液压泵和液压马达的新型径向轴密封概念

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1、液压泵和液压马达的新型径向轴密封概念液压泵和液压马达的径向轴密封的发展富有挑战性。密封唇上的机械力和热负荷随着所施加压力的升高而显著增加。由此而得的结果是，这些密封件所预期的寿命通常仅仅是从润滑时产生泄漏而终了，从而导致效益下降。本文探讨了目前市场上存在的具有不同径向压力的轴密封件，介绍了一种有封边轮廓密封的概念设计，此设计大大延长了其使用寿命。此外，所提出的新型密封概念除了通过增加特殊的结构来提高润滑以外，还可以通过减少接触压力来增加密封唇的灵活性。简介径向轴密封件是一种在各种各样的机器与流体环境中安全而又常见的部件。经过数十年的发展，这些密封件在实验方面做了改进，并且用目前的计算与模拟

2、方法可以使其做到进一步的优化。随着对职业安全和环保意识的要求越来越高，径向轴密封可以满足除了较高的可靠性和长期的使用寿命的要求外的有效的零泄漏。但是加压介质中的密封总是较难的，并且液压泵和马达径向轴封在实现无泄漏运行、使用寿命长的研制中举步维艰。以上问题的原因是，随着压力的升高，机械力和热负荷施加在密封唇急剧增加。[1–5]在使用寿命为5000至10000小时，甚至可能需要更长的时间这种问题会更加严重。少量的泄漏会改善润滑，延长密封件的使用寿命。[6–8]图1介绍了一种为了防止液压泵泄漏把收集槽放置在下方的注塑机泵。密封的开发者和用户的目的使用多余的收集槽，这样有助于保护环境，使工作站变得

3、更清洁。在此方面高质量和“零误差”是不可缺少的。本文概述了可能实现这些目标的途径。图1注塑机液压泵漏油现象加压应用的定制径向轴密封件除了确保零泄漏外，密封件还应以满足各种需求，这些要求的优先次序是由个别的应用程序确定的。通常情况下，这些需求是相互矛盾的。例如，当应用程序涉及高周速度和高动态偏心或者在轴和外壳之间的偏移量相当大的时候，开发商将应用长度长而灵活的密封唇。相反，压力阻力时必须尽可能的使用短的密封唇。[7，9]图2密封唇的接触应力取决于其长度和受压图2说明了应用两个径向轴密封密封唇不同长度这一点。密封唇（尺寸B）越长，有效压力范围A越大，因此工作压力灵敏度更高。该图说明了密封唇在轴

4、上的接触压力是如何取决于密封压力的。图3一系列不同的密封加压场合的径向轴封就像之前已经克服了发展无数不同的定制径向轴密封的问题一样，每一个问题都适合在特定的应用领域。图3显示的是一系列不同的密封加压场合下的径向轴封。图3a中的径向轴密封具有缩短的密封唇。允许其密封最大压力为10巴，并且最大滑动速度为2米/秒，径向轴定义的最大滑动速度小于0.1毫米也是可以的。图3b中显示的是密封唇是具有灵活性的标准密封设计，但它也能够密封更高的压力，其可以使用的压力高达10巴，速度为4米/秒。这种密封件是通过将一个标准的径向轴密封件放入一个具有外层橡胶涂层外壳中来实现的。壳体中轴向倾斜的金属板为密封唇起支撑

5、功能。图3c中所示的解决方案也有类似的性能：这种密封件的密封唇被聚四氟乙烯密封条包裹，从而减少摩擦和延长使用寿命。图3d中短唇的方案是弹性体依附于一段已拉伸深拉延钣金。这种相当简单的设计其密封压力可超过10巴，圆周速度高达8米/秒。由于这种密封骨架没有弹性，径向力多由弹性体的松弛决定。该弹性件的解决方案的优势在于它有一个较小的有效承压面积（见图2）。这种设计的缺点是可以在零压力时发生泄漏。图3e和图3f中的设计应用于压力高达140或200巴和滑动速度很低，要低于1.5米/秒的场合。无论如何，密封设计时要考虑到极端温度和极端压力不能同时发生的情况。泄漏与磨损图2表明，较高的压力会增加唇口的接

6、触应力，之后就会有过度磨损的危险。高接触压力和滑动速度通常结合会导致几百瓦/平方厘米的摩擦热。热负荷问题的意义可以通过比较与面积相关的炊具热板的热输出来证明，其热输出要小于10瓦/平方厘米。[1]因此，低磨损的主要要求是在轴上最小可能的密封接触轴压力要有足够的散热和良好的密封接触区润滑。在整个接触区润滑油的永久使用将可达到理想化，因为它会创建一个湿润甚至是潮湿的，不引起油滴的空气侧。然而，这会与当初的目的产生矛盾，因为一般密封件的设计是使它保持无泄漏，并即使在最困难的操作条件有一定的“功能储备”。图4径向轴密封的自然油封机理在多年的发展历程中通过实证调查发现，通过改变密封唇的几何形状和所得

7、到的接触表面上轴的角度可以实现无泄漏，并且已经提出了各种假说来解释基于各种接触面角度物理密封机构。[1,10-12]图4对原理作了说明，轴封泵液在密封件的边缘下面被密封的区域，这种现象被称为“自然”或“动态”的密封机制，并且只有当密封唇的几何形状是不对称的时候才会发生，这里所指的不对称是接触面角度的轴上的流体侧（前表面）必须大于在空气侧（背面）。密封边压在轴上并且能够压平。最高接触压力发生在密封边缘是变形最明显的点。由于