一种新型往复式气动密封件的设计.pdf

第 6期 总第 1 7 5期 2 0 1 2年 1 2月 机 械 工 程 与自 动 化 ME CHANI CAL ENGI NEE RI NG ＆ AUT MATI N NO．6 De c ． 文章 编号 1 6 7 2 - 6 4 1 3 2 0 1 2 0 6 - 0 0 9 0 - 0 2 一 种新型往复式气动密封件的设计 王思伟 ，高 频 ，易学平 中国船舶重工集 团公司 第七一O研 究所 ，湖北 宜 昌4 4 3 0 0 3 摘要 首先 对气动密封件 的密封原理及影响 因素做 了简要的介 绍，并开发 出 了一种新型 的气动密封件，并成 功地应用在 B L T型气爆声源上。 关键词 设 计}气动密封；密封件 中图分 类号 TH1 3 6 文献标识码 A 1概 述 气动传动相对于液压传动来说传递动力小、 运动不 平稳 ， 但动作速度快、 装置简单、 便于维护， 在 自动流水线 的生产过程中得到了广泛的应用。近年来气压传动又在 微 型化 、 集成化 、 可靠性及使用 寿命 等方面有 了较 大的发 展 ， 因此对气动密封 件的性能要求 也就越来越高[ 1 ] 。 2密封原 理及 要求 B O L T型气爆声源结构如图 1 所示 ， 其 中密封件安 装在上气室右端面上 ， 将启爆气室与外界分隔开 ， 保证 活塞左右运动时启爆气室中的高压气体不会出现泄漏。 上 气室 启 爆气室 活 塞 下气室 图 1 B OL T气爆声源组成结构 图 其密封原理为 对上气室和下气室充气 至一定值 时 ， 活塞受 到气体 向 右 的压 力 ， 封 住 下气 室 的 出 口； 当 电磁阀打开 ， 上气室中的部分气体进入启爆气室 ， 打破 活塞的平衡 ， 使活塞迅速向左运动； 启爆气室中的高压 气体在活塞的运动过程 中对密封件会产生挤压作用， 由于密封件装于沟槽内， 容积被限制 ， 因此仅有密封件 上 的短唇边可移动。 并将 活塞杆与端面孔间产生 的缝 隙填满 ， 从而达到了密封效能。 其密封要求工作时启爆气室气压可达 1 5 MP a ， 无 泄漏 、 运动灵活 、 无“ 爬行” 现象， 且具有较低的摩擦系 数 。原来选用的是标准 Y型或 U型夹布橡胶密封 ， 使 用一段时间后磨损 比较严重 ， 当气压高于 6 MP a时出 现 泄 漏 。 3方案设 计 对比目前国内气动密封件的类型及使用特性 ， 可同 时承受高压、 高速往复运动， 且与滑移表面的摩擦 因数 低， 又具备耐磨特性的动密封件不多。本文借鉴成熟技 术开发 出了一种新型 的适应气 动密封 的动密封件 。 为 达到特 定 的使用 功 能 和效 果 ， 将 密 封 件 设计 成 如 图 2所示 的结构形 式 。 2 1 一 弹性 骨架 ； 2一橡 胶 掰 封 件 图 2 动密封结构 3 ． 1 结构说 明 密封件采用 Y型圈端面形状， 孔用 Y型圈外唇边 较短 ， 用于活塞与缸体之间的密封 ； 轴用 Y型圈内唇 边较短， 用于密封 活塞杆。密封件与运动件相接触处 的唇 口采用 O型 圈的密 封形 式 ， 其 目的 是减 小 密 封部 位的接触尺寸 ， 降低摩擦面积以减小其摩擦阻力 ， 使密 封件具有 良好的 自密封性 能。在 内部设有弹性骨架 ， 提高了密封件的整体刚性及弹性 ， 并提供 了合适 的预 压力 ] 。工作时当被封气体受压， 它会 流人密封 体腔 内， 增加密封体对缸体的压紧力 。被封气体压力越大 ， 密封体压紧力也越大， 保 持了密封件 与气缸壁上的压 紧力大于气缸 内气压， 并可在工作过程中密封材料磨 损时起到补偿作用 ， 提高 了密封件 的使用性能。为拓 宽该密封件的使用范围， 确保其在高温、 高压、 高速下 不损坏 ， 可将该密封件与 由聚氨酯制成的呈 凸起状的 环状结构组合使用 ， 以达到密封效能 ， 图 3所示为其装 收稿 日期 2 0 1 2 0 5 1 7 ；修 回日期 2 0 1 2 0 7 0 3 作者简介 王思伟 1 9 8 5 一 ，男 ，湖北宜 昌人 ，在读硕 士研究生 ，研究方向 装备 总体技术 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2年第 6期 机 械 工 程 与自 动 化 9 1 配结构形式。 3 ． 2密封 材料 的选取 一 般 用于气 动 密封 的材料 应 具 有 一 定 的致 密 性 、 适 当的机 械强度 和 硬度 以及 好 的耐 磨 性 ， 同 时 还应 具 有一 定 的可压缩 性 和 回弹性 等 。在具 备这些 性 能的 同 时还应考虑使用环境等因素的影响。因此在通常情况 下 ， 依据实际工况对橡胶的配方和成分进行优化 ， 如耐 油密封件选取丁腈橡胶 ， 根据丁腈含量的不同分为高、 中、 低 3 种 ， 含丁腈量越高， 耐油性能越好。耐天候和 耐臭氧通常用氯丁橡胶 ， 耐热一般采用丙烯酸酯橡胶 或氟橡 胶 ， 耐高 压和 耐磨损 用 聚氨酯橡 胶 ， 耐低 温且耐 油采用公聚氯醇橡胶口 ] 。 4结 束语 综上所述 ， 造成泄漏的原因有很多， 在了解产生泄 漏的原因后对密封件进行适当的改进即可达到预期 的 效能。特别是在某些具有特定要求的设备上 ， 可将多 种密封件的特点组合成一体 ， 制成单件密封圈使用 ， 这 是密 封 设计人 员须 考虑 的 问题 。 1 ～环状结构 ； 2 一密封件 图 3密 封 件 的 装 配 结 构 参考 文献 [ 1 3 付 平 ， 常 德 功． 机械 设计 手册 [ M] ． 北京 化 学工 业 出版 社 ， 2 0 0 9 ． [ 2 ] 顾 永泉． 机械密封实用技术[ M] ． 北京 机械 工业 出版社 ， 20 02 ． [ 3 J 成 大先 ． 