液压缸的密封结构

　　0 引言

　　液压缸作为液压系统的执行元件, 以直线往复运动或回转摆动的形式, 将液压能转变成机械能。液压缸结构简单, 制造容易, 用来实现直线往复运动尤其方便, 应用范围很广。

　　液压缸的种类很多, 按额定工作压力、使用领域工作特点、结构形式和作用等不同的归类方法可以有不同的分类方法。但无论何种液压缸, 影响其使用寿命和可靠性的往往都取决于密封圈的选型和使用。

　　1 液压往复用密封圈的分类和密封机理

　　1.1 概述

　　在大量的应用场合中, 由于使用要求和负荷不同,推动了密封圈不同类别的发展。因此有必要根据功能和结构对液压密封圈加以分类, 如图1所示。

　　液压缸用密封圈也可以分为断面对称的密封圈和断面不对称的密封圈。不对称的密封圈的设计的目的是, 在装配后它们就与静态侧整个轴向宽度过盈接触,保证适当地在槽内就位。因此, 作用在动态侧的正向预压力, 只会在密封圈装入腔体之后才能产生。如图2和图3所示。

　　1.2 密封机理、摩擦和磨损

　　1.2.1 静态密封

　　在静止条件下, 所有的液压密封圈都是通过过盈配合形成的初始预压力p_v来实现密封; 被密封介质的压力p叠加于初始预压力p_d。于是, 作用在密封表面的压缩力总是大于被密封的压力, 如图4所示。

　　1.2.2 润滑油膜的形成

　　借助于运动, 在密封唇滑动表面下方被液体湿润的表面被拉动。密封圈起到液体刮擦器的作用, 但并不是完全把它刮掉。这些液体通过滑动形成了推进流, 由于流体动力学产生的压力而使密封圈唇缘从表面被抬起。在密封圈后面的滑动表面上, 留下了一层很薄的残留油膜。形成的油膜厚度h, 取决于密封副间隙侧入口处形成的压力曲线(dpdx)_max的最大斜率, 就是油液进入被密封间隙侧入口处时形成的最大压力梯度, 同时它还取决于油液的动态黏度η及取决于密封圈与滑动表面之间的相对速度ν, 如图4所示。如果残留油膜在回程中再次被抽回至高压腔中,就达到了所谓的动态密封。

　　1.2.3 摩擦

　　液压密封圈的摩擦, 主要受到密封圈与滑动表面之间的润滑油膜厚度的影响, 可能出现3种摩擦情况。

　　(1)静摩擦(干摩擦)。

　　(2)混合摩擦(干摩擦加上油液摩擦)。

　　(3)油液摩擦(没有干接触)。

　　这三种情况如图5所示。

　　在启动时候, 首先必须克服高的静态摩擦力, 随着速度升高, 有更多的液体从密封圈与滑动表面之间被抽出,于是滑动表面以及直接接触面便减小, 摩擦力迅速下降。随着速度的进一步提高, 便进入油液摩擦区。摩擦力随着速度升高而再次开始升高。在这个动液润滑区里, 摩擦力的产生仅仅因为油液里的剪切应力τ的缘故。