一、密封原理

    V形密封圈截面為V形，也是一種唇形密封圈。V形密封裝置由支撐環(huán)、密封圈、壓環(huán)三個部件組成。V形密封圈的標(biāo)準(zhǔn)夾角為90°，特殊場合也用到60°。支承環(huán)是支承V形密封圈的重要部件，其斷面厚而結(jié)實、尺寸、凹形角和V形密封圈相同（90°）或稍大，使密封圈安放穩(wěn)定。壓環(huán)的作用是給V形密封圈造成一個初始壓縮量，使其與被密封面充分接觸，并可對V形密封圈的壓縮量進(jìn)行調(diào)節(jié)。

    在自由狀態(tài)下，V形圈密封件的唇部外徑大于填料腔的內(nèi)徑，唇的內(nèi)徑小于活塞桿的外徑。這樣，裝配后便有一定的變形。由于支撐環(huán)的作用，這種變形只發(fā)生在唇的，并在其接觸部位產(chǎn)生壓力，即使不施加壓緊力，唇口也能封住一定的內(nèi)壓。因為唇有“自封”作用，當(dāng)介質(zhì)工作壓力升高時，唇尖改變接觸形狀和加大接觸應(yīng)力，唇部與被密封面貼合得更緊密，實現(xiàn)密封作用，介質(zhì)壓力升高接觸應(yīng)力相應(yīng)升高。

    介質(zhì)工作壓力很高時，可將幾個V形圈組合使用，通過壓環(huán)對V形圈密封件施加壓緊力，幾個V形圈密封件就組合成一整體，壓緊力可根據(jù)介質(zhì)壓力調(diào)節(jié)。泄漏介質(zhì)即使通過了第一道V形圈密封件，壓力也會大為降低，通過第二道V形圈密封件的唇部，壓力在降一次，如此下去，內(nèi)壓將損失殆盡，泄漏被阻止。經(jīng)壓緊的3~4圈V形圈可封住60MPa或更高的內(nèi)壓。

    V形密封圈只能單向起作用，當(dāng)作復(fù)動式活塞密封時，必須采用對稱布置的兩組V形圈，此時活塞的尺寸大大加長，摩擦阻力也增加。

    V形圈密封件的材料以丁腈橡膠和氯丁橡膠常用，橡膠用于對水和空氣的密封，丁基橡膠用于不燃性液壓油和磷酸酯系液壓油。氯橡膠用于各種化學(xué)品和高溫。當(dāng)要求耐磨時，用聚氨酯橡膠。

    夾織物橡膠也是V形圈常用材料，其特點是增加密封圈的剛度和強度，防止發(fā)生膠料擠出，間隙咬傷現(xiàn)象，使之適用于高壓。同時，在磨損過程中，橡膠先于織物產(chǎn)生磨損，當(dāng)接觸壓力大的部位擴展，這樣整個密封面的磨損趨于均勻，而摩擦卻沒有明顯變化。但是，夾織物橡膠密封圈的唇容易把滑動面上的油膜刮去，故潤滑性比較差。  壓環(huán)和支承環(huán)一般有較硬的膠布壓制而成，支承環(huán)有時也用硬塑料壓制。

二、V形密封圈性能與使用

    V形密封圈是所有唇形密封件中歷史悠久的一種，其用途十分廣泛。與其他唇形密封圈相比，V形密封圈的主要特點是：

    1)可根據(jù)使用壓力重疊數(shù)個使用， 密封性能隨重疊個數(shù)增加而提高，但應(yīng)注意，這一關(guān)系不是直線的；與此同時摩擦阻力也增大。

    2)對活塞或活塞桿的偏心載荷和偏心運動有較強的追隨能力，防漏效果很好。

    3)使用中若因密封圈變形或磨損而產(chǎn)生泄漏可通過其壓緊機構(gòu)調(diào)節(jié)，再度壓緊，所以可以長時間的使用，密封可靠、壽命長。

    4)可以切開裝配，安裝和維修方便，適用于更換密封圈困難的場所。

    5)可用于低壓（5MPa）、低速（3m/min）的轉(zhuǎn)動。

    6)高壓下使用不需要防擠出措施。

    7)摩擦阻力大、調(diào)整困難、安裝空間大。

    V形密封圈的高工作壓力＞60MPa；適用于工作溫度為-30~80℃；工作速度范圍：丁腈橡膠V形圈為0.02~0.3m/s；夾布橡膠V形圈密封件為0.005~0.5m/s。可用于各種形式的高壓液壓設(shè)備、水壓機械的往復(fù)運動活塞和活塞桿的密封。

