(gòu)將Y形密封圈的密封功能和擋圈的防擠出功能復(fù)合在一個密封件上，簡化了密封裝置。這種復(fù)合Y形圈，耐壓范圍032MPa，而且摩擦阻力小，抗擊出性能良好。起擋圈作用的硬環(huán)截面形狀有平行、方形、角形、L形、U形等，有些結(jié)構(gòu)同時帶有密封棱邊。()、帶防塵圈的Y形密封圈，在Y形密封圈后部增加了一個防塵唇，可以看成將Y形密封圈與防塵圈復(fù)合在一個密封件上。這種密封圈的材料主要考慮Y形密封圈的要求采用橡膠。()、雙向H形密封圈H形密封圈是一種介于唇形密封和預(yù)壓形密封之間的結(jié)構(gòu)形式?？蓪⑵湟暈閮蓚€唇形密封圈背靠背的組合一體（也可看成擠壓型的X形圈的變形）。這種結(jié)構(gòu)用于活塞缸密封，只需使用一個便可實現(xiàn)雙向密封，所以又稱為雙向H形密封圈，有利于簡化密封裝置，減小液壓元件的尺寸。O形圈為代表的單純的擠壓型密封圈，預(yù)壓量小則密封接觸壓力低，不能用于高壓密封；預(yù)壓量大則安裝困難，摩擦阻力增大。用于高壓動密封，還存在滾動等不正常工作狀態(tài)，極易損壞。X形圈則在高壓時變形量增加，密封圈在溝槽內(nèi)形態(tài)不穩(wěn)定，也不能用于高壓。H形雙向密封，在密封圈的兩側(cè)開設(shè)溝谷，因而與預(yù)壓型密封的單純壓縮變形不同，具有與Y形密封類似的唇邊，使之具有自密封能力，能適應(yīng)介質(zhì)工作壓力而改變接觸壓力，獲得良好的密封性能。它的摩擦力比O形圈小，尤其是在低速往復(fù)運(yùn)動時，更是如此。但H形密封圈總有一個唇邊反向受壓，容易引起唇邊擠入間隙而損壞，所以一般的H形密封圈不能耐高壓，只適用于氣動密封或5MPa以下的低壓系統(tǒng)中。有一種耐壓型H形密封圈，它將唇部加厚，這樣即使承受流體壓力，唇部變形和很小。而且，中間部分比兩側(cè)唇部窄，使密封圈與密封面之間有一個間隙，可造成流體壓力作用，防止向背壓一側(cè)的變形，避免唇部被擠入間隙。使用耐壓H形密封圈在保證密封性、耐壓性的同時，減小了Y形密封圈的尺寸。只需使用一個H形密封圈，便可獲得雙向密封，且可縮短活塞長度，降低動力缸的價格。H形密封圈在高壓下使用，需要擋圈支撐，以消除擠出現(xiàn)象。改變擋圈的組成和結(jié)構(gòu)方式，可以適應(yīng)不同的工作壓力。4、Y形密封圈主要失效原因及其解決措施1）間隙咬傷Y形密封圈的間隙咬傷現(xiàn)象與原因與O形圈的類似，發(fā)生在根部。同樣，解決措施是：根據(jù)工作壓力限制密封間隙、正確選用Y形圈材料。對工作壓力大于16MPa的Y形密封圈，應(yīng)設(shè)置擋圈或使用根部鑲有擋圈的專用密封圈。擋圈通常使用剛性較高的塑料材料，如聚四氟乙烯，聚酰胺等。2）逆壓損壞Y形密封圈作為雙作用活塞缸的活塞用密封時，必須成對使用，以封住兩個方向的高壓流體。這樣在活塞上兩個背靠背的唇型圈之間，或在液壓缸活塞桿與導(dǎo)套中間的兩個唇型圈之間就會逐漸滲入流體形成蓄壓。在工作壓力卸去時，或往復(fù)運(yùn)動中蓄壓壓力高于工作壓力時，Y形密封圈在安裝槽內(nèi)就會從根部被反向擠壓，其唇尖被擠入缸筒和活塞之間的縫隙內(nèi)被夾破，造成逆壓損壞。逆壓損壞的防止措施是：()、在活塞上開小孔釋放蓄壓。當(dāng)工作壓力卸去時，通過小孔可以引出被困流體，釋放蓄壓。