CN102537360A - 装配式半露骨架高压密封圈 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装配式半露骨架高压密封圈，既可用于旋转运动方式密封，也可用于往复运动方式密封。该密封圈包括带有密封唇口的橡胶体、硫化在橡胶内部的金属骨架；装配于橡胶体上的半露金属骨架、承压环（一种金属或非金属的复合材料）、弹簧组成。所述密封圈的半露金属骨架和复合材料承压环与橡胶体采用装配方式设计；复合材料承压环设置在半露金属骨架与密封唇口之间，该承压环承担了很大一部分工作压力。本发明的装配式半露骨架高压密封圈具有极高的耐高压能力、优异而稳定的抗挤出能力、良好的散热性和摩擦润滑特性、较好的偏心适应能力、极长的使用寿命，同时其工艺简单，加工高效而稳定。

Description

装配式半露骨架高压密封圈

技术领域

本发明为一种装配式半露骨架高压密封圈。是一种适用于往复运动的轴、旋转运动的轴、活塞与缸体之间密封的高压密封件。

背景技术

液压系统被广泛应用于机械设备和自动化装置中，如工程机械、矿山机械、农用机械、化工机械、船舶及汽车液压动力转向器装置等。液压系统内部工作压力常在几十个至几百个大气压之间，其操作和运行的可靠性很大程度上取决于系统内的密封件，因此，具有良好密封性能的高压密封圈在液压系统中的作用就极为重要。   

较早出现的高压密封圈（见附图1所示），由金属骨架、弹簧、带有密封唇口的橡胶体等组成，金属骨架与橡胶体利用模具经硫化粘接为一整体，这种结构的产品主要存在如下问题：为了提高密封的耐高压能力，通常的措施是将密封腰部长度缩短（图中L1缩短为L2），增加腰部厚度T，或者提高橡胶材料的硬度，但这些措施实施后，密封圈的耐压能力虽得到一定提升，但带来的问题是显著降低了密封圈的偏心适应能力，增加了密封圈的摩擦扭矩；为了提高密封的抗挤出能力，需在密封非密封侧面增加一块挡板，这又使得装配变得复杂。但即使采取上述措施后，由于挡板材料强度不够同时始终存在挤出间隙，这种结构的密封耐压能力和抗挤出能力仍然不高，在高压下运动时极易发生击穿破损失效。

现有技术中使用较多的高压密封圈主要有两类结构。第一类结构由金属骨架、塑料承压环、弹簧、带有密封唇口的橡胶体组成（见附图2—1、2—2所示），金属骨架与环形橡胶体硫化粘接为一整体；塑料承压环位于金属骨架与密封唇之间，这种结构的密封件工作时，通过塑料环在径向力的作用下紧紧贴在轴的表面，以此消除径向间隙，从而防止密封封腰部被液压力沿轴向挤出。但实际上，这种结构设计的密封封存在如下几个问题：

1、由于一般承压环的材料为低强度塑料（如尼龙材料、聚乙烯等），因此强度和适应温度范围均不高且耐磨性较差。当液压力达到塑料承压环所不能承受时，油封即会因承压环的破坏而泄漏，试验证明这种结构油封在压力20MPa左右，即会出现承压环破坏而泄漏。

2、密封圈工作时，由于塑料环在径向力的作用下紧紧贴在轴的表面，塑料承压环将始终与轴表面发生动摩擦，鉴于塑料与金属的摩擦副较大，因此不断产生热量，这将加大油封唇口的〈p.v〉值，从而加速唇口的损伤性失效速度和老化速度。

3、密封圈受液压力作用后，塑料承压环便会紧贴轴的表面。当轴作往复或旋转运动时，塑料承压环便会被逐渐磨损，随着使用时间的增加，承压环的径向厚度会越来越小，最终产生比较大的径向间隙。从而导致密封唇从塑料承压环与轴之间的间隙中被挤出。

4、由于塑料承压环的强度低，因此这种结构油封为了避免液压力直接作用在塑料承压环，就只能缩短密封的腰部长度L，致使密封唇口对偏心的跟踪追随性很差，增大了密封介质渗漏的可能。