三、V形密封圈設(shè)計與安裝

    V形圈密封件既可做活塞密封，也可做活塞桿密封，兩者的密封性沒有多大的差異。由于它已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，所以在設(shè)計時，主要是確定密封部位的結(jié)構(gòu)和選擇材料、圈數(shù)、以及確定所配用的支承環(huán)、壓環(huán)的材料和尺寸。

    1、V形密封圈數(shù)量與組合件材料

    V形圈密封件數(shù)量取決于密封壓力的大小，一般壓力高使用數(shù)量多。但使用圈數(shù)多，軸向尺寸大，摩擦阻力增大，唇口磨損也大，所以不應(yīng)僅靠增加V形圈密封件數(shù)量來提高密封性能。在使用中要經(jīng)常調(diào)整壓力環(huán)的壓緊力，使密封圈的唇部與缸或活塞桿的表面保持密切接觸，保證密封。V形圈密封件在使用中的數(shù)量，一般為3~5個。

    V形密封圈使用的材料有純橡膠、夾布橡膠結(jié)構(gòu)和塑料復(fù)合三類。夾織物橡膠V形圈的耐壓性能和耐磨性能均比橡膠V形圈好，而純橡膠V形圈具有優(yōu)良的密封性能。夾布結(jié)構(gòu)可以切開裝配；純橡膠結(jié)構(gòu)不能切開裝配。目前純橡膠結(jié)構(gòu)、夾布橡膠結(jié)構(gòu)和橡塑復(fù)合結(jié)構(gòu)均有使用，也可將兩種不同材質(zhì)的V形密封圈交替組裝起來使用，以便充分發(fā)揮兩種材質(zhì)V形圈的優(yōu)勢。

    支承環(huán)和壓環(huán)的材料，通常用金屬、塑料、硬橡膠、毛氈和夾織物橡膠等，不同材料各有利弊。金屬制的支承環(huán)和壓環(huán)無彈性，為了保證V形圈的正確位置，必須形狀正確。但由于橡膠密封圈是彈性體，形狀和尺寸均有誤差，常常希望支承環(huán)和壓環(huán)有一定的柔軟性，以便使唇的彈性分布處于均勻。酚醛樹脂制的支承環(huán)和壓環(huán)就是為此而設(shè)計的。但它隨壓緊力加大而變形，太大時可能會破碎。

    橡膠或夾織物的橡膠制成的支承環(huán)和壓環(huán)可以有較大的變形，且不致壓碎。但這種變形必然導(dǎo)致密封圈相應(yīng)變形，使密封性發(fā)生變化，所以要慎用。

    支承環(huán)和壓環(huán)同時要求軟硬兩方面的特性，所以給設(shè)計者帶來一定的困難。一般推薦軟金屬環(huán)，如銅合金、鋁合金及其他輕金屬等，這樣可以減少模型制造及加工費用。

    2、V形夾織物橡膠組合密封圈

    國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T10708.1—2000制定了V形夾織物橡膠密封裝置的形式和尺寸。

    3、支承環(huán)、壓環(huán)與偶合面間隙

    為了保證空載和低壓情況下的有效密封，V形圈的唇部應(yīng)給以一定的預(yù)壓，即密封圈安裝后與密封圈要過盈配合，過盈量大則摩擦阻力大，過盈量小則密封效果不好。為了保證產(chǎn)品的使用，密封圈過盈量應(yīng)達(dá)公稱截面的10%~14%。為了防止密封圈發(fā)生“擠出”現(xiàn)象，密封偶合件必須有尺寸，并取合理的配合間隙。

    密封圈內(nèi)外唇傾斜角度一般應(yīng)為5%~9%角的范圍，上唇為過盈，下唇與桿或缸的表面留有一定的間隙。這樣既能減小摩擦阻力，又能保證唇部對密封面的預(yù)壓力。采取這種改進(jìn)措施，有利于提高V形圈密封件性能和使用壽命。經(jīng)驗證明，沒有傾斜角度的密封面，不僅摩擦阻力大，而且產(chǎn)生熱量多，使用壽命也短。

