CN101303081A

CN101303081A - 活塞密封圈

Info

Publication number: CN101303081A
Application number: CNA2008101232034A
Authority: CN
Inventors: 王勇; 刘正士; 陈恩伟; 葛运建; 何凯; 陆益民; 陈奇
Original assignee: Hefei University of Technology
Current assignee: Hefei University of Technology
Priority date: 2008-06-11
Filing date: 2008-06-11
Publication date: 2008-11-12

Abstract

活塞密封圈，其特征是所述密封圈沿中轴线的纵切面上，其侧壁为“V”型波纹，所述“V”型波纹的外侧壁与内侧壁为相同的波纹形状，且外侧壁是在内侧壁沿径向的平移位置上。本发明在随着工作油压的增大、密封接触处的压力也增大时，密封接触处的接触宽度仍然较小，从而能够保证活塞密封可靠、移动灵活。

Description

活塞密封圈

技术领域

本发明涉及弹性密封件结构，更具体地说是一种活塞密封圈，尤其是应用在往复运动的活塞与缸体之间的密封件。

背景技术

现有的活塞密封圈通常存在的一个问题是：活塞工作时，液体压力增大，密封圈与缸体间的接触压力增大，接触宽度增大且较为明显，导致活塞移动的摩擦阻力增大，如此不仅降低了工作效率，而且大大影响了密封圈的寿命。

ZL99230339.7的专利申请文件中，公开了一种活塞H型密封装置，在密封性能上取得了较好的效果，密封圈在非工作状态时，处于自然放松状态；在工作状态时，能够产生跟随补偿密封；但是在工作状态时，H型密封装置通过径向和轴向连通的小孔把工作油液引入H型密封圈的内腔和活塞沟槽形成的空腔内，H型密封圈在油压的作用下产生径向膨胀，使得其外圈面和缸壁接触产生密封作用，工作压力越大，H型密封圈的外圈面和缸壁接触的面积也越大，导致活塞移动的摩擦阻力增大。

ZL03113254.5提供了一种水下机器人用多轴力传感器压力平衡装置，公开了一种薄壁管状活塞，但若直接采用如专利03113254.5公开说明书具体实施方式中的形状，则在实际中，会导致活塞的轴向刚度较大，从而难以较好地达到专利03113254.5的弹性活塞较小轴向刚度的要求；同时，会导致活塞和缸壁接触的顶部的曲率半径难以较小，使得在相同的过盈配合下，活塞和缸壁的接触宽度较大，活塞移动的摩擦阻力仍然较大。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种活塞密封圈，随着工作油压的增大，密封接触处的压力也增大，密封接触处的接触宽度仍然较小，从而能够保证活塞密封可靠、移动灵活。

本发明解决技术问题所采用的技术方案：

本发明活塞密封圈的结构特点是所述密封圈沿中轴线的纵切面上，其侧壁为“V”型波纹，所述“V”型波纹的外侧壁与内侧壁为相同的波纹形状，且外侧壁是在内侧壁沿径向的平移位置上。

本发明活塞密封圈的结构特点也在于是“V”型波纹的形状为开口相反的抛物线段的相接；或为正弦曲线或余弦曲线；或为“V”型波纹的波谷和波底为圆弧段，前沿和后沿为直线段。

本发明活塞密封圈的结构特点还在于密封圈的两端面为所述“V”型波纹的延续，或为与轴线垂直的端面。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明活塞密封圈特定的结构形式使得密封圈与缸体侧壁相接触的波纹顶部、密封圈和活塞槽底接触的波谷处的壁厚(即法向壁厚)较之处于波纹顶部与波谷之间一段的壁厚更大，因此与等壁厚的波纹管相比，本发明的活塞密封圈的轴向刚度进一步得到减小。

2、本发明活塞密封圈的波纹为“V”型，波纹的曲率随径向尺寸变化而变化，波纹顶部和波谷的曲率最小，在同样的过盈配合下，密封圈波纹顶部和活塞缸壁、密封圈波谷和活塞槽底之间的密封接触处的接触宽度可以较小。

3、本发明的活塞密封圈，当工作油压增大时，其轴向发生弹性收缩，密封圈和缸壁、密封圈和活塞槽底形成的密封腔体积减小，腔内的油压增大。密封圈波纹顶部和活塞缸壁、密封圈波谷和活塞槽底之间的密封接触处的接触压力增大，产生随工作压力变化的自适应密封能力。

4、由于油液的体弹性模量较大，在工作油液作用下，本发明密封圈波纹顶部和活塞缸壁之间的密封接触处的接触宽度仍然较小，密封圈波纹顶部和活塞缸壁之间的密封接触处的法向作用力较小，活塞工作时的摩擦阻力较小。

