液压往复密封理论

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1、http://news.bearing.cn/show.php?id=24980液压往复密封理论、技术与应用的进展研究发布时间：2008-02-26作者：张付英刘卉张林静现代工业领域中，密封技术起着举足轻重的作用，它是液压和气压系统性能得以保证的关键。密封失效，不仅大幅度增加了后续维修成本，还可导致致命的灾难，如美国挑战者号航天飞机发射爆炸，就是由于密封失效引起的。液压往复密封技术是建立在密封偶合面的润滑、摩擦、磨损、传热、材料性质和结构设计原理之上，是液压系统中使用条件复杂，对密封装置要求较高的动密封。本文作者通过对液压往复密封原理、密封关键技术和设

2、计方法、密封结构型式和应用的进展研究，提出未来往复密封技术的发展趋势和研究热点。1.液压往复密封理论的进展液压往复密封理论实质上是研究相对运动表面的相互作用。自20世纪70年代新兴边缘学科——摩擦、磨损和润滑学的出现，才将密封装置作为一个系统加以研究，使柔性（橡胶）与刚性表面相对运动，比两个刚性表面相对运动的研究，出现了更新、更复杂的内容，从而也大大丰富了动态密封理论。1.1密封偶合面的摩擦、磨损与润滑1.1.1密封偶合面间的摩擦状态相互接触的往复密封偶合面间有干摩擦、边界摩擦、混合摩擦和流体摩擦4种状态。（1）干摩擦是指密封偶合面没有任何润滑剂或保护

3、膜的密封件与被密封面接触时的摩擦，在实际往复密封中，不存在真正的干摩擦。（2）边界摩擦是指密封偶合面被吸附在表面的边界膜隔开，摩擦性质取决于边界膜和表面的吸附性能时的摩擦。（3）流体摩擦是指密封偶合面被流体膜隔开，摩擦性质取决于流体内部分子间粘性阻力的摩擦。（4）混合摩擦是指密封偶合面处于边界摩擦与流体摩擦的混合状态时的摩擦。往复密封停止运动停留较长时间，重新启动时会逼近干摩擦状态。静止时，润滑油膜在接触压力的作用下，被挤成厚度很小的薄膜，此时间隙之间的油膜不完整，处于边界摩擦状态。随着相对运动速度的提高，油液运动产生的动力使油膜厚度增加，形成流体摩擦

4、。由于往复运动表面相对速度和密封压力变化范围很广，因此混合摩擦状态也是不可避免的。1.1.2密封偶合面间的磨损密封偶合面间的摩擦将导致密封元件材料的逐渐丧失或迁移，即形成密封件的磨损。在密封偶合面间加入润滑剂可降低摩擦，减轻磨损。密封磨损与被密封面的加工精度和密封摩擦表面的粗糙度纹理形状有关。1.1.3密封偶合面间的润滑在往复密封中，密封偶合面的润滑对于其密封性能与寿命起决定作用。为保证往复密封的良好的运动特性和一定的使用寿命，密封偶合间不允许出现干摩擦。边界摩擦、混合摩擦和流体摩擦都必须满足一定的润滑条件，相应的润滑状态分别为边界润滑、混合润滑和流体

5、润滑。有2种方法来判断密封偶合面间的润滑状态。方法1:根据图1所示的摩擦特性系数μv/Pm及相应的摩擦特性曲线来判断。v为相对运动速度，μ是润滑油的动力粘度，Pm为平均负载压力。方法2：通过膜厚比来判别。式中hmin为密封偶合面间的最小公称油膜厚度,μm;Rq1、Rq2分别为密封偶合面轮廓的均方根偏差。（1）边界润滑:λ≤1时密封偶合面呈边界润滑状态。边界润滑的膜厚为0.005~0.1μm摩擦因数为0.08~0.14，相对速度较低。边界润滑时，密封偶合表面的粗糙度之和一般都超过边界膜的厚度，所以边界摩擦不能完全避免密封偶合面的直接接触，吸附在密封偶合面

6、的边界薄膜承担大部分载荷。边界膜强度受密封偶合面的相对速度、流体粘度、接触压力、材料特性、表面粗糙度、温度等因素的影响。（2）混合润滑1≤λ≤3时的密封偶合面处于混合润滑状态。混合润滑时的膜厚为0.01~0.1μm摩擦因数为0.02~0.08表面相对速度略有增加。混合润滑时，随润滑膜厚度的增大，表面轮廓直接接触的数量减小，润滑膜的承载比例也随之增加。（3）流体润滑：λ≥3时的密封偶合面形成完全的流体润滑状态。流体润滑时的润滑油膜厚度大到足以将两个表面的轮廓峰完全隔开，膜厚为0.25~2.5μm摩擦因数为0.001~0.008，表面相对速度较高。流体润滑

7、时，润滑剂中的分子大都不受密封偶合面吸附作用的支配而自由移动，不会有磨损产生，是理想的润滑状态。由于无论是从膜厚还是从摩擦特性来说，在弹流润滑和边界润滑之间还是一个空白区，而混合润滑只是描述了各种润滑状态共存时的润滑性能，并不具备基本的、独立的润滑机制。因此，近些年来提出了介于弹流润滑和边界润滑之间的薄膜润滑。随着科学技术的发展，摩擦学研究已深入到微观研究领域，形成了微-纳米摩擦学理论，如超润滑概念。从理论上讲，超润滑是实现摩擦因数为零的润滑状态，但在实际研究中，一般认为摩擦因数在0.001量级（或更低）的润滑状态即为超润滑状态。对往复密封来说，流体润

8、滑使密封摩擦面间的摩擦力迅速降低，磨损最小，是一种理想的润滑状态。1.1液压往复密封机制液压往