5、在附图2—2中所示，由于该密封的塑料支撑环一般都是从密封外端面直接装入的，如果安装时不作适当的轴向固定，一旦密封受压，塑料支撑环就会被冲出，密封腰部也会被挤出。因此，在使用此类密封时，必须还得添加一块内孔直接略大于轴的轴向挡板，这就会增加生产成本，加大安装空间。

现有技术第二类结构是由金属骨架、弹簧、带有密封唇口的橡胶体组成的油封和金属承压环构成（见附图3所示），金属骨架与带密封唇的橡胶体硫化粘接为一整体；金属承压环在装配时先装入壳体内，然后将油封装配入金属承压环内。

这种结构的密封工作时，利用金属承压环承受部分工作压力，同时密封唇的有效长度较第一类结构更长，其偏心适应性较第一类结构更好，但这种结构设计的密封圈存在如下问题：

1、为防止金属承压环与轴接触导致伤轴和生热，金属承压环与轴之间有较大的间隙，因此这在高压作用下极易发生橡胶被沿间隙挤出破坏，因此这种结构油封的耐压能力和抗挤出能力较差。

2、这种结构的密封装配时，由于需先将金属承压环装入壳体再压装油封，因此装配复杂，同时也增加了生产成本和加大了安装空间。

  

发明内容

本发明针对上述的不足之处，提供了一种装配式半露骨架高压密封圈（见附图4所示），该轴密封具有如下特点：极高的耐高压能力、优异而稳定的抗挤出能力、良好的散热性和摩擦润滑特性、很好的偏心适应能力和极长的使用寿命。

本发明提供的复合轴承承压环密封圈，包括带有密封唇口的环形的橡胶体、金属骨架、半露骨架、复合材料承压环和弹簧；橡胶体与金属骨架在模具内通过硫化粘接为一整体，所述橡胶体上设置有与相配合的轴有一定过盈量的密封唇口，该密封唇口通过模具一次性模压形成；所述承压环在金属骨架与橡胶硫化为一整体后将其装配入密封唇后面；所述半露骨架最后与橡胶体和承压环装配为一整体。

进一步，所述承压环可采用金属或非金属的复合材料，承压环与密封唇接触部位为圆弧过渡，内层与相配合的轴之间为小间隙或零间隙配合。

进一步，所述密封唇后部装有首尾相连的拉伸弹簧，所述拉伸弹簧对密封唇口施加稳定的径向压力。

还包括设置在密封介质侧的支撑环，支撑环上设置有若干个油液孔。

支撑环呈“7”字形：支撑环横向边的前端与橡胶体接触，支撑环的竖向边将部分密封唇口包围在内。

复合材料承压环从外到内依次为钢基体外层、铜质合金体中层和工程塑料内层

本发明的有益效果在于：本发明结构的装配式半露骨架高压密封圈采用在半露金属骨架与密封唇之间设置复合材料承压环，使该密封圈具有下述优点：

1、极高的耐高压能力：本发明的复合材料承压环刚度大，承载能力极高。在密封圈的密封唇受压后，液压力作用在复合材料承压环上，使本密封圈具有极高的耐压能力。经60Mpa耐压试验，密封圈未出现任何异常；

2、优异而稳定的抗挤出能力：复合材料承压环内层与轴为小间隙或零间隙配合，从而有效防止了密封腰部被液压力沿轴向挤出。同时其耐温范围极广，复合材料表面摩擦系数极低，在油封往复运动过程中时，复合材料承压环既不会随温度和压力变化而变化，同时复合材料承压环表面也不会有明显磨损，即承压环的径向厚度基本不变。因此，其与轴表面的间隙会保持稳定的小间隙或零间隙，因此密封的抗挤压性能非常优异而稳定。

3、良好的散热性：本发明密封采用外露金属结构，因此密封运动过程中产生的热可通过外露金属骨架迅速传递给缸体。因此该高压密封圈具有良好的散热性，可有效降低密封圈的使用环境温度。