5、本发明的活塞密封圈，当无工作油压时，密封圈上几乎处于自然松弛状态。

6、本发明的活塞密封圈，当受到冲击压力作用时，能够可靠密封。

附图说明

图1为本发明“V”型波纹为抛物线组合的活塞密封圈沿中轴线的纵切面图。

图2、图3为本发明不同实施方式结构示意图。

图4、图5和图6为本发明不同实施方式与挡圈进行组合的结构示意图。

图7为本发明使用状态示意图。

图中标号：1活塞密封圈、11外侧壁、12内侧壁、13凸沿、14端面、2挡圈、3活塞、4活塞缸、5波谷、6内部密封腔、7波纹顶部、8外部密封腔。

以下通过具体实施方式，结合附图对本发明作进一步说明。

具体实施方式

参见图1，本实施例中密封圈沿中轴线的纵切面上，其侧壁为“V”型波纹，“V”型波纹的外侧壁11与内侧壁12为相同的波纹形状，且外侧壁11是在内侧壁12沿径向的平移位置上。

具体实施中，串接的“V”型波纹的形状为：

如图1所示，“V”型波纹为开口相反的抛物线段的相接；

如图2所示，“V”型波纹为正弦曲线或余弦曲线；

如图3所示，“V”型波纹的波谷和波底为圆弧段，前沿和后沿为直线段。

参见图4，具体实施中，需要在密封圈1的两端设置挡圈2；同时，密封圈1的两端面可以为如图4所示的“V”波纹的延续，端口部位具有轴向凸沿13，或为如图5所示的与轴线垂直的端面14，也包括如图6所示的与轴线垂直的端面14并在端口部位具有轴向凸沿13。

参见图7，以本发明活塞密封圈1在其轴向两端与挡圈2进行组合，并安装在活塞3的密封件安装槽中，与活塞缸4配合设置。密封圈1的波谷5的柱面和活塞3的槽底柱面过盈配合，密封圈两端的内孔与活塞3的槽底柱面同样为过盈配合，共同构成密封圈1和活塞3之间的密封，并形成内部密封腔6；密封圈1的波纹顶部7的柱面和活塞缸4的内侧壁过盈配合，构成密封圈1与活塞缸4的缸体内侧壁之间的密封，并形成外部密封腔8。内部密封腔6和外部密封腔8中充满有油液。

当活塞3处于工作状态时，如图7，工作油液压力增大推动活塞3向右运动，同时工作油液的压力也作用在左端的挡圈2上产生轴向力，迫使挡圈2向右运动，挡圈2又把轴向力传递给密封圈1，使得密封圈1产生轴向位移，导致内部密封腔6和外部密封腔8内的油液压力增大。

由于密封圈1的轴向刚度较小，所以密封圈抵抗轴向位移的作用力较小，不计摩擦力，则内部密封腔6和外部密封腔8中的油液压力近似和工作油压相等，密封圈和活塞槽底、密封圈和活塞缸内侧壁之间的密封接触处的压力增大，产生随工作压力变化的自适应密封能力。

由于油液的体弹性模量较大(也就是通常所指的液体不可压缩性，但在压力较大时，液体也会发生一定的体积变化)，在工作油压下，密封圈和活塞缸内侧壁之间的密封接触宽度仍然较小，保证密封接触处的法向作用力较小，活塞移动的摩擦阻力较小。

当活塞在工作油压下向左运动时，密封圈的工作机理和向右运动时的一样。由此，密封圈在活塞工作时，密封可靠，移动灵活，摩擦功耗小，磨损减小。

当活塞受到冲击工作油压时，挡圈受到冲击的轴向作用力，同样会导致密封腔内的油液压力增大，密封接触处的压力增大，产生自适应密封能力；接触宽度仍然可以保持较小，密封阻力较小。

当活塞处于不工作状态时，由于密封圈和活塞槽底、密封圈和活塞缸内侧壁之间的过盈配合在密封圈上产生的应力，远小于密封圈工作时的油压，所以密封圈几乎处于自然松弛状态。

具体实施中，在“V”型波纹所在的纵切面上，可以设置波纹曲线上任意一点的切线与径线的锐角夹角的最小值不大于20度，使密封圈波纹成为小角度“V”型波纹，保证密封圈获得较小的轴向刚度。

Claims

1、一种活塞密封圈，其特征是所述密封圈沿中轴线的纵切面上，其侧壁为“V”型波纹，所述“V”型波纹的外侧壁与内侧壁为相同的波纹形状，且外侧壁是在内侧壁沿径向的平移位置上。

2、根据权利要求1所述的活塞密封圈，其特征是所述“V”型波纹的形状为开口相反的抛物线段的相接；或为正弦曲线或余弦曲线；或为“V”型波纹的波谷和波底为圆弧段，前沿和后沿为直线段。

3、根据权利要求1所述的活塞密封圈，其特征是所述密封圈的两端面为所述“V”型波纹的延续，或为与轴线垂直的端面。