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1、密封原理

V形密封圈截面為V形，也是一種唇形密封圈。V形密封裝置由支撐環(huán)、密封圈、壓環(huán)三個(gè)部件組成。V形密封圈的標(biāo)準(zhǔn)夾角為90°，特殊場(chǎng)合也用到60°。支承環(huán)是支承V形密封圈的重要部件，其斷面厚而結(jié)實(shí)、尺寸精確、凹形角和V形密封圈相同（90°）或稍大，使密封圈安放穩(wěn)定。壓環(huán)的作用是給V形密封圈造成一個(gè)初始?jí)嚎s量，使其與被密封面充分接觸，并可對(duì)V形密封圈的壓縮量進(jìn)行調(diào)節(jié)。

在自由狀態(tài)下，V形圈的唇部外徑大于填料腔的內(nèi)徑，唇的內(nèi)徑小于活塞桿的外徑。這樣，裝配后便有一定的變形。由于支撐環(huán)的作用，這種變形只發(fā)生在唇的尖端，并在其接觸部位產(chǎn)生壓力，即使不施加壓緊力，唇口也能封住一定的內(nèi)壓。因?yàn)榇接?ldquo;自封”作用，當(dāng)介質(zhì)工作壓力升高時(shí)，唇尖改變接觸形狀和加大接觸應(yīng)力，唇部與被密封面貼合得更緊密，實(shí)現(xiàn)密封作用，介質(zhì)壓力升高接觸應(yīng)力相應(yīng)升高。

介質(zhì)工作壓力很高時(shí)，可將幾個(gè)V形圈組合使用，通過(guò)壓環(huán)對(duì)V形圈施加壓緊力，幾個(gè)V形圈就組合成一整體，壓緊力可根據(jù)介質(zhì)壓力調(diào)節(jié)。泄漏介質(zhì)即使通過(guò)了第一道V形圈，壓力也會(huì)大為降低，通過(guò)第二道V形圈的唇部，壓力在降一次，如此下去，內(nèi)壓將損失殆盡，最后，泄漏被阻止。經(jīng)壓緊的3~4圈V形圈可封住60MPa或更高的內(nèi)壓。

V形密封圈只能單向起作用，當(dāng)作復(fù)動(dòng)式活塞密封時(shí)，必須采用對(duì)稱(chēng)布置的兩組V形圈，此時(shí)活塞的尺寸大大加長(zhǎng)，摩擦阻力也增加。

V形圈的材料以丁腈橡膠和氯丁橡膠最常用，天然橡膠用于對(duì)水和空氣的密封，丁基橡膠用于不燃性液壓油和磷酸酯系液壓油。氯橡膠用于各種化學(xué)品和高溫。當(dāng)要求耐磨時(shí)，用聚氨酯橡膠。

夾織物橡膠也是V形圈常用材料，其特點(diǎn)是增加密封圈的剛度和強(qiáng)度，防止發(fā)生膠料擠出，間隙咬傷現(xiàn)象，使之適用于高壓。同時(shí)，在磨損過(guò)程中，橡膠先于織物產(chǎn)生磨損，當(dāng)接觸壓力大的部位擴(kuò)展，這樣整個(gè)密封面的磨損趨于均勻，而摩擦卻沒(méi)有明顯變化。但是，夾織物橡膠密封圈的唇容易把滑動(dòng)面上的油膜刮去，故潤(rùn)滑性比較差。

壓環(huán)和支承環(huán)一般有較硬的膠布?jí)褐贫桑С协h(huán)有時(shí)也用硬塑料壓制。

2、V形密封圈性能與使用

V形密封圈是所有唇形密封件中歷史最悠久的一種，其用途十分廣泛。與其他唇形密封圈相比，V形密封圈的主要特點(diǎn)是：

1)可根據(jù)使用壓力重疊數(shù)個(gè)使用，密封性能隨重疊個(gè)數(shù)增加而提高，但應(yīng)注意，這一關(guān)系不是直線(xiàn)的；與此同時(shí)摩擦阻力也增大。

2)對(duì)活塞或活塞桿的偏心載荷和偏心運(yùn)動(dòng)有較強(qiáng)的追隨能力，防漏效果很好。

3)使用中若因密封圈變形或磨損而產(chǎn)生泄漏可通過(guò)其壓緊機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)，再度壓緊，所以可以長(zhǎng)時(shí)間的使用，密封可靠、壽命長(zhǎng)。