4、良好的摩擦润滑特性：由于具有本发明密封具有如下特点而使其具有良好的摩擦润滑特性：（1）、复合材料承压环与轴表面的摩擦系数低；（2）、密封唇与复合材料承压环之间可以贮存油脂而有效改善了密封的润滑能力；（3）、在使用过程中，复合材料表层的低摩擦物质将转移到轴表面的微孔中，这既有利于保护轴也利于密封的润滑。因此，在密封圈工作中，虽然复合材料承压环始终与轴表面发生动摩擦，但由于前述三个特点的原因，油封唇口的〈p.v〉值变化很小，油封唇口生热和磨损很小。

5、很好的偏心适应能力：这种结构密封由于复合材料承压环与轴磨损极小，承压环的径向厚度基本不会发生变化，因此不论系统发生怎样的偏心，密封唇口始终能跟随轴的偏移，同时在径向方向上，由于复合材料承压环的强度很高，有效的屏蔽了大部分径向工作压力，因此，即使工作压力不断升高，密封圈径向剩余压紧长度le基本不变，理论上油封腰部长度无穷长，其适应偏心能力无穷大。因此，本密封圈比现有技术的密封圈对偏心适应性更强，特别是对振动大偏心、高低压转换频繁等恶劣工况的适应性，本发明密封圈比现有技术密封更优。

6、极长的使用寿命：由于本发明的高压密封圈具备上述一系列特点，其使用寿命可超出现有技术密封圈的3~5倍。

7、此结构密封利用半露骨架作为轴向挡板，因此安装时不需作轴向固定，如此可节约生产成本和降低安装空间。

8、工艺简单，加工高效而稳定的生产方式：传统的半露骨架密封为骨架与橡胶整体一起硫化（见附图14），由于要求半露骨架与橡胶的密封处（图14中A、B处）不能溢出橡胶，因此这就要求骨架与模具相配合的尺寸精度极高，同时模具设计极为复杂，相应增加了加工和控制成本。即使如此，当模具因磨损后，A、B处也会逐渐出现溢胶并必须得想办法去除余胶，当溢胶完全无法去除时，最后得重新加工模具。而本发明的半露骨架为最后装配到主密封上，模具设计简单，配合尺寸精度按较低级别控制仍能完全满足，更不会出现因无法封胶而去除余胶这种情况，生产效率极高，同时模具使用寿命极长，产品性能更稳定。 

 

附图说明

图1为早期高压密封圈的结构示意图；

图2为现有技术中采用塑料承压环密封圈的结构示意图；

图3为现有技术中采用金属承压环密封圈的结构示意图；

图4为本发明的结构示意图Ⅰ；

图5为本发明的结构示意图Ⅱ；

图6为本发明的结构示意图Ⅲ；

图7为本发明的结构示意图Ⅳ；

图8为本发明的结构示意图Ⅴ；

图9为本发明的结构示意图Ⅵ；

图10为本发明的结构示意图Ⅶ；

图11为本发明的结构示意图Ⅷ；

图12为本发明的结构示意图Ⅸ；

图13为本发明的结构示意图Ⅹ；

图14为传统半露骨架密封结构示意图

具体实施方式

图4—13为本发明的结构示意图，如图所示：装配式半露骨架高压密封圈包括带有密封唇口3的环形的橡胶体1、金属骨架6、半露骨架5、复合材料承压环4和弹簧2。金属骨架6与橡胶体1热硫化粘接为一体；环形的橡胶体1上设置有与相配合的轴之间有一定过盈量的密封唇口3，该密封唇口3通过模具一次性模压形成。复合轴承承压环4在金属骨架与橡胶硫化为一整体后将其装配入密封唇3后面；半露骨架5最后与橡胶体1和复合材料承压环4装配为一整体。拉伸弹簧2首尾相连并安装在密封唇3后面的弹簧槽内，拉伸弹簧2对密封唇口施加稳定的径向压力。 