    支承環(huán)對V形密封圈的位置其決定性作用，同時保護密封圈，避免承受徑向力，維護密封唇的機能，因此它的形狀和尺寸精度直接影響密封唇的工作，也為此必須對它精加工。支承環(huán)與密封圈的角度相同。為了充分發(fā)揮V形密封唇的功能，讓介質(zhì)壓力更好的作用于密封圈，使其充分張開，支承環(huán)不但不給過盈而且要小于公稱截面寬2%~5%。其外徑應(yīng)小于唇的外徑，內(nèi)徑應(yīng)大于唇的內(nèi)徑，其間應(yīng)有一定間隙。

    在工作壓力高的情況下，還要開設(shè)通油孔，以使密封圈受壓面的壓力分布均勻，幾個密封圈同時起密封作用；同時可避免非工作唇部產(chǎn)生逆壓損壞。密封圈頂端的小圓弧形槽安裝時夾有空氣，工作時應(yīng)設(shè)法排除，方法是在支承環(huán)底部鉆幾個軸向小孔。  壓環(huán)是調(diào)節(jié)壓緊力用的，同時也對密封圈起定位作用。通常它的凹部與密封圈角度相同，也需精加工。當(dāng)內(nèi)壓低、要求摩擦小時，凹部的角度可以比填料的角度大一些，大可到96°。與支承環(huán)不同，它不能有間隙，而應(yīng)有一定過盈，壓環(huán)唇部的過盈應(yīng)為6%~8%。

    V形圈接觸部位的金屬材料越硬，其使用壽命越長。在高壓、高速下使用時，滑移面的表面硬度應(yīng)高于HS60。一般缸體用鑄鐵和鋼，活塞桿則以硬質(zhì)鋼為好。鋁、黃銅以及不銹鋼等與橡膠接觸易產(chǎn)生腐蝕，對磨損性不利，好不用（汽缸可用）。

    密封面的表面光潔不僅可以減少摩擦，而且應(yīng)注意，滑動面光潔過度，潤滑油容易被擦拭，是密封圈因不潤滑而造成磨損。

    一般缸內(nèi)壁的粗糙度Ra為0.8~0.40μm。為降低V形密封圈的摩擦阻力，延長使用壽命，應(yīng)在密封滑移部位采取潤滑措施。

    4、安裝調(diào)節(jié)

    V形圈密封件使用一段時間后，唇緣會磨損，為保證密封的持久性，須及時調(diào)整其緊壓力。所以V形圈壓緊力大小的調(diào)節(jié)方式是設(shè)計時必須考慮的。一般都采用調(diào)整墊的辦法，給出墊片的厚度和件數(shù)后，便可控制調(diào)整量。也可以采用螺母或設(shè)彈簧進(jìn)行調(diào)整，直徑小于60mm時，應(yīng)采用錐形彈簧，直徑大于60mm時，則應(yīng)采用多個小彈簧調(diào)節(jié)；彈簧數(shù)量應(yīng)多于3個，并應(yīng)均勻分布。若采用調(diào)節(jié)螺母加彈簧的調(diào)節(jié)方法，彈簧與V形密封圈安裝腔體應(yīng)有良好的配合精度及同軸度。

    V形密封圈安裝的入口處應(yīng)倒角或倒圓，使密封圈易于裝入，也可作成階梯形，以便安裝密封圈時插入導(dǎo)向套使密封件易于裝入。

四、VD形橡膠密封圈

    如將V形密封圈一側(cè)唇部加厚，就成為VD形密封圈了。VD形橡膠密封圈適用作旋轉(zhuǎn)軸的動密封，轉(zhuǎn)軸圓周速度不大于19m/s，可作端面密封和防塵密封件。

    VD形橡膠密封圈的型式分為S型和A型，其尺寸可查JB/T6994—1993。

    VD形橡膠密封圈用材料為丁腈橡膠或氟橡膠，密封圈表面粗糙度Ra值為3.2μm，與唇口接觸的金屬件表面粗糙度Ra為1.6μm。

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