4)可以切開(kāi)裝配，安裝和維修方便，適用于更換密封圈困難的場(chǎng)所。

5)可用于低壓（5MPa）、低速（3m/min）的轉(zhuǎn)動(dòng)。

6)高壓下使用不需要防擠出措施。

7)摩擦阻力大、調(diào)整困難、安裝空間大。

V形密封圈的最高工作壓力＞60MPa；適用于工作溫度為-30~80℃；工作速度范圍：丁腈橡膠V形圈為0.02~0.3m/s；夾布橡膠V形圈為0.005~0.5m/s。可用于各種形式的高壓液壓設(shè)備、水壓機(jī)械的往復(fù)運(yùn)動(dòng)活塞和活塞桿的密封。

3、V形密封圈設(shè)計(jì)與安裝

V形圈既可做活塞密封，也可做活塞桿密封，兩者的密封性沒(méi)有多大的差異。

由于它已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，所以在設(shè)計(jì)時(shí)，主要是確定密封部位的結(jié)構(gòu)和選擇材料、圈數(shù)、以及確定所配用的支承環(huán)、壓環(huán)的材料和尺寸。

1）V形密封圈數(shù)量與組合件材料

V形圈數(shù)量取決于密封壓力的大小，一般壓力高使用數(shù)量多。但使用圈數(shù)多，軸向尺寸大，摩擦阻力增大，唇口磨損也大，所以不應(yīng)僅靠增加V形圈數(shù)量來(lái)提高密封性能。在使用中要經(jīng)常調(diào)整壓力環(huán)的壓緊力，使密封圈的唇部與缸或活塞桿的表面保持密切接觸，保證密封。V形圈在使用中的數(shù)量，一般為3~5個(gè)。

V形密封圈使用的材料有純橡膠、夾布橡膠結(jié)構(gòu)和塑料復(fù)合三類(lèi)。夾織物橡膠V形圈的耐壓性能和耐磨性能均比橡膠V形圈好，而純橡膠V形圈具有優(yōu)良的密封性能。夾布結(jié)構(gòu)可以切開(kāi)裝配；純橡膠結(jié)構(gòu)不能切開(kāi)裝配。目前純橡膠結(jié)構(gòu)、夾布橡膠結(jié)構(gòu)和橡塑復(fù)合結(jié)構(gòu)均有使用，也可將兩種不同材質(zhì)的V形密封圈交替組裝起來(lái)使用，以便充分發(fā)揮兩種材質(zhì)V形圈的優(yōu)勢(shì)。

支承環(huán)和壓環(huán)的 材料，通常用金屬、塑料、硬橡膠、毛氈和夾織物橡膠等，不同材料各有利弊。金屬制的支承環(huán)和壓環(huán)無(wú)彈性，為了保證V形圈的正確位置，必須形狀正確。但由于橡膠密封圈是彈性體，形狀和尺寸均有誤差，常常希望支承環(huán)和壓環(huán)有一定的柔軟性，以便使唇的彈性分布處于均勻。酚醛樹(shù)脂制的支承環(huán)和壓環(huán)就是為此而設(shè)計(jì)的。但它隨壓緊力加大而變形，太大時(shí)可能會(huì)破碎。

橡膠或夾織物的橡膠制成的支承環(huán)和壓環(huán)可以有較大的變形 ，且不致壓碎。但這種變形必然導(dǎo)致密封圈相應(yīng)變形，使密封性發(fā)生變化，所以要慎用。

支承環(huán)和壓環(huán)同時(shí)要求軟硬兩方面的特性，所以給設(shè)計(jì)者帶來(lái)一定的困難。一般推薦軟金屬環(huán)，如銅合金、鋁合金及其他輕金屬等，這樣可以減少模型制造及加工費(fèi)用。

2）V形夾織物橡膠組合密封圈

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T10708.1—2000制定了V形夾織物橡膠密封裝置的形式和尺寸。

3）支承環(huán)、壓環(huán)與偶合面間隙

為了保證空載和低壓情況下的有效密封，V形圈的唇部應(yīng)給以一定的預(yù)壓，即密封圈安裝后與密封圈要過(guò)盈配合，過(guò)盈量大則摩擦阻力大，過(guò)盈量小則密封效果不好。為了保證產(chǎn)品的使用，密封圈過(guò)盈量應(yīng)達(dá)公稱(chēng)截面的10%~14%。為了防止密封圈發(fā)生“擠出”現(xiàn)象，密封偶合件必須有精確的尺寸，并取合理的配合間隙。

密封圈內(nèi)外唇傾斜角度一般應(yīng)為5%~9%角的范圍，上唇為過(guò)盈，下唇與桿或缸的表面留有一定的間隙。這樣既能減小摩擦阻力，又能保證唇部對(duì)密封面的預(yù)壓力。采取這種改進(jìn)措施，有利于提高V形圈密封性能和使用壽命。經(jīng)驗(yàn)證明，沒(méi)有傾斜角度的密封面，不僅摩擦阻力大，而且產(chǎn)生熱量多，使用壽命也短。

