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Y形密封圈密封原理及失效分析

发布日期: 2018-08-17   访问量:445
Y形密封圈密封原理
  Y形密封圈依靠其张开的唇边贴于密封副偶合面。无内压时,仅仅因唇尖的变形而产生很小的接触压力。在密封的情况下,与密封介质接触的每一点上均有 与介质压力相等的法向压力,所以唇形圈底部将受到轴向压缩,唇部受到周向压 缩,与密封面接触变宽,同时接触应力增加。当内压再升高时,接触压力的分布 形式和大小进一步改变,唇部与密封面配合更紧密,所以密封性更好,这就是Y 形圈的“自封作用”。由于这种自封作用,一个Y 形圈能有效的封住32MPa 的高压。

  压力赋能型密封的有效密封压力等于预压力与流体压力之和。Y形密封圈 通过唇边的作用将流体压力有效作用于密封,其预压力可以降到很小值,并且流 体压力越高,预压力的效用越小,在高压场合,预压力的作用可以忽略不计。这 时降低密封摩擦力是有利的,因为密封摩擦力与密封接触压力成正比。所以Y 形密封圈在保证密封的同时,摩擦力小于挤压型密封。

  Y 形密封圈主要用于往复密封,由其工作原理可知,Y 形圈安装时,唇口要对着压力高的一侧,才能发挥作用,所以Y 形密封圈只能单向起作用。

  当偶合件以工作速度作相对运动时,在密封唇与滑移面之间形成一层密封油 膜,油膜的存在可改善密封圈的摩擦条件,减小磨损;油膜在气动密封中起密封 作用。在液压元件的往复运动中,运动件伸出与缩进时油膜厚度是不同的,这一 油膜厚度差积聚会造成泄漏。所以,Y 形圈正常工作时,也有极少量泄漏发生, 当往复速度大时,泄漏量大。这是因为往复速度大时,往复次数变得很频繁,同 时油膜的流体动力作用使油膜厚度增加,形成了油膜的快速积聚作用。当工作油 的粘度增大时,油膜厚度因此增加,往复速度所造成的泄漏量也增大。但是由于 液压油的粘度随着温度的升高而降低,所以液压设备在低温下启动时,运动开始 时的泄漏较大,随着运动过程中因各种损失引起温度升高,泄漏量会逐渐减少。

  活塞在往复形成中的泄漏情况是不同的。当内压较低时,抽出行程中的泄漏 量随内压增大而增大;压入行程中随内压增大而减小。当内压足够大时(约大于7.5MPa),泄漏不再随内压而变化。

  当Y 形密封圈内压p1 较低时,摩擦力随内压增大而增大。当内压足够大时,摩擦力不再有很大变化。如润滑良好,甚至有下降趋势。国外关于Y 形圈的起 动摩擦试验结果表明起动摩擦与停车时间关系不大,这是与O 形圈最大的区别。 这对于断续运动的机械是极为有利的。同时在内压较低时,起动摩擦随内压得增 大而增大,当内压超过5MPa 时,起动摩擦将与内压无关。所以对于高压断续的 机械,不会有起动摩擦过大的问题。密封唇边磨损后,因介质压力的作用,唇边具有一定的自动补偿能力。

  Y形密封圈主要失效原因及其解决措施

  1) 间隙咬伤

  Y形密封圈的间隙咬伤现象与原因与O形圈的类似,发生在根部。同样,解决措施是:根据工作压力限制密封间隙、正确选用Y 形圈材料。对工作压力 大于16MPa 的Y 形密封圈,应设置挡圈或使用根部镶有挡圈的专用密封圈。挡 圈通常使用刚性较高的塑料材料,如聚四氟乙烯,聚酰胺等。

  2) 逆压损坏

  Y 形密封圈作为双作用活塞缸的活塞用密封时,必须成对使用,以封住两个方向的高压流体。这样在活塞上两个背靠背的唇型圈之间,或在液压缸活塞杆与 导套中间的两个唇型圈之间就会逐渐渗入流体形成蓄压。在工作压力卸去时,或 往复运动中蓄压压力高于工作压力时,Y 形密封圈在安装槽内就会从根部被反向 挤压,其唇尖被挤入缸筒和活塞之间的缝隙内被夹破,造成逆压损坏。

  逆压损坏的防止措施是:

  (ⅰ)、在活塞上开小孔释放蓄压。当工作压力卸去时,通过小孔可以引出被困流体,释放蓄压。

  (ⅱ)、设置支撑环。支撑环作用在活塞用Y 形圈的两唇之间,顶住Y 形圈, 使之不能轴向窜动,不被反向挤出。此外,凹槽部位开置数个沿圆周均布的导油孔,以利于压力介质通过小孔作用于Y 形密封圈的凹部,撑开Y 形密封圈的双唇;同时避免造成背压,使困油排油流畅,保持Y 形圈密封姿势。这一措施对 防止Y形圈逆压损坏效果更好。

  3) 翻转 如果运动时摩擦力产生的外力矩大于密封圈本身的抗扭能力,密封圈就会整周翻转或局部翻转,丧失密封能力。为防止密封翻转,可提高胶料硬度或采用支 撑环。设置支撑环对防止Y 形密封圈在安转槽内的各种错位均有较好的效果。Y 形密封圈镶嵌挡圈后也能抑制翻转。

  4) 根部磨损

  密封圈根部磨损严重时会引起泄漏。根部磨损的主要原因是过盈量太大,产生较大的摩擦力及干摩擦所致。因此,必须注意密封圈的内径尺寸与孔轴及沟槽尺寸的关系。

  对轴用Y 形密封圈,其内径d1 宜大于轴径d2;其外径D1 宜大于沟槽底径 D2;对孔用Y 形密封圈,其内径d3 宜小于沟槽内径d4;其外径D3 宜小于缸径 D4。即Y形密封圈与沟槽底部要压紧,与被密封滑移面有一定间隙;滑移面的 密封接触应力靠被密封介质工作压力作用在Y 形圈唇边上获得。

  密封圈的磨损还与滑动表面的粗糙度有关,粗糙表面加速密封圈的磨损;还 与加工方法有关。例如,同一级粗糙度的抛光轴对密封圈的磨损要比磨光轴小得 多。

  5) 异常声

  液压缸在高压低速情况下工作时,有时会发生“辟里,辟里”的响声。其原因是Y 形密封圈沿轴或缸内壁滑动时,橡胶与金属接触面出现短暂的附着—脱离—附着—脱离现象,这会使密封装置的寿命降低。其解决方法是:降低橡胶的摩擦系数,使密封接触面始终保持润滑油膜;还应注意工作介质或润滑剂的黏度不要过低的。

  6) 尘埃损伤

  泥水,尘埃和砂石等侵入液压缸,往往会使密封圈产生异常磨耗,应在活塞杆外伸端设置防尘圈,并保证防尘效果,以防有害杂质进入液压缸。

  Y形密封圈相关标准

  HG 4-335-1966 Y形橡胶密封圈

  JB/ZQ 4264-2006 孔用Yx型密封圈

  JB/ZQ 4265-2006 轴用Yx型密封圈

 

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