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液压密封件选型指南

来自:中国密封产业网 日期:2026.8.18 浏览次数:45
液压密封设计的原则是以线(密封系统)设计为主导,点(具体密封)设计寓于线设计之中且应准确无误,线、点设计有机结合,形成一个优化的密封系统。加之有关零件合理的沟槽尺寸、表面粗糙度、配合间隙、正确的装配工艺,可以获得预期密封性能及可靠的密封系统。

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液压密封件选型指南

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一、密封产品选型


液压密封设计的原则是以线(密封系统)设计为主导,点(具体密封)设计寓于线设计之中且应准确无误,线、点设计有机结合,形成一个优化的密封系统。加之有关零件合理的沟槽尺寸、表面粗糙度、配合间隙、正确的装配工艺,可以获得预期密封性能及可靠的密封系统。

液压系统的工况不尽相同,所以需要各种类型的密封件。选择合理的密封件类型,除考虑工况参数如速度、温度、系统压力和使用介质外,还要考虑设备的负载循环、使用寿命以及对泄漏量和低摩擦的要求,以及密封件的性价比等等。

密封件之所以有众多的截面形状,一个重要原因是应用场合不同,如静密封、直线运动密封或旋转密封、摆动密封。

因此建议按照如下关键点选用密封件

1、运动方式静止、往复、旋转等;

2、密封重点活塞用、活塞杆用、平面用;

3、压力决定密封件的结构和硬度选用;

4、温度决定密封件的材料选用;

5、介质决定密封件的材料选用;

6、沟槽尺寸,往往比密封件的实际尺寸更重要。

表1液压用密封件设计、选用与使用条件的关系

      使用条件

设计内容

压力

温度

速度

冲击

工作频率

偏载振动

表面粗糙度

工作介质

密封件选用设计

类型、形状

Ο

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Ο

Ο

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Ο

Ο

Ο

截面面积

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公差


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预紧力


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密封滑动面形状



Ο



Ο

Ο


材料选用

种类

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Ο

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弹性






Ο



强度、硬度

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Ο







耐磨性

Ο


Ο

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永久变形


Ο





Ο

Ο

耐油性


Ο






Ο

耐高温性


Ο






Ο

耐低温性


Ο






Ο

注:Ο表示使用条件与设计内容有密切关系


二、液压缸的设计

1、表面粗糙度

摩擦副表面加工精度是影响密封件性能的很重要的因素。表面粗糙度大,特别是粗糙表面为尖峰时,会加速密封件磨损降低密封件寿命。与密封件接触的表面的粗糙度如果保持在一定范围里,则密封件工作可靠,寿命长。在密封产品样本里列出了允许的最大表面粗糙度。磨损不仅与粗糙度有关,还与密封摩擦表面的纹理形状有关。

、油缸的加工精度

与密封接触的运动工作表面,表面粗糙度Ra超过0.8μm,油封的泄漏量和磨损值将直线上升,故建议运动工作表面粗糙度为Ra0.1~0.8μm。

3、缸筒

材质:一般为碳钢,低压系统及摩擦条件较好的场合可用铝合金、青铜、不锈钢等。

内表面质量及粗糙度:内表面一般都需要珩磨、抛光或滚压,要求达到Ra0.1~0.8μm的粗糙度,且不得有纵横向刀纹。

4、活塞杆

材质:一般为碳钢、镀铬钢,低压系统及摩擦条件较好的场合可用铝合金、青铜、不锈钢等。表面质量及粗糙度为Ra0.2~0.4μm,热处理后表面镀硬铬。工程机械用液压缸的活塞杆有可能被砂石划伤,要求表面硬度在HRC60以上。


三、密封件安装沟槽

1、活塞杆密封

开式沟槽(分体式沟槽)   

B闭式沟槽(整体式沟槽)

一般来说有2种沟槽形式:

开式沟槽(分体式沟槽),沿轴向方向敞开。

闭式沟槽(整体式沟槽),在缸体或端面上加工环形槽。

一般多组件密封要求开放式沟槽,例如V形圈、其他夹布橡胶密封件、高压组合密封件如Y形滑环式组合密封等,v形组合密封圈有时还要轴向压紧,以达到最佳密封效果。

单件密封如斯特封、格来圈、U形橡胶聚氨酯圈等,可以安装在闭式沟槽里,但直径过小时,需要开式沟槽。密封件低压一侧有一定的间隙。在高压工况下,密封根部可能会被挤入间隙,导致密封件损伤,在密封件产品样本中列出了允许的最大间隙,实际间隙不应超出此值。

密封件安装时,毛边和锐边可能会损伤密封件,所以活塞杆和沟槽应设有倒角和圆角。

2、活塞密封

活塞密封也有两种沟槽形式:

开式沟槽(分体式沟槽),沿轴向方向敞开

闭式沟槽(整体式沟槽), 在活塞上加工环形槽

V形圈、高压密封如Y形滑环式组合密封等要求有开放式沟槽,而普通密封件可以通过其弹性伸展安装在封闭式沟槽里(和密封件直径有关)。

密封件在沟槽里有轴向间隙,单作用V形密封圈是一例外,和活塞杆用V形密封圈一样,活塞用V形密封圈有时需要轴向压紧。

因为密封圈必须有过盈量,故安装后的活塞密封的外径应比油缸内径大,安装活塞时,为了防止密封件损伤,缸筒上应有倒角。


四、密封材料

密封性能的优劣,取决于密封材料的性能。为了满足液压、气动密封日益复杂、多样的要求,密封材料有了迅速的发展。其种类越来越多,物化性能不断提高。目前,国内外使用的密封材料主要有橡胶、塑料、复合材料、纤维和金属等等。


1、密封材料的一般性能

许多橡胶遇油会发生膨胀,或因工作油液中所含的添加剂作用而加速劣化。如果材料在介质中体积膨胀太大,或性能明显劣化,说明这种材料不适用此介质。所以液压气动密封材料选用时,首先考虑材料与密封介质是否相容。气动密封要考虑对润滑剂的抗耐性能。

2、机械、力学性能:

液压气动用密封材料要求弹性好、可被拉伸、耐高压、耐磨、摩擦系数低,这些都可用材料的力学性能来反映。机械强度的测定比较容易,也是其他材料性能试验的基础。所以被作为最基本的材料性能指标。合成橡胶和塑料的力学性能,一般要考虑硬度、拉伸强度、耐磨性、弹性、伸长率等指标。

A硬度

硬度指材料表面抵抗塑性变形或破裂的能力,同时硬度与强度有某种近似的关系,硬度低的材料表现出受力变形的柔顺性。橡胶材料的硬度通常以邵氏A表示。液压用密封材料,必须承受油压力,高压力可使材料过度变形,甚至从密封间隙中挤出而致密封失效。硬度越高耐压能力越强。而硬度低对提高密封性具有有利的影响。

一般来说,硬度低动摩擦系数低;而对启动摩擦却有相反的作用。耐磨性与硬度有关,硬度高耐磨性强。

B拉伸强度与伸长率

硬度和拉伸强度反映材料抵抗变形的能力,密封性与此有密切关系。该指标也直接影响密封件的安装性能。伸长率影响密封件的安装性能。

C弹性

密封材料的弹性对密封性极为重要。由于弹性使材料受压后产生一个回弹力,挤压型密封如O形圈就是靠密封材料的回弹力获得初始密封压紧力;唇形密封件如Y形圈,其结构有利于流体压力的自密封性,理论上压缩变形即使为零,在流体压力下也能密封。弹性可以用回弹力来度量,在同样的变形率下,弹性大回弹力就大。弹性随温度变化而变化,同一材料在不同温度下的弹性不同。

D压缩永久变形

密封件是因其在密封槽中有一定的压缩变形,靠变形回复力而获得密封能力的。由于密封用的橡胶是弹性材料,长时间受压会有不可回复的永久变形。初期设定的回弹压紧力经长时间的使用后,会因其产生永久变形而逐渐丧失,最终出现泄漏,所以材料的耐压缩永久变形性能,是衡量密封寿命的指标。橡胶、塑料类高分子材料的压缩永久变形不仅与温度和受力大小有关,还与变形量、变形时间有关。