机械设计手册[ M] ． 第 4版． 北 京 ； 化学工业 出版 社 ， 2 0 0 2 ． De s i g n o f A Ne w Ty p e o f Pne u ma t i c S e a l W ANG S i 。 we i ，GAO Pi n，YI Xa e - pi ng 7 1 0 R e s e a r c h 8 L De v e l o p me n t I n s t i t u t e o f CS I C． Yi c h a n g 4 4 3 0 0 3 ， C h i n a Ab s t r a c t Th e p a p e r b r i e f l y i n t r o d u c e s t h e p n e u ma t i c s e a l i n g p r i n c i p l e a n d i n f l u e n c i n g f a c t o r s ．A n e w t y p e o f p n e u ma t i c s e a l i s d e v e l o p e d，a n d s u c c e s s f u l l y a p p l i e d t o t h e B OL T a i r g u n ． Ke y w o r d s d e s i g n；p n e u ma t i c s e a 1 s e a 1 e l e me n t 上接 第 8 9页 通过 ANS YS分析的结果与理论计算基本一致， 滚珠丝杠引起 的失动量为 0 ． 8 5 g m， 而机床进给系统 的定位精度一般为 0 ． 0 1 mm， 即满足精度的要求。 4结 论 本文分别用理论计算和 ANS Y S分析两种方法分 析 了滚珠 丝杠 刚度 对失 动量 的影 响 ， 结果 表 明 滚 珠丝 杠刚度影响失动量。通过对结果的分析 ， 采用ANS YS 分析得到的结果与理论计算的结果基本一致 ， 因此通 过有限元分析可以为以后进给系统的结构设计提供重 要依 据 。 参考文献 [ 1 ] 吴南星 ， 胡 如夫 ， 孙庆鸿． 数 控车床 丝杠进 给系统 刚度对 定位精度的影响[ J ] ． 中国工程科学 ， 2 0 0 4 ， 9 6 9 4 6 4 8 ． [ 2 ] 王淑坤． 滚珠丝杠进给系统定位精度分析[ D ] ． 大连 大连 理工大学 ， 2 0 0 6 2 4 - 2 6 ． [ 3 3 邹小琦． 数控 机床进 给系统 的定 位精度 [ J ] ． 南 昌大学学 报 ， 1 9 9 7 ， 1 9 4 8 5 8 8 ． [ 4 ] 邱国富． 数控机 床进给系 统的研究 [ D] ． 沈阳 东北大 学 ， 2 0 06 47 - 51 ． St i f f ne s s Ana l y s i s o f Ba l l S c r e w o f NC M a c h i n e To o l Fe e d i ng S y s t e m J I ANG S h o u - s h e n g ，WANG S h i- y i ，DI NG W e i ，RUAN Ch a o - b o An hu i Un i v e r s it y o f Te c hn o l o g y，M a ’ a n s h a n 2 4 3 0 0 2 ，China Ab s t r a c t Ba l l s c r e w i s v e r y i mp o r t a n t p a r t i n t h e NC ma c h i n e t o o l f e e d s y s t e m． I t s p e r f o r ma n c e d i r e c t l y a f f e c t s t h e p o s i t i o n i n g a c c u r a c y o f f e e d s y s t e m． Th i s a r t i c l e c a l c u l a t e d t h e s t i f f n e s s o f b a l l s c r e w b y t h e o r e t i c a l c a l c u l a t i o n a n d ANS YS s i mu l a t i o n，t O a n a l y z e t h e i n f l u e n c e o f t h e t o r s i o n s t i f f n e s s a n d a x i a 1 s t i f f n e s s o n t h e 1 O S S o f mo me n t u m． I t p r o v i d e s r e l i a b l e r e f e r e n c e f o r t h e s t r u c t u r a 1 d e s i g n o f f e e d s y s t e m a n d t h e i mp r o v e me n t o f p o s i t i o n i n g a c c u r a c y o f f e e d s y s t e m． Ke y wo r d s b a l l s c r e w；ANS YS；s t i f f n e s s ；NC f e e d s y s t e m；p o s i t i o n i n g a c c u r a c y 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m