本实施例的装配式半露骨架高压密封圈安装在轴7和缸体8之间，环形橡胶体1上的密封唇3在唇口过盈量和拉伸弹簧5的作用下，密封唇口3可紧密地贴合在轴7上。

复合材料承压环4由金属或非金属的复合材料构成。复合材料承压环4从外到内依次为钢基体外层、铜质合金体中层和工程塑料内层，工程塑料内层4的材料与聚四氟乙烯等。

所述密封唇口3为内包弹簧结构，即弹簧与橡胶硫化为一整体；油封的唇部和腰部为浮动结构，为抑制其轴向蠕动，在密封唇口3上增加一金属或非金属骨架防止其轴向运动；同时密封唇前后角度可为常规角度，也可为反角度。如为反角度，则密封唇口3靠密封油侧的密封唇角度小于靠空气侧密封唇的角度。

 如图7、8、13中，为了限制密封唇口3在轴向的位移量，限制其位置，本发明的密封圈，还包括设置在密封介质侧的支撑环9，大致呈“7”字形的支撑环9通过压装的方式与密封圈形成一个整体；支撑环9上设置有一个或一个以上的若干个油液孔10，使密封圈的压力保持平衡。支撑环9的横向边（轴向设置的边，“7”字形的横边）的前端与橡胶体1接触，顶在本发明密封圈的腰部，能增强本发明密封圈的整体强度；支撑环9的竖向边将部分（大部分）密封唇口3包围在内，限制密封唇口3在轴向的位移量。

在轴7进行往复或旋转运动时，密封唇3和密封腰部受到高压的作用，由于橡胶具有各向等压传递的特性，因此液压力将传递到复合材料承压环4上，因复合材料承压环4具有极强的刚度，使本密封具有极强的耐高压能力。半露骨架使密封圈具有良好密封性的同时，具备很好的散热特性。复合材料承压环4内层摩擦系数低且耐高温，与运动轴的之间的摩擦力小，磨损小，生热低，使该装配式半露骨架高压密封圈具有超长的使用寿命。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1. 一种装配式半露骨架高压密封圈，其特征在于：包括带有密封唇口（3）的环形的橡胶体（1）、金属骨架（6）、半露骨架(5)、复合材料承压环（4）和弹簧（2）；所述橡胶体（1）与金属骨架（6）在模具内通过硫化粘接为一整体，所述橡胶体（1）上设置有与相配合的轴（7）有一定过盈量的密封唇口（3），该密封唇口（3）通过模具一次性模压形成；所述承压环（4）在金属骨架与橡胶硫化为一整体后将其装配入密封唇（3）后面；所述半露骨架（5）最后与橡胶体（1）和承压环（4）装配为一整体。

2.根据权利要求1所述的装配式半露骨架高压密封圈，其特征在于：所述承压环（4）采用金属或非金属的复合材料；承压环（4）前端与橡胶体（1）及密封唇口（3）接触部位为圆弧过渡，内层与相配合的轴（7）之间为小间隙或零间隙配合。

3.根据权利要求1或2所述的装配式半露骨架高压密封圈，其特征在于：所述密封唇口（3）上加工有安装首尾相连的弹簧（2）的弹簧槽，对密封唇口施加稳定的径向压力。

4.根据权利要求1或2所述的装配式半露骨架高压密封圈，其特征在于：所弹簧（2）与橡胶体（1）硫化为一整体。

5.根据权利要求3所述的装配式半露骨架高压密封圈，其特征在于：所弹簧（2）与橡胶体（1）硫化为一整体；所述密封唇口（3）前后角度为反角度，密封唇口（3）靠油侧密封唇角度小于靠空气侧密封唇角度。

6.根据权利要求1或2所述的装配式半露骨架高压密封圈，其特征在于：还包括设置在密封介质侧的支撑环（9），支撑环（9）上设置有若干个油液孔（10）。

7.根据权利要求6所述的装配式半露骨架高压密封圈，其特征在于：支撑环（9）呈“7”字形：支撑环（9）横向边的前端与橡胶体1接触，支撑环（9）的竖向边将部分密封唇口（3）包围在内。

8.根据权利要求1或2所述的装配式半露骨架高压密封圈，其特征在于：所述复合材料承压环（4）从外到内依次为钢基体外层、铜质合金体中层和工程塑料内层。

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