具有稳定低泄漏量的高精度油缸的动密封方法技术

本发明专利技术公开了一种具有稳定低泄漏量的高精度油缸的动密封方法，它由金属材料和非金属材料组成两级密封。第一级密封由活塞端盖内镶嵌的金属套筒与活塞杆之间形成一个环形间隙所构成，第二级密封由活塞端盖与活塞杆之间设有的非金属材料密封件构成。第一级密封中，在油温－１０℃～＋８０℃范围内，活塞杆与套筒由油温变化引起的间隙变化能有效地补偿由油温变化引起的油液粘度的变化，使通过该间隙的泄漏量ΔＱ最小且恒定：活塞杆直径在１５－７０ｍｍ范围内，套筒壁厚为６－１２ｍｍ及套筒长度为９０－１３０ｍｍ，活塞杆材料为碳素结构钢或碳素工具钢，套筒材料为青铜或铸造青铜。本发明专利技术无论油温如何变化，ΔＱ能始终保持一个恒定的最小值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种活塞杆与端盖间的动密封方法，尤其是一种应用二级密封的活塞杆与端盖间的动密封方法。
技术介绍
高精度油缸的密封，为满足低泄、长寿的要求，传统的做法是选择摩擦系数小且耐磨的非金属材料做密封件，如聚四氟乙烯等，但这种材料承受高压的能力不强。为提高强度，势必增加其密封厚度；同时为了增加其密封性，须加大对密封件的预压紧力，这又增加了伺服高精度油缸的摩擦阻力。而高精度油缸的摩擦力的增加对控制系统的直接后果是增加死区、滞环等非线性因素，使控制系统的动、静态性能变差。
技术实现思路
本专利技术是要解决传统的高精度油缸的密封存在的缺陷，提供一种简洁、低阻和长寿，并且。本专利技术的技术方案如下一种，它由金属材料和非金属材料组成两级密封。第一级密封由活塞端盖内镶嵌的金属套筒与活塞杆之间形成一个环形间隙所构成，第二级密封由活塞端盖与活塞杆之间设有的非金属材料密封件构成。第一级密封中，在油温-10℃～+80℃范围内，活塞杆与套筒由油温变化引起的间隙变化能补偿由油温变化引起的油液粘度的变化，使通过该间隙的泄漏量ΔQ为最小值且恒定活塞杆直径在15-70mm范围内，套筒壁厚为6-12mm及套筒长度为90-130mm，活塞杆材料为碳素结构钢或碳素工具钢，套筒材料为青铜或铸造青铜。活塞杆直径，套筒壁厚及套筒长度，活塞杆材料和套筒材料的具体匹配如下活塞杆直径(mm) 15-20 20-25 25-40套筒壁厚(mm)6-8 7-9 8-10套筒长度(mm)90-10090-100100-110活塞杆材料 20或35或4520或35或4545或55或T6套筒材料ZCuAl9Mn2 QMn5 ZCuSn3Zn8Pb6Ni1或QSn4-4-2.5 或ZCuSn10Pb5或ZCuAl8Mn13Fe3活塞杆直径(mm) 40-6060-70套筒壁厚(mm)10-1210-12套筒长度(mm)110-120 120-130活塞杆材料 45或55或T6 45或T6或T7套筒材料ZCuPb10Sn10 ZCuSn3Zn8Pb6Ni1或ZCuAl8Mn13Fe3 或ZCu Sn10Zn2第二级密封中非金属材料密封件为V形圈或Y形圈密封件。本专利技术无论油温如何变化，泄漏量ΔQ能始终保持一个恒定的最小值。实践证明，这一设计彻底摒弃了以往那种夏天高温环境下油缸泄漏大大增加，而冬天低温时油缸跑不动的现象。同时，由于套筒选用了优质合金材料使耐磨性好和摩擦阻力极小，启动压力可做到小于0.04MPa，因而使用寿命大大增加。附图说明图1是本专利技术的结构原理示意图。具体实施例方式下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步的说明。如图1所示，本专利技术分别采用金属材料和非金属材料组成两级密封。其关键在于第一级密封，即由一个镶嵌在端盖4内的金属套筒3(选用专门材料)构成(兼有导向套的作用)，其与活塞杆1之间形成一个环形间隙，由于间隙很小，其间的油流可视为层流。第二级密封为一般的杆密封(非金属材料)。第二级密封由活塞端盖4与活塞杆1之间设有的非金属材料密封件2构成，由于经过第一级密封后，油的压力已很低，可认定第二级密封属于低压密封(因其为单向密封，建议采用耐压性好、寿命长的V形圈或Y形圈进行密封)。在第一级密封中，通常认为，若经过精心设计，能使整个油温范围(如-10℃~+80℃)内杆1与套筒3之间的间隙δ保持基本恒定，则通过该间隙的泄漏量ΔQ为常量。ΔQ的表达式为ΔQ=πdδ312μLΔp]]>式中d-活塞杆直径，δ-间隙，μ-动力粘度，L-密封长度，e-偏心距，Δp-压力差当腔内高压时，杆运动方向与泄漏方向相反，由流体力学分析知，实际ΔQ实比上式有所减小。