E耐磨性

对于动密封而言,耐磨性也是材料寿命的指标。材料的耐磨性一般用磨损试验进行测试,即用一定时间的磨损量来衡量。实际的磨损是一个复杂的过程,受润滑状态、密封表面的粗糙度、介质、工作压力、载荷、滑动距离、运动速度以及温度等使用条件的影响而变化。从材料的因素看,不同种类材料耐磨性不同。材料越硬,越耐磨,此外还与抗张强度与关。

F摩擦系数

动密封低速运动时,摩擦阻力是引起运动不平稳的主要原因,对元件和系统性能造成了不良影响,所以对动密封来说,摩擦性能是重要的性能之一,摩擦系数是摩擦性能的一个评价指标。橡胶的摩擦系数较大,但对于液压密封用橡胶来说,单独考察材料摩擦系数没有太大意义,这是因为密封在运动状态时,通常处于工作油液或润滑剂参与的混合润滑状态。

G疲劳强度

橡胶的耐疲劳强度较强,但使用时也不能完全忽视疲劳破坏。运动用密封,特别是有震动的场合,密封件形状反复改变,要注意密封件的疲劳损坏。对摩擦力影响较为敏感的气动密封中,为了降低摩擦阻力,多将密封件制成易于变形的形状,如果润滑状况恶化,密封件将会反复变形,出现疲劳。所以,这种情况下,掌握材料的疲劳强度很重要。

3、耐热性

橡胶材料受热会加速材料的老化,表现出弹性降低,硬度、拉伸强度等变化明显。严重热老化还会发生龟裂。橡胶的高温劣化是化学变化,这一劣化过程需要一段时间,短时间内尚可使用。一旦热老化严重,即使恢复到常温,也不能获得原有的橡胶弹性,密封失效。橡胶材料的耐热性可由空气老化试验得到。

4、耐低温性能

橡胶在低温下分子运动被冻结,发生硬化失去弹性,会导致密封件性能降低。低温时发生的硬化是暂时的,一旦回复到常温,弹性能够恢复。

5、老化与耐候性

老化是指高聚物在加工、储存和使用过程中,由于各种因素的作用,性能随时间不断劣化,逐渐丧失使用价值的现象。对于橡胶通常表现为变硬、变脆、失去弹性;对于塑料表现为褪色、失去光泽和开裂。这一过程是不可逆的,材料老化导致密封件失效。

6、透气性

透气性是指气体对材料的透过性。对气动和真空密封有较大影响。

五、常用密封材料的性能

1、丁腈橡胶(NBR)

丁腈橡胶对石油基液压油相容性较好,作为密封材料有较稳定的物理特性,所以使用最为广泛。一般说,丙烯腈含量越大的丁腈橡胶,耐油性和耐磨性较好,同时,弹性和耐低温性稍微降低;丙烯腈含量小的丁腈橡胶,有较好的弹性和耐低温性,耐油和耐磨性则会降低。其耐蚀性和耐臭氧性较差。

正常工作温度在-30℃~+100℃之间,短期可达+120℃,特种胶料可用于达-50℃的低温。

2、氢化丁腈橡胶(HNBR)

氢化丁腈橡胶是通过选择催化加氢系统对NBR部分或完全氢化而得。除具有良好的耐介质性能外,还有良好的耐热、耐氧化降解的性能。且一样具有良好的耐油、耐燃油性能。

氢化丁腈橡胶耐热性能介于氟橡胶和丁腈橡胶之间,耐磨性也优于丁腈橡胶。

工作温度:-30℃~+150℃。

3、氟橡胶(FKM)

氟橡胶的分子构造非常稳定。因此氟橡胶的特点是耐热性、耐化学介质性、耐气候性好,几乎耐所有的矿物基和合成基液压油。但耐寒性、耐热水性或耐蒸汽性较差。

正常工作温度在-15℃~+200℃之间,短期可达+250℃。

4、硅橡胶(PMQ或VMQ)

