这套环形密封配套结构,在流体输送管路、液压执行元件端部、旋转轴穿舱位置都有极高的适配性,日常做设备维保拆检的时候,经常能碰到同类型的密封搭配金属衬套的组合,很多新手建模的时候容易忽略密封件和金属件的配合公差,最后做装配干涉检查的时候才发现压缩量设计不合理,要么装上去密封失效漏液漏气,要么压缩量过大橡胶件过早老化开裂。
从结构组成来看,这套组件包含了多组不同截面尺寸的绿色橡胶密封环,还有两种不同堆叠形式的金属衬套:一种是多片薄金属环叠合组成的柱形衬套,另一种是带绿色密封环隔层的堆叠衬套,不同的组合形式对应不同的使用场景。薄金属环叠合的衬套一般用在有微量轴向窜动的轴端位置,叠片之间的微小间隙可以补偿轴的窜动量,避免硬接触磨伤轴表面;带密封隔层的堆叠衬套则用在需要多级密封的高压腔体位置,每一层密封环都能分担一部分介质压力,逐级泄压之后最外侧的密封件承受的压力就会降到合理区间,不会因为单侧压力过高被挤入配合间隙造成剪切损坏。
设计这类零件的时候,首先要确认安装位置的轴径和腔体孔径的配合公差,橡胶密封环的内径一般要比配合轴径小3%-5%,依靠装配后的过盈量实现初始密封,外径和腔体孔的配合则要控制在H8/f7的间隙范围内,方便装配的时候不会刮伤橡胶外缘。金属衬套的内外径同轴度要控制在0.02mm以内,不然装配之后会出现偏磨,密封环局部受力过大提前失效。衬套的端面粗糙度要达到Ra1.6以下,避免端面的尖锐毛刺切割密封环的接触面,很多现场出现的密封件早期损坏,追根溯源都是金属配合面的粗糙度不达标,或者有未清理的加工毛刺。
从安装边界来看,这类密封组件的轴向安装空间不需要预留太大,一般比组件总厚度多留出1-2mm的压缩余量就足够,径向空间则要根据密封环的截面尺寸确定,截面直径5mm的密封环,径向预留的安装槽深度要控制在4mm左右,保证20%左右的压缩率,这个压缩率区间下橡胶件的使用寿命最长,密封效果也最稳定。如果是用在旋转轴位置,还要考虑轴的线速度,线速度超过5m/s的场合,要在衬套上设计微小的润滑油槽,通过介质自带的润滑性减少密封环和轴面的摩擦发热,避免橡胶件高温老化失去弹性。
实际选型搭配的时候,还要根据接触介质的特性调整橡胶材质,接触矿物油的场景用丁腈橡胶材质的密封环,接触酸碱腐蚀介质的场景换氟橡胶材质,金属衬套的材质一般用45号钢做表面镀锌处理就可以满足常规使用要求,有腐蚀介质的场合可以换304不锈钢材质,避免衬套锈蚀之后产生的锈渣卡滞密封环,造成密封失效。建模的时候要注意橡胶件的分型面位置,不要把分型面设计在密封接触面上,不然合模线产生的微小凸起会影响密封效果,金属衬套的叠合面要做轻微的倒角处理,叠装的时候不会卡滞,也不会割伤相邻的密封环表面。
很多做设备改造的场景里,这类密封组件可以直接替换原有设备的老旧密封结构,不需要改动原有安装位的尺寸,只要核对轴径、腔体孔径和安装槽的深度,就能直接适配,比单独采购原厂密封件的成本低很多,而且可以根据实际使用的介质压力调整密封环的数量和堆叠方式,灵活适配不同的压力等级。做三维建模的时候,要把橡胶件的邵氏硬度对应的变形量考虑进去,做装配仿真的时候不要把橡胶件当成刚性件处理,不然计算出来的装配应力和实际情况偏差很大,最后生产出来的零件装配之后达不到预期的密封效果。
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