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液压橡胶密封件的密封机理

密封可分为静密封和动密封两大类。静密封主要有垫密封、胶密封和直接接触密封三大类。根据工作压力,静密封又可分为中、低压静密封和高压静密封。中、低压静密封常用材质较软、宽度较宽的垫密封,高压静密封则用材质较硬、接触宽度很窄的金属平垫片

动密封可以分为旋转密封和往复密封两种基本类型。按密封件与其作用相对运动的零部件是否接触,可以分为接触式密封和非接触式密封。一般说来,接触式密封的密封性好,但受摩擦磨损限制,适用于密封面线速度较低的场合。非接触式密封的密封性较差,适用于较高速度的场合。

密封件的密封机理涉及两个因素,一个是腔体的密封,主要是密封件外缘(静态部件)在腔体中的定位;二是密封唇口与旋转轴表面接触的动态密封,这是密封件的最重要功能。

密封件的外缘为了保证密封件在腔体的静态密封和孔内的稳固定位,并且容易装配。一般为橡胶材质包覆金属骨架,把橡胶弹性体的可靠静态密封能力和金属骨架支持定位的优点结合为一体。密封件的外缘设计有倒角,以便于装配。另有密封件在外缘上设计沟槽可以增加附着力,避免密封件后退和歪斜的危险,也加大了压配合公差,可提高密封件静态密封的可靠性。外缘设计为金属外骨架的密封件适用于要求在腔体中安装特别牢固和精确的场合,要注意的是当密封件座孔内表面糙时应当涂覆密封胶,在密封座处可以使用密封剂。

密封件的密封唇接触区的密封机理对密封件所起的密封功能具有极其重要的意义,它取决于:密封唇的设计;弹性材料的结构;轴表面的粗糙度等。密封唇的径向力、密封唇的角度设计和唇尖与弹簧中心的距离设计的综合作用,产生了一种对轴面不对称分布的接触压力。在油侧压力最大并陡升增加;在空气侧压力呈小角度衰减。在过盈量(密封唇的内径在自由状态、无负荷情况下设计为比轴的直径略小)的配合下,接触压力的这种不对称分布,与旋转轴产生的圆周环形紧箍力的联合作用,导致密封唇接触区的结构特性变形。这种密封弹性体变形结构是油封试运转时形成的,对密封性能起着决定性作用。因此,密封件需要一个试运转的磨合期。螺旋线的影响加上轴的旋转,由这种变形构造产生向油侧的泵吸作用。

密封件密封唇口滑动面的摩擦特性受流体的粘度与滑动速度支配,在这个滑动面上有油膜存在。密封件与轴的相互滑动表面就在这个油膜分离的润滑状态下运动,因此保持摩擦力小,磨损少。在密封件滑动接触面上油的流动是从大气侧流向油侧又从油侧流向大气侧的循环。滑动面的润滑良好,可防止磨损的进行,由此没有泄漏。可见,对油封密封唇唇口材料,唇部形状这两个因素进行微妙控制,从而影响密封件的润滑特性和密封原理是至关重要的。

常用的自封式压紧型液压密封件主要是幸运飞艇ED圈星型圈V型圈等,它们具有结构简单、易于制造、成本低廉等优点,因此它们是液压传动系统中广泛应用的动密封元件和静密封元件。它们安装在密封槽内通常产生10%~25%的径向压缩变形,并对密封表面产生较高地初始接触应力,从而阻止无压力液体的泄漏。液压缸工作时,压力液体挤压自封式压紧型液压橡胶密封件,使之进一步变形,并对密封表面产生较大的压力,严格地说应为压强。逐渐增高的附加接触应力,并与初始接触应力一起共同阻止压力液体的泄漏。但当工作压力大于10MPa时,为了避免合成橡胶质自封式压紧型液压橡胶密封件的一部分被挤入密封间隙,进而在液压缸往复运动中被切掉而造成泄漏,须在合成橡胶质自封式压紧型液压橡胶密封件的受压侧各设置一合成树脂档圈,如尼龙档圈、聚甲醛档圈和填充聚四氟乙烯档圈。由于合成橡胶质自封式压紧型液压密封件工作时具有较大的压缩变形,因此其静摩擦阻力特别大,通常为其动摩擦阻力的两倍多。如此大的静摩擦阻力在一些低压液压传动系统中势必造成低压爬行及操作困难等不良现象,这正是自封式压紧型液压橡胶密封件很少单独用作动密封件的原因。

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