其特点是,使用温度范围较大;弹性好、压缩永久变形小,但强度较低;有一定的耐油性,常作为O形密封圈和油封用材料。但其耐磨性差,不适用于往复运动密封。

工作温度:-60℃~+250℃。

5、聚丙烯酸酯橡胶(ACM)

聚丙烯酸酯橡胶耐热性介于丁腈橡胶和氟橡胶之间,耐油性良好、耐臭氧优异,价格适中。适用于汽车用垫圈、油封类等。丙烯酸酯橡胶在室温下缺乏弹性、高温下则表现出良好的弹性。与丁腈橡胶相比机械强度和耐磨性较低,所以不宜用于往复运动密封。

工作温度:-30℃~+175℃。

6、乙丙橡胶(EPDM或EPM)

乙丙橡胶对矿物油系液压油完全没有抗耐性,所以一般不用于液压气动往复运动密封。比丁腈橡胶耐热性好,耐热水性和耐冷却液性能均优良。另外因其耐刹车液性能优良,因而是汽车制动器用密封部件的主要材料。其耐蚀性,耐臭氧性良好,对水乙二醇工作液和磷酸酯系工作液等难燃性介质有适应性,也可用于其他极性溶剂环境中。

工作温度:-50℃~+170℃。

7、夹布橡胶(FAB)

夹布橡胶由橡胶和纤维布复合而成,主要材料包括丁腈橡胶、氟橡胶、棉布、高温纤维布。特点是保持橡胶本身的耐介质性能、耐热性能,力学性能大大提高,耐压可达到40MPa以上。

工作温度:丁腈夹布橡胶:-30℃~+100℃。

氟橡胶夹布(根据纤维布选择不同):-15℃~+150℃、-15℃~+200℃。

8、聚氨酯(PU)

聚氨酯的最大特点是强度高(可达40MPa以上)、耐磨性能优越,耐油性和耐溶剂性能好,尤其是对润滑油和燃料油均有良好的抗溶胀性,耐臭氧性好,但耐酸性差,耐水解性能差(选用合适的牌号,并添加抗水解剂可改善)。

工作温度:-35℃~+80℃,特殊牌号可达-55℃~+120℃。

9、聚四氟乙烯(PTFE)

聚四氟乙烯摩擦系数低,自润滑性好,几乎所有物质都不粘附在其表面,耐候性和耐热能性能优异,几乎耐所有的化学药品和溶剂,使用温度范围广。

工作温度:-250℃~+260℃(极限)。

10、聚酰胺(PA)

聚酰胺(尼龙)有优良的力学性能,它刚性比金属低,但强度比金属高,密度小,冲击强度良好,疲劳强度与铸铁相当,摩擦系数低,耐磨性能优越;可耐弱酸、弱碱、醇、酯、烃、卤代烃、酮、润滑油、油脂、汽油等,但不耐强酸、强碱,容易吸水使强度降低,并影响产品尺寸。

工作温度:-20℃~+100℃。

11、聚甲醛(POM)

有很高的刚性、强度和硬度,较好的耐冲击强度、耐蠕变性和耐疲劳性能,摩擦系数低,自润滑性好,可耐弱酸、弱碱、酯、醚、烃、醛、汽油、润滑油,但不耐强酸和强氧化剂,耐候性较差。

工作温度:-40℃~+120℃。

密封件材料的耐介质性能和使用范围在很大程度上取决于其配方的组成和基础材料的选择,通过变化配方和基础材料,可以实现一些特定应用场合要求的特殊材料性能。提高材料的某一性能,可能造成其他性能变差,所以研制密封材料要综合考虑各种因素,使其达到最佳使用性能。

密封材料的机械性能会受介质和温度的影响发生变化,这对密封件工作可靠性来说,比材料的初始值更重要。要综合考虑具体的应用场合,如密封形式,静密封还是动密封,要求的寿命,密封介质等。

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