当e＝δ时，ΔQ有最大值。当e＝0时，ΔQ有最小值(设计分析时，可取e＝δ/2的中间值)。若ΔQ＜ΔQ允许，从理论上说，该密封完全能满足性能要求。但是，即使间隙δ是个定值，泄漏量ΔQ仍是个变值，因ΔQ的表达式中有第二个变量μ(动力粘度，不同的油液有不同的动力粘度)，该值与油温的变化(可从粘度μ中反映)密切相关，所以实际设计恰恰希望间隙δ是变值而不是常值，其关键是来设计好具有不同热膨胀系数的材料间的配合以补偿由油温变化引起的泄漏量ΔQ的变化。假设我们在设计中做这样的考虑，使嵌入套筒3的端盖4材料的热膨胀系数极小而可略去(一般中低炭钢均可做到)，而选取活塞杆1材料的热膨胀系数较小(因材料要求而不可能都选得极小)且与套筒3材料(从耐磨性考虑多为有色合金)的热膨胀系数(较大)相匹配，此时由膨胀引起的δ变化能够补偿由于油温变化引起的泄漏ΔQ的变化量，那么，该泄漏量就是一个恒值。也就是说，只要控制好密封长度L(一般比普通导向套稍长)和常温下的配合间隙δ，此时，无论油温如何变化，ΔQ能始终保持一个恒定的最小值。实践证明，这一设计彻底摒弃了以往那种夏天高温环境下油缸泄漏大大增加，而冬天低温时油缸跑不动的现象。同时，由于套筒3选用了优质合金材料，套筒3的耐磨性好和摩擦阻力极小(启动压力可做到小于0.04MPa)，因而使用寿命大大增加(使用结果也证明了这一点)。ΔQ保持一个恒定的最小值时，稳定低泄漏高精度油缸金属动密封匹配方案如下表所示 权利要求1.一种，其特征在于，它由金属材料和非金属材料组成两级密封，第一级密封由活塞端盖(4)内镶嵌的金属套筒(3)与活塞杆(1)之间形成一个环形间隙所构成，第二级密封由活塞端盖(4)与活塞杆(1)之间设有的非金属材料密封件(2)构成，第一级密封中，在油温-10℃～+80℃范围内，活塞杆(1)与套筒(3)之间的间隙变化能补偿由油温变化引起的油液粘度的变化，使通过该间隙的泄漏量ΔQ为最小值且恒定活塞杆(1)直径在15-70mm范围内，套筒(3)壁厚为6-12mm及套筒(3)长度为90-130mm，活塞杆(1)材料为碳素结构钢或碳素工具钢，套筒(3)材料为青铜或铸造青铜。2.根据权利要求1所述的，其特征在于，所述活塞杆(1)直径，套筒(3)壁厚及套筒(3)长度，活塞杆(1)材料和套筒(3)材料的具体匹配如下活塞杆直径(mm) 15-2020-2525-40套筒壁厚(mm)6-8 7-9 8-10套筒长度(mm)90-100 90-100 100-110活塞杆材料 20或35或45 20或35或45 45或55或T6套筒材料ZCuAl9Mn2QMn5 ZCuSn3Zn8Pb6Ni1或QSn4-4-2.5 或ZCuSn10Pb5或ZCuAl8Mn13Fe3活塞杆直径(mm) 40-6060-70套筒壁厚(mm)10-1210-12套筒长度(mm)110-120 120-130活塞杆材料 45或55或T6 45或T6或T7套筒材料ZCuPb10Sn10 ZCuSn3Zn8Pb6Ni1或ZCuAl8Mn13Fe3 或ZCuSn10Zn23.根据权利要求1所述的，其特征在于，所述第二级密封中非金属材料密封件(2)为V形圈或Y形圈密封件。全文摘要本专利技术公开了一种，它由金属材料和非金属材料组成两级密封。第一级密封由活塞端盖内镶嵌的金属套筒与活塞杆之间形成一个环本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有稳定低泄漏量的高精度油缸的动密封方法，其特征在于，它由金属材料和非金属材料组成两级密封，第一级密封由活塞端盖（４）内镶嵌的金属套筒（３）与活塞杆（１）之间形成一个环形间隙所构成，第二级密封由活塞端盖（４）与活塞杆（１）之间设有的非金属材料密封件（２）构成，第一级密封中，在油温－１０℃～＋８０℃范围内，活塞杆（１）与套筒（３）之间的间隙变化能补偿由油温变化引起的油液粘度的变化，使通过该间隙的泄漏量ΔＱ为最小值且恒定；活塞杆（１）直径在１５－７０ｍｍ范围内，套筒（３）壁厚为６－１２ｍｍ及套筒（３）长度为９０－１３０ｍｍ，活塞杆（１）材料为碳素结构钢或碳素工具钢，套筒（３）材料为青铜或铸造青铜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：花克勤，
申请(专利权)人：上海应用技术学院，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]