()、設(shè)置支撐環(huán)。支撐環(huán)作用在活塞用Y形圈的兩唇之間，頂住Y形圈，使之不能軸向竄動，不被反向擠出。此外，凹槽部位開置數(shù)個沿圓周均布的導(dǎo)油孔，以利于壓力介質(zhì)通過小孔作用于Y形密封圈的凹部，撐開Y形密封圈的雙唇；同時避免造成背壓，使困油排油流暢，保持Y形圈密封姿勢。這一措施對防止Y形圈逆壓損壞效果更好。3）翻轉(zhuǎn)如果運(yùn)動時摩擦力產(chǎn)生的外力矩大于密封圈本身的抗扭能力，密封圈就會整周翻轉(zhuǎn)或局部翻轉(zhuǎn)，喪失密封能力。為防止密封翻轉(zhuǎn)，可提高膠料硬度或采用支撐環(huán)。設(shè)置支撐環(huán)對防止Y形密封圈在安轉(zhuǎn)槽內(nèi)的各種錯位均有較好的效果。Y形密封圈鑲嵌擋圈后也能抑制翻轉(zhuǎn)。4）根部磨損密封圈根部磨損嚴(yán)重時會引起泄漏。根部磨損的主要原因是過盈量太大，產(chǎn)生較大的摩擦力及干摩擦所致。因此，必須注意密封圈的內(nèi)徑尺寸與孔軸及溝槽尺寸的關(guān)系。對軸用Y形密封圈，其內(nèi)徑d1宜大于軸徑d2；其外徑D1宜大于溝槽底徑D2；對孔用Y形密封圈，其內(nèi)徑d3宜小于溝槽內(nèi)徑d4；其外徑D3宜小于缸徑D4。即Y形密封圈與溝槽底部要壓緊，與被密封滑移面有一定間隙；滑移面的密封接觸應(yīng)力靠被密封介質(zhì)工作壓力作用在Y形圈唇邊上獲得。密封圈的磨損還與滑動表面的粗糙度有關(guān)，粗糙表面加速密封圈的磨損；還與加工方法有關(guān)。例如，同一級粗糙度的拋光軸對密封圈的磨損要比磨光軸小得多。5）異常聲液壓缸在高壓低速情況下工作時，有時會發(fā)生“辟里，辟里”的響聲。其原因是Y形密封圈沿軸或缸內(nèi)壁滑動時，橡膠與金屬接觸面出現(xiàn)短暫的附著脫離附著脫離現(xiàn)象，這會使密封裝置的壽命降低。其解決方法是：降低橡膠的摩擦系數(shù)，使密封接觸面始終保持潤滑油膜；還應(yīng)注意工作介質(zhì)或潤滑劑的黏度不要過低的。6）塵埃損傷泥水，塵埃和砂石等侵入液壓缸，往往會使密封圈產(chǎn)生異常磨耗，應(yīng)在活塞桿外伸端設(shè)置防塵圈，并保證防塵效果，以防有害雜質(zhì)進(jìn)入液壓缸。5、Y形密封圈設(shè)計Y形密封圈的形狀、型號可根據(jù)使用條件，參考標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計或選用；溝槽設(shè)計一般可根據(jù)所選Y形密封圈查相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)得其形狀、尺寸及公差。作為密封裝置的一般設(shè)計原則，應(yīng)注意以下幾點：1）容納密封圈的腔體應(yīng)設(shè)計的盡可能簡單、緊湊、便于拆裝。2）支撐件和壓緊件與缸壁（或活塞桿）的間隙不能太大；但也不能過小，否則在受偏心載荷作用時易產(chǎn)生卡緊現(xiàn)象，造成損傷。3）在粉塵大的工作環(huán)境使用時，需配用可靠的防塵圈。4）設(shè)計密封圈的安裝部位時，應(yīng)盡量避免在安裝密封圈時有過大的拉伸。5）應(yīng)注意密封圈的安裝方向，不要使載荷壓力加于密封圈的背面。6）密封圈相對滑動面粗糙一般取Ra=0.2m比較合適，工作條