支承環(huán)對(duì)V形密封圈的位置其決定性作用，同時(shí)保護(hù)密封圈，避免承受徑向力，維護(hù)密封唇的機(jī)能，因此它的形狀和尺寸精度直接影響密封唇的工作，也為此必須對(duì)它精加工。支承環(huán)與密封圈的角度相同。為了充分發(fā)揮V形密封唇的功能，讓介質(zhì)壓力更好的作用于密封圈，使其充分張開(kāi)，支承環(huán)不但不給過(guò)盈而且要小于公稱(chēng)截面寬2%~5%。其外徑應(yīng)小于唇的外徑，內(nèi)徑應(yīng)大于唇的內(nèi)徑，其間應(yīng)有一定間隙。

在工作壓力高的情況下，還要開(kāi)設(shè)通油孔，以使密封圈受壓面的壓力分布均勻，幾個(gè)密封圈同時(shí)起密封作用；同時(shí)可避免非工作唇部產(chǎn)生逆壓損壞。密封圈頂端的小圓弧形槽安裝時(shí)夾有空氣，工作時(shí)應(yīng)設(shè)法排除，方法是在支承環(huán)底部鉆幾個(gè)軸向小孔。

壓環(huán)是調(diào)節(jié)壓緊力用的，同時(shí)也對(duì)密封圈起定位作用。通常它的凹部與密封圈角度相同，也需精加工。當(dāng)內(nèi)壓低、要求摩擦小時(shí)，凹部的角度可以比填料的角度大一些，最大可到96°。與支承環(huán)不同，它不能有間隙，而應(yīng)有一定過(guò)盈，壓環(huán)唇部的過(guò)盈應(yīng)為6%~8%。

V形圈接觸部位的金屬材料越硬，其使用壽命越長(zhǎng)。在高壓、高速下使用時(shí)，滑移面的表面硬度應(yīng)高于HS60。一般缸體用鑄鐵和鋼，活塞桿則以硬質(zhì)鋼為好。鋁、黃銅以及不銹鋼等與橡膠接觸易產(chǎn)生腐蝕，對(duì)磨損性不利，最好不用（汽缸可用）。

密封面的表面光潔不僅可以減少摩擦，而且應(yīng)注意，滑動(dòng)面光潔過(guò)度，潤(rùn)滑油容易被擦拭，是密封圈因不潤(rùn)滑而造成磨損。

一般缸內(nèi)壁的粗糙度Ra為0.8~0.4μm。

為降低V形密封圈的摩擦阻力，延長(zhǎng)使用壽命，應(yīng)在密封滑移部位采取潤(rùn)滑措施。

4）安裝調(diào)節(jié)

V形圈使用一段時(shí)間后，唇緣會(huì)磨損，為保證密封的持久性，須及時(shí)調(diào)整其緊壓力。所以V形圈壓緊力大小的調(diào)節(jié)方式是設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的。一般都采用調(diào)整墊的辦法，給出墊片的厚度和件數(shù)后，便可精確控制調(diào)整量。也可以采用螺母或設(shè)彈簧進(jìn)行調(diào)整，直徑小于60mm時(shí)，應(yīng)采用錐形彈簧，直徑大于60mm時(shí)，則應(yīng)采用多個(gè)小彈簧調(diào)節(jié)；彈簧數(shù)量應(yīng)多于3個(gè)，并應(yīng)均勻分布。若采用調(diào)節(jié)螺母加彈簧的調(diào)節(jié)方法，彈簧與V形密封圈安裝腔體應(yīng)有良好的配合精度及同軸度。

V形密封圈安裝的入口處應(yīng)倒角或倒圓，使密封圈易于裝入，也可作成階梯形，以便安裝密封圈時(shí)插入導(dǎo)向套使密封件易于裝入。

4、VD形橡膠密封圈

如將V形密封圈一側(cè)唇部加厚，就成為VD形密封圈了。VD形橡膠密封圈適用作旋轉(zhuǎn)軸的動(dòng)密封，轉(zhuǎn)軸圓周速度不大于19m/s，可作端面密封和防塵密封。

VD形橡膠密封圈的型式分為S型和A型，其尺寸可查JB/T6994—1993。VD形橡膠密封圈用材料為丁腈橡膠或氟橡膠，密封圈表面粗糙度Ra值為3.2μm，與唇口接觸的金屬件表面粗糙度Ra為1.6μm。

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